参加平湖会议归来,倪武英和核二院的科技工作者们都知道:中国核电建设要走自主设计、自主建造、自主运行、自主管理的国产化道路,必然遭遇崎岖坎坷。在竞争日趋激烈的今日世界,在冷战时代的格局下,没有一个国家会把自己尖端的核心技术无偿地“恩赐”给你。所以,在核电建设国产化的征途上,中国人必须要有勇气去创造自己的“第一次”。
敢问路在何方?路在脚下。
这是唯一的选择。自己的路靠自己走。
可是,秦山二期为啥就那么难呢?中国工程院院士、时任秦山二期工程总设计师叶奇蓁说:“秦山二期建设条件跟秦山一期是不一样的。当时改革开放了,这就要求秦山二期要跟国际接轨,采用国际标准。二期要建商用堆,不可能像一期的原型堆那样,作为试验一步步来,二期要讲究经济效益,要还本付息,要控制进度、投资、质量,从而实现商业运营目标。当时这在国际上是第一次,因为一般来说,对于一个新堆型,通常先建原型堆,再建示范堆,成熟了才建商用堆。”
的确,当时中国的核工业经验很多,搞过核反应堆,搞过核潜艇,但搞大型商业化核电站还是没经验。叶奇蓁说:“自主设计方面。当时我们手头没有真正实际用得上的资料,只能参考大亚湾核电站的施工图纸,甚至把他们废弃的资料都拿来研究。对他们来讲,废弃资料是没用的,因为不符合工程实际。但对我们来讲还有用,可以从中琢磨他们的一些思路和设计的想法。在这个基础上,我们从看着图纸开始起家,用自己的理论知识、工程基础以及相关经验,提高核电站设计水平,使队伍慢慢成长起来。但是他们的图纸不适合秦山二期,因为我们是60万千瓦机组,是两个回路,而大亚湾核电站是百万千瓦级,是三个回路,两者完全不一样,所以在这种情况下,我们要以我为主,消化吸收再创新。”
叶奇蓁出生于浙江嘉兴海宁,家住盐官,距离海盐的秦山不算太远。1961年5月,叶奇蓁完成博士论文答辩后立即回国,被分配到二机部第二研究设计院工作,由此开始了与核工业的不解之缘。那时,因为苏联单方面撕毁合同,撤走专家,带走图纸资料,停止供应设备,甚至扬言“20年你们也搞不出原子弹”“这里将变成一堆废铜烂铁”。也就是从那时起,坚持自力更生、独立自主的信念,就在叶奇蓁的心中扎下了根。20世纪70年代,他负责生产发电两用堆的设计,任设计总工程师。进入80年代,他主持筹建了核工业计算机应用研究所并任所长,为中国首座自主设计建造的30万千瓦原型堆核电站——秦山一期编制了工程网络计划。后续,叶奇蓁被任命为中国首座自主设计的商用核电站—秦山二期的总设计师。
为了在秦山二期实现国产化并与国际接轨的使命,叶奇蓁与秦山二期工程的建设者们整整花了3年时间进行方案认证,在“以我为主,中外合作”的方针指引下,先后与美国西屋公司、法国法马通公司、日本三菱公司等进行了交流和合作谈判。在这样的技术合作谈判中,叶奇蓁深深体会到:核电是政治敏感的技术,代表了国家的科技和工业水准。有的国家不批准向中国出口核电设备,有的国家技术转让还要经原技术输出国同意,而有的国家则经过改进创新,不仅超过了原来出口国的设计水平,还拥有了自主权。
叶奇蓁说:“在秦山二期工程设计、建造过程中,始终坚持了‘以我为主、中外合作’的方针,按照国际规范,根据国际核电发展趋势,自主选定设计目标,确定技术方案,选定技术参数,确定关键设备的功能和指标,自主进行重大科研开发和实验验证,自主实施技术创新和设计改进,从而掌握了技术的决策权。”
比如,秦山二期自主设计了全新的反应堆堆芯,采用国产的燃料组件,降低了平均线功率密度。这一创新使得秦山二期的堆芯燃料棒平均线功率密度较引进的核电站降低了15%,也低于国际上同类的二环路核电站,提高了堆芯的热工安全裕量,满足美国“用户要求文件”对先进堆的要求,符合国际上进一步提高核电站安全性的趋势。鉴于反应堆堆内构件设计属非原型二类,为了验证上述改进在流致振动上是安全的,根据核安全法规的要求,秦山二期不仅做了1∶5的流致振动模型试验、理论分析计算,还在调试阶段在实堆上进行了流致振动实测,全部获得成功,证明了计算分析软件和模型仿真理论的正确性。在堆上进行高温、高压下流致振动的实测,技术难度相当大,国外也只在少数堆上进行过,国内尚属首次。
比如,驱动线设计直接关系到反应堆的运行安全,因为落棒(控制棒)时间是安全停堆的重要考核指标。为了验证驱动线设计,除了对影响驱动线性能的各项因素进行试验分析外,还进行了驱动线热态综合考验以验证控制棒驱动线在正常和异常工况下的运行性能和落棒性能,验证了驱动机构的寿命、导向筒组件的导向性能及控制棒磨损等。此外,还通过多点激振的地震试验,验证了控制棒驱动线在地震条件下的运行特性、落棒性能等。
比如,主参数的优化也是一项重要的设计创新。考虑国内60万千瓦级汽轮发电机组的性能指标和特点,通过优化设计,以确定核电站的主参数,并在保证安全的前提下,适当提高主参数,使得每个环路的出力达到33万千瓦,高于美国、日本的二环路压水堆核电站单个环路的出力(约29.5万千瓦)。
秦山二期工程所用的钢衬里和焊材也是国内首次研制的,第一次施工时,40%的焊缝不合格,于是研究单位和制造商紧急赶到现场,分析问题,立即研制第二、第三批焊条,解决了焊接的质量问题,没有影响工程的工期。另外,在钱塘江口泥沙含量多的地区使用板式热交换器也是首次。通过对系统和板式热交换器的模型试验,合理地选择流速和流道设计,防止了泥沙淤积和堵塞。
坚持以我为主,使秦山二期掌握了国际标准的环路和关键设备设计的核心技术。除部分关键设备通过引进外,秦山二期大部分关键设备的设计都是我国自主设计的。秦山二期自主设计率达到90%。通过秦山二期的磨炼,我们不仅掌握60万千瓦的核电站设计,而且具有100万千瓦的设计能力。
秦山二期工程共进行了300多项的创新和改进。在2003年度的国防科学技术进步奖中,与秦山二期相关的成果共有4项荣获一等奖,12项荣获二等奖,22项荣获三等奖。在2004年度的国家科学技术进步奖中,秦山二期工程的设计和建设荣获一等奖。
核电产业是高技术的战略产业,实践证明,高技术特别是核心技术拿钱是买不来的。要继续坚持以我为主,这是发展核电的必由之路。
事实胜于雄辩。核心技术是买不来的!核心技术必须紧紧地掌握在自己手中!