国之重器诞生记:“华龙一号”的前世今生
2021-03-01李春平
特约记者 李春平 /文
首堆全景
前几天,“华龙一号”全球首堆商运的消息刷屏了。其意义非比寻常——我国成为了继美俄法等国家之后真正掌握自主三代核电技术的国家,在三代核电技术领域跻身世界前列。
让我们把视线从聚光灯下移向舞台深处。在我国核电技术发展之路上,“华龙一号”其实是一个积攒了几十年专业修行的“扫地僧”,又是一个凭着不认怂的劲头逆袭成功的“犟小子”。
如果你了解一路的坎坷崎岖,你会更理解“华龙一号”对于这个国家的分量,也会更懂得这一刻的喜悦。“看似寻常最奇崛,成如容易却艰辛。”
其实中国发出的利用核能的第一度电,并不来自人们熟知的秦山核电站,而是来自上世纪60 年代,四川一片山区中的909 基地,中国第一艘核潜艇的陆上模式堆就在这里建起。
1970 年8 月30 日,中国第一个核潜艇陆上模式堆达到满功率,实现了中国首次核能发电。1970年12 月26 日,中国第一艘核潜艇下水。1974 年正式服役。如今,陆上模式堆早已拆除,只留下空荡荡、锈迹斑驳的厂房。2018 年2 月,央视的采访团队探访四川909 基地的节目中,回顾了第一个陆上模式堆的建造历程。曾经亲手参与建造中国第一个核潜艇陆上模式堆的黄士鉴面对镜头淡然地说:“我们干了一件事,当年就是这么默默无闻,现在回过头来又觉得它惊天动地,走过来了,而已。”
909 基地就是如今中国核动力研究设计院的前身。1980 年代末,核动力院自筹资金,开发出美国之外绝无仅有的脉冲堆。
1989 年,国际原子能机构(IAEA)总干事布利克斯在核动力院访问了3 天,当被问及观感时,他脱口而出:“你们在一个如此与世隔绝的地方,做出了令人不可思议的业绩!”1989 年,巴西原子能委员会代表团到访,看到核动力院自己设计建成的高通量工程试验堆,在羡慕和钦佩之余不禁提了一个问题:“你们为什么不自己搞核电?”
其实,早在核工业起步时,国家制定的原子能发展规划中就提出“在有利条件下亦应利用原子能发电”。而在我国第一颗原子弹爆炸成功后,周恩来也曾提到,二机部不应该只是个“爆炸部”,也应该搞和平利用,搞原子能发电。
1970 年,“文革”尚未结束,但很多地方已经恢复生产秩序,电力需求增长。这一年春节前,上海市领导到中央汇报,道出了当时严峻的形势:上海的许多工厂由于缺电轮流停产。
第一代核潜艇陆上模式堆厂房
1970 年2 月初,周恩来听取上海市工作汇报时指出:“从长远来看,要解决上海和华东地区用电问题,要靠核电。”2 月8 日,上海市组织传达了周恩来关于建设核电的指示精神并研究了落实措施,我国第一座核电站工程由此得名——“728”工程。这一工程成为我国发展自主核电的道路上的开山之作。
我国核电发展是从增加电力供应的需求角度开始的,在作为主导者的电力供应部门看来,“728工程”的30 万千瓦容量太小。1977 年,中法两国政府达成协议,由法国提供贷款与中国进行经济技术合作,其中包括一座核电站。电力部和一机部主张下马“728 工程”,转而引进法国90 万千瓦的核电站;而二机部(后来的核工业部)则主张工程继续干下去。
当时“728 工程”忽上忽下的消息令科研人员揪心,蒸汽发生器的设计负责人刘家钰给自己定下一条原则:“只要没看见宣布工程下马的中央正式文件,就没有权力放下手中的计算尺。”
20 世纪70 年代末的经济调整迫使拟购买法国技术的苏南核电站下马,但广东与香港合资的核电站项目(大亚湾)因另辟融资渠道而在1982 年获得批准,并被纳入水电部的主管之下。在那个渴望外资和技术的年代,大亚湾核电站因成为最大的合资项目而得到国家支持。幸运的是,通过自己建造核电站以掌握技术、培养人才的方向与决策也没有被放弃,由二机部主管的“728 工程”被保留下来,确定为采用压水堆,工程定点浙江海盐县的秦山,正式命名为秦山核电厂。
秦山脚下彼时是一片海涂,满目荒凉。夏天如蒸笼一般闷热,蚊叮虫咬厉害,冬天寒风吹透,办公用的蘸水笔冻在墨水瓶里。晴天一身灰,雨天一身泥。设计人员的条件同样恶劣。曾在北京航空学院教书的李慧珠,承担了编制与整个工程设计配套的物理设计程序的任务,她到上海不久后生下了孩子,十来平方米的小屋住着三代老小。空间太小书倒不少,买来的青菜只好搁在一叠叠书本间。长期劳累加上营养不良,李慧珠不幸于1983年病逝,没能看到自己参与设计的核电站建成的那一天。
1991 年12 月15 日,秦 山 一期成功并网发电,在主控室的欢呼沸腾中,中国大陆核电实现了从无到有、从零到一的突破。
秦山核电站的全部技术图纸横向垒起来,长度足有1 公里,每一张都属于中国人自己的设计和绘制。
2021 年秦山一期将迎来安全稳定运行30 周年,而“华龙一号”全球首堆也刚刚完成了商运。
秦山二期核电厂
30 年历史跨度间,是中国核电技术从相对落后到世界先进的不屈命途。
在秦山一期并网的喜悦气氛中,让我们把时间之盘往回拨转一些。1983 年,国家计委、国家科委在北京回龙观召开了“核能发展技术政策论证会”,会议确定了我国核电技术发展的方向,核电堆型主要采用压水堆,主要发展单机百万千瓦级机组,在压水堆堆型中允许多种机型并存。明确了通过技贸结合、合作生产与国内科研相结合,掌握引进先进技术的方针。
1986年,国务院决定把核电站全部交给核工业部主管,大亚湾的主管部门也由水电部改为核工业部;同时在秦山扩建两台60 万千瓦压水堆机组,因为当时中国具备了制造60 万千瓦发电设备(常规岛设备)的能力,把核电机组改为60万千瓦可以提高整个项目的国产化水平。
尽管有了一定的技术基础,秦山二期却并非一帆风顺,而是遇到相当于“当时国内所有核电站遇到困难的总和”。
如果说秦山一期30 万千瓦级核电工程解决了中国大陆无核电的问题,那么秦山二期60 万千瓦级核电工程则实现了中国自主建设大型商用核电站的重大跨越。秦山二期工程电站总体性能达到20 世纪90 年代国际同类核电站的先进水平,而每千瓦造价远低于国内外同期建造核电站的造价。
与此同时,既是着眼于增加发电能力的眼前需要,又考虑到大国外交的合作需要,我国在“九五”期间相继购买了俄罗斯的压水堆、加拿大的重水堆等。抛开经济账,多国技术的进入令尚处于成长阶段的核电工业体系在标准、安全审批、设备制造、人才培养、运营、管理、维修等方面承受了高负荷。两轮引进之后,我国核电以“万国牌”面孔进入了21 世纪。
新世纪之初,随着中国经济高速发展,沿海用电量骤增,核电迎来发展的春天——党的十六届五中全会提出“积极发展核电”的方针。酝酿新一轮核电发展时,一些人提出了全盘引进的建议方案,设想的是“采用先进技术,统一技术路线”,直接引进国外最先进的第三代核电站技术,走“一步跨越”的新路。
2004 年3 月22 日,当时分管核电的曾培炎副总理主持召开国务院关于核电发展问题的办公会议,会议明确了核电招标的目标是第三代核电技术,还给出了引进与购买相结合的招标条件。
2007 年7 月24 日,为了引进第三代技术而成立的国家核电技术公司与西屋联合体在北京人民大会堂签署了技术引进协议,全球首台AP1000 机组落户三门。同年5 月,上海核工程研究设计院(即728 院)整建制从中核集团划转至国家核电技术公司。
三门核电一期工程1 号机组和2 号机组在2009 年内先后开工,与后续开工的海阳1、2 号机组一起构成我国核电自主化依托项目。这也成为中美两国最大的能源合作项目。
AP1000 采用“非能动”安全技术,简化系统,模块化的设计和建造,技术上确有革新性。在较高的起点上进行自主创新,这一设想听起来也很诱人。
然而,“所有命运馈赠的礼物,早已在暗中标好了价格”。花高昂代价买来的AP1000,建设并不顺利。由于设计变更、设备延误等难题,持续拖期。原计划2013 年建成,但直至2018 年,三门核电1号、2 号机组才先后具备商运条件。这还是在中国强大的核电建设能力下才取得的突破。要知道在2017年,美国首个AP1000 项目(V.C Summer 项目)已宣告停止建设。
核电是战略高技术,通过“以市场换技术”的引进方式,无法改变我国没有自主百万千瓦级压水堆核电技术的状况。而且引进技术只能在中国国内用,不能走出国门。对此,中国核工业人心里是憋着一股劲。在自主设计建造的秦山一期、二期建成后,核工业人并没有放弃研发自己的百万千瓦级压水堆核电核电技术。
完成自主研发设计60 万千瓦的秦山二期核电厂后,核动力院启动了自主百万千瓦核电技术的研发攻关项目。
1996 年底,在一处偏僻的工号楼里,时任副院长张森如带领核动力院集全院设计精英,围绕自主核电技术“闭关”思索:“我们要提出原创的概念,这个概念必须是中国创造!”
与世界通用的157 堆芯设计不同,科研人员1997 年提出了177堆芯的方案,这就是“华龙一号”诞生的源头和核心技术的基础。不过当时还叫做CNP1000。
1999 年,中核集团全面启动CNP1000概念设计,2005 年CNP1000 初步设计完成。之后进一步确定了22 项重大技术改进,并将型号名称由CNP1000 变更为CP1000,中国核电工程有限公司的邢继担任项目总师。团队振奋精神,瞄准2011 年开工建设核电厂的目标,进行方案设计优化。
2009 年底,CP1000 示范工程福清核电5、6 号机组的初步设计完成。2011 年2 月28 日~3 月1 日,是CP1000 项目落地前的最后一次例行审查会。会上,CP1000 再次获得专家们高度肯定,终于可以开工建设了。核动力院CP1000 项目总师刘昌文还去了福清核电项目现场,眼看着10 多台推土机已经抵达现场,轰隆隆地开始挖土了。他非常激动——中国自主的百万千万级核电技术就要在这里变为现实,设计人员10 多年的成果终于要从蓝图变为现实了!
但万万没想到,仅三天之后,发生在日本福岛的核事故将他们的梦想击得粉碎。“所有的困难都解决了,CP1000 马上就要开工了,而福岛事故却给工程按下了暂停键。”邢继说。
刘昌文回忆时眼睛湿润了。他说,当时身边很多技术人员都很失落和彷徨,CP1000 就像自己的孩子,怀胎十月,眼看就要降生了,却最终夭折。在一次内部讨论会上,技术人员谈到激动处,许多人都流下了眼泪——搞中国自主的核电技术为何就这么难?
“暂停键”并不意味着停止,而是对核电技术提出了更高的标准和要求。
福清核电5 号机组装料工作现场
党旗飘扬
作为总设计师,邢继带领团队对标国际最先进的三代核电技术,提出了能动与非能动相结合、双层安全壳等一系列革新理念,加快完成从顶层方案、总体设计、初步设计,到相关重要试验验证等型号研发工作。2013 年4 月,中核集团研发出完全符合国际最高安全标准的ACP1000 自主化三代压水堆先进机型,并向国家核安全局呈交了初步安全分析报告。
同时,中广核集团推出了ACPR1000+技术路线。最后,两者“融合”形成具有完整自主知识产权的第三代核电品牌——“华龙一号”。当时有的要求是,“华龙一号”如要“落地”,其设计的安全标准不能低于AP1000。
在硬碰硬的技术较量中,“华龙一号”用实力证明了自己。2014年,国际原子能机构针对“华龙一号”前身——ACP1000 的通用反应堆设计审查(GRSR)的结论出炉。专家认为,“ACP1000 在设计安全方面是成熟可靠的,满足IAEA 关于先进核电技术最新设计安全要求;其在成熟技术和详细的试验验证基础上进行的创新设计是成熟可靠的”。
2014 年11 月3 日,国家能源局复函同意福清核电厂5、6 号机组工程调整为“华龙一号”技术方案。我国核电工业经过30 年对国外技术的引进、消化吸收和创新后,经历了一系列坎坷与挫折后,自主品牌“华龙一号”终于获得了认可,变成了工程项目实际开始推动。
技术研发难,工程建设亦难。2015 年开工以来,华龙建设者们将无尽的精力与智慧倾注于这一国之重器。以“华龙一号”的蒸汽发生器自主研发为例,当时除了经费不足,还面临没有试验装置的困难。核动力院技术人员到全国各地调研,在河南南阳石油开采油田建造了满足要求的试验台架,开始了ZH-65 型蒸汽发生器的设计验证试验。时值冬天,河南下着大雪,科研团队就租了一个集装箱当宿舍,住在油田试验装置旁边以便进行试验。自主核电的核心关键设备不受制于人,就是这样一步步干出来的。
以30 余年来中国在核电科研、设计、制造、建设和运行上的经验积累为基座,“华龙一号”这颗明珠终于大放异彩,打破了全球三代核电“首堆必拖”的魔咒。
“华龙一号”关键设备之一——蒸汽发生器
“华龙一号”的成功是一个奇迹。如果AP1000 没有拖期,如果福岛核事故没有发生,如果……非常多的如果都可能左右中国自主三代核电发展进程。“华龙一号”的诞生也是一个必然。我国核电发展从无到有、从小到大、从弱到强,形成了10 万、30 万、60 万到百万千瓦级压水堆核电厂的自主设计和批量规模建设能力。研制出中国的第三代压水堆品牌,只是时间早晚问题。
引进国外现有产品开始国产化的发展方式不是核电独有的,汽车、飞机等行业都是如此,如今新能源汽车巨鳄特斯拉来华办厂也是如此。过往已经充分说明,一味靠别人是靠不住的,最终还是“以我为主、中外合作”。
福清核电全景
核电具有清洁、低碳、稳定、高效和经济的特点,在2030 年“碳达峰”和2060 年“碳中和”目标下,愈发成为我国电力基荷电源的最佳选择。但它所代表的还不仅仅是电,更是和平时期保持和拥有强大核科技工业体系、增强核实力的重要途径。
对关键核心技术的研发攻关,已故的中国工程院院士、核物理学家阮可强的一句话今天听来仍然振聋发聩:“要实现核电强国的目标,必须将科研力量整合起来向一个方向使劲。”
“华龙一号”总设计师邢继说,其研发自始至终目标明确,那就是实现中国几代核电人都没有实现的核电强国梦:要走入国际视野,成为国际核电市场认可的中国品牌。
央视探访四川909 基地时曾了解到一件趣事:数年前,年轻一代工程师们拆除核潜艇陆上模式堆的屏蔽墙的时候,在铅块底下发现了一句字迹模糊的话:“孩子们,辛苦了。”不知道是哪位前辈写的。
“辛苦了”是指拆除当时他们安装得很牢固的设备?还是更普遍意义上对后辈的嘱托?也许都是。从当年陆上模式堆以核动力发出第一度电,到我国自主研发的三代核电“华龙一号”全球首堆发电,没有一蹴而就的成功。强核报国路上接力奋斗的人,辛苦了。
“华龙一号”不是终点,而是中国自主科技品牌崛起的一个里程碑。
回溯来时路,是为了更好地踏上前方征途。