探秘三代核電的“三門樣本”

　　三門核電站項目，正在為全球最先進商用核電創造安全建設最高新標準

　　文/《瞭望》新聞週刊記 王健君 尚前名

　　一號機組鋼制安全殼筒體第三環已經成功吊裝就位，二號機組安全殼筒體第一環也已完成，2000多噸的全球最大履帶式起重機聳立眼前，兩條直徑4.1米的取水管工程正在向海底掘進鋪設日本核泄漏事件後，《瞭望》新聞週刊進入浙江省台州市三門縣健跳鎮貓頭山半島進行現場調研。

　　在這片山海環繞的第三代AP1000核電站施工現場，中核集團三門核電有限公司政工辦主任鐘英強告訴本刊記者，作為全球首臺商用三代AP1000核電機組，整個工程不但將是中國的樣本工程，甚至是全球的樣本，工程質量要求極高，“我們經常會向國家核安全局彙報施工工位的文字和圖像資料，完全按照國家規定的要求施工，確保安全第一、質量第一。”

　　可基本滿足杭州全市用電

　　三門核電工程規劃建設6台125萬千瓦的核電機組，總裝機容量為750萬千瓦，也就是説一小時可以發750萬度電。

　　據測算，到2015年，三門核電一期工程並網發電後將能夠供應浙江省4.4%左右的用電量，可以基本滿足杭州全市的用電需求。一期工程兩台機組發電後，每年可減少500萬噸優質動力煤南運浙江，相當於每天減少一列40節車廂的火車運量。同時，減少11490噸二氧化硫、19088萬噸氮氧化合物以及1345噸煙塵排放，這將對節能減排和保護環境起到很好的作用。

　　“日本福島核泄漏事故發生後，國家已經採取了多項措施積極應對，特別是進一步強化核電安全方面取得成效。”他透露説，這些措施將對增強公眾對核電的信心，促進核電安全高效發展起到積極作用。

　　三門核電站雖然也在海邊，但建設在整體基岩上，遠離地震多發地帶。在核電站周邊200公里範圍內，有記錄以來的最大地震僅為3.3級，因此發生大地震的幾率很小。“對三門這樣一個易受颱風襲擊的地方來説，最可能遭遇的自然災害是風暴潮。”針對這一情況，三門核電站在選址和設計建設過程中也給予了充分考慮。

　　三門地區有記錄以來最大風暴潮發生於1998年，當時海水上漲了7.6米。即使按照綜合多重災害因素的極限測算，三門地區最大的風暴潮也只能致使海水上漲11.66米，而三門核電站廠址的設計標準為12米。儘管如此，當2005年美國遭受卡特裏娜颶風襲擊之後，這一標準又被提高了，廠址的防波堤達到了現在設計的13米。

　　汲取福島核教訓改進設計

　　針對日本福島第一核電站發生事故之後，三門核電站採取措施進一步提高安全性。其中很重要的一點，就是按照國家的要求，針對福島核泄漏事故進行對照檢查和反思，並要求設計單位吸收福島核事故的經驗教訓，在設計上進行改進，以確保核電站的長治久安、絕對安全。

　　福島核泄漏事故中，無法控制且連續發生的氫爆，産生了令人震驚的視覺效果。鐘英強介紹説，核反應堆中的燃料棒由特殊的抗腐蝕金屬鋯所包裹。鋯的特性是，高溫時會和水發生氧化反應，生成二氧化鋯並放出氫氣。當氫氣的濃度達到15%～75%時，高溫條件下就會發生爆炸。低於或高於這個範圍，都不會爆炸。此次福島核事故，就是因為堆芯溫度升高後，燃料棒露出水面（正常時燃料棒浸泡在含硼水中），結果在高溫下，燃料棒中的鋯和水發生化學反應，放出大量氫氣，最終導致爆炸。

　　站在設計直徑40米、高70米、由44～46毫米厚的鋼板焊接而成的反應堆安全殼面前，他告訴本刊記者，鋼板是國內多家企業經過長時間攻關自主研發的世界頂尖材料，耐壓能力達到1.16MPa，容積是福島第一核電站安全殼的3倍，壁厚是其10倍，堅固性和抗壓性都大大增強。

　　“我們經過計算，即使將來這座反應堆裏所有的鋯都和水發生化學反應的話，其釋放出的氫氣在如此大的空間裏所達到的濃度也僅為13%，不會産生爆炸。”鐘英強進一步説，在AP1000中，反應堆安全殼中除了設置點火器用於防止氫氣在安全殼內局部積聚外，還專門設置了非能動消氫裝置，其作用就是去除事故情況下可能産生的大量氫氣。

　　更安全的非能動安全系統

　　令本刊記者印象深刻的，是AP1000非能動安全系統。一般人眼中，核島的反應堆廠房或是半球體，或是長方體，或是頂部為拱形的圓柱體，但在三門核電站，看到的核島模型卻有酒瓶狀——拱形圓柱體上疊加了一個直徑稍小的圓柱體結構。

　　防止升溫，是保護反應堆安全的重中之重。此次日本福島第一核電站在地震發生時，緊急停堆以保護核發電機組，這時在正常情況下，核電站會用柴油發電機組和外部電網供電對機組進行冷卻，但是隨後而來的海嘯卻摧毀了這些設備，核反應堆得不到冷卻，造成溫度急劇升高，進而引發事故。

　　而非能動安全專設系統，就是依靠重力、溫差和壓縮空氣等自然力來驅動安全系統，並通過蒸發、冷凝、對流、自然循環來帶走熱量，因此它無需依賴泵等能動部件和交流電源。

　　“稍小的圓柱體是重力排水水箱，大約儲存有3000立方水，屬於AP1000使用的非能動安全殼冷卻系統（PCS），它可以利用重力對安全殼外表面進行灑水降溫。”鐘英強介紹説，AP1000的最大優點就在於其使用了非能動的安全系統來減緩設計工況中預期有可能發生的意外事故，至少保障三天也就是72小時的不干預時間。72小時之後可利用核電廠設置的消防水管線或移動式消防車進行補水來對安全殼進行持續的冷卻。

　　他告訴記者，對於非能動安全專設，除了非能動安全殼冷卻系統外，還設置了非能動堆芯冷卻系統（PXS）。一旦發生事故，PXS的堆芯補水箱可利用重力提供較長時間較大的注射流；安注箱利用壓縮氮氣儲能在數分鐘內提供非常大的注射流；安全殼內置換料水箱則利用重力和溫差提供很長時間的較小注射流；以上完成後，堆芯就會處於淹沒狀態，從而實現冷卻。

　　據了解，我國2003年就開始啟動了第三代核電技術的招標工作。2007年7月，三代核電自主化依託項目核島合同在北京簽署。中國購買美國4台先進的AP1000核電機組，美方同時轉讓AP1000設計技術、設備製造和成套技術、建造技術等先進核電技術。

　　引進的4台AP1000核電機組中，第一台和第三台落戶浙江三門核電站，第二台和第四台落戶山東海陽核電站。其中，三門核電站1號機組也是全球首臺AP1000核電機組。