逐夢(mèng)前行，鋪設“華龍一號”成“龍”之路
1996年，“177堆芯”提出，“華龍一號”“破土而生”。
2019年，中華人民共和國成立70周年國慶閱兵儀式上，“華龍一號”模型登上四川彩車(chē)從天安門(mén)前駛過(guò)。
2022年，“華龍一號”示范工程全面建成投運。
“華龍一號”是我國完全自主知識產(chǎn)權的三代先進(jìn)核電技術(shù)，其核心——反應堆及一回路系統由中國核動(dòng)力研究設計院研發(fā)設計，是核動(dòng)力院在核電領(lǐng)域的一項重要科研成果，“華龍一號”創(chuàng )新性地采用了“177堆芯”和能動(dòng)+非能動(dòng)安全技術(shù)，其技術(shù)指標和安全指標達到了國際三代核電技術(shù)的先進(jìn)水平。
26年，核動(dòng)力院始終踐行“強核報國 創(chuàng )新奉獻”的新時(shí)代核工業(yè)精神和“自強自立、求真務(wù)實(shí)、創(chuàng )新協(xié)同、拼搏奉獻”的“〇九”精神，披荊斬棘、日夜奮戰，成功讓中國擁有了真正意義上的自主三代核電。
一路走來(lái)，核動(dòng)力院在“華龍一號”研發(fā)、設計、試驗、建設過(guò)程中斬獲多項重大國家級獎項，《協(xié)同創(chuàng )新模式下“華龍一號”反應堆研發(fā)管理》獲評第七屆中國管理科學(xué)獎;以核動(dòng)力院為專(zhuān)利權人、吳琳為第一發(fā)明人的“華龍一號”核心發(fā)明專(zhuān)利《基于177堆芯的能動(dòng)加非能動(dòng)核蒸汽供應系統及其核電站》榮獲第二十二屆中國專(zhuān)利金獎等;累計申請了國內專(zhuān)利270余件，國際專(zhuān)利30件。
“華龍一號”是當之無(wú)愧的“國之重器”。
源起、從第一度核電走來(lái)
在毛主席“核潛艇，一萬(wàn)年也要搞出來(lái)”的偉大號召下，1965年，在四川的一處深山中，九〇九基地悄然建立，拉開(kāi)了中國核動(dòng)力事業(yè)發(fā)展的序幕。1970年8月30日，中國第一代核潛艇陸上模式堆達到滿(mǎn)功率運行，同時(shí)，也發(fā)出了中國大陸第一度核電。
在第一代核潛艇陸上模式堆的基礎上，中國核動(dòng)力事業(yè)穩步向前發(fā)展，改革開(kāi)放后，國家開(kāi)始發(fā)展核電。
20世紀90年代初，我國自行設計、建造和運行管理的第一座30萬(wàn)千瓦壓水堆核電站——秦山核電站投入運營(yíng)。
彼時(shí)的中國核電人都在思考一個(gè)問(wèn)題——“什么時(shí)候中國能擁有自己的百萬(wàn)千瓦核電機組?” 中國第三代核電技術(shù)的起源便要從此時(shí)說(shuō)起。 1996年，秦山二期設計任務(wù)完成，現場(chǎng)順利開(kāi)工。核動(dòng)力院時(shí)任院長(cháng)張森如召集了10多位年輕的技術(shù)骨干從成都回到了中國第一代核潛艇研發(fā)基地——寂靜的九〇九基地，對中國自主的百萬(wàn)千瓦核電技術(shù)開(kāi)展封閉式研討。參加此次研討的主要是反應堆物理、熱工水力、核燃料等專(zhuān)業(yè)的年輕骨干，他們大多數經(jīng)歷了秦山二期設計任務(wù)的錘煉，既有專(zhuān)業(yè)功底，又有工程經(jīng)驗。
20多年前的成都，一到冬天枯水期，到處限電，城市里到處黑壓壓一片。當時(shí)的核動(dòng)力人著(zhù)眼于滿(mǎn)足國家電力需求、能源結構調整和核電發(fā)展的需要，認為核電發(fā)展下去最終還是要走自己的路。
這次討論決定了中國核電自主化的技術(shù)方向，為“華龍一號”的成功建成播下了希望的“種子”。
隨后，經(jīng)過(guò)一系列頭腦風(fēng)暴，討論、計算、驗證……最終確定了“177堆芯”設計、更大尺寸的壓力容器等重要技術(shù)參數，形成了CNP1000技術(shù)方案，也就是“華龍一號”的雛形。
如今，“華龍一號”示范工程全面建成，也就意味著(zhù)，這個(gè)大膽的設想，成功了!
克難、“華龍一號”涅槃重生
事實(shí)上，彼時(shí)提出的“177堆芯”百萬(wàn)千瓦核電技術(shù)方案，嚴格來(lái)說(shuō)，還只是比較粗淺的“紙上談兵”，不能算第三代核電技術(shù)。要想成為真正的第三代核電技術(shù)，還需要更精細的論證和試驗。為此，核動(dòng)力院開(kāi)始了CNP1000方案的進(jìn)一步細化和推廣之路。
但由于技術(shù)基礎相對薄弱、國外核電競爭等因素，中國人自己研發(fā)出來(lái)的百萬(wàn)千瓦核電技術(shù)CNP1000遲遲不能落地。
2009年，距離“177堆芯”最早提出已經(jīng)有10多年時(shí)間，全球核電技術(shù)不斷發(fā)展，在吸收這些新技術(shù)的基礎上，CNP1000變更為CP1000，即中國壓水堆。
2010年底，中國核能行業(yè)協(xié)會(huì )組織全國專(zhuān)家審查CP1000方案，與會(huì )專(zhuān)家認為，CP1000解決了中國自主百萬(wàn)千瓦核電技術(shù)從無(wú)到有的問(wèn)題，是一項重大突破。審查會(huì )后，核動(dòng)力院CP1000團隊一鼓作氣，繼續深化技術(shù)方案，到2011年初，完成了初步設計和初步安全分析報告。
2011年2月28日~3月1日，是CP1000項目落地前的最后一次例行審查會(huì )。會(huì )上，CP1000再次獲得專(zhuān)家們的高度肯定。
項目終于可以開(kāi)工建設了。 2011年3月8日，福清現場(chǎng)，10多臺挖掘機就位，轟隆隆地在現場(chǎng)挖地基。歷經(jīng)17年，中國核電技術(shù)從“跟跑”到“并跑”，“177堆芯”的設想終于要實(shí)現了。然而，誰(shuí)都沒(méi)有想到，僅3天之后，日本福島核事故給項目建設按下了“暫停鍵”。
福島核事故后，國家緊急叫停了核電項目的審批，所有已開(kāi)工的項目停工進(jìn)行安全檢查，已批準但尚未正式開(kāi)工的不再開(kāi)工。代表中國自主核電發(fā)展最高水平的CP1000項目——福清5、6號機組，被打上了“不再開(kāi)工”的標簽。
怎么辦?就此放棄?所有核電人都不甘心。 在經(jīng)過(guò)一年多焦灼的等待和辛苦的奔走后，終于迎來(lái)了曙光——國務(wù)院確定“按照全球最高安全要求新建核電項目，新建核電機組必須符合三代安全標準”。
2011年6月，中核集團召集院士專(zhuān)家“會(huì )診”。按照“國四條”的要求，啟動(dòng)核電技術(shù)重點(diǎn)科技專(zhuān)項，重新布局核電技術(shù)研發(fā)，重新開(kāi)展頂層設計。
這給核動(dòng)力院也吃了一顆“定心丸”。經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的論證，最終確定了以ACP1000作為新的型號。“A”就是“advanced”先進(jìn)的意思，在CP1000的基礎上，增加了最先進(jìn)、要求最嚴苛的多項安全措施，這就是中國先進(jìn)百萬(wàn)千瓦壓水堆核電機組的代號，也就是今天的“華龍一號”。
創(chuàng )新、鑄就國之重器
在中核集團的大力支持下，核動(dòng)力院凝聚骨干力量成立了ACP1000項目部，開(kāi)始了“三代核電(ACP1000)反應堆及一回路系統研制”項目艱苦的技術(shù)攻關(guān)之路。
“華龍一號”之所以成為三代核電，相較于二代和“二代+”核電必有創(chuàng )新之處。這其中最重要的創(chuàng )新之一就是“177堆芯”。在國外通用的157根燃料組件的基礎上，每個(gè)象限增加5根燃料組件，4個(gè)象限共增加20根組件，形成“177堆芯”的創(chuàng )新設計。就好像是將原來(lái)157格的棋盤(pán)格擴大了20格。
這個(gè)創(chuàng )新看似簡(jiǎn)單，其實(shí)卻很復雜。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，這并不是一件容易的事情。這一創(chuàng )新使得堆芯換料周期由通常的12個(gè)月延長(cháng)至18個(gè)月，將核電廠(chǎng)可利用率提高至90%以上。
同時(shí)，三代核電還必須滿(mǎn)足最高標準的安全要求，安全是核工業(yè)的生命線(xiàn)。
為了達到全球最高安全要求，核動(dòng)力院開(kāi)創(chuàng )性地提出了“能動(dòng)與非能動(dòng)相結合”的安全設計理念。所謂“能動(dòng)”，即靠電來(lái)驅動(dòng)安全系統，保障核電站運行，但如果在極端情況下，即超設計基準事故的情況下，核電站斷電了，這時(shí)“非能動(dòng)”就能派上用場(chǎng)，依靠重力、溫差和壓縮空氣等自然力來(lái)驅動(dòng)安全系統，通過(guò)蒸發(fā)、冷凝、對流、自然循環(huán)等自然過(guò)程來(lái)帶走熱量。當時(shí)國內關(guān)于非能動(dòng)系統的設計完全沒(méi)有參考，國外又嚴防死守，進(jìn)行技術(shù)封鎖，只能靠核動(dòng)力院的科研人員自己摸索前進(jìn)，最終，在兩年時(shí)間內成功研發(fā)出了非能動(dòng)二次側余熱排除系統、非能動(dòng)安全殼熱量導出系統和能動(dòng)與非能動(dòng)相結合的堆腔注水冷卻系統為代表的非能動(dòng)安全系統。
除了要滿(mǎn)足最高安全標準，在三代核電研發(fā)過(guò)程中，關(guān)鍵設備的技術(shù)攻關(guān)也尤為重要。設備國產(chǎn)化、軟件自主化的實(shí)現經(jīng)歷了一段非常艱難的時(shí)期。
其中，最難攻關(guān)的關(guān)鍵設備之一就是蒸汽發(fā)生器。蒸汽發(fā)生器是核電站不可或缺的主要設備之一，被稱(chēng)為“核電站之肺”。蒸汽發(fā)生器結構復雜，內部零件超過(guò)一萬(wàn)個(gè)，價(jià)格昂貴，動(dòng)輒上億元人民幣。以往大型核電站的蒸汽發(fā)生器的設計技術(shù)及知識產(chǎn)權掌握在國際上少數幾家設計公司手中，且長(cháng)期封鎖技術(shù)。為了解決這一“瓶頸”問(wèn)題，核動(dòng)力院開(kāi)始了蒸汽發(fā)生器的技術(shù)攻關(guān)。“當時(shí)決定進(jìn)行自主研發(fā)的時(shí)候，條件很艱苦，沒(méi)有經(jīng)費，院自己籌，沒(méi)有試驗設施，院自己建。我們第一個(gè)大型試驗裝置就建在河南南陽(yáng)油田里，借他們的高溫高壓蒸汽做試驗。當時(shí)是冬天，河南下著(zhù)大雪，我們團隊就租了一個(gè)集裝箱當宿舍，住在油田旁邊方便做試驗。”“華龍一號”蒸汽發(fā)生器設計總師張富源表示。僅僅27個(gè)月后，用于“華龍一號”的第三代核電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。與此同時(shí)，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、蒸汽濕度更低、經(jīng)濟性更好。
蒸汽發(fā)生器研制只是一個(gè)縮影，不再被“卡脖子”的故事在“華龍一號”上比比皆是。
在軟件自主化方面，核動(dòng)力院也投入了大量精力。2015年，我國首套自主核電軟件包和一體化軟件集成平臺NESTOR在北京正式發(fā)布，發(fā)布的數十個(gè)軟件，已成功應用于核電站工程設計和運行管理。NESTOR的“問(wèn)世”對我國核電發(fā)展具有重要意義。
除此之外，還有反應堆壓力容器、堆內構建、控制棒驅動(dòng)機構等關(guān)鍵設備都實(shí)現了“中國造”。
2013年底，核動(dòng)力院原定的“華龍一號”科研項目基本完成，僅用了兩年多一點(diǎn)的時(shí)間。
有心人，終不負。2015年5月5日，國家核安全局頒發(fā)福清核電廠(chǎng)5號機組建造許可證，2015年5月7日，5號機組澆灌第一罐混凝土(FCD)，“華龍一號”全球首堆終于落地生根。從FCD到正式商運，“華龍一號”首堆建設雖然只用了短短5年的時(shí)間，但是為了讓我國擁有真正意義上的自主三代核電，核動(dòng)力院卻辛苦奮戰了近30年，攻克了一系列技術(shù)難題，打造了一批先進(jìn)核電產(chǎn)品，提升了我國完整核電裝備供應能力，創(chuàng )建了一套中國自主標準體系，踏出了一條自主化核電發(fā)展的成功之路。
如今，“華龍一號”批量化建設正在如火如荼地推進(jìn)中，第四代核電攻關(guān)成果也已達到國際先進(jìn)水平……
滄海橫流，方顯英雄本色。“華龍一號”的成功并不是終點(diǎn)，而是中國自主科技品牌崛起的一個(gè)里程碑。
