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2024年5月27日 星期一
自主三代核电“华龙一号”如何点亮中国制造“万家灯火”?
所属分类:技术前沿
来源:新浪财经
作者:刘丽丽
更新日期:2023-05-25

随着“华龙一号”全球首个示范工程——中核集团福清核电5、6号机组5月5日通过竣工验收,“华龙一号”全球首个示范工程已全面建成。

 
验收组认为,“华龙一号”全球首个示范工程全面建成,标志着我国核电技术水平和综合实力跻身世界第一方阵,形成了一套完整的、自主的三代核电型号能力体系,大幅提升了中国核电的全球竞争力;为华龙一号后续批量化建设项目提供良好借鉴,也为持续优化我国能源结构、推动绿色低碳发展提供了新的解决方案。
 
制造业是立国之本、强国之基。实体经济要靠自己,制造业要靠自己。
 
核电技术门类多、科技含量高、可靠性要求高,产业链覆盖广。“华龙一号”系列核电机组建设全面展开,以工程建设为牵引,推进创新链和产业链深度融合,以市场应用促进技术迭代,促进国产化应用和高端装备制造升级,提升产品性能、降低成本。中国制造也在这个过程中收获了迈向高质量发展的更大红利。
 
“落后产品不卖给你们还能给谁?”
 
2005年前后,对中国自主的核能事业发展来说,有两道关卡难以跨越,其中一项就是核燃料。很长一段时间里,我国高性能压水堆燃料组件严重依赖进口,核心原材料和零部件的供货渠道和定价权由国外控制。多年来,大型商用压水堆的燃料组件在国内生产一直是采用国外进口的技术,虽然实现了生产的本土化和本地化,但技术都是国外的。
 
主要从事核燃料元件设计研究工作的中国核工业集团有限公司核燃料元件领域首席专家、核电燃料设计研发项目总设计师焦拥军回忆起多年前的一幕往事。
 
2008年,在一次核电站燃料组件会议上,一家长期向中国供应核燃料组件原材料的公司公布了一个重要消息:其燃料组件已经采用改进型格架并且实现批量化供货。
 
当焦拥军向该公司项目经理询问向中方供货具体事宜之时,“我们旧格架库存量那么大,产品不卖给你们还能给谁?”外方代表傲慢冷漠的态度深深地印刻他的脑海里。
 
为了突破核燃料“卡脖子”困境,跟上核电出口和应用的需求,2010年,在相关部委支持下,中核集团将“CF系列燃料(压水堆燃料元件设计制造技术)”列为集团首批科技重点专项之一。焦拥军任总设计师。
 
看似“筷笼子”一样的核燃料组件,要集齐许多高精尖技术,还要能融会贯通多学科领域知识。
 
一个冷棒临界问题就花了三年时间才解决。为了探索事故工况下核燃料组件烧毁的安全边界,按照设计,位于中间的3×3的9根热棒应该先达到临界,但是实验过程中,处于外围的16根冷棒却先触发了临界。研发团队经过多轮技术方案的论证,终于找到了破解冷棒临界问题的钥匙,为核燃料自主化之路扫清了障碍。
 
自2010年研发CF核燃料以来,这只是众多难题中的一部分。用于CF3燃料实验的管坯开裂,也曾让研发人员飞赴生产现场,连夜调整工艺。
 
从“小米加步枪”的简陋设施到上千燃料元件的设计方案与实验优化,如今自主CF3燃料组件已逐步应用于核电站中。
 
每吨150万元传热管造价降了一半
 
无独有偶,在“华龙一号”研发攻关的过程中,还有很多类似的故事。比如,“蒸汽发生器”是核电站不可缺少的主设备之一,被称为“核锅炉”。它结构复杂,由近万个零件构成,价格昂贵,每台动辄就近两亿元。
 
在2007年以前,大型核电站的蒸汽发生器的设计技术及知识产权都掌握在美国、法国等少数几家设计公司手中。国内百万千瓦级核电站的蒸汽发生器都是外国公司负责设计的,不但价格昂贵,而且技术转让条款也十分苛刻。
 
中核集团华龙一号蒸汽发生器总设计师张富源和团队一起,在河南南阳建造了利用油田产高温高压蒸汽做热源的国内首个大型、技术先进的汽水分离装置和管子支承板热态性能试验台架,开始了试验。
 
传热管是蒸汽发生器最关键的部件,每台蒸汽发生器有5835根17.48×1.02(mm)规格的因科镍尔合金U形传热管,2012年以前,这种规格的传热管全靠进口,费用高达150万元一吨。
 
张富源和团队用两年时间,研究设计出了能抗高温高压、耐腐蚀、传热性能好的传热管,造价降低了一半。经过5年时间,完成了“ZH—65型蒸汽发生器”自主设计技术攻关任务。
 
核电产业链包括了研发、设计、采购、制造、安装、调试、运行等多个环节,产业链条长,一次性投资金额大,对相当多的产业形成直接和间接的拉动作用。
 
按目前市场情况测算,每台“华龙一号”机组全寿期内在国内创造产值将超过2000亿元人民币,并提供超过15万个就业岗位。
 
示范工程建设也带动了高端装备制造业升级与技术自主创新。“华龙一号”全球首堆示范工程带动了上下游5300多家企业,促进了国家高端重大装备制造业、相关服务行业的发展,对材料、冶金、化工等几十个行业的加工技术和工艺水平具有显著拉动作用。
 
据了解,仅在四川一个省,“华龙一号”首批项目就带动了30余家企业和科研院所参与配套,产业规模超过300亿元,涉及重大装备、数字化仪控等领域。
 
“研究院作为技术核心单位,发挥“小核心、大协作”的作用。比如我们需要一个新的材料、新的装备、新的工艺,会寻找合适的企业,我们出人开展技术支持,去帮助相关单位进行技术攻关;还有就是自主开展试制,邀请相关单位参与;帮助其完善核安全级设备的生产体系,以此逐步推动高端装备制造业的升级。”核动力院产业开发高级经理李海博说。
 
他举了主管道为例,主管道是核电站反应堆冷却剂系统的主要承压设备之一。“最早的管道是铸造工艺,管道容易出现气孔、夹杂等缺陷,无法满足核电站60年设计寿命的要求。于是我们与装备企业联合自主研发一体化锻造工艺,提高了管道的材料性能。”
 
李海博说,主管道设计好后,由装备企业承担制造工作。“在此之前,这家公司不掌握这类型的锻造工艺,但通过‘华龙一号’的研发,不仅促进了企业的产业升级,也保证了核心技术的自主化。”
 
据悉,中国核动力研究设计院还在成都的双流建设了产业园,以研究院牵头,吸引更多下游企业入驻产业园,形成产业聚集,降低生产成本,也提高研发制造效率。
 
一部电视剧《许你万家灯火》的热播,让自主三代核电技术“华龙一号”的前世今生以文艺作品的形式展现在观众面前。这是几代人为中国核工业发展前赴后继、赓续奋斗的故事。“华龙一号”的故事,还在由后来人继续书写。

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