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高溫氣冷堆:自主創(chuàng)新鑄就國之重器

發(fā)布時間:2022-08-03 10:09:00來源: 科技日報

  山東榮成石島灣,全球首座球床模塊式高溫氣冷堆核電站示范工程現(xiàn)場,工程走向商運前的最終調試正在緊張進行。

  2021年12月20日,示范工程并網(wǎng)成功,我國成為世界少數(shù)幾個掌握第四代核能技術的國家之一。

  高溫氣冷堆被稱作“傻瓜堆”——發(fā)生異常情況時,該堆可以在不需要任何人為干預的情況下保持安全狀態(tài)。這對視安全為生命線的核電意義重大。

  2003年至今,清華大學、中國核工業(yè)集團有限公司(以下簡稱中核集團)、中國華能集團有限公司(以下簡稱中國華能)“牽手”近20載,聯(lián)合一批大型企業(yè),推動我國高溫氣冷堆從“樣品”變?yōu)椤爱a(chǎn)品”。從10兆瓦實驗堆到20萬千瓦示范工程,首臺套設備達2200多臺(套),創(chuàng)新型設備有600余臺(套),設備國產(chǎn)化率高達93.4%。

  在清華大學核能與新能源技術研究院(以下簡稱核研院)黨委書記、高溫氣冷堆核燃料元件研發(fā)工作帶頭人唐亞平看來,并網(wǎng)成功是合作帶來的直觀效益,更深層的效益則是通過體制機制創(chuàng)新,把高校和企業(yè)緊緊地結合在一起,將“小核心、大協(xié)作”這一協(xié)同創(chuàng)新戰(zhàn)略構想落到了實處、取得了實效,這將給未來的高溫氣冷堆批量化、商業(yè)化、國際化帶來可觀前景。

  合理配股 構建協(xié)同創(chuàng)新格局

  2003年1月29日,清華大學10兆瓦高溫氣冷實驗堆成功實現(xiàn)72小時連續(xù)滿功率運行。實驗成功后,清華大學希望尋找志同道合且具有雄厚實力的央企合作推動成果產(chǎn)業(yè)化。此時,對正在為謀求更高質量發(fā)展尋找突破的原中國核工業(yè)建設集團(2018年與中核集團重組)來說,清華大學的橄欖枝無異天賜良機。

  雙方一拍即合,通過校企合作正式啟動高溫氣冷堆工程轉化研究。

  作為參與合作談判的主要成員之一,中核集團中核能源科技有限公司(以下簡稱中核能源)黨委書記、董事長張國華回憶起當年的場景仍歷歷在目,“因為是第一次,大家都是摸著石頭過河,過程很艱苦,但也卓有成效,包括成立高溫氣冷堆科技成果轉化平臺——中核能源,推動高溫氣冷堆技術從實驗室走向市場,實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化”。

  然而,“一拍即合”并不意味著“一帆風順”。

  一開始,雙方都有顧慮:資本方懷疑技術方到底能不能研發(fā)出真正滿足市場需求的產(chǎn)品以實現(xiàn)自身投資價值,技術方也對資本方是不是真心實意、能不能堅定不移支持技術研發(fā)并進行商業(yè)推廣沒底。

  “怎么分工、如何互補?怎么分擔責任、如何考慮收益預期?這些事情如果不明晰,會影響合作積極性、緊密程度以及投入力度?!睆垏A告訴記者,中核能源成立之初采用了雙方各占50%的股權分配方式,為“小核心、大協(xié)作”創(chuàng)新體系奠定了重要基礎。

  2004年,隨著中國華能的加入,高溫氣冷堆示范工程三方合作、強強聯(lián)合的新格局正式形成,校企合作、協(xié)同創(chuàng)新邁上新臺階。

  聯(lián)合攻關 共同承擔國家使命

  高溫氣冷堆的高安全性主要得益于一種基于陶瓷型的4層包覆顆粒的全陶瓷型核燃料元件。這也是“買不來、要不來、討不來”的關鍵核心技術。

  “清華大學在實驗室里將這項技術走通后,在國家科技重大專項支持下,與中核北方核燃料元件有限公司展開合作攻關,讓實驗室的技術實現(xiàn)了工程化、變成了生產(chǎn)力?!碧苼喥秸f。

  作為全球首堆,示范工程沒有可借鑒經(jīng)驗,面臨諸多類似的高難度技術挑戰(zhàn)。

  蒸汽發(fā)生器被稱為“核電之肺”,也是高溫氣冷堆最關鍵設備之一。2008年,承擔蒸汽發(fā)生器制造任務的哈電集團組建新團隊、建設新廠房準備一鼓作氣拿下新技術。

  然而,問題接踵而來。最初的設計是將10兆瓦實驗堆小規(guī)模的非工業(yè)化設備數(shù)據(jù)提高兩到三個量級形成的,然而制造難度太大、經(jīng)濟性不好、后續(xù)可檢驗性不足。

  2015年春,為加快蒸汽發(fā)生器制造,確保按期交付,在項目業(yè)主單位華能石島灣核電公司的組織下,作為EPC總包方,中核能源推動哈電集團制造專家、核研院設計專家及業(yè)主設備采購、安裝管理人員協(xié)同創(chuàng)新、聯(lián)合攻關。

  聯(lián)合攻關團隊在高溫堆一比一的工程實驗室一起協(xié)作,經(jīng)過8個月不懈努力,前后完成8版設計,修改100多處細項,并一一驗證。2018年,從最初算起歷時10年,團隊攻克了30多項關鍵技術、打造出了“高溫氣冷堆之肺”,其中高精密換熱管對接焊工藝等18項重大工藝均為國內(nèi)首創(chuàng)。

  出了錢還要出人?這在以前是不可思議的事,在示范工程建設過程中卻成為常態(tài)。

  “因為是首堆,合同寫得再細,也會碰到很多沒有想到的事。”張國華經(jīng)常說,“不要把與清華大學的合作看作一般商業(yè)化工程,而要看成是在聯(lián)合攻關,在共同承擔國家使命?!?/p>

  逐步接受這個觀點后,三方合作就越來越順暢了。

  “師徒制”促進文化深度融合

  除了創(chuàng)新難度大,合作之初三方還面臨文化沖突,尤其在示范工程設計工作中。

  核研院老師習慣于學術研究,喜歡不斷探索、追求完美,對設計成果精益求精。中核能源設計人員則更多是工程思維,更加注重進度、成本、可靠性。中國華能設計管理人員更強調項目安全、質量、進度、成本“四大控制”。

  “我們推動公司與清華大學共同成立‘聯(lián)合總體室’,聯(lián)合舉辦核工程碩士班,建立‘師徒制’等多種舉措全面促進相互理解與深度融合?!睆垏A說,多年文化融合的成效是顯而易見的:老師們更加重視工程技術工作“合理可行、規(guī)范變更”的原則,公司員工則更加理解、尊重老師們對創(chuàng)新的追求。

  中核能源原副總經(jīng)理楊明德是核研院教授,曾在示范工程現(xiàn)場堅守了4年。他深情地表示,自己既是清華人也是中核人。

  如今,中核能源52%的員工擁有碩士及以上學歷,40%擁有高級職稱,其中大部分經(jīng)過了核研院工程碩士班的培養(yǎng),雙方建立了亦師亦友的深厚情誼。在共同的事業(yè)中,高校文化和工程文化和諧共生、相得益彰。

  中核集團科技質量與信息化部主任尹衛(wèi)平表示,科技創(chuàng)新是核工業(yè)的立業(yè)之本,是核工業(yè)發(fā)展之魂。在當前歷史階段,核科技創(chuàng)新的重要地位絲毫不亞于任何一個歷史時期。中核集團堅持“小核心、大協(xié)作”的理念,加強和擴大“國內(nèi)翼”合作,發(fā)揮協(xié)同創(chuàng)新單位的優(yōu)勢來共同推動解決集團關注的科學問題,成為集團公司研發(fā)體系的重要組成部分和科技創(chuàng)新“新勢力”。

  點評推動科技創(chuàng)新和工程技術發(fā)展深度融合,打通從科技強到產(chǎn)業(yè)強、經(jīng)濟強、國家強的通道,科技成果轉化是重要環(huán)節(jié)。完全自主創(chuàng)新、領先世界的高溫氣冷堆技術的轉化是無人區(qū)的探索,可供借鑒的經(jīng)驗有限,而且周期長、見效慢、隊伍難以穩(wěn)定。合作各方將科技自立自強視為國家強盛之基、安全之要,在摸著石頭過河的過程中,破解了機制沖突、利益沖突、文化沖突,將各方力量擰成一股繩,最終實驗室“樣品”變成了“產(chǎn)品”,組建了自主可控的高溫氣冷堆產(chǎn)業(yè)鏈,打造出新的國之重器。(陳 瑜)

(責編: 李雨潼)

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