科技日報：從“萬國牌”中殺出的華龍一號
中國自主三代核電突圍記
中國自主三代核電突圍記
文章來源：科技日報 發(fā)布時間：2021-03-09
3月1日，華龍一號全球首堆——福建福清核電5號機組“火力全開”，滿功率運行發(fā)電。圖為2020年8月拍攝的福清核電5號機組。
中核集團(tuán)華龍一號總設(shè)計師邢繼創(chuàng)作的華龍一號油畫作品。
“我們能夠自己研制出‘兩彈一星’，為什么就不能自主研制出達(dá)到世界先進(jìn)水平的核電站？”中核集團(tuán)華龍一號總設(shè)計師邢繼沒想到，為了求解這個問題，他用了34年時間。
您也許不知道，如今點亮家中那盞燈的電，可能來自我國首個具有世界先進(jìn)水平的自主三代核電站——春節(jié)前剛投入商業(yè)運行的華龍一號。3月1日，華龍一號全球首堆——福建福清核電5號機組“火力全開”，滿功率運行發(fā)電，當(dāng)天發(fā)電2700多萬度。以每個家庭每天用電10度計算，可以點亮270萬家的燈火。
作為代表國家核心競爭力的國之重器，華龍一號核心設(shè)備均已實現(xiàn)國產(chǎn)化，我國終于成為繼美、法、俄后，真正掌握自主三代核電技術(shù)的國家。
如果從1970年我國第一代核潛艇陸上模式堆發(fā)出的中國核能第1度電算起，中國的核電利用已走過50余年。從跟在別人身后的“小學(xué)生”，到平等的合作伙伴，成千上萬的中國核工業(yè)人用自己的青春和熱血，讓這片全新的領(lǐng)域從篳路藍(lán)縷到星光璀璨，青絲變白發(fā)間，在核電“萬國牌”夾縫中打造出一張嶄新的中國名片。
不能只搞核爆炸，也要搞核電站
1970年春節(jié)前，上海市領(lǐng)導(dǎo)向中央?yún)R報工作時，道出了當(dāng)時上海面臨的嚴(yán)峻形勢：多家工廠由于缺電輪流停產(chǎn)。2月初，周恩來總理做出指示：“從長遠(yuǎn)來看，要解決上海和華東地區(qū)用電問題，要靠核電?！?/p>
核電，是利用原子核內(nèi)部蘊藏的能量產(chǎn)生電能。一顆原子核，直徑只有一根頭發(fā)絲的一億分之一，卻蘊藏著驚人能量。1千克的鈾235裂變以后產(chǎn)生的能量，大致相當(dāng)于2700噸標(biāo)準(zhǔn)煤充分燃燒釋放的熱量。
核電是戰(zhàn)略高科技產(chǎn)業(yè)，是大國必爭之地。發(fā)展核電是和平時期保持和擁有強大核實力的重要途徑。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，世界各國科學(xué)家都把更多注意力轉(zhuǎn)向原子能和平利用。1970年11月，周總理對二機部(中核集團(tuán)前身)負(fù)責(zé)人風(fēng)趣地說，二機部不能只搞核爆炸，也要搞核電站。
但以我國當(dāng)時薄弱的經(jīng)濟(jì)科技實力，攀登這座科學(xué)技術(shù)“最高峰”談何容易。
1970年2月8日，上海市組織傳達(dá)了周總理關(guān)于建設(shè)核電的指示精神并研究了落實措施，我國第一座核電站工程由此得名“728工程”。誰能想到這個中國核電的“頭號工程”，正式開工已是16年后。
1974年3月31日，人民大會堂新疆廳。我國著名核動力專家彭士祿、我國大陸第一座核電站總設(shè)計師歐陽予拿出大量設(shè)計圖紙，外加一個有機玻璃制作的壓水堆模型，向周恩來、鄧小平等中央領(lǐng)導(dǎo)人匯報。這是周總理生前帶病主持的最后一次關(guān)于核工業(yè)的會議。
他身子微微前傾，專心地聽著匯報，對每一個關(guān)鍵點都仔細(xì)地提出問題，比如，核電站排出來的廢物怎么處理。在核電站模型前，他邊看邊問，足足站了十分鐘。
這次會議確定了我國首個核電站——位于浙江的秦山一期核電站采用30萬千瓦壓水堆方案。
但之后因缺少統(tǒng)一戰(zhàn)略方針和政策指導(dǎo)，工程幾經(jīng)浮沉甚至面臨下馬?！?28工程”忽上忽下的消息令科研人員揪心。但研究不能停，蒸汽發(fā)生器設(shè)計負(fù)責(zé)人劉家鈺給自己定下一條原則：“只要沒看見宣布工程下馬的中央正式文件，就沒有權(quán)力放下手中的計算尺?！?/p>
終于在1986年，秦山一期30萬千瓦級核電機組正式動工，來自我國西北、西南等基地的核工業(yè)大軍向秦山集結(jié)，開始了中國自主核電探索的首次沖鋒。此時全世界在運核電站已超過370座，其中包括很多百萬千瓦級核電機組。
1991年秦山一期30萬千瓦級核電機組成功并網(wǎng)發(fā)電，中國大陸沒有核電站的歷史被改寫。但與國外百萬千瓦級技術(shù)相比，中國核電還有很長的路要走。
“萬國牌”中埋頭苦學(xué)
繼秦山核電站之后，廣東省也提出了發(fā)展核電的構(gòu)想。
1990年，伴隨著改革開放大潮，中國引進(jìn)法國技術(shù)在廣東大亞灣開建第一個百萬千瓦級核電站?！皬V東核電走的引進(jìn)、消化、吸收再創(chuàng)新之路，可以縮短我們探索的過程?！睍r任廣東核電站建設(shè)指揮部總指揮的彭土祿這樣說。
剛工作兩年多的邢繼被派去法國著名核電公司Framatorn設(shè)在深圳的現(xiàn)場技術(shù)部，擔(dān)任工程師。在那里，他第一次見到當(dāng)時國際上最先進(jìn)的核電設(shè)計圖紙，第一次接觸到現(xiàn)代化設(shè)計管理體系。那時，他甚至整個中國核工業(yè)，都只是“小學(xué)生”——沒有高標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計，裝備制造水平也十分落后，甚至連符合法國技術(shù)要求的水泥、鋼筋等基本材料都需要進(jìn)口。
落后的不僅是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，核電人才的匱乏更是超出想象。運行核電站的核心技術(shù)人員是操縱員，我國最早一批核電站操縱員主要在法國接受培訓(xùn)，每人所花的費用相當(dāng)于一般人體重的黃金價格，所以他們被稱為核電“黃金人”。
“九五”期間，即1996—2000年，我國相繼購買了俄羅斯的壓水堆、加拿大的重水堆等。2006年，美國四臺AP1000核電機組“落戶”浙江三門和山東海陽。引進(jìn)合同的墨跡未干，法國EPR機型也落腳廣東臺山。我國核電站發(fā)展步入“萬國牌”階段。
伴隨著陸續(xù)開展的國際合作，大批中國核電人在引進(jìn)、消化吸收中埋頭學(xué)習(xí)國外先進(jìn)核電技術(shù)，為未來的自主研發(fā)蓄力。
現(xiàn)任中核集團(tuán)核動力院科技委主任吳琳在上世紀(jì)90年代被派往法國學(xué)習(xí)核燃料設(shè)計技術(shù)。他清楚地記得，當(dāng)時最困難的是計算機使用。學(xué)習(xí)時間緊，計算機又有限，為了驗算設(shè)計程序，中方技術(shù)人員經(jīng)常在機房待幾天幾夜算完才出來，晚上困了找張桌子趴一會兒，醒了看計算結(jié)果，再接著算。
“睜開眼就感覺鼻子不是鼻子，眼睛不是眼睛，都糊一起了?！钡屯聜兩兑差櫜簧?，想的就是快點把技術(shù)裝進(jìn)自己的腦袋里。
在這樣艱苦的條件下，核動力院技術(shù)人員掌握了法國人的核燃料設(shè)計程序，也慢慢培養(yǎng)出了自己的核燃料設(shè)計能力，為中國核電站用燃料組件自主化打下了堅實的基礎(chǔ)。
從引進(jìn)消化吸收國際先進(jìn)技術(shù)到自主研發(fā)核心技術(shù)，兩條腿走路特別不容易。
在國際合作中，一向溫文爾雅的邢繼有過一次“十分生氣”的經(jīng)歷。邢繼發(fā)現(xiàn)某個型號的轉(zhuǎn)讓技術(shù)資料不完整，請對方項目經(jīng)理來討論如何補充完善，同時商量怎么讓中國工程師盡快掌握技術(shù)，進(jìn)行自主設(shè)計。
外方項目負(fù)責(zé)人的傲慢讓邢繼至今記憶猶新：“這很容易，讓你們的工程師放下手中的鉛筆，打開復(fù)印機，就學(xué)會了?！?/p>
換句話說，直接抄圖就行，沒有必要弄明白為什么這么設(shè)計。
刑繼回答：“如果你不打開你的‘黑匣子’，我們可以不要你的技術(shù)轉(zhuǎn)讓?！边@次沖突讓邢繼體會到，即使繳納了高昂的學(xué)費，老師也不是真心想教會學(xué)生。
核心技術(shù)一定要掌握在自己手里
2005年，我國在廣東開建嶺澳二期核電站，規(guī)劃建設(shè)兩臺百萬千瓦級機組，但使用的仍是法國技術(shù)。堆芯設(shè)計，特別是燃料元件設(shè)計制造技術(shù)不具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。這讓主持該工程設(shè)計的邢繼有些遺憾。
“就像出國需要簽證一樣，通過‘以市場換技術(shù)’的引進(jìn)方式，只是從國外買技術(shù)和設(shè)備，不可能掌握核電的核心技術(shù)，也不可能實現(xiàn)出口。”刑繼心里憋著一股勁。他有了更明確的目標(biāo)——建造一座完全由中國自主設(shè)計、建造并管理運營的百萬千瓦級核電站。
憋著這股勁的，何止邢繼一人。
堆芯是核電站的心臟。堆芯技術(shù)如果受制于人，自主核電就無從談起。此前，我國已在運行的百萬千瓦級核電機組，普遍使用的是國外引進(jìn)的157堆芯。
上世紀(jì)90年代起，核動力院開始堆芯自主研發(fā)設(shè)計的探索。堆芯研發(fā)涉及336個系統(tǒng)，25個學(xué)科，計算量超乎想象。最難的是要研制出多種堆芯型號進(jìn)行比較?！笆畮啄陼r間，我們做了157堆芯、177堆芯、193堆芯等等，通過多個堆芯的比較論證，確定了177堆芯雛形?！眳橇照f。
除了堆芯，核電發(fā)展另一條生命線是安全。
核工業(yè)是保守決策領(lǐng)域，在安全和政治雙重約束下容不得一點“萬一”，論證風(fēng)險、解決風(fēng)險與創(chuàng)新并存，自主創(chuàng)新難度可想而知。
汲取2011年日本福島核事故的經(jīng)驗反饋，滿足國際上最高的安全標(biāo)準(zhǔn)，這是邢繼定下的具有挑戰(zhàn)性的目標(biāo)，也是讓整個團(tuán)隊很快擺脫福島核事故陰霾的方式。
改進(jìn)方案之一，是增加了一項重要創(chuàng)新——非能動安全措施。所謂非能動是利用自然力，比如重力，在安全殼內(nèi)高位設(shè)置一個巨大的水箱，平常儲存大量用于應(yīng)急冷卻的水。在以電力驅(qū)動的應(yīng)急系統(tǒng)喪失功能的情況下，用儲存在高位的水箱中的應(yīng)急冷卻水，迅速淹沒整個反應(yīng)堆，確保反應(yīng)堆的安全。
然而，此前我國核電站非能動研究技術(shù)基礎(chǔ)薄弱。改進(jìn)方案執(zhí)行之初，就遇到了很多技術(shù)瓶頸。邢繼坦言，當(dāng)時想過找國外合作伙伴來共同解決技術(shù)問題，但碰了釘子。
在刑繼位于北京航天橋附近的辦公室里，一家長期合作的國際知名企業(yè)負(fù)責(zé)人提出合作條件：“你們必須把整個型號拿出來共享。”這意味著我國將失去對型號的主導(dǎo)權(quán)。邢繼選擇了放棄合作，轉(zhuǎn)而組建一支研發(fā)團(tuán)隊進(jìn)行自主攻關(guān)。
研究人員從理論研究開始，制定初步方案，再進(jìn)行原理性實驗，驗證非能動循環(huán)理論的可能性；為了讓系統(tǒng)具有足夠的換熱能力，對十多種不同換熱器進(jìn)行研究，選擇出最適合的，設(shè)計出來再進(jìn)行1:1試驗，確認(rèn)換熱器性能滿足要求。這還不夠。他們又設(shè)計并建造了世界上最大規(guī)模綜合試驗臺，模擬事故后的反應(yīng)堆廠房，進(jìn)行了全面的實驗驗證，以確保設(shè)計可靠性。一步又一步，一關(guān)又一關(guān)，研發(fā)團(tuán)隊硬是用幾年時間啃下了“硬骨頭”。
當(dāng)那位外企負(fù)責(zé)人再次來到刑繼辦公室，表示可以無條件繼續(xù)合作時。刑繼回答：“上次那個問題我們自己解決了，希望將來還有機會合作。”
從求合作到被求合作，邢繼的想法更堅定了：用開放的姿態(tài)推進(jìn)和平利用核能技術(shù)的國際合作，但首先要堅持把核心技術(shù)掌握在自己手里。
蓄勢多年，2015年5月7日，華龍一號全球首堆在福清正式開工，現(xiàn)場歡騰，掌聲震天。喜歡繪畫的邢繼終于看到手繪的核電站畫面變成了現(xiàn)實。中國自主三代核電突圍戰(zhàn)進(jìn)入沖刺階段。
4年前的3月11日，受日本福島核事故影響，吳琳和團(tuán)隊的工作戛然而止。重返故地，歷經(jīng)中國核電幾十年起起落落的吳琳掏出手機，拍下珍貴的開工照片，傳給千里之外的老專家張森如。千言萬語匯成一句話：張總，華龍一號終于開建了！
核電站是世界上最復(fù)雜的能源系統(tǒng)。為了華龍一號，中核集團(tuán)充分調(diào)動核動力院、中國核電工程有限公司等20多家成員單位，聯(lián)合中國一重、東方電氣、有關(guān)高校等國內(nèi)參研參建單位，與法國、意大利、奧地利等14家國際組織和科研機構(gòu)展開合作，組織5300多家國內(nèi)外設(shè)備廠商完成6萬多臺套設(shè)備的制造供貨任務(wù)。
在這場大國重器自主技術(shù)的突圍戰(zhàn)中，每個系統(tǒng)每個部件為了創(chuàng)新不斷挑戰(zhàn)的故事，每天都在上演。以核電站電纜安全驗證為例，工程人員要讓電纜先經(jīng)過15天模擬高溫環(huán)境試驗、再經(jīng)過15天強堿性溶液浸泡試驗，最后還要歷經(jīng)耐電壓性能試驗。
2018年，習(xí)近平總書記在中國一重視察華龍一號蒸發(fā)器管板等核電產(chǎn)品展示后強調(diào)指出：制造業(yè)特別是裝備制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展是我國經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的重中之重，是一個現(xiàn)代化大國必不可少的。現(xiàn)在，國際上單邊主義、貿(mào)易保護(hù)主義上升，我們必須堅持走自力更生的道路。中國要發(fā)展，最終要靠自己。
這些話，讓幾十年來為中國自主核電技術(shù)傾注心血的參與者們，看到了自己全力付出的價值。
中國核電“造船出?！?/strong>
“這是巴基斯坦歷史上重要的一天，該項目是巴基斯坦與中國在科技領(lǐng)域合作的體現(xiàn)。”巴基斯坦當(dāng)?shù)貢r間2015年8月20日，巴基斯坦總理謝里夫在出席該國第一大城市卡拉奇核電項目二號機組慶典活動時評價，項目的建設(shè)將進(jìn)一步增強中巴兩國堅定的友誼。
巴基斯坦是華龍一號技術(shù)落戶海外的第一站。
2014年8月22日，華龍一號總體技術(shù)方案通過了由43位院士、專家組成的專家組評審。時任國家發(fā)改委副主任、國家能源局局長吳新雄在評審會上明確表示，“有了‘華龍一號’，中國核電‘走出去’將從‘借船出海’走向‘造船出?！?，意義重大?！?/p>
實現(xiàn)“走出去”，是從核大國走向核強國的關(guān)鍵指標(biāo)。
大亞灣核電站建設(shè)之初，設(shè)備幾乎全是“進(jìn)口貨”。如今，華龍一號設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)88%。與此同時，我國開始為別的國家培訓(xùn)“黃金人”。
在最受關(guān)注的核電安全性上，華龍一號上升到全新的高度：國際領(lǐng)先的雙層安全殼，確保放射性物質(zhì)不會外泄；可以抵御類似商用大飛機撞擊的意外攻擊，廠區(qū)可抵御日本福島核事故的地震震級。先進(jìn)的技術(shù)水準(zhǔn)和固有安全性能，讓越來越多的國家，對中國核電產(chǎn)生興趣。
我國國家領(lǐng)導(dǎo)人在出訪時多次為中國核電代言。
“中國實施最嚴(yán)格的安全監(jiān)管，確保中國境內(nèi)和對外出口的核電站安全可靠、萬無一失?！?016年4月，在第四屆核安全峰會上，習(xí)近平向世界發(fā)出中國核電安全的最強音。
2015年，國務(wù)院總理李克強在了解華龍一號自主創(chuàng)新成果后這樣鼓勁：你們自主研發(fā)制造質(zhì)量優(yōu)、有競爭力的核電機組，是在鑄“國之重器”，為中國發(fā)展“強筋壯骨”。你們?yōu)槲覔窝?，我去國際舞臺為你們揚名。
華龍一號，意為“中華復(fù)興 巨龍騰飛”。駐足回望，走近相關(guān)的人、了解相關(guān)的事，才能更加深刻地懂得，何以為“核電”、何以為“華龍”。
【責(zé)任編輯：趙藝涵】
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