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20年磨一剑,将先进核电技术牢牢握在手心

发布时间:2021-06-28

作为我国自主三代核电技术,中核集团华龙一号研发要追溯到上世纪九十年代末。只不过,那时这个技术还不叫华龙一号,而是叫自主百万千瓦级核电型号——CNP1000。

当时,CNP1000完成了一个接近初步设计阶段的工作,后来随着国际上核电技术发展,出现第三代核电概念,且欧美已在推出第三代核电技术,我们认为有必要重新调整CNP1000方案。第三代核电站在安全性和经济性方面都提出了更高要求,应对事故的能力更强,所以我们汲取了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,但还不能完全算第三代的自主核电技术——CP1000。

所以,从华龙一号研发脉络上看,CNP1000是第一步,CP1000是第二步, ACP1000是第三步,最后是华龙一号。如今回头看这20年,四个自主品牌的核电型号研发,以及华龙一号首堆落地和投产,历程十分艰辛。

(文丨邢继/口述  本报记者  朱学蕊/整理)

最高安全标准下研发“华龙”

2011年日本福岛核电事故发生前不久,中核集团借鉴国际三代核电技术,研发了具有三代特征的核电型号CP1000,且已通过核准,进入开工许可证审查阶段。福岛核电事故发生那天,我正在北京的AP1000最终用户技术转让签字仪式上代表中核集团签署协议,听到福岛地震消息,在场同行都非常担心,大家讨论福岛第一核电站会不会受影响,很快,就传来了核电站发生氢气爆炸的消息……

事故发生5天后,国务院常务会议作出“国四条”决定,暂停国内所有核电项目审批;暂停所有新建核电站,重新评估;对所有核电设施进行逐一排查,发现安全问题立即解决,不能解决的停止运行。在此背景下,原本预计2011年底开工的CP1000项目搁置了,这对我们打击非常大,当时感觉很迷茫。但团队很快就重新振作起来,并当机立断,决定放弃CP1000,直接做真正的三代技术。由此,我们对照“国四条”要求逐一梳理,开始了ACP1000,也就是后来称为华龙一号的型号研发。

华龙一号的设计目标,是对当时的技术作出革命性改进,吸收福岛核事故经验反馈,加入非能动系统,向国际最高安全标准看齐。这对整个团队来说,是个很大激励,大家很快摆脱了福岛事故带来的阴霾,全力以赴投入新型号研发,这是我们第一次建设中国自主的先进核电,每个人都鼓足了气、卯足了劲。

攻克非能动技术创新障碍

其实,我们在早期形成CP1000方案时,就已经有了“能动+非能动”雏形,因为它是具有第三代特征的核电站,就是针对核电站可能发生的严重事故,加强应对措施,这也是二代技术和三代技术的巨大差别。

福岛核电事故是因为核电站失去全部厂用电源,在运机组和乏燃料水池的热量无法及时排出,温度越来越高,导致堆芯熔化发生氢气爆炸,造成大量放射性物质释放。针对这个经验反馈,我们在华龙一号中设计了三套非能动事故应对系统,旨在考虑电厂丧失全部(包括应急)电源的极端情况,以及在这种情况下非能动安全系统可不依赖外部电源,仅靠重力、温差等提供动力即可维持系统运行,带走反应堆事故后产生的热量,更好地保证核电安全。

非能动是华龙一号的一项重要创新,但我们当时针对核电站非能动的研究缺少基础,开发设备上也缺少相关技术,没有现成东西可借鉴,研究难度非常大。这时,年轻的团队给了我很多勇气和信心,他们在没有更多参考、经验的非能动领域蹚出了一条路。

2018年8月29日凌晨,随着最后一次试验结束,非能动系统十一个正式工况、累计十八次试验圆满完成,实验非常成功,远超我的希望。当初在系统总体设计时,我的目标只是每个系统能力实现33%,这样三个整体达百分之百,但他们坚持不断优化改进,使每个系统达到50%,大幅提升了安全余量。

果断拍板双层安全壳设计

保障核电站安全有三道安全屏障,华龙一号除在三道安全屏障上设置了“能动+非能动”安全手段外,还采用了双层安全壳设计,这在设计CP1000时就已确立。不过,当时这个“确立”经历了讨论争议和拍板的过程。

CP1000项目计划于2011年底开工,鉴于CP1000研发周期较短,若采用双层安全壳,可能要解决很多技术上的难题。所以,在当时的一场专家会上,有些专家考虑到项目进度的紧迫性,提出是不是必须要做双层安全壳。此前,我们设计团队曾充分研究过这个问题,认为有信心,可以坚持,后来建议得到中核集团和专家们的支持。

我们从未做过双层安全壳,困难不小,但有信心,所以预见那天开会可能有不同意见,我就提前写了一些话。我说,我们的技术人员还是渴望能通过自主创新来推动中国核能技术发展,如果支持我们在安全壳上搞创新,无疑会点燃工程师和研发设计人员的创新激情,我们知道挑战很大,但有这个信心实现目标。说完后,大家纷纷鼓起掌来,建议得到一致认可。这段话当时起了很重要的作用,但最关键的因素,还是我们的技术、基础,让我有底气,要不然作为总设计师,我不敢打这个包票。

当时拍板这件事情的就是中核集团现任董事长余剑锋,他当时是集团副总经理,主管CP1000研究。那天的专家会结束后,他把我叫到办公室,针对CP1000跟我谈,希望我们把这个目标定得更高一些:我们自主研发要有一个更高目标,要瞄准国际上最先进的核电,以高标准严要求来确定自主核电发展。而且,他还给了很多具体要求,如非能动的技术运用。实际上,他是在鼓励大家创新。

“中国制造”向“中国创造”跨越

核电站是世界上最复杂的能源系统,不是设计人员设计出施工图,核电站就一定能造出来,国家整体的工业能力是否匹配非常重要,这个匹配主要是装备制造业。核电站用的设备是核级设备,即便是简单的阀门、管道都要具备抗高压、抗辐射等功能,对材料性能及设备的可靠性、精密度要求很高,有的使用寿期要求甚至达60年,这就倒逼国内装备制造企业不断提升技术和管理水平,从而带动制造业整体升级。

华龙一号研发集结了国内17家高校、科研院所,以及国外14家企业、大学参与,研发过程中开展了产学研合作,克服了很多困难,解决了设备国产化难题,满足第三代核电要求。在核电主设备上通过联合研制实现100%国产化,不仅是关键设备,核电建设用的大宗材料也是如此。

如三代核电的电缆要求是,假设出现严重事故时,为确保核电安全,电缆必须能够耐受严重事故考验,且以前二代核电站用的电缆鉴定寿命为40年,而三代核电站电缆鉴定寿命是60年。我们与厂家一起研究,实现电缆寿命延长,提高了耐高温高压性能。后来,电缆通过了15天的模拟高温高压环境试验,又经过了15天强碱性溶液浸泡试验考验后,通过了最后的耐电压性能试验,成功验证了电缆在极端情况下的安全功能。

类似这样的事儿还有很多,现在回头看,我们这些年联合国内200家制造企业,带动产业链5000多家企业,共同突破了411台核心装备国产化,华龙一号首堆工程国产化率达88%,实现了由“中国制造”向“中国创造”的跨越。

核电技术研发和核电建设对科技进步和装备制造发挥出重要的带动作用,我国核电产业由此登上世界舞台,与核电强国同台竞技。华龙一号从无到有,从图纸到投产发电的历程,再次证明了我们坚持核电自主化发展的重要历史意义。

(来源:“中国能源报”微信号)