隨著“華龍一號”全球首個示范工程——中核集團福清核電5、6號機組5月5日通過竣工驗收,“華龍一號”全球首個示范工程已全面建成。
驗收組認為,“華龍一號”全球首個示范工程全面建成,標志著我國核電技術水平和綜合實力躋身世界第一方陣,形成了一套完整的、自主的三代核電型號能力體系,大幅提升了中國核電的全球競爭力;為華龍一號后續批量化建設項目提供良好借鑒,也為持續優化我國能源結構、推動綠色低碳發展提供了新的解決方案。
制造業是立國之本、強國之基。實體經濟要靠自己,制造業要靠自己。
核電技術門類多、科技含量高、可靠性要求高,產業鏈覆蓋廣。“華龍一號”系列核電機組建設全面展開,以工程建設為牽引,推進創新鏈和產業鏈深度融合,以市場應用促進技術迭代,促進國產化應用和高端裝備制造升級,提升產品性能、降低成本。中國制造也在這個過程中收獲了邁向高質量發展的更大紅利。
2005年前后,對中國自主的核能事業發展來說,有兩道關卡難以跨越,其中一項就是核燃料。很長一段時間里,我國高性能壓水堆燃料組件嚴重依賴進口,核心原材料和零部件的供貨渠道和定價權由國外控制。多年來,大型商用壓水堆的燃料組件在國內生產一直是采用國外進口的技術,雖然實現了生產的本土化和本地化,但技術都是國外的。
主要從事核燃料元件設計研究工作的中國核工業集團有限公司核燃料元件領域首席專家、核電燃料設計研發項目總設計師焦擁軍回憶起多年前的一幕往事。
2008年,在一次核電站燃料組件會議上,一家長期向中國供應核燃料組件原材料的公司公布了一個重要消息:其燃料組件已經采用改進型格架并且實現批量化供貨。
當焦擁軍向該公司項目經理詢問向中方供貨具體事宜之時,“我們舊格架庫存量那么大,產品不賣給你們還能給誰?”外方代表傲慢冷漠的態度深深地印刻他的腦海里。
為了突破核燃料“卡脖子”困境,跟上核電出口和應用的需求,2010年,在相關部委支持下,中核集團將“CF系列燃料(壓水堆燃料元件設計制造技術)”列為集團首批科技重點專項之一。焦擁軍任總設計師。
看似“筷籠子”一樣的核燃料組件,要集齊許多高精尖技術,還要能融會貫通多學科領域知識。
一個冷棒臨界問題就花了三年時間才解決。為了探索事故工況下核燃料組件燒毀的安全邊界,按照設計,位于中間的3×3的9根熱棒應該先達到臨界,但是實驗過程中,處于外圍的16根冷棒卻先觸發了臨界。研發團隊經過多輪技術方案的論證,終于找到了破解冷棒臨界問題的鑰匙,為核燃料自主化之路掃清了障礙。
自2010年研發CF核燃料以來,這只是眾多難題中的一部分。用于CF3燃料實驗的管坯開裂,也曾讓研發人員飛赴生產現場,連夜調整工藝。
從“小米加步槍”的簡陋設施到上千燃料元件的設計方案與實驗優化,如今自主CF3燃料組件已逐步應用于核電站中。
無獨有偶,在“華龍一號”研發攻關的過程中,還有很多類似的故事。比如,“蒸汽發生器”是核電站不可缺少的主設備之一,被稱為“核鍋爐”。它結構復雜,由近萬個零件構成,價格昂貴,每臺動輒就近兩億元。
在2007年以前,大型核電站的蒸汽發生器的設計技術及知識產權都掌握在美國、法國等少數幾家設計公司手中。國內百萬千瓦級核電站的蒸汽發生器都是外國公司負責設計的,不但價格昂貴,而且技術轉讓條款也十分苛刻。
中核集團華龍一號蒸汽發生器總設計師張富源和團隊一起,在河南南陽建造了利用油田產高溫高壓蒸汽做熱源的國內首個大型、技術先進的汽水分離裝置和管子支承板熱態性能試驗臺架,開始了試驗。
傳熱管是蒸汽發生器最關鍵的部件,每臺蒸汽發生器有5835根17.48×1.02(mm)規格的因科鎳爾合金U形傳熱管,2012年以前,這種規格的傳熱管全靠進口,費用高達150萬元一噸。
張富源和團隊用兩年時間,研究設計出了能抗高溫高壓、耐腐蝕、傳熱性能好的傳熱管,造價降低了一半。經過5年時間,完成了“ZH—65型蒸汽發生器”自主設計技術攻關任務。
核電產業鏈包括了研發、設計、采購、制造、安裝、調試、運行等多個環節,產業鏈條長,一次性投資金額大,對相當多的產業形成直接和間接的拉動作用。
按目前市場情況測算,每臺“華龍一號”機組全壽期內在國內創造產值將超過2000億元人民幣,并提供超過15萬個就業崗位。
示范工程建設也帶動了高端裝備制造業升級與技術自主創新。“華龍一號”全球首堆示范工程帶動了上下游5300多家企業,促進了國家高端重大裝備制造業、相關服務行業的發展,對材料、冶金、化工等幾十個行業的加工技術和工藝水平具有顯著拉動作用。
據了解,僅在四川一個省,“華龍一號”首批項目就帶動了30余家企業和科研院所參與配套,產業規模超過300億元,涉及重大裝備、數字化儀控等領域。
“研究院作為技術核心單位,發揮“小核心、大協作”的作用。比如我們需要一個新的材料、新的裝備、新的工藝,會尋找合適的企業,我們出人開展技術支持,去幫助相關單位進行技術攻關;還有就是自主開展試制,邀請相關單位參與;幫助其完善核安全級設備的生產體系,以此逐步推動高端裝備制造業的升級。”核動力院產業開發高級經理李海博說。
他舉了主管道為例,主管道是核電站反應堆冷卻劑系統的主要承壓設備之一。“最早的管道是鑄造工藝,管道容易出現氣孔、夾雜等缺陷,無法滿足核電站60年設計壽命的要求。于是我們與裝備企業聯合自主研發一體化鍛造工藝,提高了管道的材料性能。”
李海博說,主管道設計好后,由裝備企業承擔制造工作。“在此之前,這家公司不掌握這類型的鍛造工藝,但通過‘華龍一號’的研發,不僅促進了企業的產業升級,也保證了核心技術的自主化。”
據悉,中國核動力研究設計院還在成都的雙流建設了產業園,以研究院牽頭,吸引更多下游企業入駐產業園,形成產業聚集,降低生產成本,也提高研發制造效率。
一部電視劇《許你萬家燈火》的熱播,讓自主三代核電技術“華龍一號”的前世今生以文藝作品的形式展現在觀眾面前。這是幾代人為中國核工業發展前赴后繼、賡續奮斗的故事。“華龍一號”的故事,還在由后來人繼續書寫。