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      瞭望智庫:美、法、俄在前!這個大國必爭之地,中國人憑什么能打破“魔咒”?

      發布時間:2022-06-02 信息來源:

        https://mp.weixin.qq.com/s/nz3kbKBXbaNtUQzLKatJGw

        福建省福清市,地處中國東海之濱。

        古書有載:“山自永福里,水自清源里?!庇凇坝栏!薄扒逶础敝懈魅∫蛔?,便是“福清”二字的來歷。短短數語,一座山海相諧、翹楚閩中的城市圖景已躍然而出。

        如今,一項超級工程正赫然立于這座山海之城。

        

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        2015年5月,福建福清核電5號機組核島在此澆灌第一罐混凝土,“華龍一號”首堆示范工程正式開工建設。到今天,福清核電5號機組和6號機組正式投運,標志著中國成為繼美國、法國、俄羅斯之后,又一個具有完全自主知識產權三代核電技術的國家。我國核電技術水平和綜合實力躋身世界第一方陣。

        對此,瞭望智庫專訪了中核工程“華龍一號”綜合系統總師魏峰,重溫中國核工業的創業史,也聊一聊“華龍一號”建造過程中那些不為人知的精彩故事。

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        開業之石見證“從零到一”

        在核工業北京地質研究院,保存著一塊意義非凡的鈾礦石。

        

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        1954年,這塊鈾礦石在廣西壯族自治區被發現。1955年1月,它被帶往北京,出現在中共中央書記處專門研究我國發展原子能事業的擴大會議上。當聽到用于測量放射性的蓋革計數器靠近該礦石發出“嘎嘎”的響聲時,與會的中央領導人均感到十分振奮。

        這是新中國第一塊鈾礦石,也是中國核工業的“開業之石”。它的出現,奏響了中國核工業發展的壯麗序章。

        “我們要發展原子能,這是決定命運的事?!痹诋斕斓臅h上,毛澤東主席作出了建立和發展我國原子能事業的戰略決策。

           此后十余年間,面對物資嚴重匱乏、科研條件簡陋、生活環境惡劣等一系列現實困難,經歷過蘇聯毀約停援和三年困難時期的巨大難關,中國第一代核工業人隱姓埋名,以身許國,終于以核之能量撐起了中華民族的脊梁:

        1964年10月,第一顆原子彈爆炸成功;

        1967年6月,第一顆氫彈爆炸成功;

        1970年12月,第一艘核潛艇順利下水。

        鄧小平曾這樣評價:“如果六十年代以來中國沒有原子彈、氫彈……中國就不能叫有重要影響的大國,就沒有現在這樣的國際地位?!?/p>

        “兩彈一艇”的誕生,確立了我國核大國地位。此后的中國核工業則在國家經濟建設的目標指引下,再一次啟程“創業”。

        從上世紀70年代開始,華東地區電力短缺問題愈加嚴重。1970年春節前,上海市領導到中央匯報,道出了當時嚴峻的形勢:上海的許多工廠由于缺電已經輪流停產。周恩來聽取匯報后隨即指出:“從長遠來看,要解決上海和華東地區用電問題,要靠核電?!?/p>

        同年,周恩來總理和當時二機部(中核集團的前身)的負責人說:不能只搞核爆炸,也要搞核電站。

        魏峰介紹說,中國核工業這條“軍轉民”的道路并不平順。直到改革開放之初,國內對于核電技術發展路線仍存在分歧:是自主研發、全面引進,還是先合作生產、再逐步消化?當時各部門對這一問題持不同意見。

        直到1991年12月15日0點15分,在浙江省海鹽縣秦山鎮雙龍崗,我國自主設計、建造和運營管理的秦山一期30萬千瓦級核電站并網發電。在主控室的歡呼沸騰中,中國大陸核電終于實現了從零到一的突破,我國成為繼美、英、法、俄等國之后,世界上第七個能自行設計、建造核電站的國家。

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        “看不到自主創新的出路才痛苦”

        當中國民用核電終于邁出第一步的時候,海外的核電技術水平卻已經遙遙領先,開始向中國輸出先進技術和設備。

        1987年開工建設的大亞灣核電站引進法國的M310堆型;秦山三期采用加拿大CANDU-6堆型;連云港的田灣核電站選用了俄羅斯的AES-91堆型。進入21世紀,美國西屋公司的AP1000堆型又在第三代核電技術中脫穎而出,全球核電機組進入百萬千瓦級競爭。

        什么時候才能建造一座完全由中國自主設計和管理運營的百萬千瓦級別的核電站?

        在魏峰看來,和很多產業領域一樣,早期的中國民用核電既缺少成熟技術,也沒有大量人才支撐,依靠海外技術引進是不得已之舉。但是和他一樣奮戰在中國核電事業一線的人,很早就知道,核心技術哪里是能輕易買來的?就算技術能買來,人才呢?建造經驗呢?

        “在‘華龍一號’的前期研發過程中,我們也想過中外合作的方式,但問題是,這樣我們就不具有完全自主知識產權,也不能實現出口?!蔽悍逭f,“當話語權掌握在別人手里,就意味著人家想給技術就給,不想給就不給;想給的時候要出一個天價,自己明明知道不值,但不買又不行,那種壓抑的感覺太憋屈了?!?/p>

        

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        采訪中,魏峰告訴我們,“為華龍拼命一點都不苦,但是如果看不到核電自主創新的出路,才是真的痛苦”。

        自主研發還不僅是為“爭口氣”。

        以核電站所最常見的部件——閥門為例?!叭A龍一號”用到的閥門高達1.8萬臺。但“華龍一號”作為首堆工程,大幅應用新技術、新設備和新材料,哪怕是對一個小小的閥門,都可能會提出新的設計要求?,F有國外成熟的閥門無法滿足新工況,想要在短時間內設計制造出能完全符合“華龍一號”性能要求的高端閥門部件,必須靠自己。

        正因如此,“華龍一號”示范工程從一開始就堅定了要走自主創新的道路。

        這些年,中核人埋頭苦干,終于等來了揚眉吐氣的時刻。在對話過程中,我們了解到,“華龍一號”在設計、設備、燃料、建造、運行維護領域,均具有完全自主知識產權。

        通過設計單位與國內制造企業的聯合研發,包括反應堆壓力容器、蒸汽發生器、堆內構件、控制棒驅動機構、先進堆芯測量系統、非能動系統設備等411臺核心裝備實現自主化和國產化,首堆工程設備國產化率達到88%,確保了“華龍一號”出口自主可控,同時帶動產業鏈上高端裝備制造業和集群轉型升級。

        

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        福島事故催生“華龍一號”方案

        很少有人知道,“華龍一號”的誕生與海外一次核事故緊密相關。

        2011年3月11日,當地時間14時46分,日本遭遇了里氏9.0級大地震,46分鐘后,影響全球核電發展進程的一幕發生了。

        地震引發的海嘯攜卷起高達14米的海浪,直抵日本東北海岸——福島第一核電站正位于此。核電站的物理防御設施瞬時失守,海水直接涌入核電機組,所有供電系統頃刻失靈。

        接下來,全球核電從業者看到了最不愿目睹的災難畫面:核電站斷電斷水導致堆芯升溫熔毀,鋯金屬包殼在高溫下與水作用產生大量氫氣。接下來的五天內,福島第一核電站1、3、4號機組燃料廠房先后發生氫氣爆炸,大量放射性物質開始向周邊泄漏。

        

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        福島事件,影響深遠。

        在福島第一核電站遭遇滅頂之災的非常時刻,國家立即決定對我國核電站進行全面的安全檢查,同時審查在建核電站,并暫停審批新上核電項目。這個時候,中核準備多年的、具有三代核電技術特征的CP1000項目正準備在福清開工,不得不宣布叫停。

        在海外,反核電的聲音愈演愈烈,有些國家甚至直接宣布放棄核電路線。這讓處在極度焦灼和失落中的中國核電人更加迷茫:未來,核電還要不要發展?該怎么發展?

        所幸,中國發展核電的大方向沒有變。同時,國家核安全局在下達的《福島核事故后核電廠改進行動通用技術要求》中對核電設施提出了更高安全標準。

        有了定心丸的中核人重整旗鼓,誓要建造出“安全標準最高的核電站”,這才有了后來“華龍一號”的設計方案。

        從2011年CP1000項目被叫停,到2015年“華龍一號”示范工程在福清開工,這四年時間,中核人經歷了從“望盡天涯路”到“衣帶漸寬終不悔”的心路歷程,其中辛苦和百轉千回,只有項目親歷者才能體會。

        “福島事件發生后,我國提高了所有在役和在建核電設施的安全標準。從2011年到2014年‘華龍一號’正式落地前,我們的工作就是在原有核電技術基礎上,充分汲取日本福島核事故的經驗教訓,進行全方位的優化。這幾年也是我們團隊很辛苦的時期?!蔽悍逭f。

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        核電站的“金鐘罩鐵布衫”

        在安全方面,“華龍一號”下足了功夫。據魏峰介紹,“華龍一號”共有三道實體屏障和兩套安全系統,層層防御,相當于給核電站裝上了“金鐘罩鐵布衫”,對內能夠在極端情況下避免放射性物質外泄,對外可以抵御大型飛機撞擊、9級地震和嚴重的海嘯、臺風等自然侵襲。

        三道屏障,最里層的是鈾235芯塊的金屬殼,金屬管不破損,放射性物質就不會被泄漏;第二層是反應堆一回路承壓邊界,能承受高溫高壓,是包容放射性物質的第二道屏障;第三道屏障是反應堆廠房的雙層安全殼。內殼防止內部放射性物質泄漏;外殼1.8米厚,用來抵御外部突發事件的破壞力,包括大飛機撞擊、龍卷風、臺風等。內殼和外殼之間形成負壓,保證“內殼有損、外殼無事;外殼受損、內殼無恙”。

        兩套安全系統是指“能動和非能動相結合的安全系統”。所謂能動系統,就是傳統的、需要依靠電力實現的安全保障。而福島第一核電站就是在極端條件下失去電力,最終導致了整個安全系統的癱瘓?!叭A龍一號”所新設計的非能動系統,就是要在停電的情況下,依然可以利用重力、溫差、密度差這樣的自然驅動力來保障傳熱、冷卻等安全系統照常啟動。

        

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        魏峰介紹,目前全球對于三代核電設施的最高安全標準有兩組數據:一是堆芯的損壞概率是10的-5次方;二是一旦堆芯損壞以后,大量放射性物質外泄的概率是10的-6次方?!叭A龍一號”在這兩組標準的基礎上又提升了一個安全數量級,分別達到了10的-6次方和-7次方,也就是百萬分之一和千萬分之一的概率。

        海外的一次核電事故,深刻改變了中國核電安全標準和技術進步軌跡。

        與此同時,核電人都知道,構建起一座核電站的實體安全屏障不易,而拆除民眾認知中的那道無形屏障同樣任重道遠。

        從切爾諾貝利事故到福島核事故,一次次慘痛的教訓也讓核工業發展卷入了人們“談核色變”的輿論旋渦。

        對此,魏峰表示,其實生活中的輻射無處不在:正常人體暴露在大氣中,會受到來自宇宙射線的輻射;過安檢、在醫院做X光,都會有一定輻射,但這些輻射都是有嚴格國家標準的。那么核電站所產生的輻射有多大呢?

        “在核電站工作一年的人,他所受到的輻射劑量相當于去醫院照一次X光片的水平?!蔽悍逭f。

        盡管已經達到并超越全球最高安全標準,魏峰依然反復強調一句話:“安全無止境?!蔽磥淼闹袊穗?,還會實現四代、五代的商業落地,在持續提升安全標準的路上繼續前行。

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        “68.7個月完工”創紀錄

        除了安全標準,“華龍一號”還刷新了一項世界紀錄。

        2015年5月7日,“華龍一號”全球首堆在福清開工建設。

        此后,“華龍一號”的建設日程表排得滿滿當當:核島內部結構開始施工、穹頂整體吊裝成功、首臺蒸汽發生器吊裝就位、壓力容器吊裝就位、穩壓器吊裝就位、主控室可用、首爐裝料完成......2021年1月30日,中核集團福建福清核電5號機組投入商業運行。

        從開工到運行,總共歷時68.7個月。

        據介紹,“華龍一號”工程當初定下的工期為72個月,實際相當于提前了3個多月完工。由此,“華龍一號”也打破了全球核電項目“首堆必拖”的魔咒,創造了三代核電首堆工程建設完工的全球最佳速度。

        為什么“首堆必拖”?

        所謂“首堆”,是指采用全新核電技術建造的第一臺核電機組。首堆建造過程中涉及到大量新設計、新工藝、新設備,需要在施工過程中不斷對設備和原有設計進行調試優化。從美國、法國等海外建設三代核電首堆的經驗來看,拖期4-5年幾乎是常態。

        更何況,超級工程本來就意味著“大陣仗”。以“華龍一號”為例,建造全程共涉及7萬多臺(套)設備、165公里管道、2200公里電纜、上千人的研發設計團隊、5300多家設備供貨廠家,前后近20萬人參與項目建設。如此規模排場,牽一發動全身,管理難度極大。

        在見證“華龍一號”誕生的2000多個日子里,小到采購一顆螺絲釘,大到直徑46.8米的穹頂一次吊裝,作為綜合系統總師的魏峰幾乎親歷了超級工程建造過程的所有震撼與瑣碎、成就與焦心。

        “‘華龍一號’工程涉及超過100個專業領域,每個領域都有系統總師,而綜合系統總師的職責就是要在各專業之間進行溝通和協調,把控整個工程進度?!?/p>

        而首堆意味著所有階段都存在不確定因素,一旦不確定因素出現,整個團隊怎么解決和彌補,非??简灱夹g手段和管理方法。

        

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        魏峰回憶說,“華龍一號”也經歷過一次難忘的“拖期”。

        當時,作為核電站“心臟”的主泵,由1300多個部件構成,是“華龍一號”最重要的管理項目之一,協調組裝難度相當大。但由于原材料采購和部件加工環節的意外情況,進度已經拖延5個多月。怎么搶出這5個月的工期,成為棘手問題。

        “主泵當時還在哈爾濱,我們的人員在北京、福清和哈爾濱三地之間一次次奔波溝通,要求所有設計人員、采購人員、運輸人員、建造現場的管理人員都要即時做出調整。安裝次序要變、制造周期要改、運輸速度要快......一定要把工期搶回來?!弊罱K,5個月的工期如愿追回。

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        “刀鋒對接”驚心動魄

        魏峰和團隊成員所直面的挑戰還不止于按期交工。

        穹頂吊裝,是另一個驚心動魄的場景。

        穹頂吊裝是核電工程建設的重要節點,也是難度最高的環節之一?!叭A龍一號”的穹頂為直徑46.8米的半球體,高23.4米,穹頂及配套繩索總重超過500噸,如此龐然大物要整體吊裝至45米高的核反應堆堆頂上,難度可想而知。

        更驚險的是,穹頂內部鋼襯厚度僅為6毫米,要精準落在核島頂部最窄處——只有10毫米寬的導向槽中。因此,這次吊裝又被施工團隊稱之為“刀鋒對接”。

        

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        魏峰介紹,在吊裝對接現場,穹頂周圍每隔三米就有一名安裝工人,大家站成一圈,確保整個安裝過程要精確到毫米級單位。而且吊裝現場對風力的要求是不能超過每秒10米。好在天公作美,大家經過了七八個小時的努力,確認每個點位都已經精確卡準后再進行焊接。

        “當時大家都捏了一把汗,心里其實一直揪著??吹揭淮纬晒?,現場才響起掌聲?!蔽悍逭f。

        天時、地利、人和。作為綜合系統總師,魏峰深知這三要素是一座超級工程順利完工的必備條件。

        正因如此,在“華龍一號”十大創新成果中,除了“177堆芯”“能動加非能動安全設計”等創新“硬實力”,還包括工程總承包項目管理體系、數字核電建設的應用、創新的施工安裝技術等建造“軟實力”。

        從更深層次來說,魏峰認為,“華龍一號”成功落地的背后,其實是一國綜合實力的強有力證明。

        “‘華龍一號’背后有5300多家設備廠商供貨,共同承擔了7萬多臺套設備的制造任務。通過給‘華龍一號’提供高端設備,很多企業的制造能力得到了進一步提升。反過來,也正是有這樣強大的國家工業體系,才能支撐起‘華龍一號’這項大工程?!?/p>

        可以說,沒有強國在后,就沒有中國核電的今天。

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        兩次承諾,均與核有關

        1964年10月16日,中國第一顆原子彈爆炸成功。隨即,中國政府發表聲明,鄭重宣布:中國在任何時候、任何情況下,都不會首先使用核武器。

        一諾千金。

        如果說我國核工業的起點,是維護國家獨立、主權和領土完整的決心;那么在和平年代,特別是改革開放的洪流大潮之中,讓核工業走上“保軍轉民”的道路,滿足居民和工業用電剛需,則是發展核電的初心使命。

        時至今日,全球形勢風云變幻,國家面貌日新月異。在新時代,核工業又一次走到了重新審視自己職責使命的關鍵路口。

        2020年,在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上,中國向世界做出了“二氧化碳排放量力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現碳中和”的國際承諾?!半p碳”目標的提出,體現了我國承擔世界氣候變化責任的大國擔當。

        “十四五”規劃和2035年遠景目標綱要指出,“十四五”期間,我國非化石能源占能源消費總量比重提高到20%左右。這給國內能源轉型的發出了動員令。

        相隔56年的兩次莊嚴承諾,均與核能有關。

        眾所周知,核能的能量密度極高,釋放能量的過程中沒有二氧化碳的產生,是名副其實的低碳能源。一公斤的鈾235裂變以后產生的能量,相當于2700噸標準煤充分燃燒以后所釋放的能量??梢哉f,核能作為穩定可靠的清潔低碳能源是我國能源向清潔化、低碳化轉型的重要選項。

        據魏峰介紹,”華龍一號“核電機組裝機容量為116.1萬千瓦,單臺機組每年發電近100億度,能夠滿足大約100萬人口的年度生產和生活用電需求,相當于每年減少標準煤消耗312萬噸、減少二氧化碳排放816萬噸,等同于植樹造林7000多萬棵,減排降碳成效顯著。

        不僅如此,核電還有運行穩定、換料周期長的優勢。以“華龍一號”為例,在發電方面,核燃料裝爐后可以連續發電,一年半之內不需要更換或者補充新的燃料,能效與穩定性極佳。

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        “國家名片”實現出口

        機組設計壽命60年,反應堆采用177堆芯設計,堆芯設計換料周期18個月,滿足全球最高安全標準......這些特質讓“華龍一號”成為當前核電市場上接受度最高的三代核電機型之一,也是我國核電走向世界的“國家名片”。

        2022年4月18日,“華龍一號”全球第四臺、海外第二臺機組——巴基斯坦卡拉奇3號機組投入商業運行。至此,“華龍一號”福建福清5、6號機組,巴基斯坦卡拉奇2、3號機組均已全面建成投產。

        

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        其中,位于巴基斯坦卡拉奇的2、3號機組,每臺機組包括6萬余臺套設備,直接帶動裝備出口超過120億元人民幣,項目全壽期可持續帶動我國核燃料、核電站建設、運維、退役全產業鏈“走出去”,直接創造經濟收入將超過1000億元人民幣。

        時代與人相互成就,產業與國家之間也是如此。在“華龍一號”成功落地的背后,是全產業鏈上5300余家企業的共同支撐,是上萬名來自各行各業人們的齊心合力,是幾代核電人用決心、經驗乃至彷徨、困惑所壘筑的地基。

        回首半個多世紀前,中國第一代核工業人渡過險灘,見過坎坷,終于撐起民族脊梁。如今,東海之濱景色依舊,國之重器儼然佇立,這是中國核電人交給國家的答卷。

        從無到有,從弱到強,從買到賣,幾十年風云變幻、如歌如梭,見證著中國核電終于實現了歷史的轉身。強核報國,這是核電人的信念,也是我們共同的期盼。

        文 | 云賀 瞭望智庫研究員

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