变不可能为可能“华龙一号”的自主创新之道

2017-12-01 09:01 来源:科学网 
2017-12-01 09:01:52来源:科学网作者:责任编辑:毕孝斌

  11月30日,福建福清,“华龙一号”全球首堆示范工程福清核电5号机组首台蒸汽发生器吊装就位,核岛安装进入高峰期。与此同时,千里之外的北京人民大会堂,“华龙一号”的“心脏”——三代核电(ACP1000)反应堆及一回路系统的研制团队,手捧全国质量奖(卓越项目奖)获奖证书,曲折艰辛的研发历程又历历在目……

  坚守:一“芯”孕育十五载

  时间回溯到20年前。1997年一个静谧的午后,在中国核动力研究设计院老基地一栋办公楼里,一阵阵激烈的争论声充斥着整个楼道。原来,十几个技术人员正聚集在一间办公室里,讨论着中国自主百万千瓦级核电站方案的主参数。

  核动力院原副院长张森如告诉《中国科学报》记者,当时恰逢岭澳核电站二期正走自主设计、自主制造、自主建造、自主运营的建设路线,规划建设两台百万千瓦级压水堆核电机组。核动力院在秦山二期60万千瓦核电技术(CNP600)的基础上,开发了百万千瓦压水堆核电技术CPR1000。

  然而,CNP600、CPR1000均是在法国进口机型M310基础上的改进版,在堆芯设计,特别是在燃料元件设计制造技术上,不具有完全自主知识产权,不能实现出口。

  “核心技术掌握在别人手里,命运就掌握在别人手里。我们咬紧牙攻关,再难也要开发属于自己的拳头产品。”从1997年开始,核动力院在CNP600“121堆芯”、CPR1000“157堆芯”的基础上,自主创新地提出“177堆芯”的概念,功率确定为100万千瓦,机型确定为CNP1000。

  遗憾的是,后由于国家引进AP1000技术,为给引进三代核电技术预留更多的厂址,CNP1000未能上工程。“前方的路布满荆棘,我们依旧选择最初的那份坚守。”张森如和他的团队没有放弃,完成了一系列关键基础技术攻关。

  2011年日本福岛核事故之后,全球核电市场洗牌,三代核电技术成为主流趋势,我国也明确未来新建核电站将采用全球最高安全标准的三代核电技术。2012年,ACP1000三代核电技术研发项目全面启动。

  创新:变不可能为可能

  三代核电技术与二代技术的主要区别是安全性能得以提升。“华龙一号”设计伊始就提出要着眼于“满足全球最高核安全标准”的严苛目标,比如采用“能动”+“非能动”专设安全系统等。

  每一个创新设计要求的提出,都意味着要开展大量的设计工作。一般而言,一种新型核电技术研发成功都需要数年甚至数十年。而“华龙一号”反应堆及一回路系统仅用了3年,就完成了全部研发课题。

  “针对‘华龙一号’的众多设计创新,我们需要开展严格的试验验证。”“华龙一号”副总设计师刘昌文接受《中国科学报》采访时说,“从研究方案到开展设计、采购设备与材料、安装与调试,最后到试验完成,只有两年时间,根据以往经验,这几乎是不可能完成的。”

  怎样把不可能变成可能?除了30多年核电技术积累以外,更值得一提的是从2012年开始,按照“终端指挥过程、终端显示过程”的思路,核动力院试验人员把传统的金字塔形科研管理过程改为倒金字塔形科研管理过程,定名为“课题负责人中心工作制”。

  “通过课题负责人中心制,‘华龙一号’的众多子课题以超乎寻常的速度完成,比如二次侧非能动系统实验研究、堆腔注水冷却系统实验、控制棒驱动线抗震实验等。”核动力院二所所长李朋洲说。

  以非能动应急堆芯冷却系统综合实验研究项目为例,核动力院仅用一年半的时间就完成了装置设计、破土建设、设备安装调试,并完成了全部实验任务。整个项目启动时间晚于国内同行项目两年,而项目完成时,国内同行的实验装置尚未具备投入使用条件。

  整合:打造自己的拳头产品

  “自主核电站设计是复杂的系统工程,涉及几百个系统,上万张图纸,跨专业,接口多,需协调的单位也多。”核动力院院长罗琦接受《中国科学报》采访时说,为减少项目研发过程中受到的部门壁垒,根据项目研发的需要,核动力院设计部门打破原有的垂直多层管理模式,建立由院长直接领导的院级跨所项目部,抽调各领域精兵强将,实行扁平化管理,统筹安排研发设计创新工作,整合调配全院资源。

  这样大大减少了研发过程中受到的不同所、不同科室等行政壁垒和协调时间,使项目管理效率大大提升。作为“华龙一号”蒸汽发生器研发设计专家,核动力院项目总师张富源对此深有体会。

  蒸汽发生器是核电站最为关键的主要设备之一,被称为核电站的“肺”。国内目前已经建成的核电站项目多数为引进国外技术或“翻版”设计。“‘翻版’只能应付当务之急,要让中国核电‘走出去’,就必须设计出具有自主知识产权的蒸汽发生器。”张富源说。

  蒸汽发生器研发中需要完成的各类设计文件、报告多达300余份,需完成的设计图纸多达500余张,设计过程还有反复,加上试验工作、部件研制工作、软件研发,工作量可称海量。为此,核动力院成立了专门的攻关组,举全院之力,开展蒸汽发生器自主设计研发工作。经过两年的艰苦攻关,ZH-65型蒸汽发生器标准设计通过专家审查,并很快由设计图纸变为工程现实。

  这只是“华龙一号”涉及的众多中国高端核电设备制造的代表。据悉,“华龙一号”的装备国产化率可达85%以上,反应堆压力容器、堆内构件等核心装备都已实现国产。

[责任编辑:毕孝斌]

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