知难而进,建堆报国 —— 清华大学核能与新能源技术研究院核科学与技术团队侧记

2019年3月11日21:27:41知难而进,建堆报国 —— 清华大学核能与新能源技术研究院核科学与技术团队侧记已关闭评论 50 views

在清华大学,有一个地方人们习惯上称它“200号”,那就是清华大学的核研院(核能与新能源技术研究院的简称)。200号诞生于上个世纪50年代末,因军而生、为国而长,为开创新中国的原子能事业而建。半个多世纪前的建院之初,一支平均年龄仅为23岁半的清华师生组成了建设队伍,在200号建成了第一座由中国人自行设计、自行建造、自行运行的反应堆。其后,又完成了“溶剂萃取法核燃料后处理”技术研究,为“两弹一艇”做出了重要贡献。

如今,200号又成长起一支“全国高校黄大年式教师团队”--清华大学核能与新能源技术研究院核科学与技术团队,他们在团队负责人张作义院长的带领下,正承担着国家科技中长期规划重大专项任务——高温气冷堆核电站示范工程。这一任务是要建成国际上首座具有固有安全特性的商用规模高温气冷堆核电站。建成高温气冷堆核电站示范工程,对于满足国家能源安全的需要,推动清洁能源的技术进步,提高自主创新能力,带动我国装备制造业和高新技术产业的发展,加快国家经济发展方式的转变,都具有重要意义。

高温气冷堆技术从实验反应堆规模迈向商用电站规模对世界都是一个挑战,对中国的工业水平也是一个挑战,对核研院的科研更是一个挑战。在这样的挑战面前,这支团队锐意进取、敢为人先,他们正在做着前人没有做过的事情,并已经在先进核能技术的国际竞赛中已领先一筹。

(1)创新难,不断创新也难,坚持自主创新不动摇更难。

正因为高温堆重大专项任务是前人所没有实践过的,其挑战之巨,超出想象,这些挑战就摆在核研院的同志面前。应对挑战的道路只有一条,那就是坚持自主创新不动摇。作为高温气冷堆重大专项的领军人物,张作义深知自主创新之路无比艰难,但惟有如此,才能实现技术的跨越式发展,才能在国家的发展和民族的复兴进程中做出贡献。他把建设世界一流研究院的目标定位为面向国家发展中的能源安全与瓶颈难题、解决国家长远发展中可能遇到的战略性重大技术问题。

为了重大专项核心技术方案的确定,张作义与团队的主要骨干一起,夜以继日、忘我工作,一个细节一个细节地推敲,一个参数一个参数地调整、一个方案一个方案地比较。不知经过了多少个不眠之夜,最终完成了以单区堆芯、双模块反应堆带一台蒸汽轮机模式的全新技术方案。

高温气冷堆示范工程于2012年12月9日正式开工建设。迄今为止,工程设计和土建工程已全部完成;两台反应堆压力容器分别于2016年3月和9月吊装完成;两台金属堆内构件分别于2016年4月和2017年1月吊装完成;2017年6月首个反应堆模块的陶瓷堆内构件全部安装完成;2017年6月220kV倒送电成功;汽轮发电机组、核岛110kV倒送电、核电厂主控制室、模拟机等设施已经投入使用。示范工程已全面进入调试阶段。2017年,全球首条工业规模的高温气冷堆燃料元件生产线实现量产。据此进度安排,预计示范工程将于2019年初实现首个模块并网发电。

(2)科研难,工程化也难,重大高技术的产业化更难。

高温堆重大专项任务与高等学校通常的科研有很大的区别,它不再是基础科研,不再仅仅是纸上论文、不再仅仅是原理实验,而是一个从科学研究到工程实践、从自主科研到自主设计、自主建造的大型的科研工程,是能够参与国际竞争的新一代核电系统、是能够代表先进生产力的科学高地!张作义说过:作为一个国家培养的科技工作者,应当努力把自主知识产权的技术转化为现实生产力,为突破国家发展遇到的瓶颈问题作贡献。他还常常对核研院的研究生们说:要把论文写在祖国大地上!

在完成了核能系统先进性等诸多创新和集成研究之后,这支团队不满足停留在已有的成绩上,更不愿意让领先的研究成果在完成之后让外国人又重新占领领先地位。他们怀抱为国家民族做贡献的理想,把技术的产业化、关键设备的国产化作为自己研究的课题。他们解放思想、创新体制,更把科研创新的做法带到了高温堆技术产业化的实践上,摸索出了产业化合作的新模式,提出并实现了与国内大型的骨干企业联合建立“产学研”结合的国家重大专项产业化创新团队,先后成立了中核能源科技有限公司、华能石岛湾有限公司,分别承担核电建设的工程建造总承包责任和业主责任。张作义说,科学研究可以采用全世界顶级的技术、仪器、制造能力,而工程化只能立足我国的工业发展水平。无论是攻克具体的技术难点、创新技术路线,还是探索新的高技术产业化模式,张作义和他的团队都出色地发挥了党员的先锋作用,带领一个由校内外单位组成的队伍一步一个脚印地前行,这是一个其中既有科研与企业、又有设备与工程、地域分布广的特大型团队。

2016年12月,第四代核能技术60万千瓦高温气冷堆核电站技术方案在清华大学发布,该项目是20万千瓦高温气冷堆核电站示范工程的后续项目,这标志着我国高温气冷堆技术从实验堆阶段的“跟跑”位置,到示范工程阶段的“领跑”位置,正式跨入可以转化为先进生产力的商用阶段。

(3)当先锋官难,当指挥官也难,即当先锋官又当集团军指挥官更难。

在高温堆重大专项实施过程中,清华核研院本身具体承担了24个核心课题,100多个关键设计项,本单位内外的课题和各设计项之间的接口协调任务极为繁重。

这是一场硬仗,张作义和他的团队就象战争年代的战地指挥员和先锋官一样,一心扑在前线。在他的办公室里,常备着一箱方便面,有一个长沙发。饿了,办公室就是他的食堂,泡上一袋方便面,技术图纸成为了他的方便面调料;累了,办公室就是休息室,在沙发上稍事休息,就又投入战场。有时技术讨论会结束的很晚,食堂已经下班了,张作义就说,大家到我办公室一起吃方便面吧。他曾说过,一天可以完成三个活动,白天一天做研究算一个,晚饭后开个技术研讨会算一个,晚上9点以后约谈公司发展问题也算一个。

这又是一场大仗,张作义和他的团队更是战役中的指挥官,心里装着全局。因为清华核研院是重大专项的牵头负责单位,涉及到几百个研究单位、工厂企业的联合攻关。因此,我们要面对的不再是小规模的战斗,不再是游击队方式的战斗,而是野战集团军的多军兵种联合作战,是一场真正的大战役。仅核级设备制造加工厂家就多达40多家,再加上其他合作单位共有大中型企业数百家。为了选择建设厂址,张作义和团队教师从南到北几乎走遍了可能建设高温堆的厂址,最后选择了山东荣成石岛湾。为了关键设备能够按照进度和质量完成,他们走访了全国各个角落的主要核级设备制造厂家,对国内设备研究和加工制造情况也了如指掌,对合作方遇到的技术和合作困难能够提出适合国情的解决办法,有效化解困难。

经过张作义及其团队的努力,高温气冷堆示范工程已经实现了90%的国产化率,中国的企业完成了一系列世界首台套的重大装备的制造。上海电气完成了反应堆压力容器、金属堆内构件、控制棒驱动机构等重要装备的研制。上海电气鼓风机厂和哈电佳木斯电机厂完成了主氦风机的研制。宝鸡生产的燃料装卸系统主要设备已经运抵现场。蒸汽发生器的关键技术及工艺取得突破,哈尔滨电气承担的蒸汽发生器制造已经接近完成。按照最新的设备制造计划,两台蒸汽发生器将分别于2018年7月和11月交付。

(4)跟踪前沿难,与前沿同步也难,引领国际前沿更难。

核研院高温堆技术的先进水平和科研与产业化推广的创新模式,引起了国际上越来越多的关注。2016年11月,第八届国际高温气冷堆技术会议(HTR-2016)在美国拉斯维加斯举行,张作义带领中国高温气冷堆技术团队参会,并在大会开幕式上向国际同行做了题为《高温气冷堆核电站示范工程(HTR-PM)的最新进展》的主题报告。报告以及现场播放的视频短片,生动展示了HTR-PM的施工建设和设备安装过程,令所有与会者感到震撼和兴奋。报告结束后,现场响起热烈的、经久不息的掌声。第二天,美国著名媒体《福布斯》即以《高温气冷堆项目的成功助力中国大踏步清洁空气》为题,报道了张作义教授的大会报告情况,引起了广泛关注。

张作义还不满足目前的领先,他说:保持领先地位很难,我们现在的成果,十年前就开始酝酿了,要超前研究、提前储备技术,我们领先了也不能轻视别人,国外的技术基础仍然好于我们,我们仍然要抱着如履薄冰、如临深渊的态度,要是技术决策失误了、进度耽搁了,我们就有可能由现在的领先变为落后。

在张作义及其身后的教师团队身上,充分体现出了我国科技人员的使命感和责任感,体现出敢为人先的创新意识、锐意进取的拼搏精神和无私奉献的高尚情怀,在科研战线上发挥出了共产党员的先锋模范作用。

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