《中國科學報》:科技如何為核電安全護航

發布時間:2023-04-06 信息來源:

  https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2023/4/373950.shtm

  近日,在東海之濱、三門灣畔,中核集團三門核電站內的5臺泵車蓄勢待發,??吭?號機組核島四周。伴隨著響徹海岸的鳴笛聲和機器的轟隆聲,第一罐混凝土順利澆筑,建設工程拉開序幕。建成后,單臺機組年發電量可達100億度,減少二氧化碳排放750萬噸,相當于植樹造林近2萬公頃。

  在4號機組開工之際,《中國科學報》走進三門核電,探秘其如何利用科技手段為核電安全保駕護航。

  頭頂大水箱,保證救援的“黃金72小時”

  按照規劃,三門核電將分三期建設6臺百萬千瓦級核電機組。6臺機組全部建成后,總裝機容量將達到750萬千瓦,年發電量可達600億度。其中,1號機組是全球首臺第三代壓水堆核電機組,已于2018年投入商運。同樣已投入商運的2號機組及在建的3、4號機組,都延續了這一核電技術,采用“非能動安全系統”。

  在第三代核電技術出現前,為了實現事故工況下的堆芯冷卻,通常做法是設置水泵或噴淋系統向反應堆內注入冷水。為避免緊急情況下水泵等設備失靈,會設置多個備用設備和應急電源?!耙脒_到更高的安全標準,不依賴交流電源等外部動力的非能動系統是更可靠的選擇?!比T核電項目總監董波對《中國科學報》說。

  在三門核電,每個反應堆廠房的頂部都有一個大水箱。在事故工況下,水箱閥門會自動打開,水依靠自身重力噴淋下來,給反應堆的鋼制安全殼降溫。安全殼內產生的水蒸氣在殼壁凝結成水后回流,保持反應堆處于淹沒狀態,實現堆芯冷卻。同時,在鋼制安全殼外側和屏蔽廠房之間設置空氣導流板,空氣受熱后向上流動形成自然循環,達到帶走熱量的目的。

  “水箱可以保證反應堆冷卻72小時,這段時間足夠我們采取補救措施恢復臨時電力?!倍ㄕf。

  除了保證安全外,提高生產效率是非能動安全系統的另一個突出優勢。

  “通常的安全系統設計是做加法——通過增加備用系統和設備、應急電源等方式提高系統的可靠性。而非能動安全系統設計是做減法——利用重力、自然循環這些最簡單的物理特性實現熱量導出,保障反應堆可靠冷卻?!倍ń忉?,“這樣一來,減少了泵、交流電源以及相應的支持系統和設備,機組檢修節省下來的時間可以更多用于發電?!?/p>

  他算了一筆賬,“單臺機組每天發電量大約是3000萬度,節約一天大修時間就可以增加上千萬元產值”。

  借助大數據,進行實時“健康體檢”

  我國將通過三門核電依托項目的建設,掌握三代核電技術工程設計和設備制造技術,建立健全核電技術標準體系,形成自主開發和建設中國品牌三代技術核電站的能力。因此,面對全新設備,三門核電技術人員只能“摸著石頭過河”。

  “在1號機組投入商運之前,我們就牽頭承擔了一個國家重大科技專項——第三代核電的調試關鍵技術研究,開發出具有自主知識產權的試驗程序,形成了更經濟有效的調試方案,并獲得第一手試驗數據,為后續商運和運行維護提供了技術支撐?!比T核電科技創新處副處長唐海燕說。

  她表示,有了最初的數據積累和優化方案,在后續2號、3號及剛開工的4號機組的設計建設過程中,就能提前解決問題,縮短調試周期。

  記者在1號機組主控室看到,操縱員面前的多個顯示屏上詳細記錄著各臺設備的運行情況。電流、電壓、溫度、壓力……密密麻麻的指標背后是一個強大的數據支撐平臺。

  “近年來,我們在機組組側安裝了多個傳感器,像振動、溫度等這樣的信號會全部反饋給大數據平臺,利用平臺的數據整合、算法分析技術,可以對關鍵設備進行實時故障檢測和評估預警?!碧坪Q嗾f。

  2022年,科技成果“基于大數據的核電站典型關鍵設備健康管理系統”,獲得中國核能行業協會科技進步獎二等獎和美國電力研究院成果轉化獎,目前已被應用于多家核電企業。

  截至目前,三門核電累計獲得專利授權467項,主編發布中國核能行業協會團體標準5項,參編發布國家標準2項。

  “安全是核工業的生命線,也是我們開發大數據平臺的初衷?!碧坪Q啾硎?,“以前是設備發生故障后再改進,現在通過大數據平臺的設備健康管理系統,可以實現設備性能早期衰退預判,實現關鍵設備在線實時自動監測和評估,指導工程技術人員進行預防性調整和維修,更能保證機組安全可靠運行?!?/p>

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