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近日，在东海之滨、三门湾畔，中核集团三门核电站内的5台泵车蓄势待发，停靠在4号机组核岛四周。伴随着响彻海岸的鸣笛声和机器的轰隆声，第一罐混凝土顺利浇筑，建设工程拉开序幕。建成后，单台机组年发电量可达100亿度，减少二氧化碳排放750万吨，相当于植树造林近2万公顷。
在4号机组开工之际，《中国科学报》走进三门核电，探秘其如何利用科技手段为核电安全保驾护航。
头顶大水箱，保证救援的“黄金72小时”
按照规划，三门核电将分三期建设6台百万千瓦级核电机组。6台机组全部建成后，总装机容量将达到750万千瓦，年发电量可达600亿度。其中，1号机组是全球首台第三代压水堆核电机组，已于2018年投入商运。同样已投入商运的2号机组及在建的3、4号机组，都延续了这一核电技术，采用“非能动安全系统”。
在第三代核电技术出现前，为了实现事故工况下的堆芯冷却，通常做法是设置水泵或喷淋系统向反应堆内注入冷水。为避免紧急情况下水泵等设备失灵，会设置多个备用设备和应急电源。“要想达到更高的安全标准，不依赖交流电源等外部动力的非能动系统是更可靠的选择。”三门核电项目总监董波对《中国科学报》说。
在三门核电，每个反应堆厂房的顶部都有一个大水箱。在事故工况下，水箱阀门会自动打开，水依靠自身重力喷淋下来，给反应堆的钢制安全壳降温。安全壳内产生的水蒸气在壳壁凝结成水后回流，保持反应堆处于淹没状态，实现堆芯冷却。同时，在钢制安全壳外侧和屏蔽厂房之间设置空气导流板，空气受热后向上流动形成自然循环，达到带走热量的目的。
“水箱可以保证反应堆冷却72小时，这段时间足够我们采取补救措施恢复临时电力。”董波说。
除了保证安全外，提高生产效率是非能动安全系统的另一个突出优势。
“通常的安全系统设计是做加法——通过增加备用系统和设备、应急电源等方式提高系统的可靠性。而非能动安全系统设计是做减法——利用重力、自然循环这些最简单的物理特性实现热量导出，保障反应堆可靠冷却。”董波解释，“这样一来，减少了泵、交流电源以及相应的支持系统和设备，机组检修节省下来的时间可以更多用于发电。”
他算了一笔账，“单台机组每天发电量大约是3000万度，节约一天大修时间就可以增加上千万元产值”。
借助大数据，进行实时“健康体检”
我国将通过三门核电依托项目的建设，掌握三代核电技术工程设计和设备制造技术，建立健全核电技术标准体系，形成自主开发和建设中国品牌三代技术核电站的能力。因此，面对全新设备，三门核电技术人员只能“摸着石头过河”。
“在1号机组投入商运之前，我们就牵头承担了一个国家重大科技专项——第三代核电的调试关键技术研究，开发出具有自主知识产权的试验程序，形成了更经济有效的调试方案，并获得第一手试验数据，为后续商运和运行维护提供了技术支撑。”三门核电科技创新处副处长唐海燕说。
她表示，有了最初的数据积累和优化方案，在后续2号、3号及刚开工的4号机组的设计建设过程中，就能提前解决问题，缩短调试周期。
记者在1号机组主控室看到，操纵员面前的多个显示屏上详细记录着各台设备的运行情况。电流、电压、温度、压力……密密麻麻的指标背后是一个强大的数据支撑平台。
“近年来，我们在机组组侧安装了多个传感器，像振动、温度等这样的信号会全部反馈给大数据平台，利用平台的数据整合、算法分析技术，可以对关键设备进行实时故障检测和评估预警。”唐海燕说。
2022年，科技成果“基于大数据的核电站典型关键设备健康管理系统”，获得中国核能行业协会科技进步奖二等奖和美国电力研究院成果转化奖，目前已被应用于多家核电企业。
截至目前，三门核电累计获得专利授权467项，主编发布中国核能行业协会团体标准5项，参编发布国家标准2项。
“安全是核工业的生命线，也是我们开发大数据平台的初衷。”唐海燕表示，“以前是设备发生故障后再改进，现在通过大数据平台的设备健康管理系统，可以实现设备性能早期衰退预判，实现关键设备在线实时自动监测和评估，指导工程技术人员进行预防性调整和维修，更能保证机组安全可靠运行。”
