创新奉献 勇攀高峰 ——从秦山核电站安全运行30年看我国核电技术发展

2021-12-21 11:39  来源:中国财经报道  浏览:  

2015年1月,习近平总书记就我国核工业创建60周年作出重要指示强调,核工业是高科技战略产业,是国家安全重要基石。要坚持安全发展、创新发展,坚持和平利用核能,全面提升核工业的核心竞争力,续写我国核工业新的辉煌篇章。

1991年12月15日,我国第一座自行设计、自行建造的核电站——秦山核电站并网发电,我国成为世界上第七个能够自行设计建造核电站的国家。

时至今日,秦山核电站已安全运行30年,建成后的秦山核电基地总装机容量达660万千瓦,年发电量约520亿千瓦时,累计安全发电6900亿千瓦时,成为我国核电机组数量最多、堆型最全面、核电运行管理人才最丰富的核电基地。

在保障秦山核电站安全运行的基础上,中国核工业集团有限公司(以下简称中核集团)坚持将科技创新作为战略基点,聚焦核能关键技术,打造了第三代自主核电技术“华龙一号”,成为彰显我国自主创新能力的“国家名片”。

实现核电“零的突破”

从浙江省嘉兴市海盐县出发,一路向南,行至秦山脚下。在水泥建筑群掩映下,有一座白色的建筑物,远处山峦上矗立的高压铁塔和粗壮的输电线,正与之相连。这座建筑,就是我国第一座30万千瓦压水堆核电站,从这里和周边共9台运行机组输出的绿色能源,源源不断地汇入华东电网,满足着长三角地区的能源需求。

时间回到上世纪70年代。1970年2月8日,上海市传达了周恩来总理关于建设核电的指示精神,我国首个自主核电——秦山核电站即以“七二八工程”命名。

1982年,在五届全国人大五次会议上,我国郑重宣布建设秦山核电站的决定,自此拉开了核电建设的序幕。此后,来自西北、西南等地的核工业人在秦山脚下集结,涉及100多家科研单位、7个设计机构、11个施工单位、数百家制造厂。大家的目标只有一个:实现核电“零的突破”。1985年3月,秦山核电站浇灌第一罐混凝土。

万事开头难,秦山核电站的初期建设并不顺利,能够借鉴的一手资料非常有限。“拿连接蒸汽发生器和压力容器的主管道来说,就有多达16个焊口,当时国内根本没有这样的焊接技术。”中核集团秦山核电党群工作处业务经理原勇回忆,“听说有一家外资企业掌握相关技术,秦山核电站的技术专家便前去请教。”

起初,这家外资企业同意以10万美元的价格提供焊接技术手册。但是后来,随着工程工期的临近,这家企业所在国政府又提出两个“附加条件”:第一,中国人使用这种焊接技术,必须向该国报备;第二,使用该技术焊接管道时,要派该国专家现场监督。听到这些条件,时任秦山核电公司总经理的赵宏决定终止谈判;其后,就用这10万美元在秦山现场建设一个实验室,组织清华大学等单位的专家攻关,用半年时间拿下了这项技术。

“解决自行设计中的技术关键,只有通过自己的研究和开发,才能知其然,并且知其所以然,掌握技术上的主动权。”秦山核电站工程总设计师欧阳予说。在秦山核电站的建设过程中,每一张技术图纸都是中国人自己设计、自己绘制的。凭借一系列自主技术,秦山30万千瓦核电厂设计与建造项目荣获国家科技进步特等奖。

位于海盐县的核电科技馆内,有一座时钟,上面的时间定格在1991年12月15日0时15分,这是我国和平利用核能的重大突破,是核工业第二次创业的里程碑。

此后,秦山核电的发展快马加鞭,秦山核电二期工程、三期工程以及方家山核电工程相继建成。在此过程中,我国先后掌握了30万、60万、100万千瓦级核电技术,秦山核电成为核电事业从无到有、从小到大的缩影。同时,秦山核电也迈出了我国核电技术配套服务“走出去”的第一步。1991年12月31日,中国与巴基斯坦在北京签署了以秦山核电站为参考,合作建设巴基斯坦恰希玛核电站的协议。恰希玛项目是我国自行设计、建造的第一座出口商用核电站,也是当时我国最大的高科技成套出口项目。

如今,在秦山一期核反应堆正对面的山麓上,仍可以看到一块刻着“秦山春晓”四个大字的石碑。“这是我国核电工作者记录历史的方式,秦山核电站就像一支‘报春曲’,我国核电事业迎来春天。”中核集团秦山核电党委书记、董事长黄潜说。

“华龙一号”引领我国核电技术水平和综合实力跻身世界第一方阵

2021年1月30日,我国自主研发的三代核电技术、全球第一台“华龙一号”核电机组——福建福清核电5号机组投入商业运行。从核岛浇灌第一罐混凝土到商业运行,“华龙一号”仅用时68.7个月,是唯一按期建成的全球三代核电首堆。

“华龙一号”实现了几代核电工作者的梦想,其中就包括中核集团“华龙一号”总设计师、首席专家邢继。30年来,邢继几乎参与了我国所有的核电站建设,这使他对掌握关键技术的重要性和紧迫性有着更深刻的认识:“上世纪80年代末,我国建设大陆第一座百万千瓦级大型商业核电站时,不仅主要设备不能由国内提供,甚至连核电建设的基础材料国内也供应不了,满足核电站要求的钢筋混凝土都只能进口。我们都憋着一股子劲,一定要研制出自主百万千瓦级核电技术。”

核电站是迄今为止最为复杂的能源系统,而“华龙一号”首堆涉及70多个专业领域、80多个构筑物、360多个系统,工程设计图纸在20万张以上。每一个细节的创新,都对设计、采购、施工、调试、核安全等各个环节提出了更高的要求。要想实现整体升级,必须在全球范围内汲取经验,加强合作。

“华龙一号”研发之初,邢继带领“华龙一号”大团队搭建了“全球化政产学研用”高效协同创新研发平台,有效整合技术资源,实现优势互补。在总结我国30余年核电科研设计、建造和管理经验的基础上,最终形成了汇集“最高的安全标准、177堆芯、双层安全壳、能动与非能动安全系统、抗震能力、抗大飞机撞击能力”等多项重大技术改进的自主百万千瓦级三代核电技术——“华龙一号”。

堆芯核电研发涉及336个系统、25个学科,计算量超乎想象;蒸汽发生器有5835根管,几乎没有一根完全相同,还要顺利穿过9层支撑板;穹顶直径46.8米,钢衬里厚度仅为6毫米,吊装时要精准落入核岛顶部最窄处只有10毫米宽的导向槽……一个个看似“不可能完成的任务”,摆在了“华龙一号”团队面前。

核电站设计,最重要的就是堆芯。上世纪90年代,在完成自主研发设计60万千瓦的秦山二期核电工程后,中核集团立即启动自主百万千瓦级核电技术的研发攻关项目,并于1996年提出了177堆芯的方案,不仅将核电机组的发电功率提升5%至10%,也大大增强了核电站的安全性。这是“华龙一号”诞生的源头和关键技术的基础。

“包裹核燃料的金属材料,被称为锆合金。我们刚开始做研发的时候,国内没有一条完整的生产线。”中核集团CF燃料总设计师焦拥军回忆。经过十几年的技术攻关,科研人员进行了上千次的试验,终于成功研制出具有自主知识产权的N36锆合金。随后,研发团队陆续攻克了临界热流密度试验、堆内辐照考验等系列难关,CF系列核燃料元件实现了自主化和工业化应用。

“华龙一号”的蒸汽发生器,大到尺寸、小到核心部件,甚至是每一条焊缝,都跟之前完全不同。为解决设计制造的困难,中核集团“华龙一号”蒸汽发生器总设计师张富源经常奔波于各大制造厂之间,最终将制造周期压缩至27个月;在“华龙一号”的全球首堆示范工程现场,穹顶吊装是土建最关键的环节,施工团队依托丰富经验和过硬的技术,终于成功完成“刀锋对接”……

一组组参数的确认、一套套设备的制造、一根根钢筋的绑扎、一个个仪表的调校、一行行代码的输入,从顶层方案、总体设计、初步设计,到相关重要实验验证,“华龙一号”团队攻克一个又一个难关,克服一个又一个困难,用整整16年的时间,开展54项科研攻关项目,研制新设备上百台套,形成专利700余件,标准2300余项,软件著作权120余项。

“华龙一号”在计算分析软件、反应堆堆芯设计、燃料技术、能动和非能动安全技术等方面全面实现了重大突破,自主知识产权覆盖设计、燃料、设备、建造、运行、维护等领域,掌握了大量关键技术,形成了核心竞争力,赢得了我国核电未来发展的主动权。

从秦山到福清,我国核电从技术上“一穷二白”起步,到自主设计、建设百万千瓦级核电站,技术水平和综合实力跻身世界第一方阵。核工业人以自立自强的精神不懈奋斗,向着建设核工业强国又迈出了坚实的一步。

我国核电技术从相对落后到世界先进的奋斗征程

从第一座重水反应堆、第一台回旋加速器开启我国原子能事业新纪元,到成功研制原子弹、氢弹、核潜艇奠定大国地位;从自主设计建造秦山核电站、“华龙一号”等大国重器,到自主研发医用钴—60等一批先进核技术助推高端医疗装备国产化,再到应用辐照灭菌技术助力科技抗疫……纵览我国核工业发展史,就是一部以满足国家战略需求为首要任务、以建设先进核科技工业创新体系为战略支撑的奋斗史。

在党中央坚强领导下,从秦山核电站到“华龙一号”,我国核工业走出了具有中国特色的发展之路。其中一条重要的经验,就是有效发挥新型举国体制的优势。以超级工程“华龙一号”为例,国内17家高校、科研机构,58家国有企业以及140多家民营企业共同参与研发;其全球首堆工程更是带动了上下游5300多家企业,实现了411台核心设备的国产化,促进了国家高端重大装备制造业、相关服务行业的发展,对材料、冶金、化工、机械、电子、仪器制造等几十个行业的加工技术和工艺水平具有显著拉动作用。

核工业发展,离不开人才。在秦山核电站,涌现出以中国科学院院士欧阳予、中国工程院院士叶奇蓁为代表的大批杰出科技人才。这里还诞生了中国大陆首批35名核电操纵员,向全国输出了2500余名核电技术骨干。秦山核电一期投运后,国内其他核电站开始建设时,首先想到的是“从秦山要人”。

近年来,中核集团重视人才队伍建设,构筑核科技人才创新高地。围绕重要科学领域和创新方向,培养造就一批具有国际水平的战略科技人才、科技领军人才和创新团队;通过菁英、领创和创新团队等渠道加强青年人才培养,培养锻炼一批青年科技人才队伍,构建高层次人才通道;进一步创新机制,积极引进高精尖缺科技人才和创新团队。

2021年,秦山核电站迎来并网发电30周年的重要时刻,“华龙一号”全球首堆顺利实现商业运行。30年时光流转,映照出我国核电技术从相对落后到世界先进的奋斗征程,彰显了新时代核电工作者创新拼搏的精神风貌。

“作为我国核科技创新的国家队和主力军,中核集团将以习近平总书记重要指示批示精神为根本遵循,立足新发展阶段、贯彻新发展理念、构建新发展格局、推动高质量发展,进一步完善先进核科技创新体系,着力推进关键技术攻关及成果转化与产业化,继续勇闯‘无人区’、勇当探路者,不断攀登世界核科技高峰,为早日实现高水平科技自立自强贡献力量。”中核集团党组书记、董事长余剑锋表示。
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