習近平總書記指出,中央企業(yè)等國有企業(yè)要勇挑重擔、敢打頭陣,勇當原創(chuàng)技術的“策源地”、現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)鏈的“鏈長”。國務院國資委要求中央企業(yè)堅決貫徹落實黨中央、國務院決策部署,著力提升基礎固鏈、技術補鏈、融合強鏈、優(yōu)化塑鏈能力,不斷增強產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈韌性和競爭力,在現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系構建中更好發(fā)揮支撐引領作用。
我國自主三代核電華龍一號的建成投產(chǎn),是中核集團堅持自主創(chuàng)新,服務國家戰(zhàn)略的重大成就。2015年12月4日,國家主席習近平在約翰內斯堡同南非總統(tǒng)祖馬共同出席中非裝備制造業(yè)展開幕式,在參觀中核集團展臺時親自介紹華龍一號:這是我們自己的技術,我們要把它推向非洲和世界。2015年6月15日,中共中央政治局常委、國務院總理李克強在中國核電工程有限公司考察時,詳細了解了華龍一號的自主創(chuàng)新成果,并強調指出:你們自主研發(fā)制造質量優(yōu)、有競爭力的核電機組,是在鑄“國之重器”,為中國發(fā)展“強筋壯骨”。
自2015年5月全球首臺機組落地福建福清以來,華龍一號機組建設已成遍地開花之勢。在國內,華龍一號已然是當前我國核電項目建設的主打堆型。除福清核電5、6號機組建成投產(chǎn)外,華龍一號還分別落戶在廣西防城港、福建漳州、海南昌江等地,在建及投運規(guī)模已經(jīng)突破10臺。在海外,作為我國“走出去”的一張重要名片,華龍一號成績斐然,已經(jīng)是當前世界核電市場上最具競爭力的三代核電機型之一。成功出口巴基斯坦的卡拉奇2、3號兩臺機組均已投入商運,多個國家的華龍一號項目正在有序推進。
隨著華龍一號批量化建設和后續(xù)機型研發(fā),我國三代核電技術已進入核能開發(fā)第一方陣。這既得益于中核集團完整核科技工業(yè)體系的發(fā)展基礎,也有效帶動了我國核科技工業(yè)體系能力的整體提升。中核集團在核工業(yè)自主創(chuàng)新和工程建設方面發(fā)揮了引領作用,華龍一號是中核集團勇當核電產(chǎn)業(yè)鏈“鏈長”的成功實踐。
補短鍛長
推進基礎固鏈
在華龍一號研發(fā)建造過程中,中核集團充分利用在技術、人才等方面的優(yōu)勢,鞏固提升了核電建造、核燃料研發(fā)應用等優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)領域的國際領先地位,同時,加快補齊核電產(chǎn)業(yè)鏈關鍵領域、關鍵產(chǎn)品、關鍵技術的薄弱環(huán)節(jié)和短板弱項,維護了產(chǎn)業(yè)鏈穩(wěn)定安全。
在核電建造方面,中核集團是全球唯一一家連續(xù)30余年不間斷從事核電建造的領先企業(yè)。但面對華龍一號首堆工程,其涉及大的專業(yè)領域70多個,80多個構筑物,360多個系統(tǒng),工程設計圖紙20萬張以上。世界上三代核電首堆,不管是美國的AP1000,還是法國的EPR,大都遭遇了拖期的魔咒。的確,首堆建設難度極大,中核集團也絕不敢輕視。
在各方協(xié)同之下,華龍一號全球首堆的建設穩(wěn)步向前推進,相繼完成穹頂?shù)跹b、冷試、熱態(tài)性能試驗、第一組燃料組件入堆等關鍵環(huán)節(jié)。2020年11月27日,經(jīng)過5年多建設,華龍一號并網(wǎng)發(fā)電。2021年1月30日,華龍一號宣布商運。這也是世界上首個按照計劃工期推進的三代核電機組。
在核燃料方面,中核集團擁有我國唯一的、完整的核燃料循環(huán)工業(yè)體系,在核燃料研發(fā)應用方面具有數(shù)十年成熟的經(jīng)驗。為了適應核電的迅速發(fā)展和出口核電項目的迫切需求,早在2010年,中核集團就將CF項目列為集團公司重點科技專項,全面啟動自主化先進燃料元件的研發(fā)工作。
中核集團通過實施CF系列燃料組件研發(fā),建立了CF燃料自主品牌,使得我國擺脫了無自主知識產(chǎn)權燃料品牌的困境,為我國自主化三代核電華龍一號等核電技術順利出口提供了重要支撐,實現(xiàn)了我國核電燃料組件研發(fā)的跨越式發(fā)展,對保障我國核能事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
除了鍛造長板殺手锏,華龍一號首堆涉及75個專業(yè),共計7萬多臺套設備,其中許多關鍵設備的設計技術長期掌握在核電強國手中。面對產(chǎn)業(yè)鏈高質量發(fā)展的卡點堵點,中核集團在華龍一號堆型研發(fā)初期就制定了關鍵核心設備要實現(xiàn)自主研發(fā)、自主設計、自主制造的堆型研發(fā)設計策略。
如此規(guī)模數(shù)量的設備研制及交貨任務,帶給國內制造業(yè)的,不僅體現(xiàn)在經(jīng)濟規(guī)模上,更重要的是通過參與核電建設,帶動裝備制造業(yè)的技術創(chuàng)新和轉型升級。通過華龍一號裝備國產(chǎn)化供貨,促進了科技成果轉化應用和設備制造產(chǎn)業(yè)升級,推動形成了國內每年8臺套以上的完整核電設備制造供貨能力。
華龍一號先進堆芯測量系統(tǒng)填補了國內三代核電技術堆芯測量系統(tǒng)的空白,性能指標達到國際先進水平;控制棒驅動機構各項指標均超出三代核電技術的設計要求,達到世界領先水平,熱態(tài)壽命試驗運行步數(shù)更是創(chuàng)造了世界紀錄……設備國產(chǎn)化率和設備的經(jīng)濟性指標大幅提升,裝備制造的質量、可靠性、可維修性均有保證,確保了核心關鍵設備不受制于人,打破了國際壟斷,有力地保證了華龍一號堆型的深度自主化設計,為解決華龍一號技術出口鋪平道路。
強化創(chuàng)新
推進技術補鏈
中核集團在華龍一號研發(fā)設計過程中,從基礎性應用技術研究、反應堆、先進核燃料、安全系統(tǒng)設計到裝備研制,組織開展一系列重大自主攻關,全面掌握關鍵核心技術,突破了各項技術瓶頸,形成700余項專利技術,開發(fā)出120多項應用技術軟件,建立起了完整的自主技術體系和知識產(chǎn)權體系。
核安全是核電生命力的基石,華龍一號技術創(chuàng)新始終以提升安全性為首要出發(fā)點,其中包括“177堆芯”設計,能動與非能動相結合的安全理念,設計基準地震提高到 0.3g達到國際先進水平,反應堆冷卻劑系統(tǒng)采用破前漏技術,增設應對設計擴展工況的安全設施等,使得電廠安全水平比法規(guī)和用戶要求文件的要求至少提高一個數(shù)量級,并具有足以媲美其他三代核電機型的性能指標,確保了電廠的經(jīng)濟性與先進性,讓華龍一號在國際市場上具有充分的市場競爭力。
相對于以往核電技術通常使用的157堆芯,核動力院的研發(fā)團隊則在充分論證可行性后,獨創(chuàng)性提出了177堆芯的方案,被譽為核工業(yè)的“中國芯”,既提高了經(jīng)濟性,又增加了安全性。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(jù)華龍一號副總設計師、核反應堆及一回路系統(tǒng)總設計師劉昌文回憶,為在參數(shù)的平衡間找到最優(yōu)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(jīng)濟性和對下游專業(yè)的影響之間取得了較好的平衡。
邢繼于2009年擔任華龍一號總設計師。隨后,華龍一號研發(fā)團隊獨創(chuàng)性地提出了“能動+非能動”的安全設計理念,為多層次縱深防御提供了多樣化手段,在設計基準事故時,以能動系統(tǒng)為主,輔以部分非能動安全手段;在出現(xiàn)能動安全系統(tǒng)不可用的設計擴展工況下,非能動系統(tǒng)投入運行,導出堆芯余熱并冷卻安全殼,避免核電廠在極端條件下發(fā)生類似福島的核事故。
同時,日本福島核事故后,核電站能抗多大級別地震,也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,而華龍一號則將抗震要求從0.25g提升到了0.3g。為了啃下這塊硬骨頭,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。最終,經(jīng)歷了五次抗震設計迭代優(yōu)化,終于形成了最終的華龍一號布置方案。
“華龍一號是中國核工業(yè)多年來堅持自主創(chuàng)新的成果”,邢繼說,“這背后折射出的是一代接一代中國核工業(yè)人,在自主創(chuàng)新核電技術的艱難歷程上不斷追求更高目標的執(zhí)著精神,是對初心的堅守。”
簡而言之,華龍一號的成功實踐,充分表明中核集團在科技創(chuàng)新方面主導和引領的雄厚實力。盡管如此,中核集團還乘勝追擊,為夯實鞏固核領域原創(chuàng)技術策源地,進一步推動科技領域改革,以“小核心、大協(xié)作”理念持續(xù)推動完善先進、高效、協(xié)同的新時代先進核科技創(chuàng)新體系。在華龍一號的研發(fā)過程中,中核集團聯(lián)合國外包括法國、美國、意大利、奧地利等14家國際組織機構,國內75家高校、科研機構、設備制造廠共同參與,協(xié)作完成了179項研發(fā)工作。通過廣泛利用社會研發(fā)資源,極大地加快了華龍一號的研發(fā)進程,并取得型號研發(fā)的成功。
大力協(xié)同
推進融合強鏈
核電站是高度復雜的能源系統(tǒng)。華龍一號能順利投入商用,除了中核集團自身具備核工業(yè)體系能力優(yōu)勢外,還得益于各方大力協(xié)同。華龍一號研發(fā)團隊聯(lián)合東方電氣、哈電集團等58家國有企業(yè),聯(lián)動140余家民營企業(yè),帶動上下游產(chǎn)業(yè)鏈5000多家企業(yè),共同突破了411臺核心裝備的國產(chǎn)化,實現(xiàn)了由“中國制造”向“中國創(chuàng)造”的飛躍。參與華龍一號設備供貨的廠家?guī)缀跹由斓轿覈b備制造的各個領域,在圍繞華龍一號更高標準的技術要求和海外出口要求開展自主攻關的同時,推動了核電裝備產(chǎn)業(yè)鏈做強做大。
為響應國家核電裝備國產(chǎn)化率提升的政策要求,中核工程聯(lián)合國內裝備制造企業(yè)開展了大量進口設備的國產(chǎn)化研發(fā)工作。其中,所有設備國產(chǎn)化進程中,最艱難的就是華龍一號主泵的國產(chǎn)化。主泵作為反應堆中循環(huán)系統(tǒng)的動力源,被業(yè)界比喻為核電站“心臟”,結構精密、系統(tǒng)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。
主泵的國產(chǎn)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(chǎn)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(xié)調機制,成立了主泵國產(chǎn)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(xiàn)場指導和推動廠家主泵國產(chǎn)化進展,幫助廠家建立了一整套主泵項目管理、質保體系。
不僅關鍵設備,核電建設用的大宗材料也都離不開協(xié)同攻關。比如三代核電站電纜鑒定壽命是60年,中核集團與廠家共同研發(fā),推動電纜壽命的延長,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(yè)聯(lián)合研發(fā)打破了國外壟斷,價格只是國外廠家1/5。
為了成功出海,出口巴基斯坦華龍一號機組設備國產(chǎn)化率進一步提升至96%,其中關鍵成套設備國產(chǎn)化比例達到100%,第三國進口設備占比不到2.5%,妥善解決了設備供應鏈風險大的“卡脖子”問題,進一步提升了國內裝備制造水平、打造了核電設備供應鏈體系,為打造華龍一號的國家名片貢獻了自己的智慧和力量。
可以說,華龍一號從研發(fā)到建設,充分體現(xiàn)了中國特色社會主義制度集中力量辦大事的顯著優(yōu)勢,伴隨著蒸汽發(fā)生器、主泵、DCS等核心裝備的研制成功,“中國制造”逐漸變“強”,逐步進化成“中國智造”,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。
建立標準
推進優(yōu)化塑鏈
我國核電標準化經(jīng)過多年努力已經(jīng)取得很大成果,能夠基本滿足60萬千瓦級和百萬千瓦級二代改進型核電廠建設的需要,但是支撐三代核電建設運行的技術標準仍然很不完善。建成三代核電是根本,但要真正實現(xiàn)領跑還要形成華龍標準。標準是話語權。邢繼認為,“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。”
2017年,國家能源局、國家標準化管理委員會以及國家核安全局下發(fā)《關于開展華龍一號國家重大工程標準化示范的復函》,同意依托華龍一號首堆工程,開展核電標準化示范。
通過首堆工程建設,利用四年左右的時間,華龍一號形成了2043項國內標準和1項國際標準組成的標準體系,進一步完善了優(yōu)化現(xiàn)有壓水堆核電標準體系,健全一套自主的涵蓋通用基礎、前期工作、核電設計、設備制造、建造、調試、運行和退役等全生命周期的壓水堆核電標準體系,形成一批與國際水平相當?shù)暮穗妵覙藴?、行業(yè)標準。
華龍一號標準體系完全覆蓋了華龍一號國內建設和出口所需的標準,有力支撐了我國核電技術和裝備走出去,提升在國際上的話語權、主動權和影響力,助力核電走出去戰(zhàn)略的實施。
華龍一號的成功,標志著我國已在三代核電領域躋身世界前列,我國核工業(yè)的自主創(chuàng)新能力和核心競爭力實現(xiàn)了大幅躍升,正在加快從跟跑、并跑向領跑轉變跨越。中核集團將深入貫徹落實習近平總書記一系列重要指示批示精神,牢記強核強國歷史使命,努力建設先進核科技工業(yè)體系,打造世界一流核工業(yè)集團,為把我國早日建成核工業(yè)強國而不懈奮斗。(王宇翔)
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