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华龙突围

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发布时间:2021-01-28 信息来源:默认部门

yabo登陆  我国核工业是从受人遏制发展到今天的,是在自主创新中成长起来的,同样是在自主创新中逐渐强大起来的。

yabo登陆  纵观我国自主三代核电华龙一号的发展历程,可以充分感受到我国核工业人的铮铮傲骨。为了国家的强大,为了民族的尊严,他们忍辱负重、自立自强、砥砺前行,推动我国核电实现从跟跑到并跑、与核电强国齐头并进的历史性跨越,赢得了世界的认可与尊重。

  缘起:研发中国人自己的百万千瓦级核电站

  从CNP1000到CP1000

yabo登陆  若不是日本福岛核事故,2011年底,在福清核电5号机组的这块厂址上将会建立一座型号为CP1000的核电机组。

yabo登陆  “CP1000是中国首个具有完全自主知识产权的百万千瓦级核电站,即将落地之时却因为福岛核事故夭折了。”回忆起将近十年前的往事,华龙一号总设计师邢继五味杂陈。

  1997年,yabo登陆着手开展自主百万千瓦级核电机组的研发,当时形成了一个总体方案CNP1000。在这个方案中,由中国核动力研究设计院负责堆芯,也就是反应堆方案的设计。该院时任副院长张森如等人提出了两种方案,一种是将国际上普遍采用的“157堆芯”扩充为“177堆芯”,也就是将燃料组件扩展到177组;另外一种是燃料组件维持157组不变,把燃料棒从12英尺加长到14英尺。而那时的中国核工业第二研究设计院聚焦在功率更大的CNP1400开展研究,由于太超前,在完成初步设计后,这条线就搁置了。相关人员都投入到CNP1000研发中。

  从“157”到“177”,看似简单,实则很复杂。在充分考虑热量传递、燃料富集度等组件之间相互制约的因素后,还要提升堆芯性能,并不是一件容易的事情。“不许失败、不许超限、不许延期。”据华龙一号副总设计师、核反应堆及一回路系统总设计师刘昌文回忆,为在参数的平衡间找到最优的布置方式,科研人员自我加压,艰难攻关,在堆芯装载方案没有颠覆性调整的情况下,成功地将组件最大燃耗降低到了限值以内,在安全性、经济性和对下游专业的影响之间取得了完美的平衡。

  后来欧美推出AP1000、EPR等第三代核电技术,无论是安全性经济性方面都提出了更高的要求,应对事故的能力更强。对此,yabo登陆科研团队汲取国际上第三代核电站设计理念,重新定位了自主百万千瓦级技术的研发目标,形成了一个具有三代特征的自主核电技术,这就是CP1000。

  邢继在2009年进入这一研发团队,并担任这一型号的总设计师。随后,研发团队提出了“能动+非能动”的初步设想,并落实在CP1000方案中。

  另外,单堆布置、采用双层安全壳也是CP1000的两项突出特征。然而,对于采用双层安全壳这一重大改进,大家产生了严重的分歧。

yabo登陆  采用双壳有没有必要?如果采用双壳,科研团队能否在剩下不到一年的时间内完成设计和论证,满足2011年年底开工的要求?在专家讨论会上,双方争执不下。

yabo登陆  面对专家们尖锐而直接的质疑与追问,邢继并没有急着回答,而是翻开笔记本,平静地念出了这样一段话:“我们能够深刻理解到这件事情对我们的影响有多大,也非常珍惜有这样的机会去创造一个属于自己的核电站,同时更知道它的重要性……我们要坚持采用双层安全壳,我认为这个方案能够点燃设计人员的创新热情和激情。”

yabo登陆  喧闹的会议室突然静了下来,随后又响起了一阵热烈的掌声。

  这段话,邢继思虑良久。

  “我们的技术人员当然知道挑战有多大,我们有这个信心能实现目标,而我们同样希望通过自主创新来推动中国核能技术的发展。如果在双层安全壳的确定上支持我们的创新,无疑会点燃我们工程师、研发设计人员内心中的创新激情。”邢继说。

  其实,这不仅是对邢继及其团队的考验,更是在考验中国能不能够靠自己的实力,建造一座从设计到建造都完全自主的百万千瓦级核电站。

  当时作为yabo登陆副总经理主管CP1000研发的现任yabo登陆党组书记、董事长余剑锋在会上当场拍板:“就按这个方向走。”专家会结束后,他又对邢继提出了更高期待。

yabo登陆  “集团公司希望我们把这个目标定得更高一些,就是我们中国自主的研发要有一个更高的目标,要瞄准国际上最先进的核电,以高标准严要求来确定我们自主核电的发展。”邢继回忆道。

  CP1000计划在2011年底开工,邢继科研团队在2010年底就完成了初步安全分析报告编制,并上报到国家核安全局。2011年初,国家核安全局启动项目许可证安全审批,在组织召开第一次安审对话会后,发生了日本福岛核事故。

yabo登陆  此次核事故虽然发生在日本,但是核安全没有国界,影响波及全世界。国务院立刻制定了核电安全发展的四项决定(以下简称“国四条”):一、所有核设施马上全面开展安全检查;二、暂停所有新建项目的审批;三、要求后续核电项目必须按照国际上最高的安全标准开展;四、对核设施不满足安全检查要求的,必须进行改进。

  “按国四条要求,CP1000属于将要开工但还没有审批的项目。如果对照国四条要求,就要按照国际上最高的安全标准来建,我们就需要重新论证。我们当时就得出一个结论,CP1000不能满足国际上最高安全标准的要求。这就意味着判了CP1000的死刑。”邢继说。虽然此时福清核电5号机组现场负挖已经开工,但2011年年底浇筑第一罐混凝土的计划被迫流产。

  虽说日本福岛核事故对全球核电发出了严厉警示,但原国家核电技术公司吸收美国西屋公司第三代核电技术AP1000、中国广核集团有限公司引进法国EPR核电技术等项目还在继续。

  对邢继的整个研发团队而言,这样的局面是一个非常沉重的打击。

  但邢继很快就振作起来,他还对战友们说:“这都是暂时的,只要我们技术超强,做得更好,一切困难都是暂时的。我们的目标是做世界上最先进的技术,国家的要求和我们的目标是一致的。尽管遭受了挫折,可也使我们更加坚定地去追求更高目标。”

  融合:满足国际最高安全标准

  从ACP1000到华龙一号

  日本福岛核事故虽然阻止了CP1000,但没有阻止中国核电自主研发前进的步伐。

  其实,在研发CP1000的同时,yabo登陆已经提前策划布局并开展了自主三代核电的研究,也就是后来的ACP1000。日本福岛核事故可以说加速了这一型号的面世。

  除实时跟踪福岛核事故最新进展外,邢继及其团队还频繁参与国际交流:“这些交流给我们提供了重要的经验反馈。这是一个长期持续的过程,直到今天我们依然在关注后续的事故后的处理。当时的这些经验反馈就直接反馈到确定ACP1000的方案制定上。”

  在福岛核事故之前,ACP1000其实已经在论证过程中,事故以后,又结合经验反馈,对设计方案重新审视,重新调整,最终以177组燃料组件堆芯、多重冗余的安全系统、能动与非能动相结合的安全措施为主要技术特征,采用世界最高级别的安全要求和最新的技术标准。这样就能符合国际原子能机构(IAEA)制定的所有安全要求,满足美国、欧洲的第三代核电技术标准。

yabo登陆  “华龙一号具有目前人类对核电最高级别的安全防护。”邢继表示。

yabo登陆  对于ACP1000能抗多大级别地震这个日本福岛核事故后多次被提及的问题,邢继及团队用0.3g来回答。

  这个专业术语,指的是峰值加速度,也是核电站用来确定抗震的设计基准。也就是说,不管震源在哪里,也不管能量通过何种地质构造传递而来,只要反应堆所处的地表水平向和竖向的震动峰值加速度不超过0.3g,核电站都是安全的。

yabo登陆  邢继说:“这能够涵盖中国几乎所有的厂址。”欧洲的EPR堆型为0.25g,而0.3g的目标相当于在抗震要求上又有了重大的提升。

  别看从0.25g提升到0.3g,在数值上只提升了0.05g,但对于整个核电站的设计产生的影响是巨大的。可以说是牵一发动全身,特别是对结构、设备抗震能力的要求大幅提高。

yabo登陆  据抗震攻关团队的专家杨建华介绍,ACP1000既然定位三代核电,就要按照三代要求,要按照国际最高水平来设计。而这个高目标,给工程师们带来了漫长和艰难的挑战。为了啃下0.3g抗震的这块硬骨头,从2012年底到2014年底,抗震设计团队的工程师们几乎没日没夜地在办公室里计算。甚至为了保证计算连续性和进度,有的工程师在端午节早上4点到单位接着计算。

yabo登陆  “最担心计算出错,因为一旦计算出错,可能会因为连锁反应,导致上游工艺专业的工作都白做了。那段时间,工作的压力非常大,连睡觉时都会经常反复地思考计算参数,感到有问题时,就会冒冷汗。”然而,团队主力马英、孙晓颖却说:“我们就是要战胜它,我们也有信心战胜它;挑战让我们很有成就感,挑战成功让我们更有自豪感。”在抗震攻关团队夜以继日地努力下,经历了五次抗震设计迭代优化,终于形成了最终也是最优的华龙一号布置方案。

  无独有偶,在抗大飞机撞击的设计中,研发团队也有着相似的境遇。邢继说:“我们重新确定的ACP1000方案中强化了应对极端外部灾害,包括人为事件的设计。大飞机撞击在‘911’以后,在欧洲的三代核电设计中被普遍关注,而美国人当时并没有考虑,但我们还是把它纳入其中。”

  然而,这一设计对于研发团队来说,完全是个空白。相关的模型和参数,在国际上是机密,无资料可寻。此项研究的具体承担者蔡利建、蒋迪、姚迪表示难度太大,心里直打鼓,一时不知道如何开展研究。

  空白带来机遇,机遇伴随挑战。对于抗大飞机撞击设计方案,他们本来希望寻求国际知名公司协助指导,为此沟通过两家国际著名企业。但对方提出要共享知识产权,并对后续出口提出一些限制条件。对于邢继科研团队来说,这一诉求意味着丧失了自主核电主导权,触碰到了自己的底线和红线。

  “这当然不行。我们的初衷就是要打造具有自主知识产权的核电站。靠自己才是根本方法。也只有靠自己,才能拥有完整的自主知识产权,中国核电技术才能走出国门,在国际上与那些核电公司有力地展开竞争。”邢继坚定地说道。

  其实,这样的问题也曾摆在核动力院面前。长期以来,蒸汽发生器的设计技术,只掌握在美国西屋、法国阿海珐等少数国外公司手中,设计新型号的百万千瓦级核电站蒸汽发生器在国内尚无先例。是购买国外设计技术,继续受制于人,还是狠下决心啃硬骨头,研发设计具有自主知识产权的蒸汽发生器?核动力院人毫不犹豫地选择了后者。他们自筹资金,组建攻关团队,从事蒸汽发生器设计研究近30年的专家张富源担任攻关组组长兼专家组组长。为了攻关,张富源带领团队成员常常24小时守在冰天雪地的试验现场,啃馒头、泡方便面。经过27个月的攻关,第三代核电ZH-65型蒸汽发生器问世。相比之下,美国、法国制造首台三代核电蒸汽发生器的时间用了将近40个月。而与国外三代核电蒸汽发生器相比,ZH-65型蒸汽发生器产生的蒸汽压力更高、蒸汽湿度更低、经济性更好。

yabo登陆  功夫不负有心人。对于大飞机撞击,经过一段时间摸索后,蔡利建、蒋迪、姚迪等人发现两种研究方法,一种为简化方法;另一种是采用三维模型分析。虽然此项研究是从零起步,但他们坚决选择了后者。

yabo登陆  “我们打造拳头产品,显然要优于已有的技术,不能弱于现在的三代核电,不然就只能永远跟着走。”蔡利建说道:“最重要的原因在于用三维模型做分析,更加全面、更有说服力,也更有利于团队技术储备及发展。”

yabo登陆  “在人类科技文明发展历程中,每一步都是冒着风险的。我们的责任就是努力把风险降到最低限度。”邢继补充说道。

  2013年4月,在国家能源局和国家核安全局的指导下,为步调一致抢占国际核电市场,在ACP1000技术的基础上,yabo登陆和中广核将各自的百万千瓦级技术进行融合,形成我国自主知识产权、自主品牌的三代核电技术华龙一号。

  2014年8月21日至22日,华龙一号迎来大考。这两天,华龙一号接受了由国家能源局、国家核安全局牵头组织的我国43位院士和专家的评审。专家组一致认为,华龙一号成熟性、安全性和经济性满足三代核电技术要求,设计技术、设备制造和运行维护技术等领域的核心技术具有自主知识产权,是目前国内可以自主出口的核电机型,专家组建议,尽快启动示范工程。

yabo登陆  随后,华龙一号接受国际大考。维也纳时间2014年12月4日至5日,经过紧张的答辩,华龙一号(ACP1000)通过了IAEA反应堆通用设计审查。这是我国自主三代核电技术首次面向国际同行审查。专家认为,ACP1000在设计安全方面是成熟可靠的,满足IAEA关于先进核电技术最新设计安全要求;其在成熟技术和详细的试验验证基础上进行的创新设计是成熟可靠的。在IAEA通过安全认证,标志着华龙一号拿到了国际通行证。

  “在IAEA工作的中国员工事后说这是他们见到过的最好的报告,也是目前他们见到的三代方案里面最好的。”华龙一号首堆项目原设计经理宋代勇说。

yabo登陆  据了解,华龙一号拥有完全自主知识产权体系,专利700余件,软件著作权120余项。概括来说,主要表现为“四个充分”:一是充分利用和结合了我国近30年来核电站设计、建设、运营所积累的宝贵经验、技术和人才优势;二是充分借鉴了国际上的先进核电技术;三是充分考虑了历次核事故,特别是福岛核事故后国内外的经验反馈,全面落实了核安全监管的改进要求;四是充分依托业已成熟的我国核电装备制造业体系和能力,采用经过验证的成熟技术,实现了集成创新。

  建造:打破首堆必拖魔咒

挺进世界前列从图纸到现实

  2015年5月7日,华龙一号示范工程福清核电5号机组正式开工建设。

yabo登陆  从1997年提出以“177堆芯”为主要特征的CNP1000,到2009年提出“能动+非能动”为主要特征的CP1000,再到ACP1000、华龙一号,中国具有完全自主知识产权的百万千瓦级核电站经过近二十年的努力与拼搏,终于落地了。

  在喜庆的鞭炮中,华龙一号全球首堆福清核电开始茁壮成长。

yabo登陆  华龙一号首堆工程涉及大的专业领域70多个,80多个构筑物,360多个系统,工程设计图纸20万张以上。尤其是设备国产化率较高,包含“三新”设备(新设计、新厂家、新技术)111项。可以说,每一个细节的创新,都对设计、采购、施工、调试,乃至商务、核安全等各个环节提出了更高的要求,对整体的项目控制而言也意味着更大的挑战。为了确保首堆工程顺利推进,在yabo登陆主要领导牵头下引入了Top10制度、沙盘推演等项目管理工具。

  其中,Top10制度是梳理和总结项目进展中存在的影响力和风险性较大的进度节点,可以集中调动优势力量实现协同。而用于模拟项目管理与策划工作的沙盘推演,被推广到设计、采购、施工等环节,增强了对项目风险的预见性和控制效能,能够使进度节点都得到了有效把控和落实,特别是对“三新”设备的风险控制和平稳运行具有非常重要的意义。

yabo登陆  然而一年后,工程建设进入最为曲折的时期。邢继用这样一幅绘画记录下那时的感受:华龙一号全球首堆工程现场,黑压压的天空下狂风暴雨似要袭来。他为之取名为《华龙2016》。

yabo登陆  世界上三代核电首堆,不管是美国的AP1000,还是法国的EPR,都遭遇了拖期的魔咒。的确,首堆建设难度极大,即便是有着30余年来不间断从事核电工程建设经验的中国,也不敢轻视。

  “华龙有我,有我必成!”每当工程遇到困难,现场参建单位就成立专业攻关组,昼夜不停干。有时夜里两三点也邀请监理去验收,为下一道工序做准备。他们把建设好华龙一号当作是自己的事业,只要任务需要,大家都没有二话,愿意坚守,愿意付出,无怨无悔!

  相对于土建,设备方面遭遇的挑战同样不容小觑。2015年11月4日,福清核电现场正在召开华龙一号示范工程建设协调会。当得知主泵这个关键设备按时间节点已拖期5个月时,与会人员迅速行动,奔赴位于哈尔滨的哈电集团予以协调。从北京到福清,再回北京,然后前往哈尔滨……连续四天、辗转三地,5500公里的行程,跨越南北,只为主泵能够按期交货。

  华龙一号汽轮机是我国自主生产的核电主设备,由东方电气研制,不仅构造不同于福清核电前4台机组,而且重量和尺寸都远胜前者。其中,汽轮机低压转子重达 281吨,比前4个机组重了近一倍,特别是最长的叶片长1828毫米,为世界汽轮机之最。中核五公司的范永光等安装人员昼夜不停地干,仅高压缸找中,一周 7 天就找了 6 次,每个人都掉了好几斤肉。“我每天有十五六个小时在现场,即使睡梦中也在找中,一个星期瘦了整整6公斤,到最后人都打飘了。”范永光说。激发大家伙时刻坚守在现场的动力,是参与华龙一号全球首堆建设的荣誉感、责任感与使命感。“我们是在为荣誉而战,为中国核电而战,为国家名片而战。”

  越是重大项目工程,越是要通过党建工作凝心聚力,让党旗在一线高高飘扬。华龙一号示范工程现场共有参建单位10余家,涉及班组400多个,建设人员约1.1万名。如何形成统一编排、统一管理、统一行动的“一盘棋”工作格局,是一个需要着重解决的问题。为此,各参建单位与生态环境部华东核与辐射安全监督站共同成立了华龙一号党建工作联合委员会。党建联建工作围绕“异”中求“同”,通过跨产业链、跨行业、跨单位的组织形式,将工程参建单位融合为一体,快速解决问题,既保证了施工安全质量又加快了工程进度。通过在现场建立党员示范岗、责任区、先锋队等150多个,进行技术攻关,创造了一系列最短工期纪录,为实现华龙一号示范工程建设目标打下坚实的基础。

yabo登陆  而且,华龙一号全球首堆还联合58家国有企业,联动140余家民营企业,带动上下游产业链5000多家企业,共同突破了411台核心装备的国产化。正是由于核动力院、东方电气、哈电等研发、制造单位齐心协力,才保证了蒸汽发生器、压力容器、稳压器等关键设备以及NESTOR软件按时供货,也为华龙一号全球首堆按照计划推进提供了重要支撑。

  2015年5月7日,华龙一号全球首堆机组正式开工建设。

  2017年5月25日,华龙一号全球首堆穹顶吊装。

yabo登陆  2019年4月27日,华龙一号全球首堆完成冷试。这标志着该机组提前 50 天启动冷态功能。

  2020年3月2日,华龙一号全球首堆热态性能试验完成。

  2020年9月4日,华龙一号全球首堆第一组燃料组件顺利入堆。

  2020年11月27日,华龙一号全球首堆并网发电。这是世界上首个按照计划工期推进的三代核电机组。

  可以说,中国人在三代核电建设领域打了一场漂亮的翻身仗。

  “华龙能够顺利建设,一方面在于各方大力协同,另一方面还在于核工业体系的整体进步,核心技术完全是由我们自身掌握。”邢继说。

yabo登陆  不过,在邢继看来,华龙一号全球首堆并网发电并不意味着梦想实现。特别是2018年10月11日,美国能源部发布《美国对中国民用核能合作框架》,对我国核能进口实施选择性禁止。这使邢继更加深刻地认识到华龙一号对国家经济、大国政策、“一带一路”、核工业强国、装备制造升级的意义和价值。建成三代核电是根本,但要真正实现领跑还要形成华龙标准。因为标准是话语权。“我们不仅要输出自己的核电,还要按照我们自己的标准去建设,这样才能不受制于人。”

  2020年11月10日,yabo登陆宣布,华龙一号已形成一套完整的、自主的型号标准体系,涵盖核电厂前期、设计、设备、建设、调试等全生命周期,可有力支撑华龙一号批量化建设和“走出去”。(盛安陵)