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中国自主三代核电突围记

日期:2021-03-02    来源:科技日报  作者:陈 瑜

能源资讯中心

2021
03/02
11:15
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关键词: 中核集团 华龙一号 核电技术

3月1日,华龙一号全球首堆——福建福清核电5号机组“火力全开”,满功率运行发电。图为2020年8月拍摄的福清核电5号机组。受访者供图

中核集团华龙一号总设计师邢继创作的华龙一号油画作品邢继供图

从求合作到被求合作,邢继的想法更坚定了:用开放的姿态推进和平利用核能技术的国际合作,但首先要坚持把核心技术掌握在自己手里。2015年5月7日,华龙一号全球首堆在福清正式开工,中国自主三代核电突围战进入冲刺阶段。

“我们能够自己研制出‘两弹一星’,为什么就不能自主研制出达到世界先进水平的核电站?”中核集团华龙一号总设计师邢继没想到,为了求解这个问题,他用了34年时间。

您也许不知道,如今点亮家中那盏灯的电,可能来自我国首个具有世界先进水平的自主三代核电站——春节前刚投入商业运行的华龙一号。3月1日,华龙一号全球首堆——福建福清核电5号机组“火力全开”,满功率运行发电,当天发电2700多万度。以每个家庭每天用电10度计算,可以点亮270万家的灯火。

作为代表国家核心竞争力的国之重器,华龙一号核心设备均已实现国产化,我国终于成为继美、法、俄后,真正掌握自主三代核电技术的国家。

如果从1970年我国第一代核潜艇陆上模式堆发出的中国核能第1度电算起,中国的核电利用已走过50余年。从跟在别人身后的“小学生”,到平等的合作伙伴,成千上万的中国核工业人用自己的青春和热血,让这片全新的领域从筚路蓝缕到星光璀璨,青丝变白发间,在核电“万国牌”夹缝中打造出一张崭新的中国名片。

不能只搞核爆炸,也要搞核电站

1970年春节前,上海市领导向中央汇报工作时,道出了当时上海面临的严峻形势:多家工厂由于缺电轮流停产。2月初,周恩来总理做出指示:“从长远来看,要解决上海和华东地区用电问题,要靠核电。”

核电,是利用原子核内部蕴藏的能量产生电能。一颗原子核,直径只有一根头发丝的一亿分之一,却蕴藏着惊人能量。1千克的铀235裂变以后产生的能量,大致相当于2700吨标准煤充分燃烧释放的热量。

核电是战略高科技产业,是大国必争之地。发展核电是和平时期保持和拥有强大核实力的重要途径。第二次世界大战结束后,世界各国科学家都把更多注意力转向原子能和平利用。1970年11月,周总理对二机部(中核集团前身)负责人风趣地说,二机部不能只搞核爆炸,也要搞核电站。

但以我国当时薄弱的经济科技实力,攀登这座科学技术“最高峰”谈何容易。

1970年2月8日,上海市组织传达了周总理关于建设核电的指示精神并研究了落实措施,我国第一座核电站工程由此得名“728工程”。谁能想到这个中国核电的“头号工程”,正式开工已是16年后。

1974年3月31日,人民大会堂新疆厅。我国著名核动力专家彭士禄、我国大陆第一座核电站总设计师欧阳予拿出大量设计图纸,外加一个有机玻璃制作的压水堆模型,向周恩来、邓小平等中央领导人汇报。这是周总理生前带病主持的最后一次关于核工业的会议。

他身子微微前倾,专心地听着汇报,对每一个关键点都仔细地提出问题,比如,核电站排出来的废物怎么处理。在核电站模型前,他边看边问,足足站了十分钟。

这次会议确定了我国首个核电站——位于浙江的秦山一期核电站采用30万千瓦压水堆方案。

但之后因缺少统一战略方针和政策指导,工程几经浮沉甚至面临下马。“728工程”忽上忽下的消息令科研人员揪心。但研究不能停,蒸汽发生器设计负责人刘家钰给自己定下一条原则:“只要没看见宣布工程下马的中央正式文件,就没有权力放下手中的计算尺。”

终于在1986年,秦山一期30万千瓦级核电机组正式动工,来自我国西北、西南等基地的核工业大军向秦山集结,开始了中国自主核电探索的首次冲锋。此时全世界在运核电站已超过370座,其中包括很多百万千瓦级核电机组。

1991年秦山一期30万千瓦级核电机组成功并网发电,中国大陆没有核电站的历史被改写。但与国外百万千瓦级技术相比,中国核电还有很长的路要走。

“万国牌”中埋头苦学

继秦山核电站之后,广东省也提出了发展核电的构想。

1990年,伴随着改革开放大潮,中国引进法国技术在广东大亚湾开建第一个百万千瓦级核电站。“广东核电走的引进、消化、吸收再创新之路,可以缩短我们探索的过程。”时任广东核电站建设指挥部总指挥的彭土禄这样说。

刚工作两年多的邢继被派去法国著名核电公司Framatorn设在深圳的现场技术部,担任工程师。在那里,他第一次见到当时国际上最先进的核电设计图纸,第一次接触到现代化设计管理体系。那时,他甚至整个中国核工业,都只是“小学生”——没有高标准的设计,装备制造水平也十分落后,甚至连符合法国技术要求的水泥、钢筋等基本材料都需要进口。

落后的不仅是基础设施建设,核电人才的匮乏更是超出想象。运行核电站的核心技术人员是操纵员,我国最早一批核电站操纵员主要在法国接受培训,每人所花的费用相当于一般人体重的黄金价格,所以他们被称为核电“黄金人”。

“九五”期间,即1996—2000年,我国相继购买了俄罗斯的压水堆、加拿大的重水堆等。2006年,美国四台AP1000核电机组“落户”浙江三门和山东海阳。引进合同的墨迹未干,法国EPR机型也落脚广东台山。我国核电站发展步入“万国牌”阶段。

伴随着陆续开展的国际合作,大批中国核电人在引进、消化吸收中埋头学习国外先进核电技术,为未来的自主研发蓄力。

现任中核集团核动力院科技委主任吴琳在上世纪90年代被派往法国学习核燃料设计技术。他清楚地记得,当时最困难的是计算机使用。学习时间紧,计算机又有限,为了验算设计程序,中方技术人员经常在机房待几天几夜算完才出来,晚上困了找张桌子趴一会儿,醒了看计算结果,再接着算。

“睁开眼就感觉鼻子不是鼻子,眼睛不是眼睛,都糊一起了。”但他和同事们啥也顾不上,想的就是快点把技术装进自己的脑袋里。

在这样艰苦的条件下,核动力院技术人员掌握了法国人的核燃料设计程序,也慢慢培养出了自己的核燃料设计能力,为中国核电站用燃料组件自主化打下了坚实的基础。

从引进消化吸收国际先进技术到自主研发核心技术,两条腿走路特别不容易。

在国际合作中,一向温文尔雅的邢继有过一次“十分生气”的经历。邢继发现某个型号的转让技术资料不完整,请对方项目经理来讨论如何补充完善,同时商量怎么让中国工程师尽快掌握技术,进行自主设计。

外方项目负责人的傲慢让邢继至今记忆犹新:“这很容易,让你们的工程师放下手中的铅笔,打开复印机,就学会了。”

换句话说,直接抄图就行,没有必要弄明白为什么这么设计。

刑继回答:“如果你不打开你的‘黑匣子’,我们可以不要你的技术转让。”这次冲突让邢继体会到,即使缴纳了高昂的学费,老师也不是真心想教会学生。

核心技术一定要掌握在自己手里

2005年,我国在广东开建岭澳二期核电站,规划建设两台百万千瓦级机组,但使用的仍是法国技术。堆芯设计,特别是燃料元件设计制造技术不具有完全自主知识产权。这让主持该工程设计的邢继有些遗憾。

“就像出国需要签证一样,通过‘以市场换技术’的引进方式,只是从国外买技术和设备,不可能掌握核电的核心技术,也不可能实现出口。”刑继心里憋着一股劲。他有了更明确的目标——建造一座完全由中国自主设计、建造并管理运营的百万千瓦级核电站。

憋着这股劲的,何止邢继一人。

堆芯是核电站的心脏。堆芯技术如果受制于人,自主核电就无从谈起。此前,我国已在运行的百万千瓦级核电机组,普遍使用的是国外引进的157堆芯。

上世纪90年代起,核动力院开始堆芯自主研发设计的探索。堆芯研发涉及336个系统,25个学科,计算量超乎想象。最难的是要研制出多种堆芯型号进行比较。“十几年时间,我们做了157堆芯、177堆芯、193堆芯等等,通过多个堆芯的比较论证,确定了177堆芯雏形。”吴琳说。

除了堆芯,核电发展另一条生命线是安全。

核工业是保守决策领域,在安全和政治双重约束下容不得一点“万一”,论证风险、解决风险与创新并存,自主创新难度可想而知。

汲取2011年日本福岛核事故的经验反馈,满足国际上最高的安全标准,这是邢继定下的具有挑战性的目标,也是让整个团队很快摆脱福岛核事故阴霾的方式。

改进方案之一,是增加了一项重要创新——非能动安全措施。所谓非能动是利用自然力,比如重力,在安全壳内高位设置一个巨大的水箱,平常储存大量用于应急冷却的水。在以电力驱动的应急系统丧失功能的情况下,用储存在高位的水箱中的应急冷却水,迅速淹没整个反应堆,确保反应堆的安全。

然而,此前我国核电站非能动研究技术基础薄弱。改进方案执行之初,就遇到了很多技术瓶颈。邢继坦言,当时想过找国外合作伙伴来共同解决技术问题,但碰了钉子。

在刑继位于北京航天桥附近的办公室里,一家长期合作的国际知名企业负责人提出合作条件:“你们必须把整个型号拿出来共享。”这意味着我国将失去对型号的主导权。邢继选择了放弃合作,转而组建一支研发团队进行自主攻关。

研究人员从理论研究开始,制定初步方案,再进行原理性实验,验证非能动循环理论的可能性;为了让系统具有足够的换热能力,对十多种不同换热器进行研究,选择出最适合的,设计出来再进行1:1试验,确认换热器性能满足要求。这还不够。他们又设计并建造了世界上最大规模综合试验台,模拟事故后的反应堆厂房,进行了全面的实验验证,以确保设计可靠性。一步又一步,一关又一关,研发团队硬是用几年时间啃下了“硬骨头”。

当那位外企负责人再次来到刑继办公室,表示可以无条件继续合作时。刑继回答:“上次那个问题我们自己解决了,希望将来还有机会合作。”

从求合作到被求合作,邢继的想法更坚定了:用开放的姿态推进和平利用核能技术的国际合作,但首先要坚持把核心技术掌握在自己手里。

蓄势多年,2015年5月7日,华龙一号全球首堆在福清正式开工,现场欢腾,掌声震天。喜欢绘画的邢继终于看到手绘的核电站画面变成了现实。中国自主三代核电突围战进入冲刺阶段。

4年前的3月11日,受日本福岛核事故影响,吴琳和团队的工作戛然而止。重返故地,历经中国核电几十年起起落落的吴琳掏出手机,拍下珍贵的开工照片,传给千里之外的老专家张森如。千言万语汇成一句话:张总,华龙一号终于开建了!

核电站是世界上最复杂的能源系统。为了华龙一号,中核集团充分调动核动力院、中国核电工程有限公司等20多家成员单位,联合中国一重、东方电气、有关高校等国内参研参建单位,与法国、意大利、奥地利等14家国际组织和科研机构展开合作,组织5300多家国内外设备厂商完成6万多台套设备的制造供货任务。

在这场大国重器自主技术的突围战中,每个系统每个部件为了创新不断挑战的故事,每天都在上演。以核电站电缆安全验证为例,工程人员要让电缆先经过15天模拟高温环境试验、再经过15天强碱性溶液浸泡试验,最后还要历经耐电压性能试验。

2018年,习近平总书记在中国一重视察华龙一号蒸发器管板等核电产品展示后强调指出:制造业特别是装备制造业高质量发展是我国经济高质量发展的重中之重,是一个现代化大国必不可少的。现在,国际上单边主义、贸易保护主义上升,我们必须坚持走自力更生的道路。中国要发展,最终要靠自己。

这些话,让几十年来为中国自主核电技术倾注心血的参与者们,看到了自己全力付出的价值。

中国核电“造船出海”

“这是巴基斯坦历史上重要的一天,该项目是巴基斯坦与中国在科技领域合作的体现。”巴基斯坦当地时间2015年8月20日,巴基斯坦总理谢里夫在出席该国第一大城市卡拉奇核电项目二号机组庆典活动时评价,项目的建设将进一步增强中巴两国坚定的友谊。

巴基斯坦是华龙一号技术落户海外的第一站。

2014年8月22日,华龙一号总体技术方案通过了由43位院士、专家组成的专家组评审。时任国家发改委副主任、国家能源局局长吴新雄在评审会上明确表示,“有了‘华龙一号’,中国核电‘走出去’将从‘借船出海’走向‘造船出海’,意义重大。”

实现“走出去”,是从核大国走向核强国的关键指标。

大亚湾核电站建设之初,设备几乎全是“进口货”。如今,华龙一号设备国产化率达88%。与此同时,我国开始为别的国家培训“黄金人”。

在最受关注的核电安全性上,华龙一号上升到全新的高度:国际领先的双层安全壳,确保放射性物质不会外泄;可以抵御类似商用大飞机撞击的意外攻击,厂区可抵御日本福岛核事故的地震震级。先进的技术水准和固有安全性能,让越来越多的国家,对中国核电产生兴趣。

我国国家领导人在出访时多次为中国核电代言。

“中国实施最严格的安全监管,确保中国境内和对外出口的核电站安全可靠、万无一失。”2016年4月,在第四届核安全峰会上,习近平向世界发出中国核电安全的最强音。

2015年,国务院总理李克强在了解华龙一号自主创新成果后这样鼓劲:你们自主研发制造质量优、有竞争力的核电机组,是在铸“国之重器”,为中国发展“强筋壮骨”。你们为我撑腰,我去国际舞台为你们扬名。

华龙一号,意为“中华复兴巨龙腾飞”。驻足回望,走近相关的人、了解相关的事,才能更加深刻地懂得,何以为“核电”、何以为“华龙”。

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