亲历中国引进第三代核电技术始末

2019年3月8日06:30:00亲历中国引进第三代核电技术始末已关闭评论 38 views

《 中国经济周刊 》(2014年第16期

口述:原核工业部常务副部长、现任国家核电技术公司专家委员会主任  陈肇博

撰文: 《中国经济周刊》 记者  李凤桃

引进吸收再创新,我们不搞“交钥匙”做法

在引入美国西屋公司的第三代核电技术AP1000之后,我国就要实现这一技术的自主化和再创新。党中央国务院决定成立国家核电技术公司(下称“国家核电”)来完成这一任务。作为时任国家核电筹备组组长,我参与了组建国家核电。

2007年2月13日,中组部和国资委宣布了以王炳华为董事长和党组书记的国家核电领导班子。我被中组部任命为该公司独立董事。国家核电为一股份制公司,国资委代表国家控股60%,中核集团、广核集团、中电投集团和通用机械集团各占10%股份。国家核电的任务是:代表国家受让第三代先进核电技术,实施AP1000依托工程项目管理,通过消化吸收再创新形成我国具有自主知识产权的核电技术品牌。

中国不仅要消化AP1000技术,实现核电设计的自主化和设备的国产化,还要在AP1000的基础上开发出中国自主品牌的CAP1400、CAP1700大型压水堆。这是我国核电事业中一项极具挑战性的艰巨任务。 公司被冠以“国家”二字,这在国企中是少有的,表明党中央国务院对该公司的重视和寄托的希望。

国家专项投资百亿元研发CAP1400

由于再创新的研发需要大量投入,我国三代核电技术自主化需要资金支持。

那时候,正好科技部牵头制定“国家中长期科技发展规划”。根据规划,国家计划通过核心技术突破和资源集成,在一定时限内完成多项科技研发,完成战略产品、关键共性技术和重大工程,设立16个重大专项,包括高级芯片研制、商用大飞机等,其中有一个重大专项就是“大型先进压水堆及高温气冷堆核电站”项目。

2006年6月,国务院召开常务会议,对这个规划的纲要进行讨论研究。温家宝总理主持会议。在会议中,我也做了发言,我建议大型先进压水堆项目必须和正在招标引进的第三代压水堆项目结合,在引进技术基础上,通过进一步研发再创新,开发出具有自主产权的更先进的中国品牌的大型压水堆。在引进的先进技术平台上更上一个台阶,避免从头开始。我建议,国家将这个引进消化吸收再创新的项目列为重大专项之一,并给予各方面的支持。当时,温家宝总理和分管教育科技的国务委员陈至立同志都表示赞同。温家宝指出,核电只搞一个项目,即要在引进的核电技术基础上进行投入研发,不能搞“两张皮”。

几个月后,国际招标确定了引进AP1000技术之后,国家核电及时提出了在AP1000技术基础上开发更大功率的非能动型压水堆 CAP1400项目建议。2008年2月15日,国务院第209次常务会议上通过重大专项总体实施方案,并将CAP1400的研发和示范工程建设列为重大专项的重点任务,由国家核电牵头,实行产学研结合,广泛吸收有关单位共同攻关。这个专项国家投资逾百亿元,并要求用开发的成果建设一座示范核电站。

“CHINA”的“AP1000”,    很不简单

重大专项的任务包含了两层要求:一个是通过消化吸收实现AP1000的自主化,更为重要的是开发出中国自主品牌的CAP1400,并进行更大功率的CAP1700的预研。

在AP1000的自主化方面,首先是设计的自主化。通过几年努力,自主化的AP1000的标准设计已完成,这是AP1000技术消化吸收基本完成的标志。我们命名自主化的AP1000为“CAP1000”,也就是中国(CHINA)的“AP1000”。相比西屋公司的AP1000,我们吸收了依托工程中众多经验反馈以及AP1000设计在建设过程中的改动,并针对AP1000原设计的一些不足之处,以及设备国产化的需要,对其进行了必要的改进和升级。

设计自主化过程并不简单。我们不能照抄AP1000,而需要真正吃透并验证其设计工艺和软件,并做必要的改进。

其中,工作量很大的是英制转换成公制,以适应中国标准。AP1000设计的计量单位是英尺、英寸、磅等,我们要把它变成厘米、毫米,公斤、克。简单地把英寸乘一个系数变成厘米,这样得出的是小数点后带几位尾数的厘米数。我们转公制的目的是选用中国的材料和设备,而中国材料和设备的标准,不可能有小数点后带几位零头的标准。这就需要根据英制数据寻求国内相近的材料和设备,而两者的差别就需要我们通过评估、计算甚至试验来选定中国的材料和设备,既能满足美方原设计的技术要求,又实现了国产化替代。无论是主设备、辅助设备,还是材料都存在这个问题。

此外,重要的设计改动都要经过周密的计算、论证,甚至试验。我们与西屋签合同时,西屋的设计是DCD-15版。随着美国核安全部门(NRC)陆续提出新的要求(如屏蔽厂房要能抗击商用大飞机的撞击等),AP1000的设计不断改进和升版,2011年12月,美国核管会批准了DCD-19版。自DCD-15版以来AP1000的基本设计没有改变,主要是纳入了前面说的飞机冲撞评估规则,此外,各种支持系统的细节和厂址特征得到调整,以简化美国业主取证的过程。在合同中规定,合同签订后直至核电站建成的过程中,西屋公司设计的任何改进和升版都必须及时通知中方,并要应用于依托工程项目中。所以到目前,DCD-19版的设计变更,除了针对软地基的设计修改不适用于三门和海阳的岩体地基,以及针对抵御大型商用飞机恶意撞击我国尚无法律要求外,其余设计变更均已在三门、海阳的4台机组中得到同步应用。有人说,中国签合同买了西屋公司已过时的设计(即DCD-15版),人家已发展到DCD-19版了,这是由于不了解情况而产生的误解。

在自主化的基础上,再创新的技术难度更大。在引进时,AP1000的实际发电能力最高达到125万千瓦,经过我们的自主研发,我们CAP1400的实际发电能力可以达到155万千瓦。在再创新过程中,我们把反应堆的功率加大,重新设计了反应堆堆芯、压力容器、蒸汽发生器、主泵、主管道、钢制安全壳、汽轮发电机组等关键设备,并根据依托工程的经验反馈做了很多改进,包括将热效率提高,增加应对外部事件(如地震、水淹等)的能力等,并根据福岛核事故的经验教训补充了一些安全设施。

当前,我们已完成CAP1400的初步设计并通过了国家审查,施工设计已完成62%,大部分关键设备已研制成功,有的已开工制造,有的正在制造样机,示范工程的场地准备已近完成,预计近几个月内将正式开工。我们还计划让CAP1400走出国门。在之前的讲述中,我们提到在引进AP1000时,我们和西屋公司达成协议,在CAP1400、CAP1700出口美国和日本时,我们将与西屋合作,而在除美国和日本之外的国际市场,中国将完全拥有CAP1400、CAP1700的自主知识产权。

    设备制造,    我们不搞“交钥匙”做法

依托工程和重大专项还大大推动了我国机械制造业的技术和管理升级,因为三代核电站对设备质量和可靠性提出了更高的要求。在主泵、数字化仪控、蒸汽发生器用的大量690传热管、锆材等过去依靠进口的设备和材料,也在发展三代核电过程中逐步填补了空白。此外,在三代AP1000特有的设备,如钢制安全壳、一体化锻造型主管道、爆破阀等设备的改进中也大大提高了我们的创新和自主化能力。下面我就设备国产化讲几个故事。

设备国产化是我国核电自主化的重要内容。对于设备制造,在谈判时我们就提出,我们不搞“交钥匙”的做法。“交钥匙”,就是核电站整个设计建造和设备全由外方负责,而中国需要支付昂贵费用,许多技术也学不到,而在合同签订后,外方又把许多工作和设备低价反包给中方干,从中获取巨大利益。所以,我们要求,在AP1000的依托工程中,第一,我们自己做土建安装;第二,我们要尽可能地实现设备国产。

在设备方面,我们要求只买西屋公司的一套关键设备(设备分关键设备和辅助设备,关键设备是指压力容器等核岛里的主要部件,辅助设备是指一般性的设备)。这些关键设备相比“二代加”的变化很大,一是使用寿命达到60年,二是可靠性和安全性增强。比如,原来二代核电设备很多是由众多组件焊接而成的,而AP1000的设备尽量整体锻造,不焊接或尽量减少焊接,这样就要求锻件很大,工艺难度大大提高。

按照我们开始时达成的协定,在依托工程的4台机组中,从第二台机组开始,西屋公司便派人帮我们在中国工厂按照三代核电技术标准进行设备生产。AP1000的依托工程有两个,分别是三门核电站和海阳核电站,分属中国核工业集团公司和中国电力投资集团公司两个业主。由于两个业主都希望有一套国外原装的机组,于是两大核电站各自的1号机组关键设备都改变为由国外供货。这样最后合同中关键设备进口两套,另两套用西屋的技术在国内制造。这些关键设备有压力容器、蒸汽发生器、主泵等。当前在中国制造的关键设备进展不错,有的已交货,正在实现国产化。

主泵的国产化是我们遇到的一大难题。屏蔽主泵的制造难度的确非常大。在之前的谈判中,我们和西屋公司商定,在4台机组中,3台机组的主泵由西屋公司提供,第四台机组的主泵实现国产化。但合同落实时,西屋公司的主泵承包商EMD公司负责人前来参观中国的设备工厂,他们说,按照你们工厂的设备条件和技术经验,你们无法按照工期要求供货。参观考察过美国的主泵工厂后,我们也认识到屏蔽主泵制造工艺难度的确很大,我们制造主泵的相关工厂缺少必要的设备,也缺少技术经验和管理经验。另外,我们也知道,美国公司也非常希望多卖几台泵,增加收益。

经过反复谈判,我们始终坚持一个原则,即必须实现主泵国产化,必须要把中国制造的主泵用于依托工程的核电机组中去。最后达成妥协,即为避免第四个核电机组(海阳2号机组)拟采用的4台国产主泵不能按时交货的风险,我方同意增加购买4台美方主泵,但同时美方必须帮助中方工厂按时制造出两台主泵,优先用于海阳2号机组,而多余的两台美制主泵则用于后续新机组。这就是(16+2)方案。美方承诺增加派出人员到中国工厂,帮助工厂按时制成两台主泵。当然,美方同时也要求增加技术服务费用。我们认为,在依托工程中,哪怕只有一台中国制主泵用于依托工程,就说明我们多年未能实现的主泵完全国产化目标,现在实现了。韩国至今尚未生产核电主泵。我相信中国企业能够按期制造出两台屏蔽式主泵,装入海阳2号机组,并从此制造出大批量主泵供后续AP1000项目使用。制造出AP1000的主泵,也为重大专项CAP1400的主泵制造奠定了基础。

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