山東榮成石島灣，世界首座球床模塊式高溫氣冷堆商用示范電站正在慢慢露出它的雛形。

 

       經(jīng)過(guò)近兩年的施工，它已經(jīng)從地下18米“生長(zhǎng)”到了地上約10米。今年年底，它的形象高度將超過(guò)20米。

 

       這還只是工程外觀，而將要安裝在它體內(nèi)那些至關(guān)重要的“器官”——高溫氣冷堆關(guān)鍵設(shè)備的研制驗(yàn)證工作已經(jīng)取得重大突破，中國(guó)領(lǐng)跑這一技術(shù)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，已成定局。

 

       自主創(chuàng)新 技術(shù)難題逐一攻克

 

       10月28日至31日，第7屆國(guó)際高溫氣冷堆技術(shù)峰會(huì)在示范工程所在地山東榮成舉行。來(lái)自國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)、美國(guó)、俄羅斯等17個(gè)國(guó)家和地區(qū)的專家前來(lái)分享中國(guó)經(jīng)驗(yàn)。

 

       2006年，高溫氣冷堆示范工程被確立為國(guó)家科技重大專項(xiàng)。該專項(xiàng)的一個(gè)核心目標(biāo)，就是要以清華大學(xué)2003年建成的10兆瓦高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆為基礎(chǔ)，攻克工業(yè)放大和工程實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、高性能燃料元件批量制備等技術(shù)，建成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的20萬(wàn)千瓦級(jí)全球首座球床模塊式高溫氣冷堆商用示范電站。

 

       今年下半年以來(lái)，關(guān)鍵設(shè)備研制驗(yàn)證的技術(shù)難關(guān)逐一攻破。

 

       10月3日，最新的消息傳來(lái)，控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)樣機(jī)順利完成了熱態(tài)工程驗(yàn)證試驗(yàn)。控制棒系統(tǒng)是高溫氣冷堆核電站的反應(yīng)性控制和停堆的重要手段。經(jīng)過(guò)4個(gè)多月的熱態(tài)工程驗(yàn)證試驗(yàn)，控制棒累計(jì)行程超過(guò)100KM，相當(dāng)于在實(shí)際核反應(yīng)堆中運(yùn)行了80年。成功經(jīng)受住了“80年”的檢驗(yàn)，控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能指標(biāo)、運(yùn)行可靠性和安全性得到驗(yàn)證。

 

       9月中旬，高溫氣冷堆球形燃料元件生產(chǎn)線的設(shè)備安裝工作，在內(nèi)蒙古包頭宣告完成。高溫氣冷堆被認(rèn)為具有固有安全性，能保證任何事故下，即使不借助能動(dòng)安全系統(tǒng)，也不會(huì)發(fā)生堆芯熔化和放射性大量釋放的嚴(yán)重后果，其關(guān)鍵就在于燃料元件。這條依托重大專項(xiàng)建設(shè)的年產(chǎn)30萬(wàn)個(gè)球形燃料元件的生產(chǎn)線，包括二氧化鈾核芯制備設(shè)備、包覆燃料顆粒生產(chǎn)全套設(shè)備、球形燃料元件壓制線等，全部采用我國(guó)自主設(shè)計(jì)、具有完整知識(shí)產(chǎn)權(quán)的主要工藝和設(shè)備。這條生產(chǎn)線，解決了高溫氣冷堆運(yùn)作的“食物”問(wèn)題，為其工程建設(shè)、運(yùn)行以及后續(xù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了重要條件保障。

       同樣是在9月，高溫氣冷堆的核心設(shè)備蒸汽發(fā)生器完成了首套螺旋盤管組件的安裝。由于采用多項(xiàng)創(chuàng)新性設(shè)計(jì)和制造工藝，這是一次幾乎沒(méi)有先例可以借鑒的嘗試。

 

       蒸汽發(fā)生器的主要功能，是將反應(yīng)堆內(nèi)產(chǎn)生的熱量通過(guò)一次側(cè)的高溫氦氣將二次側(cè)的水加熱成為過(guò)熱蒸汽而推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。螺旋盤管組件裝配工藝是蒸汽發(fā)生器研制中最為復(fù)雜的一道技術(shù)難關(guān)，其承重組件加工精度要求高，超長(zhǎng)盤管管束吊裝及對(duì)中難度大，裝配間隙小到只能容納3根頭發(fā)絲。為了解決這一難題，清華大學(xué)核研院組織教師、技術(shù)工人和學(xué)生聯(lián)合攻關(guān)，研制了一整套螺旋盤管套裝工藝和配套專用工裝工具，并且完成了螺旋盤管組件的安裝。這一成果的取得，標(biāo)志著我國(guó)已經(jīng)突破了高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器主要制造工藝的技術(shù)瓶頸。

 

       再往前回溯。

 

       8月，高溫氣冷堆核電站的“心臟裝備”主氦風(fēng)機(jī)工程樣機(jī)完成100小時(shí)熱態(tài)滿功率連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)，并通過(guò)國(guó)家能源局組織的驗(yàn)收評(píng)審。這是我國(guó)先進(jìn)核能系統(tǒng)核心裝備技術(shù)自主創(chuàng)新的一次重大突破。

 

       主氦風(fēng)機(jī)用于在高溫氣冷堆啟動(dòng)、功率運(yùn)行和停堆等工況時(shí)提供足夠流量的冷卻劑氦氣。通過(guò)一回路系統(tǒng)，將反應(yīng)堆堆芯產(chǎn)生的熱量帶走。主氦風(fēng)機(jī)樣機(jī)的研制，解決了整機(jī)總體設(shè)計(jì)、大型氦氣置入式立式高速電動(dòng)機(jī)研制、電磁懸浮軸承支撐的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析、高性能葉輪的研制以及大電流、高壓差、高電壓一回路邊界電氣貫穿件的研制等一系列重大技術(shù)問(wèn)題，是世界高溫氣冷堆技術(shù)研發(fā)中的主要技術(shù)難關(guān)。

 

       7月，高溫氣冷堆核電站的“神經(jīng)系統(tǒng)”——數(shù)字化控制保護(hù)系統(tǒng)工程樣機(jī)，完成了包括7項(xiàng)環(huán)境應(yīng)力試驗(yàn)、13項(xiàng)電磁兼容試驗(yàn)，以及抗震試驗(yàn)在內(nèi)的全部樣機(jī)鑒定試驗(yàn)。

 

       產(chǎn)學(xué)研結(jié)合 讓技術(shù)創(chuàng)新走出實(shí)驗(yàn)室

 

       在高溫氣冷堆重大專項(xiàng)總設(shè)計(jì)師、清華大學(xué)核研院院長(zhǎng)張作義看來(lái)，這些成果的取得，意味著我國(guó)高溫氣冷堆示范工程建設(shè)在設(shè)備制造方面的技術(shù)難題已經(jīng)基本得到解決。

 

       成果的背后，是多年來(lái)，高溫氣冷堆項(xiàng)目參與各方的共同努力。畢竟，讓一項(xiàng)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)化，正如張作義形容的，就是“爬雪山、過(guò)草地”。

 

       一起“爬雪山、過(guò)草地”的，是一個(gè)產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合的團(tuán)隊(duì)。

2003年，由于資源優(yōu)勢(shì)的高度互補(bǔ)，清華大學(xué)和中國(guó)核工業(yè)建設(shè)集團(tuán)開始產(chǎn)學(xué)研合作，共同組建中核能源科技有限公司作為產(chǎn)業(yè)化平臺(tái)，啟動(dòng)了高溫氣冷堆的產(chǎn)業(yè)化工作。

 

       2006年，清華大學(xué)、中國(guó)核工業(yè)建設(shè)集團(tuán)、中國(guó)華能集團(tuán)聯(lián)合出資建設(shè)高溫氣冷堆示范工程，由此形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈。在這一體系中，清華大學(xué)核研院作為研發(fā)設(shè)計(jì)責(zé)任主體，負(fù)責(zé)技術(shù)研發(fā)、提供設(shè)計(jì)和技術(shù)支持;中核能源科技有限公司作為重大專項(xiàng)的工程實(shí)施主體，負(fù)責(zé)示范工程核島及其輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、采購(gòu)、建造總承包;華能山東石島灣核電公司負(fù)責(zé)示范工程的投資運(yùn)營(yíng)。這一分工協(xié)作模式也得到了國(guó)家重大專項(xiàng)的認(rèn)可和支持。

 

       至于產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，則幾乎體現(xiàn)在整個(gè)高溫氣冷堆工程的各個(gè)方面：從產(chǎn)業(yè)化體系的頂層設(shè)計(jì)，到工作責(zé)任的分工與協(xié)作，甚至到每一項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)備研制的過(guò)程，都不是哪一方單打獨(dú)斗的結(jié)果。

 

       就拿主氦風(fēng)機(jī)工程樣機(jī)的研制來(lái)說(shuō)，清華大學(xué)核研院發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，負(fù)責(zé)總體技術(shù)并提供電磁軸承、負(fù)責(zé)整機(jī)調(diào)試及試驗(yàn);佳木斯電機(jī)公司負(fù)責(zé)電機(jī);上海電氣鼓風(fēng)機(jī)廠負(fù)責(zé)葉輪及整機(jī)總裝和試驗(yàn)平臺(tái);中核能源科技有限公司負(fù)責(zé)項(xiàng)目管理、監(jiān)造和質(zhì)保。項(xiàng)目各方緊密合作，促成了世界首臺(tái)套大功率電磁軸承主氦風(fēng)機(jī)工程樣機(jī)的研制成功。

 

       商業(yè)化推廣 把產(chǎn)品和服務(wù)賣出去

 

       9月下旬，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)第58屆大會(huì)在維也納召開，高溫氣冷堆在中國(guó)加入國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)30周年成就展上亮相，引起世界廣泛關(guān)注。

 

       到了2017年，高溫氣冷堆真正建成并網(wǎng)發(fā)電，山東榮成石島灣或?qū)⒕劢故澜绲哪抗狻?/div>