核能可以用来发电，但你知道核能发电的核电机组具体结构是什么吗？上世纪80年代，国内核电站开建的时候，超过九成以上的核电设备，都是引进的国外技术。

如今，随着国产化的核电设备先后投入运营，核电技术的国产化率也达到了100%。

（“国和一号”模型）

那么，国产的核电技术经历了哪些突破？产业链的又是怎样一步步完善起来的呢？

“国和一号”大功率核电机组

今年5月举办的“中国品牌日”活动上，“国和一号”核电机组的模型在展会上向世人亮相。

核电机组整体上可分为两大部分，一部分是核岛，是进行原子核裂变反应的。另一部分业内叫常规岛，它的作用和常规的发电机类似。这两个部分，构成了一套完整的核电机组。

从模型结构看，“国和一号”的核岛部分，整体结构是竖立状半圆形。下面的部分一个是反应堆压力容器一个是蒸汽发生器，上面则是一个水箱。

（核电机组模型的一部分）

常规岛部分位于另一侧，水烧开产生蒸汽，蒸汽顺着这部分复杂的管道进入汽轮机，而后驱动机器开始发电。

上述两个部分，便是“国和一号”核电机组的大概构造。它属于CAP1400压水堆技术，是在此前AP1000非能动技术的基础上，改进和研制出来的。

在发电性能上，它的功率为1500兆瓦，一年发出来的电量为125亿度，可以供给2200万人全年的用电需求。从耗能上来看，这相当于400万吨煤炭的消耗量，由此减排的二氧化碳量在千万吨以上。

（“国和一号”核电机组的施工现场）

“国和一号”是在2020年9月完成一系列技术研发的。目前在石岛湾核电站，两台机组正在按期建设中。

从开始的研发到现在即将投入使用，“国和一号”的研制经历了哪些过程呢？

1400吨“重”，5000立方米“大”

我国的核电起步于40年前，上世纪80年代第一批核电站建设运营时，所用核电技术有法国的，有加拿大的，后来还有俄罗斯的。

由于引进技术多，核电机组从结构到标准也都存在差异。所以越是运营到后期，我们越是发现，多技术并存的局面，不利于国产化和系统化，更不利于技术上的标准化。

（“国和一号”图片）

于是在2008年，国务院审议通过了一项关于核电站的实施方案，由此“国和一号”正式开启了研发。

根据规划，核电专项领域的研发，主要解决三个方面的问题。即批量化建设的能力、安全性、产业链体系的构筑。也就是说，未来的核电站以及运营，要自己能建，运营方面安全要有保证，整个核电设备的产业链体系还要建立起来并稳固。

基于这一原则，由电力投资集团牵头，超600家单位，总人数为31000多人的研发队伍便组建起来了。研发的总工程师为郑明光。

他曾表示，设备的体型，十分契合重大项目实施方案中的“重”和“大”两个字。

（石岛湾核电站）

它有多重呢？设套设备中单台机组的重量就达到了100吨，再加上其余30多个模块的重量，总重量超过了1400多吨。

至于“大”，单个模块的体积就能达到5000立方米。安全壳的直径，更是超过了40米。而另外一些模块的高度，则达到了70米以上，远超一般的居民楼高。

从使用材料看，特制的钢板厚度超过了5厘米。一旦开启运行，有的组件内部每平方米承受的压力超过了40吨，远远超过一般轻型装甲车的重量。

除此之外，常规岛也就是发电的部分，弯曲复杂的管道超过了10000根。如果将这些管道连接起来，总长度在300公里以上。

单单从构造来看，难以想象这是一项多么复杂而严苛的研制工程。而且在原有引进设备的基础上，我们在研发中还加入了大量的新技术。其中有一项技术，跟核电运行的整体安全有关。

非能动技术保障安全

在“国和一号”核电机组的核岛部分，上面是巨大的水箱。开始工作的时候，里面将会盛放3000多吨的冷却水。冷却水的主要作用，是保障运行中的安全的。

简单来说就是，一旦在运行中发生安全事故，水箱中的冷却水，可以不依靠任何外部动力系统，只靠着自身的重力就会下流，而后冷却位于下面的安全壳，保证内部不会因为温度迅速升高而超压，并且冷却水也能迅速起到降温和减压作用。

这一设计理念，在业内被称为“非能动技术”。围绕这一技术，核电站运行中发生事故比如断电的情况下，整个核电机组不需要人工干预，在72小时内能自动保障安全。

非能动技术的本质，就是减少传统的电力驱动系统，保证核电机组在出现安全风险后，能在人为不干预，或者电力驱动系统失效的情况下，继续运作来维持安全。

按照这一理念，“国和一号”在整体设计的时候，相比于传统发电厂的阀门系统减少了一半，管道系统减少了八成以上，电缆系统减少了七成。

是不是感觉不可思议，一套发电系统，在保障自身安全的时候，却尽量不用电力来驱动。这么做的终极目的，就是因为这是有别于传统发电站的核电站。所以依照事故风险的处置，都以人不能进场干预的逻辑来设计的。

除了自身的安全系统之外，“国和一号”的外层还有厚厚的安全罩。根据上海核工院的介绍，整套系统的外层是钢筋混凝土结构，它的厚度达到了1.1米以上。

无论是海啸还是台风，来自外部的侵害都能有效抵御。哪怕是像波音737飞机那样的撞击，也跟挠痒痒一样。

内部的核电机组完全是内生动力，不需要外部额外增加电机驱动。外部的安全罩防护也有效，内外构成一个整体，安全系数将得到大大提升。

而这一切设计和打造的背后，全都实现了国产化。

从1%到99%

核电机组，说是一套发电设备，实际上是一项打造出来的工程。体型庞大，后期参与打造的企业众多，由此就需要一个完整而成型的产业链系统助力。

600多家参与的单位，除了研发机构，其中有大量的单位是设备制造企业。研发者有什么构想和设计，参与的企业就得在现实中制造出来。

以往，我们的整套核电设备和技术，九成以上都是非国产化的。打造“国和一号”的过程中，就是国产化一步步蜕变的过程，也是大量企业参与的时刻。

比如核电机组中所用到的10000多根管道系统，这是核电领域专用的690U型管合金。这些被简称为U型管的设备可不简单，核反应堆加热后的热水，都是通过这些管道来完成各种能量交换，并最终发电的。

管道不但各种尺寸多，而且为了防辐射、防腐蚀，对制造的材料要求也很高。过去我们未实现国产化的时候，管道系统只能靠进口。

世界上能生产这样管道系统的，只有法国、瑞典和日本的三家企业。技术和制造设备都被垄断，销售价格每吨超300万元。

还在2005年的时候，一个叫庄建新的中国人打算去学艺。他千里迢迢找到法国那家老牌企业，本打算用股权去换技术，但人家连工厂大门都没让他进去。

回国之后，庄建新成立了自家的公司，而后在上海核工院的指导下，投入资金开始自行研发U型管技术。

几年的攻关后终于完成，不过刚开始的产量不高，生产150吨的产品就需要一年半的时间。没有产量，未来建造新的核电站，就不能保证产品供应。

公司于是继续攻克难关，至今的年产量已经上升到了550吨。值得一提的是，此前庄建新想去学艺的法国公司，听说中国也能生产设备了，随后便来我国开设分公司，试图争夺市场份额。去年的时候，庄建新的公司，成功将法国在我国开设的分公司收购。

U型管的从无到有，仅仅是核电机组设备国产化的冰山一角，大量的设备在“国和一号”研发的过程中，我们都是从无到有实现了国产化和自主化生产。

时至今日，在长三角地区，从设计到制造，从工程的建设到建造安装，再到核电站后期的运维，我国已形成了一整套核电产业链。

“国和一号”在后来的建造采购装备中，51%的设备供货，都是长三角地区的企业。以上海为例，核电产业的企事业单位超过了200家，从业人员达到了2万人，年产值超过了240亿元。

也就是说，我国现在的核电站打造，完全实现了国产化。现在，我们在国内建造核电站，未来我们的核电站以及技术也能走向国外。

结语：除了“国和一号”，还有“华龙一号”

“国和一号”的示范性工程，目前正在石岛湾核电站建设。而我国另一套自主研发的核电机组“华龙一号”，今年3月份的时候已经投产使用了。

“华龙一号”机组，位于防城港核电站，属于该核电站的3号机组。3月份开始发电后，防城港核电站的机组达到了27台。

（“华龙一号”核电机组投产仪式现场）

“国和一号”和“华龙一号”，都拥有自主知识产权，随着在各地核电站进一步建造和使用，国产化核电机组的时代已经来临。

参考资料：

《探秘中国自主三代核电技术“国和一号”，有什么黑科技？》 界面新闻 2023年5月26日
《探秘三代核电“国和一号”产业链：核心技术必须靠自主创新》 第一财经 2023年6月5日
《“国和一号”产业链联盟助力核能国产化》 中国能源报 2023年5月22日
《历时12年科研攻关，“国和一号”示范工程—— 推动核电行业和技术整体升级换代》 人民日报 2021年9月2日