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柴油发电机备用系统为何失效?

        关于福岛发生的一切,至少又一个事实已经清楚,就是后来反应堆内部温度、气压的双双升高,最初始的原因就是地震引起电力外部供应中断,同时作为备用的柴油发电机也出现故障,最终导致冷却泵无法向反应堆内部注水。

  可见,供电是这个过程中的关键。但令人疑惑的是,对于核电站这样一个对安全防范要求极高的系统,往往在设计之初就需要考虑到所有能够想象得到的最坏情况来予以防范,尤其在最重要的电力环节,电站停电势必会作为一种被高度关注的可能性来制定对策。

  然而,地震来临后,福岛第一核电站7台机组的应急柴油机无一例外失效。应急过程中柴油发电机不能正常启动,这在日本尚属首例。福岛的这次创纪录,不由不让人心生问号。

  第一个可供解释的原因,是地震+海啸这样的极端灾害对福岛核电站造成的双重打击,先是地震破坏核电站主电力供应线路,然后地震引发的海啸又冲走了柴油发电机组。

  美国圣迪亚国家实验室物理学家肯勒斯·伯杰伦对此称,这两种几乎不可能同时发生的情况同时发生,在专业术语上被称作全厂断电。由于发生的几率极低,此前几乎从来没有人会想过这种状况。但这次却在福岛发生了。

  另一个原因则涉及到福岛核电站整体采用的设计。建成于40年前的福岛核电站是日本的第一批核电机组,采用的还是二代核电技术。二代核电技术与三代核电技术相比,一个重要区别就在于二代核电技术采用的是能动安全系统,而三代核电技术如AP1000,则采用了非能动安全系统。

  简要地说,就是三代核电技术在遭遇紧急情况时,不需要用电,仅靠地球引力、物质重力等自然现象就可以驱动核电厂的安全系统,从而冷却反应堆堆芯,带走堆芯余热,并对安全壳外部实施喷淋,进而使核电站恢复到安全状态。

  相比必须通过电力维持冷却泵运转来为核电机组反应堆降温的第二代核电技术,AP1000的这种非能动设计在遭遇类似福岛这样极端事件时,就优势尽现了。

  再回过头来看福岛,根据麻省理工学院的Josef Oehmen 博士分析,福岛核电站在地震后,关于电力方面发生的一切大致如下:在地震发生后的一小时内一切情况是平稳的。为紧急情况而准备的多组柴油发电机中的一组启动,为冷却泵提供了所需的电力。然后海啸来了,比核电站设计时所预料的规模要更巨大的海啸,摧毁了所有的柴油发电机组。

  当柴油发电机组被冲走后,反应堆操作员将反应堆切换到使用紧急电池。这些电池被设计为备用方案的备用方案,用于提供给冷却系统8个小时所需的电力,并且也确实完成了任务。

  但是,在这8个小时内,需要为反应堆找到另外一种供电措施。最后通过卡车运来了移动式柴油发电机。整个事件从这一刻起开始变得糟糕,因为运来的柴油发电机因为接口不兼容而无法连接到电站。所以当电池耗尽后,余热就无法再被带走。随后的核心熔毁以及一系列爆炸事件就此发生。

  这给我们的警示之一,就是至少今后的备用柴油发电机要放到高一点、更安全的位置上。复旦大学核科学与技术系教授袁竹书告诉《第一财经日报》。另外,虽然中国目前普遍已经使用二代改进型核电技术,其风险防范能力要优于福岛的二代核电技术。但经过此次福岛事件,势必将引起业界对三代核电技术的重新衡量。

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