走进华能石岛湾：全球首座第四代核电站诞生始末

粟灵

华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程（以下简称“华能石岛湾一期”）主控室里，6名操纵员紧盯面前电脑上的数字和随时间变化的曲线。墙面的大屏幕上，简图勾勒出整个核电系统的轮廓，各关键环节亮起的绿灯提示一切运行正常。

4月24日，《国资报告》记者跟随“走进新国企——向新而行 智造未来”融媒体采访团来到华能石岛湾一期。此次活动由国务院国资委新闻中心和中国华能集团有限公司（以下简称“中国华能”）共同组织。

这是全球首座实现商业化运行的第四代核电站，也是中国具有完全自主知识产权的国家科技重大专项标志性成果。该工程装机容量20万千瓦，于2012年底开工建设，2023年12月6日正式投入商业运行。

今年的《政府工作报告》在回顾2023年关键核心技术攻关成果时，特别提到了“第四代核电机组”。对此，中国华能党组书记、董事长温枢刚表示，华能石岛湾高温气冷堆示范工程始终坚持以重大科技创新为引领，致力于打造具有先进性、安全性的现代化核电产业体系，对促进我国核电安全发展、推动我国核电技术高水平自立自强具有重要意义。中国华能将进一步发揮高温气冷堆核电创新链、产业链、人才链融合优势，积极拓展应用场景，加快形成新质生产力。

华能石岛湾一期意义重大。技术上，中国在第四代核电，即模块式高温气冷堆核电站商业运行领域的率先突破，可类比新能源汽车领域的“换道超车”；产业上，随着全球首座第四代核电站落地，以及“华龙一号”在中国第三代核电站建设中渐成主流，中国终于坚定了以自主创新为主导的核电产业发展道路；公司层面，中国华能以此起步，于2020年9月拿下中国第四张核电“牌照”（前三张“牌照”发放时，获取者均为纯粹的核工业企业），为其他有志于入局核电的综合性电力央企树立榜样。

“未来中国华能将在技术和产业两端发力。技术上，在优化高温气冷堆核心技术的同时，开展高温核能制氢等核心技术研发。产业上，将呈现高温气冷堆与压水堆双轮驱动发展趋势。”华能山东石岛湾核电有限公司党委书记、总经理张延旭告诉《国资报告》记者。

核电新势力

2004年，中国华能涉足核电领域。

两年前，原国家电力公司被拆分成包括五大发电集团在内的11家企业。此后，“五大”在夯实火电和水电基础的同时，走上了各具特色的多元化发展道路。原中国国电强化在风电界的领军地位，原中电投另辟蹊径布局光伏发电，中国华电以天然气发电为跳板跨界油气行业，中国大唐重仓煤化工，而综合实力最强的中国华能则把目光投向更具挑战的核电领域。

然而，中国对核电“牌照”进行严格管理。所谓“牌照”，就是控股建设运营核电站的资质。当时，全国仅有的两张“牌照”掌握在中核集团和中广核手中。前者由原核工业部改制而成，拥有极少数国家才具备的完整核科技工业体系；后者是20世纪90年代为引进法国核电技术而设，经过多年发展成为中国最大的核电站运营公司。

2004年的中国核电行业迎来关键节点。此前由于无序引进第二代核电，中国成为业界戏称的“万国堆型展览馆”，影响了中国核电技术进步。为实现技术统一，中国于2004年开启第三代核电站的招标工作。根据招标结果，最初设想以美国AP1000为中国第三代核电站建设的主流技术。为此，国家遵循中广核的先例于2007年设立原国核技，并颁发第三张核电“牌照”。

面对行业现实，“核电新势力”中国华能要如何破局？

没有“牌照”，那就从技术研发寻找突破口，寻找合作伙伴，构建创新联合体。

凭借敏锐嗅觉，中国华能找到了清华大学。 2000年，中国科学院院士、时任清华大学校长王大中和时任清华大学核研院院长吴宗鑫带领团队建成了10兆瓦高温气冷实验堆（10兆瓦即1万千瓦）。高温气冷堆是一种被业界看好的第四代反应堆堆型。

什么是第四代核电？如果把前三代核电比喻成燃油车，第四代核电就类似于新能源汽车，二者之间的差异为新势力创造了“换道超车”的机会。

核电，简单来说，就是利用核裂变产生的热量“烧开水”，水蒸气推动系统设备来发电。

前三代核电在堆型上主要分为轻水堆和重水堆，前者“烧”的是净化后的普通水，后者“烧”的是通过化学反应生成的特殊“水”。轻水堆主要分为沸水堆和压水堆，沸水堆水烧开后会沸腾，水蒸气直接引入后续系统设备，结构简单、造价便宜但安全性相对欠缺，2011年福岛核事故所涉及的就是沸水堆，中国大陆没有沸水堆机组。压水堆通过加压不让水沸腾，另设蒸汽发生器，用开水“隔碗蒸”新的开水，新水蒸气推动后续系统设备。压水堆在全世界在运核电机组中占据主流，公众熟知的“华龙一号”“国和一号”都是压水堆，早年的秦山核电站一期、大亚湾核电站一期也采用压水堆机组。

第四代核电则另起炉灶，大多将“烧开水”中的水替换成氦气、液态钠、液态铅、熔盐等，“隔碗蒸”的还是普通水，系统设备、燃料组件等也会作出相应调整。按照2001年第四代核能系统国际论坛（GIF）给出的定义，第四代核电站具有四个主要特点，即核能的可持续利用、经济性、安全与可靠性、防扩散与实物保护。GIF初步确定了6种候选堆型：超临界水堆、超高温气冷堆、钠冷快堆、气冷快堆、铅冷快堆、熔盐堆。

2006年，“高温气冷堆核电站示范工程”被列入国家科技重大专项，由中国华能牵头，联合清华大学、中核集团共同建设。

创新之路

在“华龙一号”首堆2014年11月拿到“路条”以前，中国第三、四代先进核电站建设的跑道上，与山东海阳核电站一期（引进美国AP1000技术）、浙江三门核电站一期（引进美国AP1000技术）、广东台山核电站一期（引进法国EPR技术）同台的，只有华能石岛湾一期。

2007年1月，华能山东石岛湾核电有限公司注册成立。核电站筹备工作拉开帷幕。

人才队伍建设是当务之急。2008年8月，北京昌平燕山脚下的清华大学核研院迎来第一批56名风华正茂的年轻人。经过一段时间的培训，他们从这里走向华能石岛湾一期建设、运行、管理各个岗位。

工程上的准备与人才培养同步推进。2007年10月，当时的国防科工委批复同意高温堆示范工程开展前期工作，项目可研、设备采购、施工准备、生产准备等各项工作随即铺开。2008年2月，国务院批准高温气冷堆核电站重大专项实施方案。经历4年筹备，2011年3月1日，华能石岛湾一期获得核准，即将破土萌芽。

然而，仅仅10天后，突如其来的日本福岛核事故让国内核电项目按下暂停键，华能石岛湾一期进入等待开工的漫长寒冬。

2012年12月9日，华能石岛湾一期在沉寂20个月后终于开工建设，成为国内核电重启后首个开工项目。在这个本该狂欢的日子里，在场人员的脸上却写满了敬畏。全球首座第四代核电站没有先例可参，没有经验可循，自浇筑第一罐混凝土开始，就只能在边设计、边建造、边调试、边验证的崎岖道路上砥砺前行。

建设工作纷繁庞杂，但问题的关键，就是要围绕“固有安全”这个第四代核电的核心竞争力做文章。

“在最极端的情况下，即反应堆突发故障或遭遇自然灾害，一切操作系统都失灵的情况下，不依靠任何外界干预，反应堆仍然可以依靠自身的物理特性，自己保持在安全状态。”华能山东石岛湾核电有限公司运行值长仝礼允说。

他介绍，高温气冷堆设置了三道防线。第一道防线是耐高温的球形燃料元件，可有效防止放射性物质外泄；第二道防线是反应堆具有自稳特性，当温度升高到设定阈值时，反应堆会“自动刹车”，使核裂变反应得到有效控制；第三道防线是非能動的余热排出系统，这一设计可使堆芯余热不借助外力就能自然传导出来，避免堆芯过热发生熔毁。

“固有安全”融入到核电站建设的各个环节。

华能山东石岛湾核电有限公司技术支持部在役检查工程师马刚介绍，在设备制造环节，中国华能联合设备制造企业，成功研制出2200多套世界首台套设备，其中创新型设备660余台套，设备国产化率达93.4%。

建设安装环节，中国华能联合上下游企业，首创陶瓷堆内构件榫卯结构精确安装技术、燃料装卸系统复杂管路设备安装技术等5大特有建安关键技术，累计攻克建设难题300余项，研发整套高温气冷堆模块化建安技术，完成示范工程所有设备安装。

调试运维环节，在华能石岛湾一期第四任现场总指挥，中国华能党组成员、副总经理张涛的率队攻关下，中国华能携手清华大学研发了大体积双模块反应堆回路强度密封及升温技术、反应堆持续装卸料多点联动控制技术等6大关键核心技术，同步开发了高温气冷堆运行可靠性关键设备保障技术、运行概率安全分析等保障性技术，可有效保障高温气冷堆示范工程平稳运行。

2021年9月12日，华能石岛湾一期首次临界。“当时，王大中院士就是站在这里，隔着玻璃窗看着主控室大屏幕上的实时参数，激动地鼓掌。”张延旭回忆说。

2023年12月6日，该项目完成168小时连续运行考验，正式投入商业运行。

“这是世界首个实现模块化第四代核电技术商业化运行的核电站，标志着我国在高温气冷堆核电技术领域实现了全球领先。”张涛在当天项目投运现场难掩激动地说。

此时，中国核电行业也经历着翻天覆地的变化。由于国际局势风云变幻，核电引进受阻严重。

但另一边，中国核电自主创新捷报频传。除中国华能外，中核集团与中广核联合研发的第三代核电“华龙一号”率先取得突破，2021年1月30日“华龙一号”首堆——中核集团福清核电5号机组投入商业运行，2023年3月25日“华龙一号”西部首堆——中广核防城港核电3号机组投入商业运行。2020年9月，国家电投（原国核技与原中电投重组而成）正式发布第三代核电“国和一号”，“国和一号”示范工程建设稳步推进。

转型进行时

华能石岛湾一期不只是一座核电站，更是中国华能作为创建世界一流示范企业，努力补强核电短板的起点。

世界一流企业首先要有世界级的眼光。对标世界500强排名最靠前的发电企业法国电力公司，一同入榜的五大发电集团在火、水、风、光等电源方面或领跑或并跑，唯独核电差距较大。

拿下中国第四张核电“牌照”，意味着中国华能要从高温气冷堆技术创新者向更具综合性的优秀核电运营商转变。

这种转变必须以人才为核心。

在核电行业，像仝礼允这样的操纵员被称为“黄金人”，因为培养一名操纵员所花费的成本，折算成黄金，大约和一名成年人等身。仝礼允介绍，国外核电站的操纵员很多由核潜艇退伍军人来担任，但中国主要从相关专业的大学毕业生直接培养，并送往国内在运核电站实习。一名成熟的操纵员需要5到10年的工作经验，熟练掌握100多门课程，经历上千次考试，还要通过国家核安全主管部门组织的现场考试、模拟机考试、笔试和口试，每个环节都可能被淘汰。

“目前华能石岛湾核电基地有72个‘黄金人，全国三个基地总共有两三百人。”仝礼允说。

这种转变必须以技术为支撑。

2020年12月，华能核能技术研究院在上海注册成立。该研究院同时加挂“华能高温堆技术研究中心”“中国华能集团有限公司核应急技术支持中心”两块牌子。研究院正在努力打造5大核心能力，即新一代高温堆技术研发、高温堆多用途型谱建设、核能先进技术创新研发、核能技术综合开发运用、核电技术标准体系建设。

在华能核能技术研究院创建过程中，西安热工研究院、中国华能集团清洁能源技术研究院抽调技术骨干给予了支持，这两家火电和清洁能源领域的研究机构均为创建世界一流专业领军示范企业。

这种转变必须以规模为基础。

目前，中国华能已有山东石岛湾、海南昌江、福建霞浦三个核电基地，高温气冷堆与压水堆双轮驱动。高温气冷堆方面，除20万千瓦的华能石岛湾一期外，霞浦核电1台60万千瓦高温气冷堆核电机组已取得“路条”。压水堆方面，昌江核电2台120万千瓦“华龙一号”核电机组正在建设中，石岛湾核电2台120万“华龙一号”核电机组即将开工，另有石岛湾核电2台120万“华龙一号”核电机组、霞浦核电4台120万“华龙一号”核电机组已取得“路条”。上述项目共计1280万千瓦。

这种转变必须以融合为动力。

首先是资本的融合。华能石岛湾一期就是由中国华能、中核集团、清华大学按47.5%、32.5%、20%的比例合资共建。华能石岛湾压水堆扩建工程的4台机组则由中国华能和国家电投按75%、25%的比例合资共建。此外，中国华能还参股了国家电投海阳核电、“国和一号”示范工程等。

其次是产业链的融合。华能石岛湾一期带动上下游500多家产业链公司。以螺旋盘管式蒸汽发生器为例，蒸汽发生器由哈电集团制造；蒸汽发生器的核心部件螺旋盘管当时没有企业有能力制造，中国华能就投资管道制造企业，牵头开展螺旋管研制，最终成功攻克超长无缝钢管制造难题。

第三是业态的融合。在刚刚结束的这个供暖季，华能石岛湾一期已实现向所在地宁津镇供暖，有效降低了温室气体排放。此外，高温气冷堆还可用于高温制氢、工业供汽、海水淡化、稠油热采、同位素生产等领域。

这种转变必须以品牌为引领。

华能山东石岛湾核电有限公司培训中心理论教员李晶介绍，中国华能打造了华能核电“品牌树”，包括项目品牌华能高温气冷堆、公众沟通品牌“连心桥”等。

华能核能技术研究院以华能石岛湾一期为参考电站，以提升先进性、经济性、可靠性和易推广性为目标，打造出华能“HN-750”自主高温气冷堆品牌。

“连心桥”组织科普志愿者走进校园等地，与师生互动；开展公众开放日活动，邀请社会公众走进核电站，探寻石岛湾核电科技馆、体验高温堆主控室的模拟机仿真中心、接受核电站员工的防人因失误培训；为海带养殖户讲解高温堆温排水情况，打消其顾虑，并在厂区内为其开辟海带运输绿色通道。