美、法、俄在前!这个大国必争之地,中国人凭什么能打破“魔咒”?

作者:库叔说

本文转载自:瞭望智库(ID:zhczyj)

文 | 云贺 瞭望智库研究员

福建省福清市,地处中国东海之滨。

古书有载:“山自永福里,水自清源里。”于“永福”“清源”中各取一字,便是“福清”二字的来历。短短数语,一座山海相谐、翘楚闽中的城市图景已跃然而出。

如今,一项超级工程正赫然立于这座山海之城。

美、法、俄在前!这个大国必争之地,中国人凭什么能打破“魔咒”?

图/福建福清

2015年5月,福建福清核电5号机组核岛在此浇灌第一罐混凝土,“华龙一号”首堆示范工程正式开工建设。到今天,福清核电5号机组和6号机组正式投运,标志着中国成为继美国、法国、俄罗斯之后,又一个具有完全自主知识产权三代核电技术的国家。我国核电技术水平和综合实力跻身世界第一方阵。

对此,瞭望智库专访了中核工程“华龙一号”综合系统总师魏峰,重温中国核工业的创业史,也聊一聊“华龙一号”建造过程中那些不为人知的精彩故事。

文 | 云贺 瞭望智库研究员
 
1
开业之石见证“从零到一”

在核工业北京地质研究院,保存着一块意义非凡的铀矿石。

美、法、俄在前!这个大国必争之地,中国人凭什么能打破“魔咒”?

1954年,这块铀矿石在广西壮族自治区被发现。1955年1月,它被带往北京,出现在中共中央书记处专门研究我国发展原子能事业的扩大会议上。当听到用于测量放射性的盖革计数器靠近该矿石发出“嘎嘎”的响声时,与会的中央领导人均感到十分振奋。

这是新中国第一块铀矿石,也是中国核工业的“开业之石”。它的出现,奏响了中国核工业发展的壮丽序章。

“我们要发展原子能,这是决定命运的事。”在当天的会议上,毛泽东主席作出了建立和发展我国原子能事业的战略决策。

此后十余年间,面对物资严重匮乏、科研条件简陋、生活环境恶劣等一系列现实困难,经历过苏联毁约停援和三年困难时期的巨大难关,中国第一代核工业人隐姓埋名,以身许国,终于以核之能量撑起了中华民族的脊梁:

1964年10月,第一颗原子弹爆炸成功;

1967年6月,第一颗氢弹爆炸成功;

1970年12月,第一艘核潜艇顺利下水。

邓小平曾这样评价:“如果六十年代以来中国没有原子弹、氢弹……中国就不能叫有重要影响的大国,就没有现在这样的国际地位。”

“两弹一艇”的诞生,确立了我国核大国地位。此后的中国核工业则在国家经济建设的目标指引下,再一次启程“创业”。

从上世纪70年代开始,华东地区电力短缺问题愈加严重。1970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已经轮流停产。周恩来听取汇报后随即指出:“从长远来看,要解决上海和华东地区用电问题,要靠核电。”

同年,周恩来总理和当时二机部(中核集团的前身)的负责人说:不能只搞核爆炸,也要搞核电站。

魏峰介绍说,中国核工业这条“军转民”的道路并不平顺。直到改革开放之初,国内对于核电技术发展路线仍存在分歧:是自主研发、全面引进,还是先合作生产、再逐步消化?当时各部门对这一问题持不同意见。

直到1991年12月15日0点15分,在浙江省海盐县秦山镇双龙岗,我国自主设计、建造和运营管理的秦山一期30万千瓦级核电站并网发电。在主控室的欢呼沸腾中,中国大陆核电终于实现了从零到一的突破,我国成为继美、英、法、俄等国之后,世界上第七个能自行设计、建造核电站的国家。

2
看不到自主创新的出路才痛苦

当中国民用核电终于迈出第一步的时候,海外的核电技术水平却已经遥遥领先,开始向中国输出先进技术和设备。

1987年开工建设的大亚湾核电站引进法国的M310堆型;秦山三期采用加拿大CANDU-6堆型;连云港的田湾核电站选用了俄罗斯的AES-91堆型。进入21世纪,美国西屋公司的AP1000堆型又在第三代核电技术中脱颖而出,全球核电机组进入百万千瓦级竞争。

什么时候才能建造一座完全由中国自主设计和管理运营的百万千瓦级别的核电站?

在魏峰看来,和很多产业领域一样,早期的中国民用核电既缺少成熟技术,也没有大量人才支撑,依靠海外技术引进是不得已之举。但是和他一样奋战在中国核电事业一线的人,很早就知道,核心技术哪里是能轻易买来的?就算技术能买来,人才呢?建造经验呢?

“在‘华龙一号’的前期研发过程中,我们也想过中外合作的方式,但问题是,这样我们就不具有完全自主知识产权,也不能实现出口。”魏峰说,“当话语权掌握在别人手里,就意味着人家想给技术就给,不想给就不给;想给的时候要出一个天价,自己明明知道不值,但不买又不行,那种压抑的感觉太憋屈了。”

美、法、俄在前!这个大国必争之地,中国人凭什么能打破“魔咒”?图/位于福建福清的“华龙一号”机组

采访中,魏峰告诉我们,“为华龙拼命一点都不苦,但是如果看不到核电自主创新的出路,才是真的痛苦”。

自主研发还不仅是为“争口气”。

以核电站所最常见的部件——阀门为例。“华龙一号”用到的阀门高达1.8万台。但“华龙一号”作为首堆工程,大幅应用新技术、新设备和新材料,哪怕是对一个小小的阀门,都可能会提出新的设计要求。现有国外成熟的阀门无法满足新工况,想要在短时间内设计制造出能完全符合“华龙一号”性能要求的高端阀门部件,必须靠自己。

正因如此,“华龙一号”示范工程从一开始就坚定了要走自主创新的道路。

这些年,中核人埋头苦干,终于等来了扬眉吐气的时刻。在对话过程中,我们了解到,“华龙一号”在设计、设备、燃料、建造、运行维护领域,均具有完全自主知识产权。

通过设计单位与国内制造企业的联合研发,包括反应堆压力容器、蒸汽发生器、堆内构件、控制棒驱动机构、先进堆芯测量系统、非能动系统设备等411台核心装备实现自主化和国产化,首堆工程设备国产化率达到88%,确保了“华龙一号”出口自主可控,同时带动产业链上高端装备制造业和集群转型升级。

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图/福清核电机组

3
福岛事故催生“华龙一号”方案

很少有人知道,“华龙一号”的诞生与海外一次核事故紧密相关。

2011年3月11日,当地时间14时46分,日本遭遇了里氏9.0级大地震,46分钟后,影响全球核电发展进程的一幕发生了。

地震引发的海啸携卷起高达14米的海浪,直抵日本东北海岸——福岛第一核电站正位于此。核电站的物理防御设施瞬时失守,海水直接涌入核电机组,所有供电系统顷刻失灵。

接下来,全球核电从业者看到了最不愿目睹的灾难画面:核电站断电断水导致堆芯升温熔毁,锆金属包壳在高温下与水作用产生大量氢气。接下来的五天内,福岛第一核电站1、3、4号机组燃料厂房先后发生氢气爆炸,大量放射性物质开始向周边泄漏。

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图/电影片段中的福岛核事故场景

福岛事件,影响深远。

在福岛第一核电站遭遇灭顶之灾的非常时刻,国家立即决定对我国核电站进行全面的安全检查,同时审查在建核电站,并暂停审批新上核电项目。这个时候,中核准备多年的、具有三代核电技术特征的CP1000项目正准备在福清开工,不得不宣布叫停。

在海外,反核电的声音愈演愈烈,有些国家甚至直接宣布放弃核电路线。这让处在极度焦灼和失落中的中国核电人更加迷茫:未来,核电还要不要发展?该怎么发展?

所幸,中国发展核电的大方向没有变。同时,国家核安全局在下达的《福岛核事故后核电厂改进行动通用技术要求》中对核电设施提出了更高安全标准。

有了定心丸的中核人重整旗鼓,誓要建造出“安全标准最高的核电站”,这才有了后来“华龙一号”的设计方案。

从2011年CP1000项目被叫停,到2015年“华龙一号”示范工程在福清开工,这四年时间,中核人经历了从“望尽天涯路”到“衣带渐宽终不悔”的心路历程,其中辛苦和百转千回,只有项目亲历者才能体会。

福岛事件发生后,我国提高了所有在役和在建核电设施的安全标准。从2011年到2014年‘华龙一号’正式落地前,我们的工作就是在原有核电技术基础上,充分汲取日本福岛核事故的经验教训,进行全方位的优化。这几年也是我们团队很辛苦的时期。”魏峰说。

4
核电站的“金钟罩铁布衫”

在安全方面,“华龙一号”下足了功夫。据魏峰介绍,“华龙一号”共有三道实体屏障和两套安全系统,层层防御,相当于给核电站装上了“金钟罩铁布衫”,对内能够在极端情况下避免放射性物质外泄,对外可以抵御大型飞机撞击、9级地震和严重的海啸、台风等自然侵袭。

三道屏障,最里层的是铀235芯块的金属壳,金属管不破损,放射性物质就不会被泄漏;第二层是反应堆一回路承压边界,能承受高温高压,是包容放射性物质的第二道屏障;第三道屏障是反应堆厂房的双层安全壳。内壳防止内部放射性物质泄漏;外壳1.8米厚,用来抵御外部突发事件的破坏力,包括大飞机撞击、龙卷风、台风等。内壳和外壳之间形成负压,保证“内壳有损、外壳无事;外壳受损、内壳无恙”。

两套安全系统是指“能动和非能动相结合的安全系统”。所谓能动系统,就是传统的、需要依靠电力实现的安全保障。而福岛第一核电站就是在极端条件下失去电力,最终导致了整个安全系统的瘫痪。“华龙一号”所新设计的非能动系统,就是要在停电的情况下,依然可以利用重力、温差、密度差这样的自然驱动力来保障传热、冷却等安全系统照常启动。

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图/“华龙一号”非能动系统在备用电力中断条件下仍可运作

魏峰介绍,目前全球对于三代核电设施的最高安全标准有两组数据:一是堆芯的损坏概率是10的-5次方;二是一旦堆芯损坏以后,大量放射性物质外泄的概率是10的-6次方。“华龙一号”在这两组标准的基础上又提升了一个安全数量级,分别达到了10的-6次方和-7次方,也就是百万分之一和千万分之一的概率。

海外的一次核电事故,深刻改变了中国核电安全标准和技术进步轨迹。

与此同时,核电人都知道,构建起一座核电站的实体安全屏障不易,而拆除民众认知中的那道无形屏障同样任重道远。

从切尔诺贝利事故到福岛核事故,一次次惨痛的教训也让核工业发展卷入了人们“谈核色变”的舆论旋涡。

对此,魏峰表示,其实生活中的辐射无处不在:正常人体暴露在大气中,会受到来自宇宙射线的辐射;过安检、在医院做X光,都会有一定辐射,但这些辐射都是有严格国家标准的。那么核电站所产生的辐射有多大呢?

“在核电站工作一年的人,他所受到的辐射剂量相当于去医院照一次X光片的水平。”魏峰说。

尽管已经达到并超越全球最高安全标准,魏峰依然反复强调一句话:“安全无止境。”未来的中国核电,还会实现四代、五代的商业落地,在持续提升安全标准的路上继续前行。

5
“68.7个月完工”创纪录

除了安全标准,“华龙一号”还刷新了一项世界纪录。

2015年5月7日,“华龙一号”全球首堆在福清开工建设。

此后,“华龙一号”的建设日程表排得满满当当:核岛内部结构开始施工、穹顶整体吊装成功、首台蒸汽发生器吊装就位、压力容器吊装就位、稳压器吊装就位、主控室可用、首炉装料完成……2021年1月30日,中核集团福建福清核电5号机组投入商业运行。

从开工到运行,总共历时68.7个月。

据介绍,“华龙一号”工程当初定下的工期为72个月,实际相当于提前了3个多月完工。由此,“华龙一号”也打破了全球核电项目“首堆必拖”的魔咒,创造了三代核电首堆工程建设完工的全球最佳速度。

为什么“首堆必拖”?

所谓“首堆”,是指采用全新核电技术建造的第一台核电机组。首堆建造过程中涉及到大量新设计、新工艺、新设备,需要在施工过程中不断对设备和原有设计进行调试优化。从美国、法国等海外建设三代核电首堆的经验来看,拖期4-5年几乎是常态。

更何况,超级工程本来就意味着“大阵仗”。以“华龙一号”为例,建造全程共涉及7万多台(套)设备、165公里管道、2200公里电缆、上千人的研发设计团队、5300多家设备供货厂家,前后近20万人参与项目建设。如此规模排场,牵一发动全身,管理难度极大。

在见证“华龙一号”诞生的2000多个日子里,小到采购一颗螺丝钉,大到直径46.8米的穹顶一次吊装,作为综合系统总师的魏峰几乎亲历了超级工程建造过程的所有震撼与琐碎、成就与焦心。

“‘华龙一号’工程涉及超过100个专业领域,每个领域都有系统总师,而综合系统总师的职责就是要在各专业之间进行沟通和协调,把控整个工程进度。”

而首堆意味着所有阶段都存在不确定因素,一旦不确定因素出现,整个团队怎么解决和弥补,非常考验技术手段和管理方法。

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图/“华龙一号”建造现场

魏峰回忆说,“华龙一号”也经历过一次难忘的“拖期”。

当时,作为核电站“心脏”的主泵,由1300多个部件构成,是“华龙一号”最重要的管理项目之一,协调组装难度相当大。但由于原材料采购和部件加工环节的意外情况,进度已经拖延5个多月。怎么抢出这5个月的工期,成为棘手问题。

“主泵当时还在哈尔滨,我们的人员在北京、福清和哈尔滨三地之间一次次奔波沟通,要求所有设计人员、采购人员、运输人员、建造现场的管理人员都要即时做出调整。安装次序要变、制造周期要改、运输速度要快……一定要把工期抢回来。”最终,5个月的工期如愿追回。

6
“刀锋对接”惊心动魄

魏峰和团队成员所直面的挑战还不止于按期交工。

穹顶吊装,是另一个惊心动魄的场景。

穹顶吊装是核电工程建设的重要节点,也是难度最高的环节之一。“华龙一号”的穹顶为直径46.8米的半球体,高23.4米,穹顶及配套绳索总重超过500吨,如此庞然大物要整体吊装至45米高的核反应堆堆顶上,难度可想而知。

更惊险的是,穹顶内部钢衬厚度仅为6毫米,要精准落在核岛顶部最窄处——只有10毫米宽的导向槽中。因此,这次吊装又被施工团队称之为“刀锋对接”。

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图/“华龙一号”穹顶吊装现场

魏峰介绍,在吊装对接现场,穹顶周围每隔三米就有一名安装工人,大家站成一圈,确保整个安装过程要精确到毫米级单位。而且吊装现场对风力的要求是不能超过每秒10米。好在天公作美,大家经过了七八个小时的努力,确认每个点位都已经精确卡准后再进行焊接。

“当时大家都捏了一把汗,心里其实一直揪着。看到一次成功后,现场才响起掌声。”魏峰说。

天时、地利、人和。作为综合系统总师,魏峰深知这三要素是一座超级工程顺利完工的必备条件。

正因如此,在“华龙一号”十大创新成果中,除了“177堆芯”“能动加非能动安全设计”等创新“硬实力”,还包括工程总承包项目管理体系、数字核电建设的应用、创新的施工安装技术等建造“软实力”。

从更深层次来说,魏峰认为,“华龙一号”成功落地的背后,其实是一国综合实力的强有力证明。

“‘华龙一号’背后有5300多家设备厂商供货,共同承担了7万多台套设备的制造任务。通过给‘华龙一号’提供高端设备,很多企业的制造能力得到了进一步提升。反过来,也正是有这样强大的国家工业体系,才能支撑起‘华龙一号’这项大工程。”

可以说,没有强国在后,就没有中国核电的今天。

7
两次承诺,均与核有关

1964年10月16日,中国第一颗原子弹爆炸成功。随即,中国政府发表声明,郑重宣布:中国在任何时候、任何情况下,都不会首先使用核武器。

一诺千金。

如果说我国核工业的起点,是维护国家独立、主权和领土完整的决心;那么在和平年代,特别是改革开放的洪流大潮之中,让核工业走上“保军转民”的道路,满足居民和工业用电刚需,则是发展核电的初心使命。

时至今日,全球形势风云变幻,国家面貌日新月异。在新时代,核工业又一次走到了重新审视自己职责使命的关键路口。

2020年,在第七十五届联合国大会一般性辩论上,中国向世界做出了“二氧化碳排放量力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”的国际承诺。“双碳”目标的提出,体现了我国承担世界气候变化责任的大国担当。

“十四五”规划和2035年远景目标纲要指出,“十四五”期间,我国非化石能源占能源消费总量比重提高到20%左右。这给国内能源转型的发出了动员令。

相隔56年的两次庄严承诺,均与核能有关。

众所周知,核能的能量密度极高,释放能量的过程中没有二氧化碳的产生,是名副其实的低碳能源。一公斤的铀235裂变以后产生的能量,相当于2700吨标准煤充分燃烧以后所释放的能量。可以说,核能作为稳定可靠的清洁低碳能源是我国能源向清洁化、低碳化转型的重要选项。

据魏峰介绍,”华龙一号“核电机组装机容量为116.1万千瓦,单台机组每年发电近100亿度,能够满足大约100万人口的年度生产和生活用电需求,相当于每年减少标准煤消耗312万吨、减少二氧化碳排放816万吨,等同于植树造林7000多万棵,减排降碳成效显著。

不仅如此,核电还有运行稳定、换料周期长的优势。以“华龙一号”为例,在发电方面,核燃料装炉后可以连续发电,一年半之内不需要更换或者补充新的燃料,能效与稳定性极佳。

8
“国家名片”实现出口

机组设计寿命60年,反应堆采用177堆芯设计,堆芯设计换料周期18个月,满足全球最高安全标准……这些特质让“华龙一号”成为当前核电市场上接受度最高的三代核电机型之一,也是我国核电走向世界的“国家名片”。

2022年4月18日,“华龙一号”全球第四台、海外第二台机组——巴基斯坦卡拉奇3号机组投入商业运行。至此,“华龙一号”福建福清5、6号机组,巴基斯坦卡拉奇2、3号机组均已全面建成投产。

美、法、俄在前!这个大国必争之地,中国人凭什么能打破“魔咒”?

图/位于巴基斯坦卡拉奇的“华龙一号”机组

其中,位于巴基斯坦卡拉奇的2、3号机组,每台机组包括6万余台套设备,直接带动装备出口超过120亿元人民币,项目全寿期可持续带动我国核燃料、核电站建设、运维、退役全产业链“走出去”,直接创造经济收入将超过1000亿元人民币。

时代与人相互成就,产业与国家之间也是如此。在“华龙一号”成功落地的背后,是全产业链上5300余家企业的共同支撑,是上万名来自各行各业人们的齐心合力,是几代核电人用决心、经验乃至彷徨、困惑所垒筑的地基。

回首半个多世纪前,中国第一代核工业人渡过险滩,见过坎坷,终于撑起民族脊梁。如今,东海之滨景色依旧,国之重器俨然伫立,这是中国核电人交给国家的答卷。

从无到有,从弱到强,从买到卖,几十年风云变幻、如歌如梭,见证着中国核电终于实现了历史的转身。强核报国,这是核电人的信念,也是我们共同的期盼。

参考资料:
1.续写我国核工业新的辉煌篇章——中国核工业集团有限公司实现跨越式发展纪实,学习时报,2021.7
2.“华龙一号”:中国核电走向世界的名片,光明日报,2022.4
 

视频制作:

总策划:王建军

总监制:谭树森

监制:戴丽丽 陈荣

统筹:肖云颖 谭覃

导演:田文文

文案:云贺

摄像:王涛 李沛元 乔悦

剪辑:刘锦

包装:邬金

视觉设计:高宁娟 范钰捷

鸣谢:中国核电工程有限公司

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