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華龍一號:中核集團(tuán)勇當(dāng)核電產(chǎn)業(yè)鏈“鏈長”的成功實(shí)踐

中核集團(tuán)發(fā)布時間:2022-08-16 10:53:31  作者:王宇翔

  習(xí)近平總書記指出,中央企業(yè)等國有企業(yè)要勇挑重?fù)?dān)、敢打頭陣,勇當(dāng)原創(chuàng)技術(shù)的“策源地”、現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)鏈的“鏈長”。國務(wù)院國資委要求中央企業(yè)堅(jiān)決貫徹落實(shí)黨中央、國務(wù)院決策部署,著力提升基礎(chǔ)固鏈、技術(shù)補(bǔ)鏈、融合強(qiáng)鏈、優(yōu)化塑鏈能力,不斷增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈韌性和競爭力,在現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系構(gòu)建中更好發(fā)揮支撐引領(lǐng)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(tuán)堅(jiān)持自主創(chuàng)新,服務(wù)國家戰(zhàn)略的重大成就。2015年12月4日,國家主席習(xí)近平在約翰內(nèi)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(tuán)展臺時親自介紹華龍一號:這是我們自己的技術(shù),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(wù)院總理李克強(qiáng)在中國核電工程有限公司考察時,詳細(xì)了解了華龍一號的自主創(chuàng)新成果,并強(qiáng)調(diào)指出:你們自主研發(fā)制造質(zhì)量優(yōu)、有競爭力的核電機(jī)組,是在鑄“國之重器”,為中國發(fā)展“強(qiáng)筋壯骨”。

  自2015年5月全球首臺機(jī)組落地福建福清以來,華龍一號機(jī)組建設(shè)已成遍地開花之勢。在國內(nèi),華龍一號已然是當(dāng)前我國核電項(xiàng)目建設(shè)的主打堆型。除福清核電5、6號機(jī)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(yùn)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(dāng)前世界核電市場上最具競爭力的三代核電機(jī)型之一。成功出口巴基斯坦的卡拉奇2、3號兩臺機(jī)組均已投入商運(yùn),多個國家的華龍一號項(xiàng)目正在有序推進(jìn)。

  隨著華龍一號批量化建設(shè)和后續(xù)機(jī)型研發(fā),我國三代核電技術(shù)已進(jìn)入核能開發(fā)第一方陣。這既得益于中核集團(tuán)完整核科技工業(yè)體系的發(fā)展基礎(chǔ),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(tuán)在核工業(yè)自主創(chuàng)新和工程建設(shè)方面發(fā)揮了引領(lǐng)作用,華龍一號是中核集團(tuán)勇當(dāng)核電產(chǎn)業(yè)鏈“鏈長”的成功實(shí)踐。

  補(bǔ)短鍛長

  推進(jìn)基礎(chǔ)固鏈

  在華龍一號研發(fā)建造過程中,中核集團(tuán)充分利用在技術(shù)、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(yīng)用等優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位,同時,加快補(bǔ)齊核電產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵領(lǐng)域、關(guān)鍵產(chǎn)品、關(guān)鍵技術(shù)的薄弱環(huán)節(jié)和短板弱項(xiàng),維護(hù)了產(chǎn)業(yè)鏈穩(wěn)定安全。

  在核電建造方面,中核集團(tuán)是全球唯一一家連續(xù)30余年不間斷從事核電建造的領(lǐng)先企業(yè)。但面對華龍一號首堆工程,其涉及大的專業(yè)領(lǐng)域70多個,80多個構(gòu)筑物,360多個系統(tǒng),工程設(shè)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(shè)難度極大,中核集團(tuán)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(shè)穩(wěn)步向前推進(jìn),相繼完成穹頂?shù)跹b、冷試、熱態(tài)性能試驗(yàn)、第一組燃料組件入堆等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2020年11月27日,經(jīng)過5年多建設(shè),華龍一號并網(wǎng)發(fā)電。2021年1月30日,華龍一號宣布商運(yùn)。這也是世界上首個按照計劃工期推進(jìn)的三代核電機(jī)組。

  在核燃料方面,中核集團(tuán)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(yīng)用方面具有數(shù)十年成熟的經(jīng)驗(yàn)。為了適應(yīng)核電的迅速發(fā)展和出口核電項(xiàng)目的迫切需求,早在2010年,中核集團(tuán)就將CF項(xiàng)目列為集團(tuán)公司重點(diǎn)科技專項(xiàng),全面啟動自主化先進(jìn)燃料元件的研發(fā)工作。

  中核集團(tuán)通過實(shí)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(quán)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(shù)順利出口提供了重要支撐,實(shí)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(shè)備,其中許多關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計技術(shù)長期掌握在核電強(qiáng)國手中。面對產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展的卡點(diǎn)堵點(diǎn),中核集團(tuán)在華龍一號堆型研發(fā)初期就制定了關(guān)鍵核心設(shè)備要實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)、自主設(shè)計、自主制造的堆型研發(fā)設(shè)計策略。

  如此規(guī)模數(shù)量的設(shè)備研制及交貨任務(wù),帶給國內(nèi)制造業(yè)的,不僅體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)規(guī)模上,更重要的是通過參與核電建設(shè),帶動裝備制造業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新和轉(zhuǎn)型升級。通過華龍一號裝備國產(chǎn)化供貨,促進(jìn)了科技成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用和設(shè)備制造產(chǎn)業(yè)升級,推動形成了國內(nèi)每年8臺套以上的完整核電設(shè)備制造供貨能力。

  華龍一號先進(jìn)堆芯測量系統(tǒng)填補(bǔ)了國內(nèi)三代核電技術(shù)堆芯測量系統(tǒng)的空白,性能指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平;控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)各項(xiàng)指標(biāo)均超出三代核電技術(shù)的設(shè)計要求,達(dá)到世界領(lǐng)先水平,熱態(tài)壽命試驗(yàn)運(yùn)行步數(shù)更是創(chuàng)造了世界紀(jì)錄……設(shè)備國產(chǎn)化率和設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)大幅提升,裝備制造的質(zhì)量、可靠性、可維修性均有保證,確保了核心關(guān)鍵設(shè)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(shè)計,為解決華龍一號技術(shù)出口鋪平道路。

  強(qiáng)化創(chuàng)新

  推進(jìn)技術(shù)補(bǔ)鏈

  中核集團(tuán)在華龍一號研發(fā)設(shè)計過程中,從基礎(chǔ)性應(yīng)用技術(shù)研究、反應(yīng)堆、先進(jìn)核燃料、安全系統(tǒng)設(shè)計到裝備研制,組織開展一系列重大自主攻關(guān),全面掌握關(guān)鍵核心技術(shù),突破了各項(xiàng)技術(shù)瓶頸,形成700余項(xiàng)專利技術(shù),開發(fā)出120多項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)軟件,建立起了完整的自主技術(shù)體系和知識產(chǎn)權(quán)體系。

  核安全是核電生命力的基石,華龍一號技術(shù)創(chuàng)新始終以提升安全性為首要出發(fā)點(diǎn),其中包括“177堆芯”設(shè)計,能動與非能動相結(jié)合的安全理念,設(shè)計基準(zhǔn)地震提高到 0.3g達(dá)到國際先進(jìn)水平,反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)采用破前漏技術(shù),增設(shè)應(yīng)對設(shè)計擴(kuò)展工況的安全設(shè)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(jī)型的性能指標(biāo),確保了電廠的經(jīng)濟(jì)性與先進(jìn)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(shù)通常使用的157堆芯,核動力院的研發(fā)團(tuán)隊(duì)則在充分論證可行性后,獨(dú)創(chuàng)性提出了177堆芯的方案,被譽(yù)為核工業(yè)的“中國芯”,既提高了經(jīng)濟(jì)性,又增加了安全性。從“157”到“177”,看似簡單,實(shí)則復(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,并不是一件容易的事情。

  據(jù)華龍一號副總設(shè)計師、核反應(yīng)堆及一回路系統(tǒng)總設(shè)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(guān),在堆芯裝載方案沒有顛覆性調(diào)整的情況下,成功地將組件最大燃耗降低到了限值以內(nèi),在安全性、經(jīng)濟(jì)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(dān)任華龍一號總設(shè)計師。隨后,華龍一號研發(fā)團(tuán)隊(duì)獨(dú)創(chuàng)性地提出了“能動+非能動”的安全設(shè)計理念,為多層次縱深防御提供了多樣化手段,在設(shè)計基準(zhǔn)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(shè)計擴(kuò)展工況下,非能動系統(tǒng)投入運(yùn)行,導(dǎo)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(guān)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(shè)計團(tuán)隊(duì)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(shè)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(jiān)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(shù)的艱難歷程上不斷追求更高目標(biāo)的執(zhí)著精神,是對初心的堅(jiān)守。”

  簡而言之,華龍一號的成功實(shí)踐,充分表明中核集團(tuán)在科技創(chuàng)新方面主導(dǎo)和引領(lǐng)的雄厚實(shí)力。盡管如此,中核集團(tuán)還乘勝追擊,為夯實(shí)鞏固核領(lǐng)域原創(chuàng)技術(shù)策源地,進(jìn)一步推動科技領(lǐng)域改革,以“小核心、大協(xié)作”理念持續(xù)推動完善先進(jìn)、高效、協(xié)同的新時代先進(jìn)核科技創(chuàng)新體系。在華龍一號的研發(fā)過程中,中核集團(tuán)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(jī)構(gòu),國內(nèi)75家高校、科研機(jī)構(gòu)、設(shè)備制造廠共同參與,協(xié)作完成了179項(xiàng)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(jìn)程,并取得型號研發(fā)的成功。

  大力協(xié)同

  推進(jìn)融合強(qiáng)鏈

  核電站是高度復(fù)雜的能源系統(tǒng)。華龍一號能順利投入商用,除了中核集團(tuán)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(tuán)隊(duì)聯(lián)合東方電氣、哈電集團(tuán)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(shí)現(xiàn)了由“中國制造”向“中國創(chuàng)造”的飛躍。參與華龍一號設(shè)備供貨的廠家?guī)缀跹由斓轿覈b備制造的各個領(lǐng)域,在圍繞華龍一號更高標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求和海外出口要求開展自主攻關(guān)的同時,推動了核電裝備產(chǎn)業(yè)鏈做強(qiáng)做大。

  為響應(yīng)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(nèi)裝備制造企業(yè)開展了大量進(jìn)口設(shè)備的國產(chǎn)化研發(fā)工作。其中,所有設(shè)備國產(chǎn)化進(jìn)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(yīng)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(jié)構(gòu)精密、系統(tǒng)復(fù)雜、制造難度極大,2008年之前國內(nèi)已建成核電站的主泵均是從國外進(jìn)口。

  主泵的國產(chǎn)化是一個非常困難的過程,國內(nèi)參與主泵項(xiàng)目各單位在主泵設(shè)計、原材料、制造、試驗(yàn)、產(chǎn)能、項(xiàng)目管理等多方面存在嚴(yán)重不足。面對這些問題,中核工程積極分析梳理問題的癥結(jié),建立了從基層項(xiàng)目管理人員到公司領(lǐng)導(dǎo)甚至中核集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)的協(xié)調(diào)機(jī)制,成立了主泵國產(chǎn)化的專項(xiàng)組,針對主泵國內(nèi)重要供方實(shí)施蹲點(diǎn)策略,安排項(xiàng)目人員現(xiàn)場指導(dǎo)和推動廠家主泵國產(chǎn)化進(jìn)展,幫助廠家建立了一整套主泵項(xiàng)目管理、質(zhì)保體系。

  不僅關(guān)鍵設(shè)備,核電建設(shè)用的大宗材料也都離不開協(xié)同攻關(guān)。比如三代核電站電纜鑒定壽命是60年,中核集團(tuán)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(tuán)和國內(nèi)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(jī)組設(shè)備國產(chǎn)化率進(jìn)一步提升至96%,其中關(guān)鍵成套設(shè)備國產(chǎn)化比例達(dá)到100%,第三國進(jìn)口設(shè)備占比不到2.5%,妥善解決了設(shè)備供應(yīng)鏈風(fēng)險大的“卡脖子”問題,進(jìn)一步提升了國內(nèi)裝備制造水平、打造了核電設(shè)備供應(yīng)鏈體系,為打造華龍一號的國家名片貢獻(xiàn)了自己的智慧和力量。

  可以說,華龍一號從研發(fā)到建設(shè),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(qiáng)”,逐步進(jìn)化成“中國智造”,華龍一號從設(shè)計圖紙變成了宏偉工程,譜寫了雄壯的大國重器進(jìn)行曲。

  建立標(biāo)準(zhǔn)

  推進(jìn)優(yōu)化塑鏈

  我國核電標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)型核電廠建設(shè)的需要,但是支撐三代核電建設(shè)運(yùn)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)仍然很不完善。建成三代核電是根本,但要真正實(shí)現(xiàn)領(lǐng)跑還要形成華龍標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)是話語權(quán)。邢繼認(rèn)為,“我們不僅要輸出自己的核電,還要按照我們自己的標(biāo)準(zhǔn)去建設(shè),這樣才能不受制于人。”

  2017年,國家能源局、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會以及國家核安全局下發(fā)《關(guān)于開展華龍一號國家重大工程標(biāo)準(zhǔn)化示范的復(fù)函》,同意依托華龍一號首堆工程,開展核電標(biāo)準(zhǔn)化示范。

  通過首堆工程建設(shè),利用四年左右的時間,華龍一號形成了2043項(xiàng)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)和1項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn)組成的標(biāo)準(zhǔn)體系,進(jìn)一步完善了優(yōu)化現(xiàn)有壓水堆核電標(biāo)準(zhǔn)體系,健全一套自主的涵蓋通用基礎(chǔ)、前期工作、核電設(shè)計、設(shè)備制造、建造、調(diào)試、運(yùn)行和退役等全生命周期的壓水堆核電標(biāo)準(zhǔn)體系,形成一批與國際水平相當(dāng)?shù)暮穗妵覙?biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

  華龍一號標(biāo)準(zhǔn)體系完全覆蓋了華龍一號國內(nèi)建設(shè)和出口所需的標(biāo)準(zhǔn),有力支撐了我國核電技術(shù)和裝備走出去,提升在國際上的話語權(quán)、主動權(quán)和影響力,助力核電走出去戰(zhàn)略的實(shí)施。

  華龍一號的成功,標(biāo)志著我國已在三代核電領(lǐng)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(shí)現(xiàn)了大幅躍升,正在加快從跟跑、并跑向領(lǐng)跑轉(zhuǎn)變跨越。中核集團(tuán)將深入貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記一系列重要指示批示精神,牢記強(qiáng)核強(qiáng)國歷史使命,努力建設(shè)先進(jìn)核科技工業(yè)體系,打造世界一流核工業(yè)集團(tuán),為把我國早日建成核工業(yè)強(qiáng)國而不懈奮斗。(王宇翔)

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