“國和一號”：樹三代核電自主創(chuàng)新標桿
風雨十二載，“國和一號”通過產(chǎn)學研用協(xié)同創(chuàng)新，成功打破多項材料及設備制造技術壟斷，關鍵設備材料全部實現(xiàn)自主化設計和國產(chǎn)化制造，性能達到國際領先水平。我國三代核電自主創(chuàng)新體系和產(chǎn)業(yè)鏈供應體系的建成，標志著我國核電技術實現(xiàn)了從“二代”到“三代”的跨越，已具備先進核電自主化、批量化、規(guī)模化建設能力。
◎?qū)嵙曈浾?孫 瑜 本報記者 陳 瑜
2月28日，“國和一號”產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)盟成立大會暨首屆會員大會在上海舉行。
在“國和一號”示范工程按計劃穩(wěn)步推進的同時，“國和一號”產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)盟的成立，被視為進一步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈自立自強、自主可控的重要舉措。
“國和一號”是我國在引進消化吸收三代非能動壓水堆核電技術的基礎上，通過大型先進壓水堆及高溫氣冷堆核電站國家科技重大專項開發(fā)的、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大型先進壓水堆核電型號。
2008年，“國和一號”（又名CAP1400）研發(fā)工作正式啟動。歷時12年，國家電力投資集團有限公司作為牽頭單位，組織全國600多家單位、31000余名技術人員參與，累計形成知識產(chǎn)權(quán)成果超7611項，建成了我國三代核電自主創(chuàng)新體系和產(chǎn)業(yè)鏈供應體系，標志著我國核電技術實現(xiàn)了從“二代”到“三代”的跨越，具備先進核電自主化、批量化、規(guī)模化建設能力。
傳承“國之光榮”的三代核電
1970年春節(jié)前，上海市領導向中央?yún)R報工作時，道出了當時上海面臨的嚴峻形勢：多家工廠由于缺電輪流停產(chǎn)。2月初，周恩來總理做出指示：從長遠來看，要解決上海和華東地區(qū)用電問題，要靠核電。
核電，是利用原子核內(nèi)部蘊藏的能量產(chǎn)生電能。一顆原子核，直徑只有一根頭發(fā)絲的一億分之一，卻蘊藏著驚人能量。1千克的鈾235裂變以后產(chǎn)生的能量，大致相當于2700噸標準煤充分燃燒釋放的熱量。
1970年2月8日，上海市組織傳達了周總理關于建設核電的指示精神并研究了落實措施，我國第一座核電站工程由此得名“728工程”。
從“728工程”開始，我國核電已經(jīng)走過了50多年的奮進創(chuàng)新之路。
“第一代核電技術主要是以實驗研究堆為主。第二代核電技術主要發(fā)展階段是20世紀60年代初到1979年以前，該階段技術建成的核電稱為二代。”國家電力投資集團有限公司核能總工程師、“國和一號”總設計師鄭明光說，“美國三里島核事故發(fā)生后，全球?qū)穗姲踩恼J識進一步提升，先進核電國家針對核電設計、運行安全等方面進行了充分認識與分析評估，提出了一系列改進、增強安全性的措施，三代核電技術應運而生。”
十余載打造大國重器
然而首先擺在面前的，就是一個看似難以逾越的障礙——根據(jù)外方的合作協(xié)議，只有電功率超過135萬千瓦，我國才能擁有三代非能動核電的自主知識產(chǎn)權(quán)。
“135萬千瓦，對非能動安全、主要設備來說是個‘大門檻’。不掌握核心技術，這個‘大門檻’就過不去。”鄭明光說。
以鄭明光為代表的技術團隊，對“國和一號”頂層設計方案進行了全局性的創(chuàng)新，包括增加鋼制安全殼的直徑和厚度以擴大核島空間，重新設計研制反應堆冷卻劑泵、蒸汽發(fā)生器、爆破閥和汽輪發(fā)電機，大幅度優(yōu)化主泵流量、主管道流通截面等，實現(xiàn)型號總體安全經(jīng)濟性能和效率的全面提升。
一組數(shù)據(jù)能直觀反映“國和一號”緣何是名副其實的“國之重器”：單臺機組中，超過100噸的設備、模塊有30件左右，最大的模塊體積有5000多立方米，重達1400多噸；安全殼是個直徑40多米，高70多米的“大膠囊”，用5厘米厚左右的鋼板制成，每平方米可承受40噸以上的壓力；蒸汽發(fā)生器里面有1萬多根用于熱交換的U型管，總長超過300公里……
科研人員為此付出了艱辛努力。
晚上10時許，上海核工院的辦公樓里響起了悠揚的薩克斯音樂《回家》，工程設備所機械設備設計工程師陳宇清在電腦前置若罔聞，仍在細心地比對技術文件和圖紙。
熟悉的夜晚，熟悉的音樂，熟悉的加班。
2015年，陳宇清承擔起“國和一號”控制棒驅(qū)動線試驗的技術攻關任務。為保證試驗的準確性，任何外界，包括附近行駛車輛的干擾都要盡量避免。陳宇清帶頭從晚上8點鐘開始做試驗，直到凌晨3點鐘結(jié)束。
看凌晨4點的上海，成了陳宇清的常態(tài)。他連續(xù)在試驗臺架處駐守了一個多月，最終圓滿完成任務，為三代核電控制棒驅(qū)動機構(gòu)自主設計奠定了堅實基礎。
2016年2月，“國和一號”通過國內(nèi)聯(lián)合安全審評。同年4月，“國和一號”通過國際原子能機構(gòu)通用安全審評，獲得國際認可。
類似的奮斗圖景，在“國和一號”科技攻關歷程中，發(fā)生了太多回。無數(shù)個“陳宇清”毫無怨言地付出了青春與熱血。
為實現(xiàn)核電軟件自主化，國家電投中央研究院核電軟件中心和上海核工院組建的聯(lián)合團隊歷經(jīng)十余載攻關，發(fā)布我國首套完全自主知識產(chǎn)權(quán)的核電廠核設計與安全分析軟件COSINE工程測試版，得到行業(yè)普遍認可。
設備設計出來后卻找不到能生產(chǎn)的廠家，也是一道大難題。其中，蒸汽發(fā)生器690U型管的研發(fā)生產(chǎn)就格外艱難。項目組最早想去國外采購，多次嘗試未果，干脆橫下心來自己做。一家能生產(chǎn)還不夠，要幾家都能做才行。
“每一種設備、材料的技術開發(fā)，都布局2至5家有競爭力與積極性的單位參與研制，我們從設計技術到制造技術與工藝來回多次迭代，引入競爭機制，用市場化的手段來推動相應的技術競爭，激發(fā)創(chuàng)新活力。”鄭明光告訴科技日報記者。
共同成長打造自主創(chuàng)新體系
柴多火旺，力眾海移。
一重、二重、沈鼓、哈電、上海電氣、東方電氣、中船重工、中航工業(yè)、寶鋼、鞍鋼……一大批身經(jīng)百戰(zhàn)的老牌“國家隊”選手，和上上電纜、寧波天生等民企加入進來，錨定100%國產(chǎn)化，扛起重任。
通過產(chǎn)學研用協(xié)同創(chuàng)新，“國和一號”成功打破多項材料及設備制造技術壟斷，主泵、爆破閥、反應堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器、反應堆本體及一體化堆頂組件、大鍛件、核級鋯材、690U型管等關鍵設備材料全部實現(xiàn)自主化設計和國產(chǎn)化制造，性能達到國際領先水平。
全球最大功率的蒸汽發(fā)生器、全球最大規(guī)格的爆破閥……一個個用“全球之最”來形容的高精尖設備，被烙上“中國印”、蓋上“中國籍”。
通過設計工作牽引制造企業(yè)能力提升，又通過制造過程的經(jīng)驗反饋反哺設計水平提高，在相互作用、共同成長中，“國和一號”建成了先進的三代核電自主創(chuàng)新體系和產(chǎn)業(yè)鏈供應體系。鄭明光表示，到2023年，“國和一號”將全面實現(xiàn)100%設備國產(chǎn)化能力，到2025年，建成“技術上最先進最安全、裝備上完全自主可控、經(jīng)濟上有顯著競爭優(yōu)勢”的三代核電產(chǎn)業(yè)鏈。