國(guó)資報(bào)告：“華龍一號(hào)”創(chuàng)新啟示錄
文章來(lái)源：國(guó)資報(bào)告 發(fā)布時(shí)間：2021-03-26
1月30日，“華龍一號(hào)”全球首堆——中核集團(tuán)福建福清核電5號(hào)機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行。這標(biāo)志著我國(guó)在三代核電技術(shù)領(lǐng)域躋身世界前列，成為繼美國(guó)、法國(guó)、俄羅斯等國(guó)家之后真正掌握三代核電技術(shù)的國(guó)家。
黨的十九屆五中全會(huì)提出，堅(jiān)持創(chuàng)新在我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)全局中的核心地位，把科技自立自強(qiáng)作為國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略支撐。
從1997年提出以“177堆芯”為主要特征的CNP1000，到2009年提出“能動(dòng)+非能動(dòng)”為主要特征的CP1000，再到ACP1000、“華龍一號(hào)”，中國(guó)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站經(jīng)過二十多年的努力與拼搏，終于建成投運(yùn)，也給我國(guó)開展自主創(chuàng)新提供了諸多經(jīng)驗(yàn)和啟示。
長(zhǎng)期主義
“華龍一號(hào)”的成功并非偶然，也不是一蹴而就，而是經(jīng)過了長(zhǎng)期奮斗。
上世紀(jì)90年代，中核集團(tuán)核動(dòng)力院在完成了中國(guó)首座自主研發(fā)設(shè)計(jì)的60萬(wàn)千瓦核電站——秦山二期核電工程后，啟動(dòng)了自主百萬(wàn)千瓦級(jí)核電技術(shù)的研發(fā)工作。
一個(gè)核電站的設(shè)計(jì)，最核心的就是堆芯，堆芯確定了，反應(yīng)堆及一回路系統(tǒng)才能設(shè)計(jì)定型，一回路確定，二回路系統(tǒng)才能進(jìn)行設(shè)計(jì)。
當(dāng)時(shí)世界核電通用趨勢(shì)是在堆芯設(shè)計(jì)上采用157堆芯，核動(dòng)力院的研發(fā)團(tuán)隊(duì)則在充分論證可行性后，提出了177堆芯的方案，這成為“華龍一號(hào)”誕生的源頭和核心技術(shù)的基礎(chǔ)。
從“157”到“177”，看似簡(jiǎn)單，實(shí)則復(fù)雜。在充分考慮熱量傳遞、燃料富集度等組件之間相互制約的因素后，還要提升堆芯性能，并不是一件容易的事情。
據(jù)“華龍一號(hào)”副總設(shè)計(jì)師、核反應(yīng)堆及一回路系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師劉昌文回憶，為在參數(shù)的平衡間找到最優(yōu)的布置方式，科研人員自我加壓，艱難攻關(guān)，在堆芯裝載方案沒有顛覆性調(diào)整的情況下，成功地將組件最大燃耗降低到了限值以內(nèi)，在安全性、經(jīng)濟(jì)性和對(duì)下游專業(yè)的影響之間取得了較好的平衡。
核電的自主創(chuàng)新并非閉門造車，而是廣泛吸收國(guó)際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和成果。歐美推出的AP1000、ERP等第三代核電技術(shù)，無(wú)論是安全性還是經(jīng)濟(jì)性方面，都提出了更高的要求，應(yīng)對(duì)事故的能力更強(qiáng)。對(duì)此，中核集團(tuán)科研團(tuán)隊(duì)汲取國(guó)際上第三代核電站設(shè)計(jì)理念，重新定位了自主百萬(wàn)千瓦級(jí)技術(shù)的研發(fā)目標(biāo)，形成了一個(gè)具有三代特征的自主核電技術(shù)，這就是CP1000。
邢繼于2009年進(jìn)入這一研發(fā)團(tuán)隊(duì)，并擔(dān)任這一型號(hào)的總設(shè)計(jì)師。隨后，研發(fā)團(tuán)隊(duì)提出了“能動(dòng)+非能動(dòng)”的初步設(shè)想，并落實(shí)在CP1000方案中。
“華龍一號(hào)”全球首堆
CP1000計(jì)劃在2011年底開工，邢繼科研團(tuán)隊(duì)在2010年底就完成了初步安全分析報(bào)告編制，并上報(bào)到國(guó)家核安全局。然而，2011年3月日本福島核事故發(fā)生后，我國(guó)制定了核電安全發(fā)展的四項(xiàng)決定，根據(jù)新的要求，CP1000需要重新論證。
日本福島核事故雖然阻止了CP1000，但沒有阻止中國(guó)核電自主研發(fā)前進(jìn)的步伐。在研發(fā)CP1000的同時(shí)，中核集團(tuán)已經(jīng)提前策劃布局并開展了自主三代核電的研究，也就是后來(lái)的ACP1000，日本福島核事故可以說加速了這一型號(hào)的面世。
ACP1000既然定位三代核電，就要按照三代核電的要求，和國(guó)際最高水平來(lái)設(shè)計(jì)。而這個(gè)高目標(biāo)，給工程師們帶來(lái)漫長(zhǎng)而艱難的挑戰(zhàn)。
日本福島核事故后，核電站能抗多大級(jí)別地震，成為人們關(guān)注的問題。在抗震要求方面，歐洲的ERP堆型為0.25g，而ACP1000則將抗震要求從0.25g提升到了0.3g。
為了啃下0.3g抗震的這塊硬骨頭，從2012年底到2014年底，抗震設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的工程師們幾乎沒日沒夜地在辦公室里計(jì)算。
“最擔(dān)心計(jì)算出錯(cuò)，因?yàn)橐坏┯?jì)算出錯(cuò)，可能會(huì)因?yàn)檫B鎖反應(yīng)，導(dǎo)致上游工藝專業(yè)的工作都白做了。那段時(shí)間，工作的壓力非常大，連睡覺時(shí)都會(huì)經(jīng)常反復(fù)地思考計(jì)算參數(shù)，感到有問題時(shí)，就會(huì)冒冷汗。”抗震攻關(guān)團(tuán)隊(duì)的專家楊建華說。
在抗震攻關(guān)團(tuán)隊(duì)夜以繼日的努力下，經(jīng)歷了五次抗震設(shè)計(jì)迭代優(yōu)化，終于形成了最終的“華龍一號(hào)”布置方案。
類似的科研攻關(guān)故事還有很多。蒸汽發(fā)生器是核電站的關(guān)鍵設(shè)備之一。長(zhǎng)期以來(lái)，蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì)技術(shù)，只掌握在美國(guó)西屋、法國(guó)阿海琺等少數(shù)國(guó)外公司手中，設(shè)計(jì)新型號(hào)的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站蒸汽發(fā)生器，在國(guó)內(nèi)尚無(wú)先例。
從事蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)研究近30年的專家張富源擔(dān)任攻關(guān)組組長(zhǎng)兼專家組組長(zhǎng)。為了攻關(guān)，張富源帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員，常常24小時(shí)守在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。經(jīng)過27個(gè)月的攻關(guān)，第三代核電ZH-65型蒸汽發(fā)生器問世。相比之下，美國(guó)、法國(guó)制造首臺(tái)三代核電蒸汽發(fā)生器的時(shí)間用了將近40個(gè)月。而與國(guó)外三代核電蒸汽發(fā)生器相比，ZH-65型蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽壓力更高、蒸汽溫度更低、經(jīng)濟(jì)型更高。
2015年5月7日，“華龍一號(hào)”全球首堆——中核集團(tuán)福建福清核電5號(hào)機(jī)組正式開工建設(shè)。2021年1月30日，“華龍一號(hào)”投入商業(yè)運(yùn)行。據(jù)了解，“華龍一號(hào)”擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系，專利700余件，軟件著作權(quán)120余項(xiàng)。
20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)核電從秦山起步，掀開了核能開發(fā)利用的新篇章。在自主設(shè)計(jì)建造秦山一期、秦山二期、嶺澳二期等核電廠基礎(chǔ)上，中核集團(tuán)歷經(jīng)20多年砥礪創(chuàng)新，成功自主研發(fā)了三代核電技術(shù)“華龍一號(hào)”。
“‘華龍一號(hào)’是中國(guó)核工業(yè)多年來(lái)堅(jiān)持自主創(chuàng)新的成果。”“華龍一號(hào)”總設(shè)計(jì)師邢繼說。“從CNP1000、CP1000、AP1000再到“華龍一號(hào)”，20年4個(gè)自主型號(hào)的名稱，折射出的是一代接一代中國(guó)核工業(yè)人，在自主創(chuàng)新核電技術(shù)的艱難歷程上不斷追求更高目標(biāo)的執(zhí)著精神，是對(duì)初心的堅(jiān)守。”
協(xié)同創(chuàng)新
核電站是高度復(fù)雜的能源系統(tǒng)。“華龍一號(hào)”能順利投入商用，除了我國(guó)核工業(yè)體系的整體進(jìn)步，和我們自身掌握核心技術(shù)，還在于各方大力協(xié)同。
“華龍一號(hào)”的研發(fā)，集結(jié)了國(guó)內(nèi)17家高校、科研院所的力量，國(guó)外有14家企業(yè)或大學(xué)參與，簽署科研合作協(xié)議上百項(xiàng)。邢繼介紹說，“華龍一號(hào)”在研發(fā)過程中，開展了產(chǎn)學(xué)研合作，克服了很多困難，解決設(shè)備國(guó)產(chǎn)化難題，滿足第三代核電要求，在核電主設(shè)備上通過聯(lián)合研制實(shí)現(xiàn)了100%的國(guó)產(chǎn)化。
其中，所有設(shè)備國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程中，最艱難的就是“華龍一號(hào)”主泵的國(guó)產(chǎn)化。
主泵作為反應(yīng)堆中循環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)力源，被業(yè)界比喻為核電站“心臟”，結(jié)構(gòu)精密、系統(tǒng)復(fù)雜、制造難度極大，2008年之前國(guó)內(nèi)已建成核電站的主泵均是從國(guó)外進(jìn)口。
2007年，中核集團(tuán)中核工程開始承擔(dān)核電廠總承包工作。在首次承擔(dān)核電總承包開始階段，中核工程就發(fā)揮自主設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)主泵全球重要供貨商的泵型進(jìn)行了全面的比較，依托當(dāng)時(shí)的福清1、2號(hào)和方家山項(xiàng)目，在主泵的設(shè)備采購(gòu)中明確要求國(guó)外投標(biāo)商尋找國(guó)內(nèi)合作伙伴，并進(jìn)行關(guān)鍵重要零部件的國(guó)產(chǎn)化分包和技術(shù)轉(zhuǎn)讓。
通過艱苦的談判，中核工程和安德里茨公司在福清、方家山項(xiàng)目上達(dá)成共識(shí)，支持哈電實(shí)現(xiàn)主泵國(guó)產(chǎn)化和技術(shù)轉(zhuǎn)讓，并在哈電與安德里茨簽訂的分包和技術(shù)轉(zhuǎn)讓合同中明確，由安德里茨幫助哈電實(shí)現(xiàn)主泵的國(guó)產(chǎn)化和技術(shù)轉(zhuǎn)讓。
主泵的國(guó)產(chǎn)化是一個(gè)非常困難的過程，國(guó)內(nèi)參與主泵項(xiàng)目各單位在主泵設(shè)計(jì)、原材料、制造、試驗(yàn)、產(chǎn)能、項(xiàng)目管理等多方面存在嚴(yán)重不足。面對(duì)這些問題，中核工程積極分析梳理問題的癥結(jié)，建立了從基層項(xiàng)目管理人員到公司領(lǐng)導(dǎo)甚至中核集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)的協(xié)調(diào)機(jī)制，成立了主泵國(guó)產(chǎn)化的專項(xiàng)組，針對(duì)主泵國(guó)內(nèi)重要供方實(shí)施蹲點(diǎn)策略，安排項(xiàng)目人員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)和推動(dòng)廠家主泵國(guó)產(chǎn)化進(jìn)展，幫助廠家建立了一整套主泵項(xiàng)目管理、質(zhì)保體系。
“華龍一號(hào)”全球首堆建設(shè)場(chǎng)景
2008年11月，中核工程與哈電動(dòng)裝及安德里茨聯(lián)合簽訂福清方家山項(xiàng)目主泵供貨合同，2009年哈電開展全流量試驗(yàn)臺(tái)架啟動(dòng)方案設(shè)計(jì)，總投資約2億人民幣，于2012年建成并投入使用，最終在福清5號(hào)機(jī)組獨(dú)立實(shí)現(xiàn)主泵總裝。
在“華龍一號(hào)”研發(fā)過程中，類似這樣的事還有很多，“華龍一號(hào)”研發(fā)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合東方電氣、哈電集團(tuán)等58家國(guó)有企業(yè)，聯(lián)動(dòng)140余家民營(yíng)企業(yè)，帶動(dòng)上下游產(chǎn)業(yè)鏈5000多家企業(yè)，共同突破了411臺(tái)核心裝備的國(guó)產(chǎn)化，首堆工程國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到88%，實(shí)現(xiàn)了由“中國(guó)制造”向“中國(guó)創(chuàng)造”的飛躍。
不僅關(guān)鍵設(shè)備，核電建設(shè)用的大宗材料也都離不開協(xié)同攻關(guān)。比如電纜，三代核電站電纜鑒定壽命是60年。中核集團(tuán)與廠家一起研究，實(shí)現(xiàn)電纜壽命的延長(zhǎng)，提高耐高溫高壓性能。再比如安全級(jí)電纜的熱縮套管，中核集團(tuán)和國(guó)內(nèi)企業(yè)聯(lián)合研發(fā)打破了國(guó)外壟斷，價(jià)格只是國(guó)外廠家的1/5。
2015年5月7日，“華龍一號(hào)”示范工程福清核電5號(hào)機(jī)組正式開工建設(shè)。“華龍一號(hào)”首堆工程涉及大的專業(yè)領(lǐng)域70多個(gè)，80多個(gè)構(gòu)筑物，360多個(gè)系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)圖紙20萬(wàn)張以上。尤其是設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率較高，包含“三新”設(shè)備（新設(shè)計(jì)、新廠家、新技術(shù)）111項(xiàng)。可以說，每一個(gè)細(xì)節(jié)的創(chuàng)新，都對(duì)設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、調(diào)試，乃至商務(wù)、核安全等各個(gè)環(huán)節(jié)提出了更高的要求，對(duì)整體的項(xiàng)目控制而言也意味著更大的挑戰(zhàn)。
為了確保首堆工程順利推進(jìn)，在中核集團(tuán)主要領(lǐng)導(dǎo)牽頭下引入了Top10制度、沙盤推演等項(xiàng)目管理工具。其中，Top10制度是梳理和總結(jié)項(xiàng)目進(jìn)展中存在的影響力和風(fēng)險(xiǎn)性較大的進(jìn)度節(jié)點(diǎn)，可以集中調(diào)動(dòng)優(yōu)勢(shì)力量實(shí)現(xiàn)協(xié)同。而用于模擬項(xiàng)目管理與策劃工作的沙盤推演，被推廣到設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工等環(huán)節(jié)，增強(qiáng)了對(duì)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)見性和控制效能，能夠使進(jìn)度節(jié)點(diǎn)都得到有效把控和落實(shí)，對(duì)“三新”設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)控制和平穩(wěn)運(yùn)行具有非常重要的意義。
在各方協(xié)同之下，“華龍一號(hào)”全球首堆的建設(shè)穩(wěn)步向前推進(jìn)，相繼完成穹頂?shù)跹b、冷試、熱態(tài)性能試驗(yàn)、第一組燃料組件入堆等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2020年11月27日，經(jīng)過5年多建設(shè)，“華龍一號(hào)”并網(wǎng)發(fā)電。2021年1月30日，“華龍一號(hào)”宣布商用。這也是世界上首個(gè)按照計(jì)劃工期推進(jìn)的三代核電機(jī)組。
可以說，“華龍一號(hào)”從研發(fā)到建設(shè)，充分體現(xiàn)了中國(guó)特色社會(huì)主義制度集中力量辦大事的顯著優(yōu)勢(shì)，成功把“華龍一號(hào)”從設(shè)計(jì)圖紙變成了宏偉工程，譜寫了雄壯的大國(guó)重器進(jìn)行曲。
走向世界
“華龍一號(hào)”數(shù)十年磨一劍，成功投入商業(yè)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了幾代核電人的夢(mèng)想，這是我國(guó)核能發(fā)展史上具有里程碑意義的成果，向黨中央和全國(guó)人民交出了一份合格答卷。
作為中國(guó)高端制造業(yè)走向世界的“國(guó)家名片”，“華龍一號(hào)”設(shè)計(jì)壽命為60年，反應(yīng)堆采用177堆芯設(shè)計(jì)，堆芯設(shè)計(jì)換料周期18個(gè)月，創(chuàng)新采用“能動(dòng)和非能動(dòng)”相結(jié)合安全系統(tǒng)及雙層安全殼等技術(shù)，在安全性上滿足國(guó)際最高安全標(biāo)準(zhǔn)要求。
“華龍一號(hào)”每臺(tái)機(jī)組裝機(jī)容量116.1萬(wàn)千瓦，每年發(fā)電近100億度，能夠滿足中等發(fā)達(dá)國(guó)家100萬(wàn)人口的年度生產(chǎn)和生活用電需求，每年可減少標(biāo)準(zhǔn)煤消耗312萬(wàn)噸、減少二氧化碳排放816萬(wàn)噸，相當(dāng)于植樹造林7000多萬(wàn)棵。
“華龍一號(hào)”的成功，標(biāo)志著我國(guó)已成為繼美國(guó)、俄羅斯、法國(guó)等國(guó)家之后真正掌握自主三代核電技術(shù)的國(guó)家，我國(guó)核工業(yè)的自主創(chuàng)新能力和核心競(jìng)爭(zhēng)力實(shí)現(xiàn)了大幅躍升，建設(shè)核工業(yè)強(qiáng)國(guó)邁出了堅(jiān)實(shí)一步。
“華龍一號(hào)”堆型的深度自主化設(shè)計(jì)，也為解決“華龍一號(hào)”技術(shù)出口第三國(guó)可能的核禁運(yùn)限制鋪平了道路，并將有效發(fā)揮國(guó)內(nèi)高端設(shè)備制造產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)集群轉(zhuǎn)型升級(jí)。
2018年10月11日，美國(guó)能源部發(fā)布《美國(guó)對(duì)中國(guó)民用核能合作框架》，對(duì)我國(guó)核能進(jìn)口實(shí)施選擇性禁止。這使邢繼更加深刻地認(rèn)識(shí)到“華龍一號(hào)”對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)、大國(guó)政策、“一帶一路”、核工業(yè)強(qiáng)國(guó)、裝備制造升級(jí)的意義和價(jià)值。建成三代核電是根本，但要真正實(shí)現(xiàn)領(lǐng)跑還要形成華龍標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)是話語(yǔ)權(quán)。“我們不僅要輸出自己的核電，還要按照我們自己的標(biāo)準(zhǔn)去建設(shè)，這樣才能不受制于人。”邢繼說。
2020年11月10日，中核集團(tuán)宣布，“華龍一號(hào)”已形成一套完整的、自主的型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)體系，涵蓋核電廠前期、設(shè)計(jì)、設(shè)備、建設(shè)、調(diào)試等全生命周期，可有力支撐“華龍一號(hào)”批量化建設(shè)和“走出去”。
2021年1月30日，站在“華龍一號(hào)”全球首堆投入商業(yè)運(yùn)行的時(shí)點(diǎn)上，中核集團(tuán)董事長(zhǎng)余劍鋒對(duì)未來(lái)的發(fā)展進(jìn)行了展望。余劍鋒表示，中核集團(tuán)將始終牢記強(qiáng)核強(qiáng)國(guó)的歷史使命，推動(dòng)核工業(yè)安全發(fā)展、創(chuàng)新發(fā)展，加快“華龍一號(hào)”批量化建設(shè)和后續(xù)機(jī)型研發(fā)，著力推動(dòng)自主三代核電“華龍一號(hào)”“走出去”，為實(shí)現(xiàn)科技自立自強(qiáng)，加快建設(shè)核工業(yè)強(qiáng)國(guó)作出新的更大貢獻(xiàn)。（《國(guó)資報(bào)告》記者 原詩(shī)萌）
【責(zé)任編輯：趙藝涵】
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