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不屈命途:“华龙一号”的前世今生

作者: 李春平   来源:中国核工业   时间:2021-02-02

昨天,“华龙一号”全球首堆商运的消息刷屏了。其意义非比寻常——我国成为了继美俄法等国家之后真正掌握自主三代核电技术的国家,在三代核电技术领域跻身世界前列。

把视线从聚光灯下移向舞台深处,在我国核电技术发展之路上,“华龙一号”其实是一个积攒了几十年专业修行的“扫地僧”,又是一个凭着不认怂的劲头逆袭成功的“犟小子”。

如果你了解一路走来的坎坷崎岖,汗水甚至泪水,你会更理解“华龙一号”对于这个国家的分量,你也会更懂得这一刻的喜悦。如一句古诗所说:

看似寻常最奇崛,成如容易却艰辛。

01

以核动力在中国发出第一度电的,其实比人们熟知的“国之光荣”——秦山核电站还要早,上世纪60年代,在四川一片山区中的909基地,建起了中国第一艘核潜艇的陆上模式堆。

1970年8月30日,中国第一个核潜艇陆上模式堆达到满功率,实现中国首次核能发电。1970年12月26日,中国第一艘核潜艇下水。1974年正式服役。

如今人们提起核潜艇,总是把它和原子弹、氢弹并列称为“两弹一艇”。1988年,邓小平曾说:“如果60年代以来中国没有原子弹、氢弹,没有发射卫星,中国就不能叫有影响的大国,就没有现在这样的国际地位。这些东西反映一个民族的能力,也是一个民族、一个国家兴旺发达的标志。”

今天,陆上模式堆早已被拆除,只留下空荡荡、锈迹斑驳的厂房。2018年2月,央视的采访团队探访四川909基地的节目中,通过高星斗、吴观和等几位老人的回忆,回顾了第一个陆上模式堆的建造历程。曾经亲手参与建造中国第一个核潜艇陆上模式堆的黄士鉴(时年79岁)面对镜头淡然地说:

“我们干了一件事,当年就是这么默默无闻,现在回过头来又觉得它惊天动地,走过来了,而已。”

909基地后来演变成今天隶属于中核集团的中国核动力研究设计院。1980年代末,核动力院自筹资金,开发出来在美国之外绝无仅有的脉冲堆。1989年,国际原子能机构(IAEA)总干事布利克斯在核动力院访问了3天,当被问及观感时,他不假思索地脱口而出:“你们在一个如此与世隔绝的地方,做出了令人不可思议的业绩!”

也是在1989年,巴西原子能委员会代表团到访,看到核动力院自己设计建成的高通量工程试验堆,在羡慕和钦佩之余不禁提了一个问题:“你们为什么不自己搞核电?”

其实,早在核工业起步时,国家制定的原子能发展规划中就提出“在有利条件下亦应利用原子能发电”。而在我国第一颗原子弹爆炸成功后,周恩来也曾提到,二机部不应该只是个“爆炸部”,也应该搞和平利用,搞原子能发电。

02

1970年,“文革”尚未结束,但很多地方已经开始恢复生产秩序,电力需求增长。这一年的春节前,上海市领导到中央汇报,道出了当时严峻的形势:上海的许多工厂由于缺电轮流停产。

1970年2月初,周恩来听取上海市工作汇报时指出:“从长远来看,要解决上海和华东地区用电问题,要靠核电。”2月8日,上海市组织传达了周恩来关于建设核电的指示精神并研究了落实措施,我国第一座核电站工程由此得名“728”工程。

这一工程成为我国发展自主核电的道路上的开山之作。

我国核电发展是从增加电力供应的需求角度开始的,在作为主导者的电力供应部门看来,“728工程”的30万千瓦容量太小。1977年,中法两国政府达成协议,由法国提供贷款与中国进行经济技术合作,其中包括一座核电站。电力部和一机部主张下马 “728工程”,转而引进法国90万千瓦的核电站(拟建在苏南);而二机部(后来的核工业部)则主张工程继续干下去。

当时“728工程”忽上忽下的消息令科研人员揪心,蒸汽发生器的设计负责人刘家钰给自己定下一条原则:

“只要没看见宣布工程下马的中央正式文件,就没有权力放下手中的计算尺。”

上世纪70年代末的经济调整迫使拟购买法国技术的苏南核电站下马,但广东与香港合资的核电站项目(大亚湾)因另辟融资渠道而在1982年获得批准,并被纳入水电部的主管之下。在那个渴望外资和技术的年代,大亚湾核电站因成为最大的合资项目而得到国家支持。

幸运的是,通过自己建造核电站以掌握技术、培养人才的方向与决策也没有被放弃,由二机部主管的“728工程”被保留下来,确定为采用压水堆,工程定点浙江海盐县的秦山,正式命名为秦山核电厂。

上世纪80年代初,来自西北、西南等核基地的核工业大军向秦山集结。100多个科研单位,7个设计机构、11个施工单位,加上全国585家制造厂,由二机部统一归口,完成自主核电的第一次冲锋。

秦山脚下彼时是一片海涂,满目荒凉。夏天如蒸笼一般闷热,蚊叮虫咬厉害,冬天寒风吹透,办公用的蘸水笔冻在墨水瓶里。晴天一身灰,雨天一身泥。

设计人员的条件同样恶劣。曾在北京航空学院教书的李慧珠,承担了编制与整个工程设计配套的物理设计程序的任务,她到上海不久后生下了孩子,十来平方米的小屋住着三代老小。空间太小书倒不少,买来的青菜只好搁在一叠叠书本间。

长期劳累加上营养不良,李慧珠不幸于1983年病逝,没能看到自己参与设计的核电站建成的那一天。

1991年12月15日,秦山一期成功并网发电,在主控室的欢呼沸腾中,中国大陆核电实现了从无到有、从零到一的突破。

秦山核电站的全部技术图纸横向垒起来,长度足有1公里,每一张都属于中国人自己的设计和绘制。

2021年秦山一期将迎来安全稳定运行30周年,而“华龙一号”全球首堆也刚刚完成了商运。

30年历史跨度间,是中国核电技术从相对落后到世界先进的不屈命途。

03

在秦山一期并网的喜悦气氛中,让我们把时间之盘往回拨转一些。1983年,国家计委、国家科委在北京回龙观召开了“核能发展技术政策论证会”,会议确定了我国核电技术发展的方向,核电堆型主要采用压水堆,主要发展单机百万千瓦级机组,在压水堆堆型中允许多种机型并存。明确了通过技贸结合、合作生产与国内科研相结合,掌握引进先进技术的方针。

1986年,国务院决定把核电站全部交给核工业部主管,大亚湾的主管部门也由水电部改为核工业部;同时在秦山扩建两台60万千瓦压水堆机组,因为当时中国具备了制造60万千瓦发电设备(常规岛设备)的能力,把核电机组改为60万千瓦可以提高整个项目的国产化水平。

虽有一定的技术基础,秦山二期却远非一帆风顺。可以说开工之时就是步入困境之日,困难接踵而至。

首先是图纸设计滞后。按照国际惯例,正式浇灌第一罐混凝土时图纸设计应该完成50%以上,而秦山核电二期工程开工时土建施工图纸只完成了6%。同时因国家对二期工程的投资概算未确定,资金无法到位。

1999年11月,已到交货日期的2号机组压力容器出现严重质量问题导致返工,严重影响工期。但伴随问题的解决,中国成为了世界上第五个能自主制造核电站压力容器的国家。

遇到相当于“当时国内所有核电站遇到困难的总和”的二期工程,最终还是把一个一个困难解决了。如果说秦山一期30万千瓦级核电工程解决了中国大陆无核电的问题,那么秦山二期60万千瓦级核电工程则实现了中国自主建设大型商用核电站的重大跨越。

秦山二期工程电站总体性能达到20世纪90年代国际同类核电站的先进水平,而每千瓦造价远低于国内外同期建造核电站的造价。

与此同时,既是着眼于增加发电能力的眼前需要,又考虑到大国外交的合作需要,我国在“九五”期间(1996~2000)相继购买了俄罗斯的压水堆、加拿大的重水堆等。

抛开经济账,多国技术的进入令尚处于成长阶段的核电工业体系在标准、安全审批、设备制造、人才培养、运营、管理、维修等方面承受了高负荷。两轮引进之后,我国核电以“万国牌”面孔进入了21世纪。

04

新世纪之初,随着中国经济的高速发展,沿海用电量骤增,核电迎来发展的春天,党的十六届五中全会提出“积极发展核电”的方针。在酝酿新一轮核电发展时,一些人提出了全盘引进的建议方案,设想的是“采用先进技术,统一技术路线”,直接引进国外最先进的第三代核电站技术,走“一步跨越”的新路。

2004年3月22日,当时分管核电的曾培炎副总理主持召开国务院关于核电发展问题的办公会议。会议明确了核电招标的目标是第三代核电技术。会议还给出了引进与购买相结合的招标条件。

2007年7月24日,为了引进第三代技术而成立的国家核电技术公司与西屋联合体在北京人民大会堂签署了技术引进协议,全球首台AP1000机组落户三门。同年5月,上海核工程研究设计院(即728院)整建制从中核集团划转至国家核电技术公司。

三门核电一期工程1号机组和2号机组在2009年内先后开工,与后续开工的海阳1、2号机组一起构成我国核电自主化依托项目。这也成为中美两国最大的能源合作项目。

AP1000采用“非能动”安全技术,简化系统,模块化的设计和建造,技术上确有革新性。在较高的起点上进行自主创新,这一设想听起来也很诱人。

然而“所有命运馈赠的礼物,早已在暗中标好了价格”。

花高昂代价买来的AP1000,建设并不顺利,由于设计变更、设备延误等难题,持续拖期。原计划于2013年建成,但直至2018年,三门核电1号、2号机组才先后具备商运条件。这还是在中国强大的核电建设能力下才取得的世界级突破。此前2017年,美国首个AP1000项目(V.C Summer项目)已宣告停止建设。

核电是战略高技术,通过“以市场换技术”的引进方式,无法改变我国没有自主百万千瓦级压水堆核电技术的状况。而且引进技术只能在中国国内用,不能走出国门。

对此,中国核工业人心里是憋着一股劲的。在自主设计建造的秦山一期、二期建成后,核科研人并没有放弃研发我们国家自己的百万千瓦级压水堆核电核电技术。

如果引进技术的一次次落地是多年来中国核电发展的一条“明线”,那么自主研发的这条“暗线”,也一直没有断过。

支撑这条“暗线”的,既有多年来我国核电研发积淀的实力与底气,也有核工业人从白手起家突破“两弹一艇”而始就有的那股不服输的劲头。

当年面对技术封锁,毛主席怎么说的?“核潜艇,一万年也要搞出来!”

05

核动力院是国内最早理解世界核动力新技术革命趋势的机构。完成自主研发设计60万千瓦的秦山二期核电厂后,核动力院就启动了自主百万千瓦核电技术的研发攻关项目。

1996年底在一处偏僻的工号楼里,在时任副院长张森如的带领下,核动力院集全院设计精英,围绕自主核电技术“闭关”思索:

“我们要提出原创的概念,这个概念必须是中国创造!”

与世界通用的157堆芯设计不同,科研人员充分论证了可行性,于1997年提出了177堆芯的方案,这就是“华龙一号”诞生的源头和核心技术的基础。不过当时还叫做CNP1000。

1999年,中核集团全面启动CNP1000概念设计,当年11月27日,在北京九华山庄举办了“国产化百万千瓦级核电站(CNP1000)概念设计报告会”。

2005年,中核集团完成了CNP1000初步设计。之后进一步确定了22项重大技术改进,并将型号名称由CNP1000变更为CP1000,中国核电工程有限公司的邢继担任项目总师。团队振奋精神,瞄准2011年开工建设核电厂的目标,进行方案设计优化。

2009年底,CP1000示范工程福清核电5、6号机组的初步设计完成。2011年2月28日~3月1日,是CP1000项目落地前的最后一次例行审查会。会上,CP1000再次获得专家们高度肯定,终于可以开工建设了。

2011年3月8日,核动力院CP1000项目总师刘昌文还去了福清核电项目现场,眼看着10多台推土机已经抵达现场,轰隆隆地开始挖土了。

他非常激动——中国自主的百万千万级核电技术就要在这里变为现实,设计人员10多年的成果终于要从蓝图变为现实了!

谁都没有想到,仅三天之后,发生在日本福岛的核事故将他们的梦想击得粉碎。“所有的困难都解决了,CP1000马上就要开工了,而福岛事故却给工程按下了暂停键。”邢继说。

刘昌文回忆时眼睛湿润了。他说,当时身边很多技术人员都很失落和彷徨,CP1000就像自己的孩子,怀胎十月,眼看就要降生了,却最终夭折。在一次内部讨论会上,技术人员谈到激动处,许多人都流下了眼泪——

搞中国自主的核电技术为何就这么难?

06

“暂停键”并不意味着停止,而是对核电技术提出了更高的标准和要求。

作为总设计师,邢继带领团队对标国际最先进的三代核电技术,提出了能动与非能动相结合、双层安全壳等一系列革新理念,加快完成从顶层方案、总体设计、初步设计,到相关重要试验验证等型号研发工作。2013年4月,中核集团研发出完全符合国际最高安全标准的ACP1000自主化三代压水堆先进机型,并向国家核安全局呈交了初步安全分析报告。

同时,国内另一核电巨头中广核集团推出了ACPR1000+技术路线。最后,在国家能源局主导下,两者“融合”形成具有完整自主知识产权的第三代核电品牌——“华龙一号”。“华龙一号”意为“中华复兴、巨龙腾飞”。

而随着AP1000建设持续拖期,国内支持“华龙一号”进行示范工程建设的声音也越来越大。2014年春节前夕,来自中国核电主管部门和各家核电公司的高层及一些权威专家相聚北京,商讨未来国内应当采用哪一种核电技术。核电主管部门最后拍板:“华龙一号”如要“落地”,其设计的安全标准不能低于AP1000。

在硬碰硬的技术较量中,“华龙一号”用实力证明了自己。2014年,继通过国内权威评审后,国际原子能机构针对“华龙一号”前身——ACP1000的通用反应堆设计审查(GRSR)的结论也于年底出炉。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”。

2014年11月3日,国家能源局复函同意福清核电厂5、6号机组工程调整为“华龙一号”技术方案。

我国核电工业经过30年对国外技术的引进、消化吸收和创新后,经历了一系列坎坷与挫折后,自主品牌“华龙一号”终于获得了认可,变成了工程项目实际开始推动。“暗线”终于成为“明线”。

技术研发难,工程建设亦难。2015年开工以来,华龙建设者们将无尽的精力与智慧倾注于这一国之重器。

以“华龙一号”的蒸汽发生器自主研发为例,当时除了经费不足外,更难的一点是没有试验装置。核动力院技术人员通过到全国各地调研,在河南南阳的石油开采油田建造了满足要求的试验台架,开始了ZH-65型蒸汽发生器的设计验证试验。时值冬天,河南下着大雪,科研团队就租了一个集装箱当宿舍,住在油田试验装置旁边以便进行试验。自主核电的核心关键设备不受制于人,就是这样一步步干出来的。

以30余年来中国在核电科研、设计、制造、建设和运行上的经验积累为基座,“华龙一号”这颗核电塔尖的明珠终于大放异彩,打破了全球三代核电“首堆必拖”的魔咒。

07

“华龙一号”的成功是一个奇迹。奇迹,往往是说本不太可能发生却发生了的事情。如果AP1000没有拖期,如果福岛核事故没有发生,如果……非常多的如果,可能会左右中国自主三代核电的发展进程。

然而“华龙一号”的诞生又并非偶然,而是必然。我国核电发展从无到有、从小到大、从弱到强,形成了10万、30万、60万到百万千瓦级压水堆核电厂的自主设计和批量规模建设能力。研制出中国的第三代压水堆品牌,只是时间早晚的问题。

从引进国外现有产品开始国产化的发展方式不是核电独有的,汽车、飞机等行业都是如此,如今新能源汽车巨鳄特斯拉来华办厂也是如此。然而过往已经充分说明,一味靠别人是靠不住的,最终还是“以我为主、中外合作”。

核电具有清洁、低碳、稳定、高效和经济的特点,在2030年“碳达峰”和2060年“碳中和”目标下,愈发成为我国电力基荷电源的最佳选择。但它所代表的还不仅仅是电,更是和平时期保持和拥有强大核科技工业体系、增强核实力的重要途径。

对于关键核心技术的研发攻关,已故的中国工程院院士、核物理学家阮可强的一句话在今天听来仍然振聋发聩:

“要实现核电强国的目标,必须将科研力量整合起来向一个方向使劲。”

“华龙一号”总设计师邢继说,其研发自始至终目标明确,那就是实现中国几代核电人都没有实现的核电强国梦:要走入国际视野,成为国际核电市场认可的中国品牌。

央视探访四川909基地时曾了解到一件趣事:数年前,年轻一代工程师们拆除核潜艇陆上模式堆的屏蔽墙的时候,在铅块底下发现了一句字迹模糊的话:“孩子们,辛苦了。”不知道是哪位前辈写的。

“辛苦了”是指拆除当时他们安装得很牢固的设备?还是更普遍意义上对后辈的嘱托?也许都是。从当年陆上模式堆以核动力发出第一度电,到我国自主研发的三代核电“华龙一号”全球首堆发电,没有一蹴而就的成功。强核报国路上接力奋斗的人,辛苦了。

“华龙一号”不是终点,而是中国自主科技品牌崛起的一个里程碑。

回溯来时路,是为了更好地踏上前方征途。

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