高溫氣冷堆:自主創新鑄就國之重器
山東(dong) 榮成石島灣,全球首座球床模塊式高溫氣冷堆核電站示範工程現場,工程走向商運前的最終調試正在緊張進行。
2021年12月20日,示範工程並網成功,我國成為(wei) 世界少數幾個(ge) 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”——發生異常情況時,該堆可以在不需要任何人為(wei) 幹預的情況下保持安全狀態。這對視安全為(wei) 生命線的核電意義(yi) 重大。
2003年至今,清華大學、中國核工業(ye) 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,聯合一批大型企業(ye) ,推動我國高溫氣冷堆從(cong) “樣品”變為(wei) “產(chan) 品”。從(cong) 10兆瓦實驗堆到20萬(wan) 千瓦示範工程,首台套設備達2200多台(套),創新型設備有600餘(yu) 台(套),設備國產(chan) 化率高達93.4%。
在清華大學核能與(yu) 新能源技術研究院(以下簡稱核研院)黨(dang) 委書(shu) 記、高溫氣冷堆核燃料元件研發工作帶頭人唐亞(ya) 平看來,並網成功是合作帶來的直觀效益,更深層的效益則是通過體(ti) 製機製創新,把高校和企業(ye) 緊緊地結合在一起,將“小核心、大協作”這一協同創新戰略構想落到了實處、取得了實效,這將給未來的高溫氣冷堆批量化、商業(ye) 化、國際化帶來可觀前景。
合理配股 構建協同創新格局
2003年1月29日,清華大學10兆瓦高溫氣冷實驗堆成功實現72小時連續滿功率運行。實驗成功後,清華大學希望尋找誌同道合且具有雄厚實力的央企合作推動成果產(chan) 業(ye) 化。此時,對正在為(wei) 謀求更高質量發展尋找突破的原中國核工業(ye) 建設集團(2018年與(yu) 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(wei) 參與(yu) 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(dang) 委書(shu) 記、董事長張國華回憶起當年的場景仍曆曆在目,“因為(wei) 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台——中核能源,推動高溫氣冷堆技術從(cong) 實驗室走向市場,實現產(chan) 業(ye) 化”。
然而,“一拍即合”並不意味著“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出真正滿足市場需求的產(chan) 品以實現自身投資價(jia) 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並進行商業(ye) 推廣沒底。
“怎麽(me) 分工、如何互補?怎麽(me) 分擔責任、如何考慮收益預期?這些事情如果不明晰,會(hui) 影響合作積極性、緊密程度以及投入力度。”張國華告訴記者,中核能源成立之初采用了雙方各占50%的股權分配方式,為(wei) “小核心、大協作”創新體(ti) 係奠定了重要基礎。
2004年,隨著中國華能的加入,高溫氣冷堆示範工程三方合作、強強聯合的新格局正式形成,校企合作、協同創新邁上新台階。
聯合攻關(guan) 共同承擔國家使命
高溫氣冷堆的高安全性主要得益於(yu) 一種基於(yu) 陶瓷型的4層包覆顆粒的全陶瓷型核燃料元件。這也是“買(mai) 不來、要不來、討不來”的關(guan) 鍵核心技術。
“清華大學在實驗室裏將這項技術走通後,在國家科技重大專(zhuan) 項支持下,與(yu) 中核北方核燃料元件有限公司展開合作攻關(guan) ,讓實驗室的技術實現了工程化、變成了生產(chan) 力。”唐亞(ya) 平說。
作為(wei) 全球首堆,示範工程沒有可借鑒經驗,麵臨(lin) 諸多類似的高難度技術挑戰。
蒸汽發生器被稱為(wei) “核電之肺”,也是高溫氣冷堆最關(guan) 鍵設備之一。2008年,承擔蒸汽發生器製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10兆瓦實驗堆小規模的非工業(ye) 化設備數據提高兩(liang) 到三個(ge) 量級形成的,然而製造難度太大、經濟性不好、後續可檢驗性不足。
2015年春,為(wei) 加快蒸汽發生器製造,確保按期交付,在項目業(ye) 主單位華能石島灣核電公司的組織下,作為(wei) EPC總包方,中核能源推動哈電集團製造專(zhuan) 家、核研院設計專(zhuan) 家及業(ye) 主設備采購、安裝管理人員協同創新、聯合攻關(guan) 。
聯合攻關(guan) 團隊在高溫堆一比一的工程實驗室一起協作,經過8個(ge) 月不懈努力,前後完成8版設計,修改100多處細項,並一一驗證。2018年,從(cong) 最初算起曆時10年,團隊攻克了30多項關(guan) 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(wei) 國內(nei) 首創。
出了錢還要出人?這在以前是不可思議的事,在示範工程建設過程中卻成為(wei) 常態。
“因為(wei) 是首堆,合同寫(xie) 得再細,也會(hui) 碰到很多沒有想到的事。”張國華經常說,“不要把與(yu) 清華大學的合作看作一般商業(ye) 化工程,而要看成是在聯合攻關(guan) ,在共同承擔國家使命。”
逐步接受這個(ge) 觀點後,三方合作就越來越順暢了。
“師徒製”促進文化深度融合
除了創新難度大,合作之初三方還麵臨(lin) 文化衝(chong) 突,尤其在示範工程設計工作中。
核研院老師習(xi) 慣於(yu) 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“四大控製”。
“我們(men) 推動公司與(yu) 清華大學共同成立‘聯合總體(ti) 室’,聯合舉(ju) 辦核工程碩士班,建立‘師徒製’等多種舉(ju) 措全麵促進相互理解與(yu) 深度融合。”張國華說,多年文化融合的成效是顯而易見的:老師們(men) 更加重視工程技術工作“合理可行、規範變更”的原則,公司員工則更加理解、尊重老師們(men) 對創新的追求。
中核能源原副總經理楊明德是核研院教授,曾在示範工程現場堅守了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曆,40%擁有高級職稱,其中大部分經過了核研院工程碩士班的培養(yang) ,雙方建立了亦師亦友的深厚情誼。在共同的事業(ye) 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(yu) 信息化部主任尹衛平表示,科技創新是核工業(ye) 的立業(ye) 之本,是核工業(ye) 發展之魂。在當前曆史階段,核科技創新的重要地位絲(si) 毫不亞(ya) 於(yu) 任何一個(ge) 曆史時期。中核集團堅持“小核心、大協作”的理念,加強和擴大“國內(nei) 翼”合作,發揮協同創新單位的優(you) 勢來共同推動解決(jue) 集團關(guan) 注的科學問題,成為(wei) 集團公司研發體(ti) 係的重要組成部分和科技創新“新勢力”。
點評推動科技創新和工程技術發展深度融合,打通從(cong) 科技強到產(chan) 業(ye) 強、經濟強、國家強的通道,科技成果轉化是重要環節。完全自主創新、領先世界的高溫氣冷堆技術的轉化是無人區的探索,可供借鑒的經驗有限,而且周期長、見效慢、隊伍難以穩定。合作各方將科技自立自強視為(wei) 國家強盛之基、安全之要,在摸著石頭過河的過程中,破解了機製衝(chong) 突、利益衝(chong) 突、文化衝(chong) 突,將各方力量擰成一股繩,最終實驗室“樣品”變成了“產(chan) 品”,組建了自主可控的高溫氣冷堆產(chan) 業(ye) 鏈,打造出新的國之重器。(陳 瑜)
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