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“核”力奋进丨中核工程:突出重围打造超级工程

日期:2022-04-14    来源:中核集团  作者:鲍莹莹

国际电力网

2022
04/14
09:17
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关键词: 中核集团 三代核电技术 华龙一号

2022年,党的二十大即将胜利召开,也是集团公司“十四五”规划落地之年、改革三年行动收官之年。习近平主席在新年贺词中强调,“不忘初心,方得始终。我们唯有踔厉奋发、笃行不怠,方能不负历史、不负时代、不负人民。”让我们在爱国奋斗中弘扬伟大精神,在时代坐标中把握前进方向,坚守初心担起民族复兴重任,加快建设核工业强国,为全面建设社会主义现代化国家贡献中核力量,以强核强国的新成绩迎接党的二十大胜利召开!

中核集团官微开设“核”力奋进专栏,展示奋进路上的中核力量。

纵观历史,数次重大的经济革命都在新通信技术与新能源系统结合之际发生,在新一轮能源革命中,掌握新能源技术就掌握了技术进步和塑造未来世界政治经济格局的主动权。因此,核电技术作为新能源高科技领域,一直是大国博弈的战略高地。我国核电起步相对较晚,为了追赶核电强国,中核集团开启了自主研发的新征程。中国核电工程有限公司作为华龙一号研发设计牵头单位,在中核集团的带领下,携手中国核动力研究设计院等17家科研院所、高校,58家国有企业,140余家民营企业,带动上下游产业链5300多家企业,栉风沐雨十余载,合力打造出我国具备完全自主知识产权的三代核电技术创新成果——华龙一号。

中国创新·从绝境中突出重围

回首40多年前,我国核电处于起步阶段,依靠学习、引进、消化吸收国外经验来发展核电。大到压力容器,小到一根电缆、一颗螺丝钉,甚至水泥、电话线都依赖进口。当中核工程人员向国外核电项目经理请教如何尽快掌握技术时,对方却说:“让你们的设计人员放下手中的笔,打开复印机就行了。”

作为中国自主三代核电技术,华龙一号要从梦想走进现实,方方面面,每一个细节都要考虑到。提资(提供后续设计需要的资料)是华龙一号遇到的第一个“拦路虎”。我国此前建设的大型核电站通过引进、消化吸收技术做翻版,不涉及提资。而华龙一号涵盖 70 多个专业,提资的工作量巨大,包括主工艺向各个专业提资,以及各个专业之间相互提资。原有的工作模式已远远不能满足现阶段几万份的提资需求。对此,华龙一号团队研发出自主的信息化管理系统,极大提升了提资效率,且实现了全要素全过程的关联。以前沟通流转一张工程资料单要耗费一天时间,现在只需十几分钟,轻松实现闭环管理。

“建设初期要出一张很可靠的管道外设图,一组图上信息极其繁多,所有的焊缝、材料、管段,每一个管段的标识、定位,每一个仪表、护板、支架等等都要在提资里体现。我们首先成立了专项组,专人干专事。其次,进行信息精细化管理,增加索引功能。单单图纸就出了23万张,每张图纸的信息都以精确计算为基础,满足安全要求。现在想来,我们能在一年时间内圆满完成任务,真的是顶住了很大的压力。”中核工程科设部的设计总工程师甄天雷介绍说,“我们专项组十几个人会定期召开会议,根据进度安排标识出每张图纸的风险点,并给出专业意见。印象里,下班后C栋719会议室常常灯火通明,讨论声不绝于耳。七八个专项组的同志常常因为不同的观点争论很久。一般我们白天与各个专业沟通,到下班时会梳理出一些问题。为了不让问题过夜,这时候大家就想马上坐到一起,因为都咬着牙有一股冲劲,想赶紧找出解决思路,为此经常顾不上吃饭。有几次我们深夜走出办公大楼,连说话的力气都没有了。”甄天雷感慨道。

华龙一号研发设计创新团队汲取世界先进核电理念,完成100余项科研课题,攻克多项关键验证试验,最终使我国一跃进入核电技术先进国家行列,实现了几代核电人的梦想。除了心中不灭的使命感,还有很多核能领域的老专家一直心系“华龙”。他们不光传授宝贵经验,而且从精神上激励着新一代核工业人。“我还记得当时核工业第二研究设计院有一位老领导——倪武英副院长,他当时已经退休了,但他却想在单位保留一个工位。倪老看到我们有些不理解,就解释说:‘留这个工位,是为了让你们在需要帮助时能在这里及时找到我。我们没赶上这个好时代,无法实现梦想,现在就想发挥点儿余热,为华龙提供力所能及的帮助。’”说到这里,甄天雷眼中隐约闪过一丝晶亮。

“9·11事件后,核电建设开始面临一项极高的安全要求:要能够抵御大飞机撞击。围绕这一亟待突破的新课题,国际上的分析方法、材料性能等核心数据是严格保密的。”中核工程当时负责华龙一号厂房结构设计的负责人姚迪说,“我们从零开始,研究大飞机撞击机理,分析大飞机对构筑物产生的冲击过程,确定防大飞机撞击的方案,终于创新性地提出了抗飞机撞击壳加充分隔离冗余系统的总体防护策略,成功解决了此类超设计基准外部事件分析的设计基准、防护原则、设计方案等诸多关键问题和技术难点,提升了华龙一号抵御外部极端事件的能力,成功研发出一套能够抵御大飞机撞击的实验,实现了设计目标。”

华龙一号在国内首次完成了“抗大飞机撞击防护门传动系统整体设计方案”和设备设计,并进行了防护门三维运动学模拟验证。研发过程中形成了一整套成熟、完备的抗飞机撞击分析、设计、评估方法和流程,研发了抗飞机撞击关键工程材料和设备,其中抗飞机撞击钢筋机械接头打破了关键工程材料的国外产品垄断局面,并创造性地解决了抗飞机撞击壳顶板和外挂水箱施工中面临的难题,总体技术处于国内领先地位,达到国际先进水平。

华龙一号最终形成了汇集“最高安全标准、177中国芯”、“能动与非能动安全系统”、单堆布置、0.3g抗震等级、抗大飞机撞击等多项重大技术改进,使中国成为继美国、法国、俄罗斯之后,第四个拥有完全自主三代压水堆技术和全产业链的国家。这标志着作为世界核电发展“后起之秀”的中国终于打破国外核电技术垄断与知识产权限制,跻身核电技术先进国家行列,真正实现了核电领域从“中国制造”到“中国创造”的历史性跨越。

中国智慧·整体平衡的核安全观

核工业是高科技战略产业,是国家安全重要基石。核电作为新能源高科技战略性产业,对于保障国家能源安全,把握我国在新一轮科技与产业革命中的主动权具有关键作用。

曾一度引发“弃核”风潮的日本福岛核事故使全球核电发展前景迷雾重重,但多个世界核工业强国却从未放弃核电,始终把保持核电技术领先作为国家基本战略。福岛核事故仅5天后,中国紧急下发了“国四条”,其中“新建核电项目必须满足国家最高核电标准”的要求直接导致原本计划2011年年底开工的CP1000被搁置。“塞翁失马焉知非福”,沉重的打击没有阻止中国核电事业前进的脚步,中核工程的创新团队“擦干泪水”,在极短的时间内重整旗鼓,果断踏上三代核电华龙一号(当时称为ACP1000) 的研发之路,在艰难险阻中毅然奋起,全力冲击国际最高安全标准。

虽然,中国对西方科技文化的了解、研究和学习已经持续了近两个世纪,但中国总是努力用实践告诉世界,“我们不一样”。西方人普遍认为相对的事物必定冲突,真相只有一个;而中国的阴阳平衡文化则认为“反者道之动”,即事物的循环往复是道的运动规律。在实现国际最高安全标准的过程中,华龙一号将中国传统文化中的阴阳平衡、和谐共生的思想进行创造性转化,凝练出“整体平衡的核安全观”理念。“能动与非能动相结合”的核安全设计理论就是在不同的安全技术之间找出“最佳拍档”,在平衡互补中无限接近绝对安全。

工艺系统是所有工程的上游,留给华龙一号设计团队的时间实在太少。面对零基础、技术弱、要求高、压力大的现状,中核工程必须迅速做出决断。在充分借鉴国外经验,进行大量分析论证,经过艰难的方案比选取舍后,中核工程下定决心,创造性地提出“能动与非能动相结合”的核安全设计理论,通过多样性的安全手段来实现最终的极致安全。

“‘整体平衡的核安全观’不是简单的‘1+1’,其蕴含着深层的东方智慧。我们说一个整体由不同要素组成,可以通过要素之间的平衡互补来实现最大程度的整体安全水平。同一个原因可能导致两个相同的安全手段同时失效,而多样化的安全手段可以消除共因失效。‘能动+非能动’只是华龙一号安全多样性手段中的一种,它能以最低的代价来实现所需的安全性。”先进核能技术研究院创新中心副主任吴宇翔娓娓道来,“‘整体平衡的核安全观’,不是针对某个事故或某一个屏障、某一块局部的安全,而是要考虑核电站的整体安全,要采用优势互补,实现不同要素之间的互相平衡,从而达到整体最优。我们选择‘能动+非能动’来实现应急堆芯冷却、二次侧余热排出、安全壳热量导出和堆内熔融物滞留等安全功能。虽然在非能动理念方面参考了国外先进设计,但非能动功能的实现形式是完全不一样的。例如,我们通过蒸汽发生器二次侧导出堆芯余热,将热量直接导到安全壳外的水箱,相比通过一回路非能动导热再通过安全壳排热系统导出壳外的实现方式,导热路径更加直接,也减小了对壳内环境的影响。”

华龙一号经过一年多的反复迭代更新,2012年底,总体技术方案成型。2013年,可行性研究报告通过审查,标志着我国自主研发的三代核电技术获得了国内专家认可。2014年,总体技术方案通过国家能源局、国家核安全局专家评审,专家一致认为华龙一号的成熟性、安全性和经济性可满足三代核电技术要求;核心技术具有自主知识产权,可自主出口并尽快启动示范工程。2014年底,通过了国际原子能机构(IAEA)反应堆通用设计审查(GRSR)。这是我国自主三代核电技术首次面向国际同行接受审查。专家认为,华龙一号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。

中国标准·理想赋能“超级工程”

华龙一号被党和国家领导人寄予厚望。习近平总书记多次在国际场合盛赞华龙一号是中国完全自主三代核电技术,要把它推向全世界。2015年6月,李克强总理考察中核集团中核工程时指出,你们是在铸“国之重器”,为中国发展“强筋壮骨”。

华龙一号有核心成员660人、涵盖70多个专业,包括6万多台(套)设备、165千米管道、2200千米电缆、上千人的研发设计团队、5300多家设备供货厂家,近20万人参与建造……是名副其实的“超级工程”。在核电领域,中国从未停止对创新的探索,未来想领跑世界,不仅要对外输出核电技术,更需要形成“中国标准”。

华龙一号研发设计创新团队最初制定实现完全自主知识产权目标时就立志要进军国际市场。“中核工程先后进行了411台核心装备的重点研发。通过自主研发这些设备,一是技术上不再受制于外国,不会因为技术保密条款导致无法出口;二是降低了价格,提高国际市场竞争力;三是压缩建设周期,减少因进口设备而导致的延期;四是如果出现任何问题,我们都能不依赖外国自主解决。”甄天雷说道。

华龙一号建立了自主知识产权体系,获海外专利65项、国内专利716项;建立了技术标准体系,解决了设备自主化和软件自主化等“卡脖子”问题,软件著作权120余项,首堆的国产化率达到88%以上;实现了全球三代首堆建设工期最短、造价最低,堆芯融化概率优于国际最高安全标准一个量级;构建了完整的核电产业链生态体系,设备国产化率大于90%;创造了三代核电首堆最佳业绩,真正做到“核心技术掌握在自己手中”。“每一个国际标准的制定,都是国家工业基础能力的体现。华龙一号使用了自主的设计软件、自主化的标准,实现了深层次的自主化,形成了中国标准。”甄天雷坚定有力的话语透露着对华龙一号满满的自豪。

“与祖国同进步,梦想就有广阔的空间;为人民事业而奋斗,人生就有出彩的机会。”核工业是一个沉甸甸的行业,责任和担当是核工业人宝贵的品质。一代代核工业人不忘初心、勇担使命,把个人发展与祖国事业联系在一起,栉风沐雨自主创新。突破性建成华龙一号,正是30余年不间断的核电科研、设计、制造、建设和运行经验积累的结果。当年华龙团队的“小年轻”如今也已成长为中核工程设计领域管理创新、技术创新、平台创新、工具创新等关键团队的“领头羊”“主心骨”。他们正朝着智慧电站的创新之路“加速奔跑”,在简化工艺系统、集约化,探索核电机组延寿,提高经济性和智能优化,坚持环境友好性等领域不断创新。

“江山不负英雄泪,且把利剑破长空”。2015年,中国自主三代核电技术华龙一号开工建设,全球首堆示范工程崛地而起;2021年1月30日,华龙一号中核集团福建福清5号机组正式投入商业运行,它的建成标志着我国核电技术水平和综合实力跻身世界第一方阵;2022年3月25日,华龙一号中核集团福建福清6号机组正式投入商业运行,至此华龙一号示范工程正式全面建成。

惟其艰难,方显勇毅;惟其磨砺,始得玉成。华龙团队通过筚路蓝缕的探索、自强不息的努力和坚持不懈的钻研,向世界展示了勇毅担当的中国“创新力量”,谱写出强核强国的壮丽诗篇。

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