國資報告：“華龍一號”創新啟示錄
文章來源：國資報告 發布時間：2021-03-26
1月30日，“華龍一號”全球首堆——中核集團福建福清核電5號機組投入商業運行。這標志著我國在三代核電技術領域躋身世界前列，成為繼美國、法國、俄羅斯等國家之后真正掌握三代核電技術的國家。
黨的十九屆五中全會提出，堅持創新在我國現代化建設全局中的核心地位，把科技自立自強作為國家發展的戰略支撐。
從1997年提出以“177堆芯”為主要特征的CNP1000，到2009年提出“能動+非能動”為主要特征的CP1000，再到ACP1000、“華龍一號”，中國具有完全自主知識產權的百萬千瓦級核電站經過二十多年的努力與拼搏，終于建成投運，也給我國開展自主創新提供了諸多經驗和啟示。
長期主義
“華龍一號”的成功并非偶然，也不是一蹴而就，而是經過了長期奮斗。
上世紀90年代，中核集團核動力院在完成了中國首座自主研發設計的60萬千瓦核電站——秦山二期核電工程后，啟動了自主百萬千瓦級核電技術的研發工作。
一個核電站的設計，最核心的就是堆芯，堆芯確定了，反應堆及一回路系統才能設計定型，一回路確定，二回路系統才能進行設計。
當時世界核電通用趨勢是在堆芯設計上采用157堆芯，核動力院的研發團隊則在充分論證可行性后，提出了177堆芯的方案，這成為“華龍一號”誕生的源頭和核心技術的基礎。
從“157”到“177”，看似簡單，實則復雜。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，并不是一件容易的事情。
據“華龍一號”副總設計師、核反應堆及一回路系統總設計師劉昌文回憶，為在參數的平衡間找到最優的布置方式，科研人員自我加壓，艱難攻關，在堆芯裝載方案沒有顛覆性調整的情況下，成功地將組件最大燃耗降低到了限值以內，在安全性、經濟性和對下游專業的影響之間取得了較好的平衡。
核電的自主創新并非閉門造車，而是廣泛吸收國際先進經驗和成果。歐美推出的AP1000、ERP等第三代核電技術，無論是安全性還是經濟性方面，都提出了更高的要求，應對事故的能力更強。對此，中核集團科研團隊汲取國際上第三代核電站設計理念，重新定位了自主百萬千瓦級技術的研發目標，形成了一個具有三代特征的自主核電技術，這就是CP1000。
邢繼于2009年進入這一研發團隊，并擔任這一型號的總設計師。隨后，研發團隊提出了“能動+非能動”的初步設想，并落實在CP1000方案中。
“華龍一號”全球首堆
CP1000計劃在2011年底開工，邢繼科研團隊在2010年底就完成了初步安全分析報告編制，并上報到國家核安全局。然而，2011年3月日本福島核事故發生后，我國制定了核電安全發展的四項決定，根據新的要求，CP1000需要重新論證。
日本福島核事故雖然阻止了CP1000，但沒有阻止中國核電自主研發前進的步伐。在研發CP1000的同時，中核集團已經提前策劃布局并開展了自主三代核電的研究，也就是后來的ACP1000，日本福島核事故可以說加速了這一型號的面世。
ACP1000既然定位三代核電，就要按照三代核電的要求，和國際最高水平來設計。而這個高目標，給工程師們帶來漫長而艱難的挑戰。
日本福島核事故后，核電站能抗多大級別地震，成為人們關注的問題。在抗震要求方面，歐洲的ERP堆型為0.25g，而ACP1000則將抗震要求從0.25g提升到了0.3g。
為了啃下0.3g抗震的這塊硬骨頭，從2012年底到2014年底，抗震設計團隊的工程師們幾乎沒日沒夜地在辦公室里計算。
“最擔心計算出錯，因為一旦計算出錯，可能會因為連鎖反應，導致上游工藝專業的工作都白做了。那段時間，工作的壓力非常大，連睡覺時都會經常反復地思考計算參數，感到有問題時，就會冒冷汗?！笨拐鸸リP團隊的專家楊建華說。
在抗震攻關團隊夜以繼日的努力下，經歷了五次抗震設計迭代優化，終于形成了最終的“華龍一號”布置方案。
類似的科研攻關故事還有很多。蒸汽發生器是核電站的關鍵設備之一。長期以來，蒸汽發生器的設計技術，只掌握在美國西屋、法國阿?，m等少數國外公司手中，設計新型號的百萬千瓦級核電站蒸汽發生器，在國內尚無先例。
從事蒸汽發生器設計研究近30年的專家張富源擔任攻關組組長兼專家組組長。為了攻關，張富源帶領團隊成員，常常24小時守在試驗現場。經過27個月的攻關，第三代核電ZH-65型蒸汽發生器問世。相比之下，美國、法國制造首臺三代核電蒸汽發生器的時間用了將近40個月。而與國外三代核電蒸汽發生器相比，ZH-65型蒸汽發生器產生的蒸汽壓力更高、蒸汽溫度更低、經濟型更高。
2015年5月7日，“華龍一號”全球首堆——中核集團福建福清核電5號機組正式開工建設。2021年1月30日，“華龍一號”投入商業運行。據了解，“華龍一號”擁有完全自主知識產權體系，專利700余件，軟件著作權120余項。
20世紀80年代以來，我國核電從秦山起步，掀開了核能開發利用的新篇章。在自主設計建造秦山一期、秦山二期、嶺澳二期等核電廠基礎上，中核集團歷經20多年砥礪創新，成功自主研發了三代核電技術“華龍一號”。
“‘華龍一號’是中國核工業多年來堅持自主創新的成果。”“華龍一號”總設計師邢繼說?！皬腃NP1000、CP1000、AP1000再到“華龍一號”，20年4個自主型號的名稱，折射出的是一代接一代中國核工業人，在自主創新核電技術的艱難歷程上不斷追求更高目標的執著精神，是對初心的堅守?！?/p>
協同創新
核電站是高度復雜的能源系統?！叭A龍一號”能順利投入商用，除了我國核工業體系的整體進步，和我們自身掌握核心技術，還在于各方大力協同。
“華龍一號”的研發，集結了國內17家高校、科研院所的力量，國外有14家企業或大學參與，簽署科研合作協議上百項。邢繼介紹說，“華龍一號”在研發過程中，開展了產學研合作，克服了很多困難，解決設備國產化難題，滿足第三代核電要求，在核電主設備上通過聯合研制實現了100%的國產化。
其中，所有設備國產化進程中，最艱難的就是“華龍一號”主泵的國產化。
主泵作為反應堆中循環系統的動力源，被業界比喻為核電站“心臟”，結構精密、系統復雜、制造難度極大，2008年之前國內已建成核電站的主泵均是從國外進口。
2007年，中核集團中核工程開始承擔核電廠總承包工作。在首次承擔核電總承包開始階段，中核工程就發揮自主設計的優勢，對主泵全球重要供貨商的泵型進行了全面的比較，依托當時的福清1、2號和方家山項目，在主泵的設備采購中明確要求國外投標商尋找國內合作伙伴，并進行關鍵重要零部件的國產化分包和技術轉讓。
通過艱苦的談判，中核工程和安德里茨公司在福清、方家山項目上達成共識，支持哈電實現主泵國產化和技術轉讓，并在哈電與安德里茨簽訂的分包和技術轉讓合同中明確，由安德里茨幫助哈電實現主泵的國產化和技術轉讓。
主泵的國產化是一個非常困難的過程，國內參與主泵項目各單位在主泵設計、原材料、制造、試驗、產能、項目管理等多方面存在嚴重不足。面對這些問題，中核工程積極分析梳理問題的癥結，建立了從基層項目管理人員到公司領導甚至中核集團領導的協調機制，成立了主泵國產化的專項組，針對主泵國內重要供方實施蹲點策略，安排項目人員現場指導和推動廠家主泵國產化進展，幫助廠家建立了一整套主泵項目管理、質保體系。
“華龍一號”全球首堆建設場景
2008年11月，中核工程與哈電動裝及安德里茨聯合簽訂福清方家山項目主泵供貨合同，2009年哈電開展全流量試驗臺架啟動方案設計，總投資約2億人民幣，于2012年建成并投入使用，最終在福清5號機組獨立實現主泵總裝。
在“華龍一號”研發過程中，類似這樣的事還有很多，“華龍一號”研發團隊聯合東方電氣、哈電集團等58家國有企業，聯動140余家民營企業，帶動上下游產業鏈5000多家企業，共同突破了411臺核心裝備的國產化，首堆工程國產化率達到88%，實現了由“中國制造”向“中國創造”的飛躍。
不僅關鍵設備，核電建設用的大宗材料也都離不開協同攻關。比如電纜，三代核電站電纜鑒定壽命是60年。中核集團與廠家一起研究，實現電纜壽命的延長，提高耐高溫高壓性能。再比如安全級電纜的熱縮套管，中核集團和國內企業聯合研發打破了國外壟斷，價格只是國外廠家的1/5。
2015年5月7日，“華龍一號”示范工程福清核電5號機組正式開工建設?！叭A龍一號”首堆工程涉及大的專業領域70多個，80多個構筑物，360多個系統，工程設計圖紙20萬張以上。尤其是設備國產化率較高，包含“三新”設備（新設計、新廠家、新技術）111項?？梢哉f，每一個細節的創新，都對設計、采購、施工、調試，乃至商務、核安全等各個環節提出了更高的要求，對整體的項目控制而言也意味著更大的挑戰。
為了確保首堆工程順利推進，在中核集團主要領導牽頭下引入了Top10制度、沙盤推演等項目管理工具。其中，Top10制度是梳理和總結項目進展中存在的影響力和風險性較大的進度節點，可以集中調動優勢力量實現協同。而用于模擬項目管理與策劃工作的沙盤推演，被推廣到設計、采購、施工等環節，增強了對項目風險的預見性和控制效能，能夠使進度節點都得到有效把控和落實，對“三新”設備的風險控制和平穩運行具有非常重要的意義。
在各方協同之下，“華龍一號”全球首堆的建設穩步向前推進，相繼完成穹頂吊裝、冷試、熱態性能試驗、第一組燃料組件入堆等關鍵環節。2020年11月27日，經過5年多建設，“華龍一號”并網發電。2021年1月30日，“華龍一號”宣布商用。這也是世界上首個按照計劃工期推進的三代核電機組。
可以說，“華龍一號”從研發到建設，充分體現了中國特色社會主義制度集中力量辦大事的顯著優勢，成功把“華龍一號”從設計圖紙變成了宏偉工程，譜寫了雄壯的大國重器進行曲。
走向世界
“華龍一號”數十年磨一劍，成功投入商業運行，實現了幾代核電人的夢想，這是我國核能發展史上具有里程碑意義的成果，向黨中央和全國人民交出了一份合格答卷。
作為中國高端制造業走向世界的“國家名片”，“華龍一號”設計壽命為60年，反應堆采用177堆芯設計，堆芯設計換料周期18個月，創新采用“能動和非能動”相結合安全系統及雙層安全殼等技術，在安全性上滿足國際最高安全標準要求。
“華龍一號”每臺機組裝機容量116.1萬千瓦，每年發電近100億度，能夠滿足中等發達國家100萬人口的年度生產和生活用電需求，每年可減少標準煤消耗312萬噸、減少二氧化碳排放816萬噸，相當于植樹造林7000多萬棵。
“華龍一號”的成功，標志著我國已成為繼美國、俄羅斯、法國等國家之后真正掌握自主三代核電技術的國家，我國核工業的自主創新能力和核心競爭力實現了大幅躍升，建設核工業強國邁出了堅實一步。
“華龍一號”堆型的深度自主化設計，也為解決“華龍一號”技術出口第三國可能的核禁運限制鋪平了道路，并將有效發揮國內高端設備制造產能優勢，帶動產業集群轉型升級。
2018年10月11日，美國能源部發布《美國對中國民用核能合作框架》，對我國核能進口實施選擇性禁止。這使邢繼更加深刻地認識到“華龍一號”對國家經濟、大國政策、“一帶一路”、核工業強國、裝備制造升級的意義和價值。建成三代核電是根本，但要真正實現領跑還要形成華龍標準。因為標準是話語權。“我們不僅要輸出自己的核電，還要按照我們自己的標準去建設，這樣才能不受制于人。”邢繼說。
2020年11月10日，中核集團宣布，“華龍一號”已形成一套完整的、自主的型號標準體系，涵蓋核電廠前期、設計、設備、建設、調試等全生命周期，可有力支撐“華龍一號”批量化建設和“走出去”。
2021年1月30日，站在“華龍一號”全球首堆投入商業運行的時點上，中核集團董事長余劍鋒對未來的發展進行了展望。余劍鋒表示，中核集團將始終牢記強核強國的歷史使命，推動核工業安全發展、創新發展，加快“華龍一號”批量化建設和后續機型研發，著力推動自主三代核電“華龍一號”“走出去”，為實現科技自立自強，加快建設核工業強國作出新的更大貢獻。（《國資報告》記者 原詩萌）
【責任編輯：趙藝涵】
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