三門核電廠鳥瞰效果圖
四“桶”水確保反應堆冷卻
第三代核電技術AP1000的發電原理、基本格局，與目前成熟的第二代壓水堆核電廠其實是一個套路，即利用核燃料的能量“燒水發電”：核電廠有兩套獨立的冷卻水循環迴路，核燃料在反應堆內觸發核裂變鏈式反應，產生大量熱能，把一回路的水“燒”到高溫高壓狀態，在主泵的驅動下進入蒸汽發生器中的U型管，通過管壁傳熱，把二回路的冷水加熱成蒸汽。這樣一回路水就變涼了，被主泵送回反應堆再次加熱，開始下一次循環；二回路的蒸汽則推動汽輪機與發電機旋轉，產生電能。一回路設備和部件所在的廠房叫核島，二回路所在廠房叫常規島。
AP1000機組構造示意模型
- 左側圓柱體建築為反應堆所在廠房，稱為核島；右側長方體建築為蒸汽輪機和發電機所在廠房，稱為常規島。 季天也/攝
既然發電套路都差不多，作為新一代核電技術的AP1000究竟好在哪兒呢？第三代核電技術相比第二代的重要革新，就是預防和緩解嚴重事故的能力大大加強。核燃料特殊之處在於反應堆即使停止運行，它也不能像其他燃料一樣熄火後就漸漸冷卻。核燃料中放射性物質的衰變，足以讓反應堆在很長一段時間內“不忘初心”地持續發揮餘熱，叫做“衰變熱”。假如發生全廠斷電情況，燃料棒和冷卻水就無法循環換熱，此時的反應堆壓力容器就好比一口裝著水持續加熱又不開閥洩氣的高壓鍋。
為避免堆芯因不斷升溫而熔燬，繼而引發核事故，AP1000機組設計了4套應急水源裝置來確保反應堆的冷卻，分別是兩個容積均為70.8立方米的堆芯補水箱，用於較長時間內向堆芯注入較大的水流量；兩個容積均為56.6立方米的安全注射箱，用於在幾分鐘內為堆芯快速、大量注水；一個容積為2092立方米的內置換料水箱，用於細水長流地冷卻堆芯；兩個位於核島廠房頂部的安全殼冷卻水箱，總容積近2900噸，用來噴淋下方的鋼製安全殼（類似鍋蓋），從而為殼內降溫減壓。
AP1000反應堆的主要設備模型，中間為反應堆壓力容器模型。 季天也/攝
事故應急3天不用人
三門核電廠的門上貼有防護提示
西屋公司對AP1000的設計理念主張“做減法”。雖然現役的第二代或第二代改進型機組也可以實現同樣的安全功能，但只能走“加法”路線：一套安全系統不夠就再加第二套，還不夠再加第三套。當然，加上去的仍然是能動的安全系統，需要有電或者其他能源維持它的功能。
AP1000機組的反應堆控制棒組件1┱1模型，控制棒用來調節反應堆功率。 季天也/攝
極端事故也要保證主控室
參觀者自己的鞋是不能穿進核電廠主廠區的，必須換上這種防砸、防穿刺的安全鞋。 季天也/攝
主控室內的工作臺上擺著一排電腦，十幾塊大屏幕高掛在牆上，顯示著各種複雜的數據、圖表和符號。進門需要套上鞋套，並且禁止拍照。核電廠操縱員就是在這裡確保核電廠穩定運行和應急安全的。操縱員被譽為管理主控室這個“最強大腦的黃金人”。
除了利用電腦操作，主控室的操作檯上還設置了各種實體按鈕和開關，有安全級的，有非安全級的。萬一軟件操作出現故障，還有物理按鈕能控制，有保障，體現了核安全機制的多樣性和縱深防禦原則。假如不幸發生事故，核電操縱員“必須堅守在主控室，就像一艘船的船長”。
為了確保在事故狀態下主控室的環境還能允許操縱員正常工作，核電廠有一套“主控室應急可居留系統”，包括水、食物、壓縮空氣儲存罐、非能動熱阱（熱阱即排除餘熱的場所）。這套系統可以確保在72小時內，在11個人（即操縱員）值守的主控室裡，溫度升高不超過8.3攝氏度，二氧化碳濃度不超過0.5%。
海陽核電廠工作人員（左1）為參觀者講解AP1000機組全新的安全機制
壽命提升50% 與國際標準同步
爆破閥模型。
- AP1000爆破閥是第三代核電技術中的關鍵設備，在發生重大安全事故時，可利用爆破閥及時排出及緩解反應堆冷卻劑系統大量的熱量，最大限度提高核電站的安全性。 季天也/攝
引進AP1000是一個系統性的工程，不僅僅是建了4臺機組，還有我國對這項技術的引進、消化、吸收和再創新的過程。AP1000作為第三代核電技術有一些重要特徵，比如60年的壽期，原來的技術都是40年，從40年到60年是一個跨越。對它的引進和再創新，可以幫助國內企業熟悉並掌握美國“阿斯米”（ASME，美國機械工程師協會）標準，克服過去對這套規範的理解障礙。第三,在這些關鍵設備的背後，其實是我國重型裝備製造業提供的一系列支撐，有些設備代表著我國基礎工業的製造水平。
依託這幾臺機組的建設以及我國對AP1000的消化吸收過程，幾個問題得到了解決。第一，我國實現了從二代設備到三代設備的“製造能力”跨越，建立了每年6〜8臺套的設備供應能力，而且不只是一家單位有這個能力。目前沒有哪個國家能做到這點，只有中國能做到，這是引進AP1000的一個功勞。
首批4臺AP1000機組中，三門一號機組——第一臺AP1000國產化率是31.1%，海陽一號機組是44.4%，三門二號機組是71.8%，海陽二號機組是72%，平均是55%。
第二，就是幫國內企業熟悉掌握了美國的阿斯米（ASME）標準（詳見本文《環境百科》）。我國建立了阿斯米標準中國工作組，推動阿斯米標準融入我國相應的標準體系裡，時我國在核電方面的標準與世界接軌、同步，意味著國產設備出口到別的國家，用中國的標準未必被接受，但如果滿足阿斯米標準他們就容易接受。
參觀者在體驗手腳汙染監測儀的使用 季天也/攝
模塊化建造省時間
第三，我國核電行業做了大量研究工作，大大促進了基礎工業的提升。相比以前的技術，第三代核電技術的生產工藝和製造方法也在變。據瞭解，在AP1000機組上，焊的東西少了，拿螺絲擰的東西少了，卷板、鑄造的東西少了，原來有接頭的地方現在沒了。許多主設備的加工工藝正在用鍛造逐步取代鑄造。鑄造工藝是一種金屬熱加工工藝，就是把高溫的液態金屬澆鑄到模子中，待其冷卻凝固成型。澆鑄過程中可能會留有孔隙或者氣泡，可能成為小隱患。而鍛造工藝能優化微觀組織結構，讓材料更緻密，避免這種缺陷。因為沒有了焊縫、鑄態疏鬆問題，同樣材料的鍛造件，強度、疲勞特性（影響使用壽命）等機械性能都明顯優於鑄造件和焊接件。
AP1000的另一個亮點是“模塊化建造”：大量的生產和製造工作在工廠裡完成，再運到現場像搭積木一樣拼裝起來，實現土建和安裝同步進行。模塊化建造有幾大好處。
AP1000反應堆在三門核電廠建設
比如，大大降低了核電項目的施工難度，減少了現場施工人數，相比建設二代核電廠縮短了建設週期，有專家預計甚至可縮短近一半工期。另外，通用零件批量生產，有助於降低工程造價。此外，工廠車間的作業條件比現場施工優越得多，產品的質量和耐用性會因此提升而且更可控。還有，事後運行和維修的工作量會大幅減少，維修成本下降。
【環境百科】
阿斯米標準
阿斯米標準即美國機械工程師協會標準。美國機械工程師協會(ASME, American Society of Mechanical Engineers）成立於1880年，是一個非營利性科技社團，在提供技術信息、培訓和教育一體化服務方面擁有豐富經驗，自成立以來制定了眾多工業和製造業行業標準，其出版發行的約600項技術法規與標準，被世界100多個國家和地區廣泛採用。美國機械工程師協會擁有當今世界公認的內容完整、技術成熟、結構縝密、安全可靠的技術標準，是眾多國家相關標準與規範的基礎和源泉，是國際市場接受並應用最廣泛的技術標準。（蕭野/整理）
網編：吳燕芳
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