黨的十九屆五中全會(huì )提出，堅持創(chuàng )新在我國現代化建設全局中的核心地位，把科技自立自強作為國家發(fā)展的戰略支撐。
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”，中國具有完全自主知識產(chǎn)權的百萬(wàn)千瓦級核電站經(jīng)過(guò)二十多年的努力與拼搏，終于建成投運，也給我國開(kāi)展自主創(chuàng )新提供了諸多經(jīng)驗和啟示。
長(cháng)期主義
“華龍一號”的成功并非偶然，也不是一蹴而就，而是經(jīng)過(guò)了長(cháng)期奮斗。
上世紀90年代，中核集團核動(dòng)力院在完成了中國首座自主研發(fā)設計的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)千瓦級核電技術(shù)的研發(fā)工作。
一個(gè)核電站的設計，最核心的就是堆芯，堆芯確定了，反應堆及一回路系統才能設計定型，一回路確定，二回路系統才能進(jìn)行設計。
當時(shí)世界核電通用趨勢是在堆芯設計上采用157堆芯，核動(dòng)力院的研發(fā)團隊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”誕生的源頭和核心技術(shù)的基礎。
從“157”到“177”，看似簡(jiǎn)單，實(shí)則復雜。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“華龍一號”副總設計師、核反應堆及一回路系統總設計師劉昌文回憶，為在參數的平衡間找到最優(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(méi)有顛覆性調整的情況下，成功地將組件最大燃耗降低到了限值以?xún)?，在安全性、?jīng)濟性和對下游專(zhuān)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(mén)造車(chē)，而是廣泛吸收國際先進(jìn)經(jīng)驗和成果。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)濟性方面，都提出了更高的要求，應對事故的能力更強。對此，中核集團科研團隊汲取國際上第三代核電站設計理念，重新定位了自主百萬(wàn)千瓦級技術(shù)的研發(fā)目標，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)團隊，并擔任這一型號的總設計師。隨后，研發(fā)團隊提出了“能動(dòng)+非能動(dòng)”的初步設想，并落實(shí)在CP1000方案中。
“華龍一號”全球首堆
CP1000計劃在2011年底開(kāi)工，邢繼科研團隊在2010年底就完成了初步安全分析報告編制，并上報到國家核安全局。然而，2011年3月日本福島核事故發(fā)生后，我國制定了核電安全發(fā)展的四項決定，根據新的要求，CP1000需要重新論證。
日本福島核事故雖然阻止了CP1000，但沒(méi)有阻止中國核電自主研發(fā)前進(jìn)的步伐。在研發(fā)CP1000的同時(shí)，中核集團已經(jīng)提前策劃布局并開(kāi)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(shuō)加速了這一型號的面世。
ACP1000既然定位三代核電，就要按照三代核電的要求，和國際最高水平來(lái)設計。而這個(gè)高目標，給工程師們帶來(lái)漫長(cháng)而艱難的挑戰。
日本福島核事故后，核電站能抗多大級別地震，成為人們關(guān)注的問(wèn)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，抗震設計團隊的工程師們幾乎沒(méi)日沒(méi)夜地在辦公室里計算。
“最擔心計算出錯，因為一旦計算出錯，可能會(huì )因為連鎖反應，導致上游工藝專(zhuān)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(jué)時(shí)都會(huì )經(jīng)常反復地思考計算參數，感到有問(wèn)題時(shí)，就會(huì )冒冷汗。”抗震攻關(guān)團隊的專(zhuān)家楊建華說(shuō)。
在抗震攻關(guān)團隊夜以繼日的努力下，經(jīng)歷了五次抗震設計迭代優(yōu)化，終于形成了最終的“華龍一號”布置方案。
類(lèi)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)鍵設備之一。長(cháng)期以來(lái)，蒸汽發(fā)生器的設計技術(shù)，只掌握在美國西屋、法國阿?，m等少數國外公司手中，設計新型號的百萬(wàn)千瓦級核電站蒸汽發(fā)生器，在國內尚無(wú)先例。
從事蒸汽發(fā)生器設計研究近30年的專(zhuān)家張富源擔任攻關(guān)組組長(cháng)兼專(zhuān)家組組長(cháng)。為了攻關(guān)，張富源帶領(lǐng)團隊成員，常常24小時(shí)守在試驗現場(chǎng)。經(jīng)過(guò)27個(gè)月的攻關(guān)，第三代核電ZH-65型蒸汽發(fā)生器問(wèn)世。相比之下，美國、法國制造首臺三代核電蒸汽發(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)濟型更高。
2015年5月7日，“華龍一號”全球首堆——中核集團福建福清核電5號機組正式開(kāi)工建設。2021年1月30日，“華龍一號”投入商業(yè)運行。據了解，“華龍一號”擁有完全自主知識產(chǎn)權體系，專(zhuān)利700余件，軟件著(zhù)作權120余項。
20世紀80年代以來(lái)，我國核電從秦山起步，掀開(kāi)了核能開(kāi)發(fā)利用的新篇章。在自主設計建造秦山一期、秦山二期、嶺澳二期等核電廠(chǎng)基礎上，中核集團歷經(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”。
“‘華龍一號’是中國核工業(yè)多年來(lái)堅持自主創(chuàng )新的成果。”“華龍一號”總設計師邢繼說(shuō)。“從CNP1000、CP1000、AP1000再到“華龍一號”，20年4個(gè)自主型號的名稱(chēng)，折射出的是一代接一代中國核工業(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的執著(zhù)精神，是對初心的堅守。”
協(xié)同創(chuàng )新
核電站是高度復雜的能源系統。“華龍一號”能順利投入商用，除了我國核工業(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”的研發(fā)，集結了國內17家高校、科研院所的力量，國外有14家企業(yè)或大學(xué)參與，簽署科研合作協(xié)議上百項。邢繼介紹說(shuō)，“華龍一號”在研發(fā)過(guò)程中，開(kāi)展了產(chǎn)學(xué)研合作，克服了很多困難，解決設備國產(chǎn)化難題，滿(mǎn)足第三代核電要求，在核電主設備上通過(guò)聯(lián)合研制實(shí)現了100%的國產(chǎn)化。
其中，所有設備國產(chǎn)化進(jìn)程中，最艱難的就是“華龍一號”主泵的國產(chǎn)化。
主泵作為反應堆中循環(huán)系統的動(dòng)力源，被業(yè)界比喻為核電站“心臟”，結構精密、系統復雜、制造難度極大，2008年之前國內已建成核電站的主泵均是從國外進(jìn)口。
2007年，中核集團中核工程開(kāi)始承擔核電廠(chǎng)總承包工作。在首次承擔核電總承包開(kāi)始階段，中核工程就發(fā)揮自主設計的優(yōu)勢，對主泵全球重要供貨商的泵型進(jìn)行了全面的比較，依托當時(shí)的福清1、2號和方家山項目，在主泵的設備采購中明確要求國外投標商尋找國內合作伙伴，并進(jìn)行關(guān)鍵重要零部件的國產(chǎn)化分包和技術(shù)轉讓。
通過(guò)艱苦的談判，中核工程和安德里茨公司在福清、方家山項目上達成共識，支持哈電實(shí)現主泵國產(chǎn)化和技術(shù)轉讓?zhuān)⒃诠娕c安德里茨簽訂的分包和技術(shù)轉讓合同中明確，由安德里茨幫助哈電實(shí)現主泵的國產(chǎn)化和技術(shù)轉讓。
主泵的國產(chǎn)化是一個(gè)非常困難的過(guò)程，國內參與主泵項目各單位在主泵設計、原材料、制造、試驗、產(chǎn)能、項目管理等多方面存在嚴重不足。面對這些問(wèn)題，中核工程積極分析梳理問(wèn)題的癥結，建立了從基層項目管理人員到公司領(lǐng)導甚至中核集團領(lǐng)導的協(xié)調機制，成立了主泵國產(chǎn)化的專(zhuān)項組，針對主泵國內重要供方實(shí)施蹲點(diǎn)策略，安排項目人員現場(chǎng)指導和推動(dòng)廠(chǎng)家主泵國產(chǎn)化進(jìn)展，幫助廠(chǎng)家建立了一整套主泵項目管理、質(zhì)保體系。
“華龍一號”全球首堆建設場(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目主泵供貨合同，2009年哈電開(kāi)展全流量試驗臺架啟動(dòng)方案設計，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號機組獨立實(shí)現主泵總裝。
在“華龍一號”研發(fā)過(guò)程中，類(lèi)似這樣的事還有很多，“華龍一號”研發(fā)團隊聯(lián)合東方電氣、哈電集團等58家國有企業(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臺核心裝備的國產(chǎn)化，首堆工程國產(chǎn)化率達到88%，實(shí)現了由“中國制造”向“中國創(chuàng )造”的飛躍。
不僅關(guān)鍵設備，核電建設用的大宗材料也都離不開(kāi)協(xié)同攻關(guān)。比如電纜，三代核電站電纜鑒定壽命是60年。中核集團與廠(chǎng)家一起研究，實(shí)現電纜壽命的延長(cháng)，提高耐高溫高壓性能。再比如安全級電纜的熱縮套管，中核集團和國內企業(yè)聯(lián)合研發(fā)打破了國外壟斷，價(jià)格只是國外廠(chǎng)家的1/5。
2015年5月7日，“華龍一號”示范工程福清核電5號機組正式開(kāi)工建設。“華龍一號”首堆工程涉及大的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域70多個(gè)，80多個(gè)構筑物，360多個(gè)系統，工程設計圖紙20萬(wàn)張以上。尤其是設備國產(chǎn)化率較高，包含“三新”設備(新設計、新廠(chǎng)家、新技術(shù))111項?？梢哉f(shuō)，每一個(gè)細節的創(chuàng )新，都對設計、采購、施工、調試，乃至商務(wù)、核安全等各個(gè)環(huán)節提出了更高的要求，對整體的項目控制而言也意味著(zhù)更大的挑戰。
為了確保首堆工程順利推進(jìn)，在中核集團主要領(lǐng)導牽頭下引入了Top10制度、沙盤(pán)推演等項目管理工具。其中，Top10制度是梳理和總結項目進(jìn)展中存在的影響力和風(fēng)險性較大的進(jìn)度節點(diǎn)，可以集中調動(dòng)優(yōu)勢力量實(shí)現協(xié)同。而用于模擬項目管理與策劃工作的沙盤(pán)推演，被推廣到設計、采購、施工等環(huán)節，增強了對項目風(fēng)險的預見(jiàn)性和控制效能，能夠使進(jìn)度節點(diǎn)都得到有效把控和落實(shí)，對“三新”設備的風(fēng)險控制和平穩運行具有非常重要的意義。
在各方協(xié)同之下，“華龍一號”全球首堆的建設穩步向前推進(jìn)，相繼完成穹頂吊裝、冷試、熱態(tài)性能試驗、第一組燃料組件入堆等關(guān)鍵環(huán)節。2020年11月27日，經(jīng)過(guò)5年多建設，“華龍一號”并網(wǎng)發(fā)電。2021年1月30日，“華龍一號”宣布商用。這也是世界上首個(gè)按照計劃工期推進(jìn)的三代核電機組。
可以說(shuō)，“華龍一號”從研發(fā)到建設，充分體現了中國特色社會(huì )主義制度集中力量辦大事的顯著(zhù)優(yōu)勢，成功把“華龍一號”從設計圖紙變成了宏偉工程，譜寫(xiě)了雄壯的大國重器進(jìn)行曲。
走向世界
“華龍一號”數十年磨一劍，成功投入商業(yè)運行，實(shí)現了幾代核電人的夢(mèng)想，這是我國核能發(fā)展史上具有里程碑意義的成果，向黨中央和全國人民交出了一份合格答卷。
作為中國高端制造業(yè)走向世界的“國家名片”，“華龍一號”設計壽命為60年，反應堆采用177堆芯設計，堆芯設計換料周期18個(gè)月，創(chuàng )新采用“能動(dòng)和非能動(dòng)”相結合安全系統及雙層安全殼等技術(shù)，在安全性上滿(mǎn)足國際最高安全標準要求。
“華龍一號”每臺機組裝機容量116.1萬(wàn)千瓦，每年發(fā)電近100億度，能夠滿(mǎn)足中等發(fā)達國家100萬(wàn)人口的年度生產(chǎn)和生活用電需求，每年可減少標準煤消耗312萬(wàn)噸、減少二氧化碳排放816萬(wàn)噸，相當于植樹(shù)造林7000多萬(wàn)棵。
“華龍一號”的成功，標志著(zhù)我國已成為繼美國、俄羅斯、法國等國家之后真正掌握自主三代核電技術(shù)的國家，我國核工業(yè)的自主創(chuàng )新能力和核心競爭力實(shí)現了大幅躍升，建設核工業(yè)強國邁出了堅實(shí)一步。
“華龍一號”堆型的深度自主化設計，也為解決“華龍一號”技術(shù)出口第三國可能的核禁運限制鋪平了道路，并將有效發(fā)揮國內高端設備制造產(chǎn)能優(yōu)勢，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)集群轉型升級。
2018年10月11日，美國能源部發(fā)布《美國對中國民用核能合作框架》，對我國核能進(jìn)口實(shí)施選擇性禁止。這使邢繼更加深刻地認識到“華龍一號”對國家經(jīng)濟、大國政策、“一帶一路”、核工業(yè)強國、裝備制造升級的意義和價(jià)值。建成三代核電是根本，但要真正實(shí)現領(lǐng)跑還要形成華龍標準。因為標準是話(huà)語(yǔ)權。“我們不僅要輸出自己的核電，還要按照我們自己的標準去建設，這樣才能不受制于人。”邢繼說(shuō)。
2020年11月10日，中核集團宣布，“華龍一號”已形成一套完整的、自主的型號標準體系，涵蓋核電廠(chǎng)前期、設計、設備、建設、調試等全生命周期，可有力支撐“華龍一號”批量化建設和“走出去”。
2021年1月30日，站在“華龍一號”全球首堆投入商業(yè)運行的時(shí)點(diǎn)上，中核集團董事長(cháng)余劍鋒對未來(lái)的發(fā)展進(jìn)行了展望。余劍鋒表示，中核集團將始終牢記強核強國的歷史使命，推動(dòng)核工業(yè)安全發(fā)展、創(chuàng )新發(fā)展，加快“華龍一號”批量化建設和后續機型研發(fā)，著(zhù)力推動(dòng)自主三代核電“華龍一號”“走出去”，為實(shí)現科技自立自強，加快建設核工業(yè)強國作出新的更大貢獻。
