逐夢前行，鋪設(shè)“華龍一號”成“龍”之路

1996年，“177堆芯”提出，“華龍一號”“破土而生”。

2019年，中華人民共和國成立70周年國慶閱兵儀式上，“華龍一號”模型登上四川彩車從天安門前駛過。

2022年，“華龍一號”示范工程全面建成投運。

“華龍一號”是我國完全自主知識產(chǎn)權(quán)的三代先進核電技術(shù)，其核心——反應(yīng)堆及一回路系統(tǒng)由中國核動力研究設(shè)計院研發(fā)設(shè)計，是核動力院在核電領(lǐng)域的一項重要科研成果，“華龍一號”創(chuàng)新性地采用了“177堆芯”和能動+非能動安全技術(shù)，其技術(shù)指標和安全指標達到了國際三代核電技術(shù)的先進水平。

26年，核動力院始終踐行“強核報國 創(chuàng)新奉獻”的新時代核工業(yè)精神和“自強自立、求真務(wù)實、創(chuàng)新協(xié)同、拼搏奉獻”的“〇九”精神，披荊斬棘、日夜奮戰(zhàn)，成功讓中國擁有了真正意義上的自主三代核電。

一路走來，核動力院在“華龍一號”研發(fā)、設(shè)計、試驗、建設(shè)過程中斬獲多項重大國家級獎項，《協(xié)同創(chuàng)新模式下“華龍一號”反應(yīng)堆研發(fā)管理》獲評第七屆中國管理科學(xué)獎;以核動力院為專利權(quán)人、吳琳為第一發(fā)明人的“華龍一號”核心發(fā)明專利《基于177堆芯的能動加非能動核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)及其核電站》榮獲第二十二屆中國專利金獎等;累計申請了國內(nèi)專利270余件，國際專利30件。

“華龍一號”是當之無愧的“國之重器”。

源起、從第一度核電走來

在毛主席“核潛艇，一萬年也要搞出來”的偉大號召下，1965年，在四川的一處深山中，九〇九基地悄然建立，拉開了中國核動力事業(yè)發(fā)展的序幕。1970年8月30日，中國第一代核潛艇陸上模式堆達到滿功率運行，同時，也發(fā)出了中國大陸第一度核電。

在第一代核潛艇陸上模式堆的基礎(chǔ)上，中國核動力事業(yè)穩(wěn)步向前發(fā)展，改革開放后，國家開始發(fā)展核電。

20世紀90年代初，我國自行設(shè)計、建造和運行管理的第一座30萬千瓦壓水堆核電站——秦山核電站投入運營。

彼時的中國核電人都在思考一個問題——“什么時候中國能擁有自己的百萬千瓦核電機組?” 中國第三代核電技術(shù)的起源便要從此時說起。 1996年，秦山二期設(shè)計任務(wù)完成，現(xiàn)場順利開工。核動力院時任院長張森如召集了10多位年輕的技術(shù)骨干從成都回到了中國第一代核潛艇研發(fā)基地——寂靜的九〇九基地，對中國自主的百萬千瓦核電技術(shù)開展封閉式研討。參加此次研討的主要是反應(yīng)堆物理、熱工水力、核燃料等專業(yè)的年輕骨干，他們大多數(shù)經(jīng)歷了秦山二期設(shè)計任務(wù)的錘煉，既有專業(yè)功底，又有工程經(jīng)驗。

20多年前的成都，一到冬天枯水期，到處限電，城市里到處黑壓壓一片。當時的核動力人著眼于滿足國家電力需求、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和核電發(fā)展的需要，認為核電發(fā)展下去最終還是要走自己的路。

這次討論決定了中國核電自主化的技術(shù)方向，為“華龍一號”的成功建成播下了希望的“種子”。

隨后，經(jīng)過一系列頭腦風暴，討論、計算、驗證……最終確定了“177堆芯”設(shè)計、更大尺寸的壓力容器等重要技術(shù)參數(shù)，形成了CNP1000技術(shù)方案，也就是“華龍一號”的雛形。

如今，“華龍一號”示范工程全面建成，也就意味著，這個大膽的設(shè)想，成功了!

克難、“華龍一號”涅槃重生

事實上，彼時提出的“177堆芯”百萬千瓦核電技術(shù)方案，嚴格來說，還只是比較粗淺的“紙上談兵”，不能算第三代核電技術(shù)。要想成為真正的第三代核電技術(shù)，還需要更精細的論證和試驗。為此，核動力院開始了CNP1000方案的進一步細化和推廣之路。

但由于技術(shù)基礎(chǔ)相對薄弱、國外核電競爭等因素，中國人自己研發(fā)出來的百萬千瓦核電技術(shù)CNP1000遲遲不能落地。

2009年，距離“177堆芯”最早提出已經(jīng)有10多年時間，全球核電技術(shù)不斷發(fā)展，在吸收這些新技術(shù)的基礎(chǔ)上，CNP1000變更為CP1000，即中國壓水堆。

2010年底，中國核能行業(yè)協(xié)會組織全國專家審查CP1000方案，與會專家認為，CP1000解決了中國自主百萬千瓦核電技術(shù)從無到有的問題，是一項重大突破。審查會后，核動力院CP1000團隊一鼓作氣，繼續(xù)深化技術(shù)方案，到2011年初，完成了初步設(shè)計和初步安全分析報告。

2011年2月28日~3月1日，是CP1000項目落地前的最后一次例行審查會。會上，CP1000再次獲得專家們的高度肯定。

項目終于可以開工建設(shè)了。 2011年3月8日，福清現(xiàn)場，10多臺挖掘機就位，轟隆隆地在現(xiàn)場挖地基。歷經(jīng)17年，中國核電技術(shù)從“跟跑”到“并跑”，“177堆芯”的設(shè)想終于要實現(xiàn)了。然而，誰都沒有想到，僅3天之后，日本福島核事故給項目建設(shè)按下了“暫停鍵”。

福島核事故后，國家緊急叫停了核電項目的審批，所有已開工的項目停工進行安全檢查，已批準但尚未正式開工的不再開工。代表中國自主核電發(fā)展最高水平的CP1000項目——福清5、6號機組，被打上了“不再開工”的標簽。

怎么辦?就此放棄?所有核電人都不甘心。 在經(jīng)過一年多焦灼的等待和辛苦的奔走后，終于迎來了曙光——國務(wù)院確定“按照全球最高安全要求新建核電項目，新建核電機組必須符合三代安全標準”。

2011年6月，中核集團召集院士專家“會診”。按照“國四條”的要求，啟動核電技術(shù)重點科技專項，重新布局核電技術(shù)研發(fā)，重新開展頂層設(shè)計。

這給核動力院也吃了一顆“定心丸”。經(jīng)過兩個月的論證，最終確定了以ACP1000作為新的型號。“A”就是“advanced”先進的意思，在CP1000的基礎(chǔ)上，增加了最先進、要求最嚴苛的多項安全措施，這就是中國先進百萬千瓦壓水堆核電機組的代號，也就是今天的“華龍一號”。

創(chuàng)新、鑄就國之重器

在中核集團的大力支持下，核動力院凝聚骨干力量成立了ACP1000項目部，開始了“三代核電(ACP1000)反應(yīng)堆及一回路系統(tǒng)研制”項目艱苦的技術(shù)攻關(guān)之路。

“華龍一號”之所以成為三代核電，相較于二代和“二代+”核電必有創(chuàng)新之處。這其中最重要的創(chuàng)新之一就是“177堆芯”。在國外通用的157根燃料組件的基礎(chǔ)上，每個象限增加5根燃料組件，4個象限共增加20根組件，形成“177堆芯”的創(chuàng)新設(shè)計。就好像是將原來157格的棋盤格擴大了20格。

這個創(chuàng)新看似簡單，其實卻很復(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，還要提升堆芯性能，這并不是一件容易的事情。這一創(chuàng)新使得堆芯換料周期由通常的12個月延長至18個月，將核電廠可利用率提高至90%以上。

同時，三代核電還必須滿足最高標準的安全要求，安全是核工業(yè)的生命線。

為了達到全球最高安全要求，核動力院開創(chuàng)性地提出了“能動與非能動相結(jié)合”的安全設(shè)計理念。所謂“能動”，即靠電來驅(qū)動安全系統(tǒng)，保障核電站運行，但如果在極端情況下，即超設(shè)計基準事故的情況下，核電站斷電了，這時“非能動”就能派上用場，依靠重力、溫差和壓縮空氣等自然力來驅(qū)動安全系統(tǒng)，通過蒸發(fā)、冷凝、對流、自然循環(huán)等自然過程來帶走熱量。當時國內(nèi)關(guān)于非能動系統(tǒng)的設(shè)計完全沒有參考，國外又嚴防死守，進行技術(shù)封鎖，只能靠核動力院的科研人員自己摸索前進，最終，在兩年時間內(nèi)成功研發(fā)出了非能動二次側(cè)余熱排除系統(tǒng)、非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)和能動與非能動相結(jié)合的堆腔注水冷卻系統(tǒng)為代表的非能動安全系統(tǒng)。

除了要滿足最高安全標準，在三代核電研發(fā)過程中，關(guān)鍵設(shè)備的技術(shù)攻關(guān)也尤為重要。設(shè)備國產(chǎn)化、軟件自主化的實現(xiàn)經(jīng)歷了一段非常艱難的時期。

其中，最難攻關(guān)的關(guān)鍵設(shè)備之一就是蒸汽發(fā)生器。蒸汽發(fā)生器是核電站不可或缺的主要設(shè)備之一，被稱為“核電站之肺”。蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部零件超過一萬個，價格昂貴，動輒上億元人民幣。以往大型核電站的蒸汽發(fā)生器的設(shè)計技術(shù)及知識產(chǎn)權(quán)掌握在國際上少數(shù)幾家設(shè)計公司手中，且長期封鎖技術(shù)。為了解決這一“瓶頸”問題，核動力院開始了蒸汽發(fā)生器的技術(shù)攻關(guān)。“當時決定進行自主研發(fā)的時候，條件很艱苦，沒有經(jīng)費，院自己籌，沒有試驗設(shè)施，院自己建。我們第一個大型試驗裝置就建在河南南陽油田里，借他們的高溫高壓蒸汽做試驗。當時是冬天，河南下著大雪，我們團隊就租了一個集裝箱當宿舍，住在油田旁邊方便做試驗。”“華龍一號”蒸汽發(fā)生器設(shè)計總師張富源表示。僅僅27個月后，用于“華龍一號”的第三代核電ZH-65型蒸汽發(fā)生器問世，相比之下，美國、法國制造首臺三代核電蒸汽發(fā)生器的時間用了將近40個月。與此同時，與國外三代核電蒸汽發(fā)生器相比，ZH-65型蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽壓力更高、蒸汽濕度更低、經(jīng)濟性更好。

蒸汽發(fā)生器研制只是一個縮影，不再被“卡脖子”的故事在“華龍一號”上比比皆是。

在軟件自主化方面，核動力院也投入了大量精力。2015年，我國首套自主核電軟件包和一體化軟件集成平臺NESTOR在北京正式發(fā)布，發(fā)布的數(shù)十個軟件，已成功應(yīng)用于核電站工程設(shè)計和運行管理。NESTOR的“問世”對我國核電發(fā)展具有重要意義。

除此之外，還有反應(yīng)堆壓力容器、堆內(nèi)構(gòu)建、控制棒驅(qū)動機構(gòu)等關(guān)鍵設(shè)備都實現(xiàn)了“中國造”。

2013年底，核動力院原定的“華龍一號”科研項目基本完成，僅用了兩年多一點的時間。

有心人，終不負。2015年5月5日，國家核安全局頒發(fā)福清核電廠5號機組建造許可證，2015年5月7日，5號機組澆灌第一罐混凝土(FCD)，“華龍一號”全球首堆終于落地生根。從FCD到正式商運，“華龍一號”首堆建設(shè)雖然只用了短短5年的時間，但是為了讓我國擁有真正意義上的自主三代核電，核動力院卻辛苦奮戰(zhàn)了近30年，攻克了一系列技術(shù)難題，打造了一批先進核電產(chǎn)品，提升了我國完整核電裝備供應(yīng)能力，創(chuàng)建了一套中國自主標準體系，踏出了一條自主化核電發(fā)展的成功之路。

如今，“華龍一號”批量化建設(shè)正在如火如荼地推進中，第四代核電攻關(guān)成果也已達到國際先進水平……

滄海橫流，方顯英雄本色。“華龍一號”的成功并不是終點，而是中國自主科技品牌崛起的一個里程碑。