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國內(nèi)核電技術(shù)不斷發(fā)展 自主三代核電品牌正式打響
2021-06-11 10:02:50來源: 科技日報(bào)

最先做報(bào)告的人來自國際原子能機(jī)構(gòu),提到中國,講的是秦山二期技術(shù)。

隨后,一個美國人上臺,說正在中國山東海陽建設(shè)首堆。

之后,一個俄羅斯人上臺,說已經(jīng)在中國江蘇田灣建成核電站。

再后來,一個法國人上臺,說正在中國廣東建設(shè)反應(yīng)堆。

……

2012年,現(xiàn)任中核集團(tuán)中國核動力研究設(shè)計(jì)院產(chǎn)業(yè)部副主任湯華鵬代表我國參加國際原子能機(jī)構(gòu)在韓國舉行的培訓(xùn)會,實(shí)際也是技術(shù)推介會。

美俄法都在中國建反應(yīng)堆,作為核電引進(jìn)大國,中國被國際原子能機(jī)構(gòu)拿到臺面上講的還是20多年前的機(jī)型。會場雖有空調(diào),坐在第一排的湯華鵬仍感覺汗?jié)褚律?,如芒在背,?shí)在覺得沒面子,插了一句:中國正在搞ACP1000(“華龍一號”前身)。

當(dāng)時ACP1000的科研還沒完成,當(dāng)然也不為國際同行所知曉?,F(xiàn)場反應(yīng)很冷淡。

如今這一狀況一去不復(fù)返了。2021年1月30日,我國自主三代核電技術(shù)“華龍一號”投入商業(yè)運(yùn)行,當(dāng)?shù)貢r間5月20日01時15分,“華龍一號”海外首堆工程——巴基斯坦卡拉奇核電2號(K-2)機(jī)組正式進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行,“華龍一號”“走出去”第一站順利建成,中國核電實(shí)現(xiàn)從“跟跑”到“并跑”。

完成自主核電第一次沖鋒

所謂核電,是利用原子核內(nèi)部蘊(yùn)藏的能量產(chǎn)生電能。一顆原子核,直徑只有一根頭發(fā)絲的一億分之一,卻蘊(yùn)藏著驚人能量。

核電是戰(zhàn)略高科技產(chǎn)業(yè),是核大國必爭的核能技術(shù)高地。發(fā)展核電是和時期保持和擁有強(qiáng)大核實(shí)力的重要途徑。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后,世界各有核國家的科學(xué)家都把更多注意力轉(zhuǎn)向原子能和利用。

1951年8月,美國的原子能委員會在一座鈉冷快中子增殖實(shí)驗(yàn)堆上,進(jìn)行了世界上第一次核能發(fā)電實(shí)驗(yàn),并獲得成功,自此開啟了人類利用原子核發(fā)電的時代。

20世紀(jì)50年代初,我國核工業(yè)時代正式起步。1964年10月16日,第一顆原子彈在大漠深處試爆成功,中國從此跨進(jìn)有核武器國家行列。

1970年春節(jié)前,上海市領(lǐng)導(dǎo)到中央匯報(bào),道出了當(dāng)時嚴(yán)峻的形勢:上海的許多工廠由于缺電輪流停產(chǎn)。

但之后因缺少統(tǒng)一戰(zhàn)略方針和政策指導(dǎo),工程幾經(jīng)浮沉甚至面臨下馬。“728”工程忽上忽下的消息令科研人員揪心。但研究不能停,蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人劉家鈺給自己定下一條原則:“只要沒看見宣布工程下馬的中央正式文件,就沒有權(quán)力放下手中的計(jì)算尺。”

終于在1986年,秦山一期30萬千瓦級核電機(jī)組正式動工,來自西北、西南等核基地的核工業(yè)大軍向秦山集結(jié)。

1991年12月15日,秦山一期成功并網(wǎng)發(fā)電,在主控室的歡呼沸騰中,中國大陸核電實(shí)現(xiàn)了從無到有、從零到一的突破。

夾縫中被重啟

秦山一期30萬千瓦級核電工程解決了中國大陸無核電的問題,但采用法國核電技術(shù)的大亞灣核電站單機(jī)容量是它的3倍多,達(dá)98.4萬千瓦,更經(jīng)濟(jì)。

1996年,原國家計(jì)委提出國家核電發(fā)展方向不再是60萬千瓦級,而是百萬千瓦級。

2004年3月,嶺澳二期被列為國家核電自主化依托項(xiàng)目。在秦山二期基礎(chǔ)上,嶺澳二期開發(fā)了百萬千瓦壓水堆核電技術(shù)。

遺憾的是,二者均是法國進(jìn)口機(jī)型M310的改進(jìn)型,在堆芯設(shè)計(jì),特別是在燃料元件設(shè)計(jì)制造技術(shù)上,不具有完全自主知識產(chǎn)權(quán),不能實(shí)現(xiàn)出口。

參與中國30年間所有核電站建設(shè)的中核集團(tuán)“華龍一號”總設(shè)計(jì)師、首席專家、中國核電工程有限公司總工程師邢繼解釋,就像出國需要簽證一樣,通過“以市場換技術(shù)”的引進(jìn)方式,只是從國外買技術(shù)和設(shè)備,不可能掌握核電的核心技術(shù),也不可能實(shí)現(xiàn)出口。

主持嶺澳二期工程設(shè)計(jì)的邢繼,有了更明確的目標(biāo)——建造一座完全由中國自主設(shè)計(jì)、建造并管理運(yùn)營的百萬千瓦級別的核電站。

有這想法的,不止邢繼一人。

堆芯是核電站的心臟,是核燃料發(fā)生裂變、釋放能量的核心部件。堆芯技術(shù)如果受制于人,自主核電就無從談起。

20世紀(jì)90年代起,中國核動力研究設(shè)計(jì)院開始了堆芯自主研發(fā)設(shè)計(jì)的探索。

堆芯研發(fā)涉及336個系統(tǒng),25個學(xué)科,計(jì)算量超乎想象;最難的是要研制出多種堆芯型號并進(jìn)行比較。

“我們做了157堆芯的,也做了177堆芯的、193堆芯的等等。通過多個堆芯的比較論證,確定了177堆芯。”中國核動力研究設(shè)計(jì)院科技委主任吳琳說。

從157到177,看似簡單,實(shí)則很復(fù)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,還要提升堆芯能,并不是一件容易的事情。

與國際傳統(tǒng)的157堆芯相比,數(shù)字只相差20,但擁有177堆芯的CNP1000(“華龍一號”前身),發(fā)電功率提升了5%至10%,安全也增強(qiáng)了。

與此同時,既著眼于增加發(fā)電能力的眼前需要,又考慮到大國外交的合作需要,我國在“九五”期間(1996年—2000年)相繼購買了俄羅斯的壓水堆、加拿大的重水堆等。

新世紀(jì)之初,隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,沿海用電量驟增。

2007年7月24日,為了引進(jìn)第三代技術(shù)而成立的國家核電技術(shù)公司與西屋聯(lián)合體在北京人民大會堂簽署了技術(shù)引進(jìn)協(xié)議,全球首臺AP1000機(jī)組落戶三門。與此同時,中廣核也引入了法國M310核電技術(shù)。

相較之下,CNP1000顯得有些“受冷落”。

2009年峰回路轉(zhuǎn),由于國內(nèi)仍舊依賴“二代改”發(fā)電,柳暗花明時,CNP1000被更名為CP1000,“二代改”自主研發(fā)重新開啟,邢繼被任命為項(xiàng)目總師,并以福清5號、6號為依托項(xiàng)目。

2011年2月28日—3月1日,是CP1000項(xiàng)目落地前的最后一次例行審查會。會上,CP1000再次獲得專家們高度肯定,終于可以開工建設(shè)了。

因福島核事故按下“暫停鍵”

2011年3月8日,天氣晴朗,吳琳從成都飛到福清現(xiàn)場,參與開工準(zhǔn)備工作。

10多臺挖掘機(jī)已經(jīng)就位,轟隆隆地在現(xiàn)場挖地基。望著眼前的這一切,吳琳激動又感慨——從1996年到2011年,17年,中國核電技術(shù)從“跟跑”到“并跑”,177堆芯的設(shè)想終于要實(shí)現(xiàn)了。

然而,挖到第3天,日本福島核事故發(fā)生,一切戛然而止。

“當(dāng)時采取爆破加機(jī)械作業(yè)方式,3天挖出了多大的一個坑啊!事故發(fā)生后,所有作業(yè)都停止了。3月過后很快就是臺風(fēng)季,這個坑準(zhǔn)得成養(yǎng)魚池,我們只能把這個坑填了回去。”回憶當(dāng)時的情景,吳琳記憶猶新。

此次核事故雖然發(fā)生在日本,但是核安全沒有國界,影響波及全世界。福島核事故發(fā)生5天后,國家緊急叫停了核電項(xiàng)目的審批,所有已開工的項(xiàng)目停工進(jìn)行安全檢查,已批準(zhǔn)但尚未正式開工的不再開工。很不幸,CP1000項(xiàng)目被打上了“不再開工”的標(biāo)簽。

“華龍一號”副總設(shè)計(jì)師、核反應(yīng)堆及一回路系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師劉昌文形容:好像婚禮上迎親的隊(duì)伍已經(jīng)出去了,突然這婚不結(jié)了。

2010年3月20日,漳州大霧濃得連路都看不見。當(dāng)天開會的吳琳感慨,這就像核電人當(dāng)時的心情——往哪兒走,看不見前路。

在一次內(nèi)部討論會上,談到激動處,許多技術(shù)人員都流下了眼淚——搞中國自主的核電技術(shù)為何就這么難?

打破國際首堆必拖“魔咒”

“暫停鍵”并不意味著停止,而是對核電技術(shù)提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

2009年,邢繼進(jìn)入CP1000研發(fā)團(tuán)隊(duì),并擔(dān)任型號總設(shè)計(jì)師。隨后,研發(fā)團(tuán)隊(duì)提出了“能動+非能動”、單堆布置、雙層安全殼的設(shè)想。

然而,對于采用雙層安全殼這一重大改進(jìn),大家產(chǎn)生了嚴(yán)重的分歧。

采用雙殼有沒有必要?如果采用雙殼,科研團(tuán)隊(duì)能否在剩下不到1年的時間內(nèi)完成設(shè)計(jì)和論證,滿足2011年年底開工的要求?在專家討論會上,雙方爭執(zhí)不下。

面對專家們尖銳而直接的質(zhì)疑與追問,邢繼并沒有急著回答,而是翻開筆記本,靜地念出了這樣一段話:“我們能夠深刻理解到這件事情對我們的影響有多大,也非常珍惜有這樣的機(jī)會去創(chuàng)造一個屬于自己的核電站,同時更知道它的重要……我們要堅(jiān)持采用雙層安全殼,我認(rèn)為這個方案能夠點(diǎn)燃設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)新熱情和激情。”

喧鬧的會議室突然靜了下來,隨后又響起了一陣熱烈的掌聲。

這段話,邢繼思慮良久,“我們的技術(shù)人員當(dāng)然知道挑戰(zhàn)有多大,我們有這個信心能實(shí)現(xiàn)目標(biāo),而我們同樣希望通過自主創(chuàng)新來推動中國核能技術(shù)的發(fā)展”。

2013年4月,中核集團(tuán)研發(fā)出完全符合國際最高安全標(biāo)準(zhǔn)的ACP1000自主化三代壓水堆先進(jìn)機(jī)型,并向國家核安全局呈交了初步安全分析報(bào)告。

同時,中廣核推出了ACPR1000+技術(shù)路線。最后,在國家能源局主導(dǎo)下,兩者“融合”形成具有完整自主知識產(chǎn)權(quán)的第三代核電品牌——“華龍一號”,意為“中華復(fù)興、巨龍騰飛”。

隨著引進(jìn)的AP1000建設(shè)持續(xù)拖期,支持“華龍一號”進(jìn)行示范工程建設(shè)的聲音也越來越大。

2014年春節(jié)前夕,核電主管部門最后拍板:“華龍一號”如要“落地”,其設(shè)計(jì)的安全標(biāo)準(zhǔn)不能低于AP1000。

2014年,繼通過國內(nèi)權(quán)威評審后,國際原子能機(jī)構(gòu)針對“華龍一號”前身——ACP1000的通用反應(yīng)堆設(shè)計(jì)審查(GRSR)的結(jié)論也于年底出爐。

專家認(rèn)為,ACP1000在設(shè)計(jì)安全方面是成熟可靠的,滿足國際原子能機(jī)構(gòu)關(guān)于先進(jìn)核電技術(shù)最新設(shè)計(jì)安全要求;其在成熟技術(shù)和詳細(xì)的試驗(yàn)驗(yàn)證基礎(chǔ)上進(jìn)行的創(chuàng)新設(shè)計(jì)是成熟可靠的。

2014年11月3日,國家能源局復(fù)函同意福清核電廠5、6號機(jī)組工程調(diào)整為“華龍一號”技術(shù)方案。

歷時20年,從以177堆芯為主要特征的CNP1000,到“能動+非能動”為主要特征的CP1000,再到ACP1000、“華龍一號”,在硬碰硬的技術(shù)較量中,我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的百萬千瓦級核電站終于獲得了認(rèn)可。

2015年5月7日,“華龍一號”首堆在福清開工,現(xiàn)場歡騰,掌聲震天,吳琳掏出手機(jī),拍下珍貴的開工照片,并通過微信傳給千里之外的中國核動力研究設(shè)計(jì)院原副院長張森如,胸中仿佛有千言萬語,最后卻只匯成一句話:張總,“華龍一號”終于開建了!

“華龍一號”是個復(fù)雜的系統(tǒng)工程,是從無到有的創(chuàng)新過程。但自從開建以來,頂住“高壓”,打破國際首堆必拖“魔咒”。

在中核集團(tuán)董事長余劍鋒看來,“華龍一號”是勇闖“無人區(qū)”、勇當(dāng)探路者的代表,一錘接著一錘持續(xù)用力,一步一個腳印接續(xù)奮斗,不斷攀登世界核科技高峰,在別人沒有走過的路上收獲最美風(fēng)景。

關(guān)鍵詞: 核電技術(shù) 核電品牌 三代 新技術(shù)

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