核能可以用來發電，但 你知道核能發電的核電機組具體結構是什麽嗎？ 上世紀80年代，國內核電站開建的時候，超過九成以上的核電器材，都是引進的國外技術。
如今，隨著國產化的核電器材先後投入營運，核電技術的國產化率也達到了100%。
（「國和一號」模型）
那麽，國產的核電技術經歷了哪些突破？產業鏈的又是怎樣一步步完善起來的呢？
「國和一號」大功率核電機組
今年5月舉辦的「中國品牌日」活動上， 「國和一號」核電機組的模型在展會上向世人亮相。
核電機組整體上可分為兩大部份， 一部份是核島，是進行原子核分裂反應的。另一部份業內叫常規島，它的作用和常規的發電機類似。 這兩個部份，構成了一套完整的核電機組。
從模型結構看，「國和一號」的核島部份，整體結構是豎立狀半圓形。下面的部份一個是反應堆壓力槽一個是蒸汽發生器，上面則是一個水箱。
（核電機組模型的一部份）
常規島部份位於另一側，水燒開產生蒸汽，蒸汽順著這部份復雜的管道進入汽輪機，而後驅動機器開始發電。
上述兩個部份，便是「國和一號」核電機組的大概構造。它屬於CAP1400壓水堆技術，是在此前AP1000非能動技術的基礎上，改進和研制出來的。
在發電效能上， 它的功率為1500兆瓦，一年發出來的電量為125億度，可以供給2200萬人全年的用電需求。從耗能上來看，這相當於400萬噸煤炭的消耗量，由此減排的二氧化碳量在千萬噸以上。
（「國和一號」核電機組的施工現場）
「國和一號」是在2020年9月完成一系列技術研發的。 目前在石島灣核電站，兩台機組正在按期建設中。
從開始的研發到現在即將投入使用，「國和一號」的研制經歷了哪些過程呢？
1400噸「重」，5000立方米「大」
中國的核電起步於40年前，上世紀80年代第一批核電站建設營運時，所用核電技術有法國的，有加拿大的，後來還有俄羅斯的。
由於引進技術多，核電機組從結構到標準也都存在差異。所以越是營運到後期，我們越是發現，多技術並存的局面，不利於國產化和系統化，更不利於技術上的標準化。
（「國和一號」圖片）
於是在 2008年 ，國務院審議透過了一項關於核電站的實施方案，由此「國和一號」正式開啟了研發。
根據規劃，核電專項領域的研發，主要解決三個方面的問題。即 批次化建設的能力、安全性、產業鏈體系的構築。 也就是說， 未來的核電站以及營運，要自己能建，營運方面安全要有保證，整個核電器材的產業鏈體系還要建立起來並穩固。
基於這一原則，由電力投資集團牽頭， 超600家單位，總人數為31000多人的研發隊伍便組建起來了。研發的總工程師為鄭明光。
他曾表示，器材的體型，十分契合重大專案實施方案中的 「重」和「大」 兩個字。
（石島灣核電站）
它有多重呢？設套器材中單台機組的重量就達到了 100噸 ，再加上其余30多個模組的重量， 總重量超過了1400多噸。
至於「大」，單個模組的體積就能達到 5000立方米 。安全殼的直徑，更是超過了 40米 。而另外一些模組的高度，則達到了 70米以上，遠超一般的居民樓高。
從使用材料看，特制的鋼板厚度超過了 5厘米 。一旦開啟執行，有的元件內部每平方米承受的壓力超過了 40噸 ，遠遠超過一般輕型裝甲車的重量。
除此之外，常規島也就是發電的部份，彎曲復雜的管道超過了 10000根 。如果將這些管道連線起來，總長度在 300公裏以上。
單單從構造來看，難以想象這是一項多麽復雜而嚴苛的研制工程。而且在原有引進器材的基礎上，我們在研發中還加入了大量的新技術。其中有一項技術，跟核電執行的整體安全有關。
非能動技術保障安全
在「國和一號」核電機組的核島部份，上面是 巨大的水箱。 開始工作的時候，裏面將會盛放 3000多噸的冷卻水 。冷卻水的主要作用，是保障執行中的安全的。
簡單來說就是， 一旦在執行中發生安全事故，水箱中的冷卻水，可以不依靠任何外部動力系統，只靠著自身的重力就會下流，而後冷卻位於下面的安全殼，保證內部不會因為溫度迅速升高而超壓，並且冷卻水也能迅速起到降溫和減壓作用。
這一設計理念，在業內被稱為 「非能動技術」。 圍繞這一技術，核電站執行中發生事故比如斷電的情況下， 整個核電機組不需要人工幹預，在72小時內能自動保障安全。
非能動技術的本質， 就是減少傳統的電力驅動系統，保證核電機組在出現安全風險後，能在人為不幹預，或者電力驅動系統失效的情況下，繼續運作來維持安全。
按照這一理念，「國和一號」在整體設計的時候，相比於傳統發電廠的閥門系統減少了一半，管道系統減少了八成以上，電纜系統減少了七成。
是不是感覺不可思議，一套發電系統，在保障自身安全的時候，卻盡量不用電力來驅動。這麽做的終極目的，就是因為這是有別於傳統發電站的核電站。所以 依照事故風險的處置，都以人不能進場幹預的邏輯來設計的。
除了自身的安全系統之外，「國和一號」的外層還有厚厚的安全罩。根據上海核工院的介紹，整套系統的外層是鋼筋混凝土結構，它的厚度達到了1.1米以上。
無論是海嘯還是台風，來自外部的侵害都能有效抵禦。哪怕是像波音737飛機那樣的撞擊，也跟撓癢癢一樣。
內部的核電機組完全是內生動力，不需要外部額外增加電機驅動。外部的安全罩防護也有效，內外構成一個整體，安全系數將得到大大提升。
而這一切設計和打造的背後，全都實作了國產化。
從1%到99%
核電機組，說是一套發電器材，實際上是一項打造出來的工程。體型龐大，後期參與打造的企業眾多，由此就需要一個完整而成型的產業鏈系統助力。
600多家參與的單位，除了研發機構，其中有大量的單位是器材制造企業。 研發者有什麽構想和設計，參與的企業就得在現實中制造出來。
以往，我們的整套核電器材和技術，九成以上都是非國產化的。打造「國和一號」的過程中，就是國產化一步步蛻變的過程，也是大量企業參與的時刻。
比如核電機組中所用到的10000多根管道系統，這是核電領域專用的 690U型管合金。 這些被簡稱為U型管的器材可不簡單，核反應堆加熱後的熱水，都是透過這些管道來完成各種能量交換，並最終發電的。
管道不但各種尺寸多，而且為了 防輻射、防腐蝕 ，對制造的材料要求也很高。過去我們未實作國產化的時候，管道系統只能靠進口。
世界上能生產這樣管道系統的，只有 法國、瑞典和日本的三家企業 。技術和制造器材都被壟斷， 銷售價格每噸超300萬元。
還在2005年的時候，一個叫 莊建新 的中國人打算去學藝。他千裏迢迢找到法國那家老牌企業，本打算用股權去換技術，但人家連工廠大門都沒讓他進去。
回國之後，莊建新成立了自家的公司，而後在上海核工院的指導下，投入資金開始自行研發U型管技術。
幾年的攻關後終於完成，不過剛開始的產量不高， 生產150噸的產品就需要一年半的時間。 沒有產量，未來建造新的核電站，就不能保證產品供應。
公司於是繼續攻克難關，至今的 年產量已經上升到了550噸 。值得一提的是，此前莊建新想去學藝的法國公司，聽說中國也能生產器材了，隨後便來中國開設分公司，試圖爭奪市場份額。去年的時候，莊建新的公司，成功將法國在中國開設的分公司收購。
U型管的從無到有，僅僅是核電機組器材國產化的冰山一角，大量的器材在「國和一號」研發的過程中，我們都是從無到有實作了國產化和自主化生產。
時至今日， 在長三角地區，從設計到制造，從工程的建設到建造安裝，再到核電站後期的運維，中國已形成了一整套核電產業鏈。
「國和一號」在後來的建造采購裝備中， 51%的器材供貨，都是長三角地區的企業。 以上海為例， 核電產業的企事業單位超過了200家，從業人員達到了2萬人，年產值超過了240億元。
也就是說，中國現在的核電站打造，完全實作了國產化。現在， 我們在國內建造核電站，未來我們的核電站以及技術也能走向國外。
結語：除了「國和一號」，還有「華龍一號」
「國和一號」的示範性工程，目前正在石島灣核電站建設。而中國另一套自主研發的核電機組 「華龍一號」，今年3月份的時候已經投產使用了。
「華龍一號」機組，位於防城港核電站，屬於該核電站的3號機組。3月份開始發電後，防城港核電站的機組達到了27台。
（「華龍一號」核電機組投產儀式現場）
「國和一號」和「華龍一號」，都擁有自主知識產權，隨著在各地核電站進一步建造和使用，國產化核電機組的時代已經來臨。
參考資料：
【探秘中國自主三代核電技術「國和一號」，有什麽黑科技？】 界面新聞 2023年5月26日
【探秘三代核電「國和一號」產業鏈：核心技術必須靠自主創新】 第一財經 2023年6月5日
【「國和一號」產業鏈聯盟助力核能國產化】 中國能源報 2023年5月22日
【歷時12年科研攻關，「國和一號」示範工程—— 推動核電行業和技術整體升級換代】 人民日報 2021年9月2日
