川观新闻记者 徐莉莎
1月30日,我国自主三代核电技术华龙一号全球首堆福清五号机组正式投入商业运行,标志着我国自主三代核电技术跻身世界前列。
华龙一号是我国在30余年核电科研、设计、制造、建设和运行经验基础上,研发设计的具有完全自主知识产权的三代核电技术。
这一天,干了一辈子核电的吴琳难掩激动:“能够像老一辈核动力人一样,在‘国家名片’华龙一号研发中贡献自己的力量,我感到十分欣慰。一辈子干这一件事,值了!”
吴琳
从1996年“177堆芯”方案提出,到2021年正式商运,华龙一号走过风雨兼程的25年。中国核动力研究设计院(简称“核动力院”)华龙一号项目总经理、核电专家吴琳,经历了全过程。
他是我国核动力技术研究领军人才,华龙一号就像他亲手带大的孩子。“为了华龙一号,已经数不清飞了多少趟,光是项目总经理协调会就开了70多次。”打开吴琳的飞行APP,平均每年飞行百余次,近几年累计飞行时间近2700小时。
2020年,他和团队在协同创新模式下的华龙一号反应堆研发管理,获得中国管理界最高荣誉——中国管理科学奖,这是核科学领域首次获此殊荣。
碑座上刻着吴琳的名字,奖杯他却没有收,一直寄存在院里。为核电技术奉献了整个职业生涯,他却说,“所有的荣誉都是团队协作、努力的成果,是整个核动力院的功劳,不是我个人的。”
34岁加入秘密研讨
他和华龙一号结下不解之缘
20世纪90年代初,我国自行设计、建造和运行管理的第一座30万千瓦压水堆核电站——秦山核电站投入运营后,中国核电人都在思考一个问题——“什么时候中国能有自己的百万千瓦核电机组?”
1996年,秦山二期设计任务完成,现场顺利开工。核动力院老院长张森如突然召集了10多位年轻的技术骨干从成都回到了中国第一代核潜艇研发基地——寂静的九〇九基地,对中国自主的百万千瓦核电技术开展封闭式研讨。
1996年,34岁的吴琳(左三)参加中国自主百万千瓦核电技术封闭研讨
当时34岁的吴琳就是其中一员。吴琳1962年出生在四川自贡。四川人念家,吴琳也不例外。1983年,21岁的吴琳从上海交通大学一毕业就来到了核动力院工作。
从这场封闭研讨会开始,吴琳与华龙一号结下了不解之缘。
他深知这次研讨的重要性。“20多年前的成都,一到冬天枯水期,到处限电,城市里到处黑压压一片。我们当时着眼于满足国家电力需求、能源结构调整和核电大规模发展的需要,考虑核电发展下去,最终还是要走自己的路。”
谈到当年那场“激烈”的研讨会,他感慨,这次讨论决定了中国核电自主化的技术方向,为华龙一号埋下了希望的“种子”。
参加研讨的大都是反应堆物理、热工水力、核燃料等专业的年轻骨干,他们大多数经历了秦山二期设计任务的锤炼,既有专业功底,又有工程经验。
经过一系列“头脑风暴”,讨论、计算、验证……最终确定了“177堆芯”设计、更大尺寸的压力容器等重要技术参数,形成了CNP1000技术方案,也就是华龙一号的雏形。
在国外通用的157根燃料组件的基础上,每个象限增加5根燃料组件,4个象限共增加20根组件,形成“177堆芯”的创新设计。就好像是将原来157格的棋盘格扩大了20格。
“这个创新看似简单,其实却很复杂。在充分考虑热量传递、燃料富集度等组件之间相互制约的因素后,还要提升堆芯性能,这并不是一件容易的事情。”吴琳说,这一创新使得堆芯换料周期由通常的12个月延长至18个月,将核电厂可利用率提高至90%以上。
然而,这还只是粗浅的“纸上谈兵”。要想成为真正的第三代核电技术,还需要更精细的论证和试验。吴琳开始参与CNP1000方案的进一步细化和推广。
但由于技术基础相对薄弱、国外核电竞争等因素,中国人自己研发出来的百万千瓦核电技术CNP1000无人问津,迟迟不能落地。
带着不甘和遗憾,张森如到了退休年纪,退居二线。当时已经成长为中青年专家的吴琳,从张森如手上接棒,带领着大家继续追逐自主三代核电的梦想。
“虽然没有像第一代建设者前辈一样喝过池塘水,但我也是住过干打垒的人。”吴琳笑着说。虽然没有经历过手摇计算机的年代,但年轻时的吴琳,经常需要排队到晚上一两点,才能轮到进机房,在里面一待就是两三天。
“那时候计算能力不行,过程中离不开人,需要有人不停地操作。困了,我就在里面搭个桌子、铺个被子睡一会儿。刚开始进去,觉得机房有空调还挺舒服,但是里面空气混浊,待了两天出来,眼睛感觉像糊住了一样。”
福岛事故让一切戛然而止
“将来核电往哪儿走,看不见前路”
然而这些困难,在吴琳看来,都不算什么。如果要问他在核电领域这30多年,遇到最大的困难是什么?他会毫不犹豫的说——福岛事故。
2009年,距离“177堆芯”最早提出已经有10多年时间,全球核电技术有了许多进展,在吸收这些新技术的基础上,CNP1000变更为CP1000,即中国压水堆,并以福清5、6号为依托项目。
在CNP1000战线奋战多年的吴琳被委以重任,全面负责整个项目管理。2010年底,国家核安全局表示同意给CP1000批准建设项目。
吴琳是我国核动力技术研究领军人才
审查会后,吴琳长舒了一口气,这一次,他们终于将中国自主研发的核电技术往前推进了一步。团队一鼓作气,继续深化技术方案,到2011年初,完成了初步设计和初步安全分析报告。
吴琳还记得那一天,2011年3月8日,天气晴朗,他从成都千里迢迢飞到福清现场,参与开工准备工作。
十多台挖掘机已经就位,轰隆隆地在现场挖地基。吴琳望着眼前的这一切,激动又感慨——从1996年到2011年,17年,中国核电技术从“跟跑”到“并跑”,“177堆芯”的设想终于要实现了。
然而,一场突如其来的灾害,让这一切戛然而止。
他记得很清楚,福清5号机组挖到第3天,福岛地震发生了。当时的负挖是爆破加机械作业,“三天挖出了多大的一个坑啊!”
福岛事故发生后,所有的作业都停止了。3月过后很快就是台风季。一场台风下来,这个坑准得成养鱼池。他们只得把这个坑填了回去。
一向头脑清晰、思维缜密的吴琳,感到前所未有的迷茫。“那是3月20日,我们在福建漳州开会,那是一个大雾天,连路都看不见。当时我感慨,这就像我们核电人的心情——将来核电往哪儿走,看不见前路。”
这不仅是对吴琳的考验,更是对中国核电的考验,未来中国核电还有很长的一段路要走,急不得,也慌不得。
福岛事故后,国家紧急叫停了核电项目的审批,所有已开工的项目停工进行安全检查,已批准但尚未正式开工的不再开工。代表中国自主核电发展最高水平的CP1000项目——福清5、6号机组,也被打上了“不再开工”的标签。
怎么办?就此放弃?吴琳和核电人们不甘心。
吴琳(左四)
率先提出“能动与非能动”结合方案
打破福岛事故阴影
在经过一年多焦灼的等待和辛苦的奔走后,终于迎来了曙光——国务院确定“按照全球最高安全要求新建核电项目,新建核电机组必须符合三代安全标准。”
2011年6月,中核集团召集院士专家“会诊”。按照“国四条”的要求,启动核电技术重点科技专项,重新布局核电技术研发,重新开展顶层设计。
这不仅给核动力院吃了一颗“定心丸”,也让吴琳心中积压许久的那口气得到了缓解。
经过两个月的论证,最终确定了以ACP1000作为新的型号。”A”就是“advanced”先进的意思,在CP1000的基础上,增加了最先进、要求最严苛的多项安全措施,这就是中国先进百万千瓦压水堆核电机组的代号,也就是今天的华龙一号。
华龙一号全球首堆
在中核集团的大力支持下,核动力院凝聚骨干力量成立了ACP1000项目部,开展“三代核电(ACP1000)反应堆及一回路系统研制”项目,吴琳任项目总经理。
“华龙一号的研发难度大、时间紧、要求高,要想统筹实施好这个项目,就必须要有出色的管理,打破壁垒,凝聚众智。”吴琳成为项目经理后,做的第一件事情就是拉起一支队伍来,与各所沟通,挑选了合适且专业的实验负责人,成立了矩阵型的院级管理项目部,开始了艰苦的技术攻关之路。
要做三代核电,首先要满足安全要求。“核电的经济效益虽然很重要,但是对核能行业来说,安全始终是第一位的,核安全是核工业的生命线。”吴琳说,为了达到全球最高安全要求,核动力院开创性地提出了“能动与非能动相结合”的安全设计理念。
在正常供电情况下,是能动的——设备会按照设置功能去执行相关操作。但是当全厂断电的时候,专业说法是“超设计基准事故”的情况下,系统就靠自然循环的力量来为堆芯降温,这就是非能动。
吴琳回忆,当时国内关于非能动系统的设计完全没有参考,国外又严防死守,进行技术封锁,只能靠核动力院的科研人员自己摸索前进,
最终,团队在两年时间内,成功研发出了非能动二次侧余热排除系统、非能动安全壳热量导出系统和能动与非能动相结合的堆腔注水冷却系统为代表的非能动安全系统。
艰难自主创新路
试验室建在油田,大雪天住集装箱
除了要满足最高安全标准,在三代核电研发过程中,关键设备的技术攻关也尤为重要。设备国产化、软件自主化的实现经历了一段非常艰难时期。
“印象最深刻的是华龙一号ZH-65型蒸汽发生器的研制攻关。”吴琳说,蒸汽发生器是核电站不可或缺的主要设备之一,被称为核电站之肺,国外对这项技术进行了长期封锁,为了解决这一“瓶颈”问题,核动力院开始了蒸汽发生器的技术攻关。
当时决定进行自主研发的时候,条件很艰苦,没有经费,院里自己筹;没有试验设施,院里自己建。
第一个大型试验装置,就建在河南南阳油田里,借油田的高温高压蒸汽做试验。冬日里的河南,大雪飞扬,试验团队在油田旁租了一个集装箱当宿舍,方便做试验。
条件艰苦,试验却很成功。整套试验数据表明,ZH-65型蒸汽发生器的性能完全满足设计要求,达到、部分超过了国际第三代核电站蒸汽发生器的技术水平。该研发成果已用于巴基斯坦K2K3项目、福清5 、6号机组核电工程等。
在软件自主化方面,核动力院也投入大量精力。2015年,我国首套自主核电软件包和一体化软件集成平台NESTOR在北京正式发布,发布的数十个软件,已成功应用于核电站工程设计和运行管理。“以前,我国核电设计长期依赖于国外的软件。没有自主化的设计软件,就谈不上真正的核电设计自主化。”吴琳说,NESTOR“问世”对我国核电发展具有重要意义。
华龙一号全球首堆
此外,还有反应堆压力容器、堆内构建、控制棒驱动机构等关键设备都实现了“中国造”。
吴琳透露,核动力院在华龙一号方面共申请国内专利270余件,国际专利30件,覆盖了设计、燃料、设备、软件等领域,“这些关键技术都是我们自己的,不用再‘看别人脸色’,这样我们才能真正从核电大国变成核电强国。”
2013年底,核动力院原定的华龙一号科研项目基本完成,仅用了两年多一点的时间。“当时真的感觉大家都开始拼命了。”吴琳回忆说,经常到了半夜,整个办公大楼依旧灯火通明。
有心人,终不负。2015年5月5日,国家核安全局颁发福清核电厂5号机组建造许可证,2015年5月7日,5号机组浇灌第一罐混凝土(FCD),华龙一号全球首堆终于生根落地。
吴琳(前排左六)参与和见证了华龙一号从方案提出到首堆正式商运的全过程
吴琳说,从FCD到正式商运,华龙一号工程建设虽然只用了短短5年的时间,但是为了让我国拥有真正意义上的自主三代核电,核动力院却辛苦奋战了近30年,攻克了一系列技术难题,打造了一批先进核电产品,提升了我国完整核电装备供应能力,创建了一套中国自主标准体系,踏出了一条自主化核电发展的成功之路。
本文图片由中国核动力研究设计院提供
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