先看兩組數(shù)字。
60年、900萬噸、150萬千瓦;
12年，700余家，超3萬名，1.4萬余項(xiàng)。
第一組，是“國和一號”的安全、經(jīng)濟(jì)與環(huán)保說明書——設(shè)計(jì)使用壽命60年，每年二氧化碳減排量約900萬噸，單機(jī)組發(fā)電功率150萬千瓦。
第二組，是背后的付出與成果——12年研發(fā)歷程，700余家單位、超3萬名技術(shù)人員參與其中，累計(jì)形成知識產(chǎn)權(quán)成果1.4萬余項(xiàng)。
兩組數(shù)字合起來，就是“國和一號”的一份亮眼“簡歷”。“國和一號”是依托國家重大科技專項(xiàng)“大型先進(jìn)壓水堆及高溫氣冷堆核電站”開發(fā)的三代核電自主化標(biāo)志性成果，是完全自主設(shè)計(jì)的中國核電技術(shù)品牌，代表當(dāng)今核電技術(shù)的先進(jìn)水平。
“國和一號”首堆——“國和一號”示范工程位于山東榮成，由國家電投國核示范電站有限責(zé)任公司(以下簡稱“國核示范”)負(fù)責(zé)建設(shè)、管理和運(yùn)營，目前一期兩臺機(jī)組建設(shè)正有序推進(jìn)，首期工程投產(chǎn)后就可實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供。
“國和一號”示范工程現(xiàn)場吊環(huán)
國之重器，填補(bǔ)空白
在榮成的國家電投新能源科技館，一個(gè)1∶60的模型清晰展示了“國和一號”的構(gòu)造。核電機(jī)組整體上可分為兩大部分：一側(cè)是核島，有高聳直立的核反應(yīng)堆壓力容器和蒸汽發(fā)生器，鋼穹頂上方放著一個(gè)巨大水箱;另一側(cè)為常規(guī)島，核島產(chǎn)生的蒸汽傳送過來驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。
“‘國和一號’是名副其實(shí)的國之重器。”國核示范設(shè)計(jì)管理處處長劉春光說，“從體型構(gòu)造看，‘國和一號’單臺機(jī)組總重超1400噸，其中一個(gè)直徑超1米的大閥門就有29噸重，由鋼水澆鑄而成。內(nèi)部結(jié)構(gòu)也十分復(fù)雜，僅蒸汽發(fā)生器的U型管就超過1萬根，如果將這些管道連接起來，總長度在300公里以上。”
據(jù)介紹，外部安全殼的直徑，更是達(dá)40余米。從使用材料看，特制的鋼板厚度超5厘米。開啟運(yùn)行后，有的組件內(nèi)部每平方米承受的壓力逾40噸，遠(yuǎn)超輕型裝甲車的重量。
不僅“身形”巨大，效益同樣突出。“國和一號”單臺機(jī)組發(fā)電功率為150萬千瓦，設(shè)計(jì)壽命60年，投產(chǎn)后年發(fā)電量114億千瓦時(shí)，可滿足超1100萬居民的用電需求，每年可減少溫室氣體排放超過900萬噸。以平均每畝樹林減排1.336噸二氧化碳折算，減排效應(yīng)相當(dāng)于造林約674萬畝。
中國核電市場一度被稱作“萬國牌”，有多個(gè)國家的核電技術(shù)并存。2006年，中國決定實(shí)施三代核電自主化戰(zhàn)略。作為國家重大科技專項(xiàng)，“國和一號”在立項(xiàng)時(shí)就肩負(fù)特殊使命——攻克大型先進(jìn)核電機(jī)組批量化建設(shè)難關(guān)。
研發(fā)工作自2008年啟動(dòng)。2020年，國家電投正式發(fā)布“國和一號”，標(biāo)志著該技術(shù)終于完成研發(fā)。歷時(shí)12年科研攻關(guān)，共有700余家單位、超3萬名技術(shù)人員參與其中，累計(jì)形成知識產(chǎn)權(quán)成果1.4萬余項(xiàng)，形成新產(chǎn)品、新材料、新工藝、新裝置、新軟件等2000余項(xiàng)。
“‘國和一號’采用CAP1400壓水堆技術(shù)，是‘高起點(diǎn)再創(chuàng)新’，它基于引進(jìn)消化吸收三代非能動(dòng)壓水堆核電技術(shù)，基于中國50年的核電廠研發(fā)、設(shè)計(jì)和工程經(jīng)驗(yàn)，也基于中國核電機(jī)組近30年的安全建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。”國家電投集團(tuán)核能領(lǐng)域工程技術(shù)管理學(xué)科專家、國核示范副總監(jiān)劉新利介紹。
“國和一號”成功打破了多項(xiàng)材料及設(shè)備制造技術(shù)壟斷，主泵、爆破閥、壓力容器、蒸汽發(fā)生器、堆內(nèi)構(gòu)件等關(guān)鍵設(shè)備材料全部實(shí)現(xiàn)自主化設(shè)計(jì)和國產(chǎn)化制造。
“站在世界核電技術(shù)發(fā)展前沿，‘國和一號’填補(bǔ)了我國核電產(chǎn)業(yè)的多項(xiàng)技術(shù)和工藝空白，推動(dòng)核電行業(yè)和技術(shù)整體升級換代。”劉新利說。
安全性高，經(jīng)濟(jì)性好
建核電站，人們最關(guān)注的還是安全。
“隨著全球?qū)穗姲踩恼J(rèn)識進(jìn)一步提升，先進(jìn)核電國家針對核電設(shè)計(jì)、運(yùn)行等方面進(jìn)行了充分分析評估，提出一系列改進(jìn)措施，三代核電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。”劉新利說。
從模型結(jié)構(gòu)可以看到，“國和一號”外層被厚厚的混凝土層包裹。“這是屏蔽廠房，厚1.1米，兩層鋼板內(nèi)部填充高性能、高強(qiáng)度的混凝土，可抵御臺風(fēng)、海嘯來襲或是飛機(jī)撞擊。”劉新利介紹。
再看由4道屏障構(gòu)成的內(nèi)部安全保護(hù)：燃料芯塊、燃料包殼、一回路壓力邊界，特別是直徑43米、高70多米的鋼制安全殼，仿佛一個(gè)巨大的膠囊型鋼鐵屏障，事故后可以將放射性物質(zhì)牢牢包裹住。
“先進(jìn)三代核電消除了大規(guī)模放射性物質(zhì)釋放的可能性，排除了核電風(fēng)險(xiǎn)對環(huán)境與公眾的放射性危害。”劉新利表示。
在安全設(shè)計(jì)思路上，“國和一號”采用了“非能動(dòng)”理念。簡單來說，就是不依賴外部動(dòng)力或人工干預(yù)即可自行啟動(dòng)運(yùn)行。這一理念體現(xiàn)在諸多細(xì)節(jié)上。比如遇上停堆，熱量無法導(dǎo)出，反應(yīng)堆就會燒毀。這時(shí)，核島頂部的大水箱就要發(fā)揮作用了。
大水箱里裝著3000多噸冷卻水，是非能動(dòng)核安全設(shè)計(jì)理念的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。“水會在重力作用下流到反應(yīng)堆堆芯或安全殼表面，把里面的熱量置換出來，自動(dòng)冷卻堆芯與安全殼系統(tǒng)，保證堆芯與安全殼不受損。”劉新利介紹，“斷電狀況下，‘國和一號’反應(yīng)堆能在事故發(fā)生72小時(shí)內(nèi)無須人工干預(yù)自動(dòng)保證安全。”
“性價(jià)比”是日常消費(fèi)的重點(diǎn)關(guān)注點(diǎn)，工程建設(shè)也是如此。相較于過去的安全措施，非能動(dòng)設(shè)計(jì)理念讓核電設(shè)備大幅簡化，安全性卻有了巨大提升。相比傳統(tǒng)電廠，“國和一號”整體閥門減少50%、管道減少80%、電纜減少70%，提高了可建造性、可運(yùn)行性和可維修性。采用“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化預(yù)制、模塊化施工、專業(yè)化管理、自主化建設(shè)”模式，“國和一號”在經(jīng)濟(jì)性上具有明顯競爭優(yōu)勢。
全力沖刺，全國產(chǎn)化
超90%，這是“國和一號”示范工程設(shè)備的國產(chǎn)化率，后續(xù)項(xiàng)目也已基本具備全國產(chǎn)化能力。
如何保證三代核電在高安全性基礎(chǔ)上擁有更強(qiáng)的競爭力?如何實(shí)現(xiàn)批量化建設(shè)?這些都必須通過自主化國產(chǎn)化來解決。
反應(yīng)堆冷卻劑泵，簡稱“主泵”，承擔(dān)著為核島運(yùn)轉(zhuǎn)提供動(dòng)力的重任，可以看作核電站正常功率運(yùn)行時(shí)的“心臟”。全新的制造工藝和運(yùn)行流程，對制造業(yè)來說是一項(xiàng)巨大挑戰(zhàn)。為確保研制成功，許多關(guān)鍵設(shè)備都采取“雙線并行”的策略。主泵就是這樣，一面推進(jìn)屏蔽電機(jī)主泵研發(fā)，另一面啟動(dòng)濕繞組主泵技術(shù)方案。
2011年入職后，國核示范設(shè)備管理處劉原君就參與2種主泵的國產(chǎn)化研制。主泵樣機(jī)產(chǎn)品試驗(yàn)期間，他3600個(gè)小時(shí)在臺架旁駐守，幫助解決推力盤劃痕干磨問題，按照快速識別、精準(zhǔn)糾偏和保守驗(yàn)證模式，確保主泵順利研發(fā)。
十年磨一劍，兩條技術(shù)路線相繼走通，使中國核電產(chǎn)業(yè)鏈在細(xì)分領(lǐng)域一躍成為全球領(lǐng)先。
在核電產(chǎn)業(yè)鏈的“朋友圈”里，不僅有大型國有企業(yè)，還包括許多民營企業(yè)。
核電機(jī)組中所用到的1萬多根U型管，需要防輻射、防腐蝕，對制造的材料要求很高，過去不得不依賴進(jìn)口。
2005年，一個(gè)叫莊建新的年輕人來到法國尋求合作，吃了閉門羹。回國后，莊建新成立了自己的公司，埋頭苦干，U型管研發(fā)終獲成功，產(chǎn)能也不斷提升，成了行業(yè)“隱形冠軍”。
從核電“心臟”主泵，到“大腦”核設(shè)計(jì)與安全分析軟件;從“中樞系統(tǒng)”核電儀控，到一次儀表等遍布核島各處的“血管”“神經(jīng)”……三代核電自主化技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)步履不停，填補(bǔ)了一項(xiàng)又一項(xiàng)空白，啃下了一塊又一塊“硬骨頭”。
“國和一號”示范工程兩臺機(jī)組共有8萬余臺設(shè)備，部分核級設(shè)備要求嚴(yán)苛，研制難度極大，此前國內(nèi)并不具備生產(chǎn)能力。研發(fā)初期，為盡快實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行，研發(fā)團(tuán)隊(duì)在對國內(nèi)核電裝備產(chǎn)業(yè)全面梳理的基礎(chǔ)上，首先選擇攻克其中“最貴”“最難”的部分，剩余小部分標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備則進(jìn)行國際采購。
“這一小部分設(shè)備屬于市場價(jià)格合理、競爭充分、不存在少數(shù)幾家企業(yè)壟斷的物項(xiàng)，也不會影響‘國和一號’的落地和出口。”國核示范機(jī)械采購科科長王亞松說。
隨著國際環(huán)境的變化，這一小部分設(shè)備成了壓在核電人心頭的巨石。“為徹底補(bǔ)上短板，避免‘因1%卡死100%’，在攻克大多數(shù)設(shè)備國產(chǎn)化難題后，產(chǎn)業(yè)鏈上下游單位開展聯(lián)合攻關(guān)，目前國產(chǎn)化率已超90%，正向100%國產(chǎn)化目標(biāo)沖刺。”王亞松說。
今天，從設(shè)計(jì)到制造，從工程的建設(shè)到建造安裝，再到核電站后期的運(yùn)維，中國已形成了一整套核電產(chǎn)業(yè)鏈，具備先進(jìn)核電設(shè)備整機(jī)配套能力與供應(yīng)體系。通過三代核電自主化，中國正實(shí)現(xiàn)對國際最高水平的趕超，助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。
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