高溫氣冷堆：自主創新鑄就國之重器

陳瑜

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，示范工程并網成功，我國成為世界少數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。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，推動我國高溫氣冷堆從“樣品”變為“產品”。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），創新型設備有600余臺（套），設備國產化率高達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工作帶頭人唐亞平看來，并網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新，把高校和企業緊緊地結合在一起，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業化。此時，對正在為謀求更高質量發展尋找突破的原中國核工業建設集團（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，實現產業化”。

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出真正滿足市場需求的產品以實現自身投資價值，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并進行商業推廣沒底。

“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。”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“小核心、大協作”創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、強強聯合的新格局正式形成，校企合作、協同創新邁上新臺階。

聯合攻關 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了工程化、變成了生產力。”唐亞平說。

作為全球首堆，示范工程沒有可借鑒經驗，面臨諸多類似的高難度技術挑戰。

蒸汽發生器被稱為“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10兆瓦實驗堆小規模的非工業化設備數據提高兩到三個量級形成的，然而制造難度太大、經濟性不好、后續可檢驗性不足。

2015年春，為加快蒸汽發生器制造，確保按期交付，在項目業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主設備采購、安裝管理人員協同創新、聯合攻關。

聯合攻關團隊在高溫堆一比一的工程實驗室一起協作，經過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首創。

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。

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

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‘聯合總體室，聯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。”張國華說，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、規范變更”的原則，公司員工則更加理解、尊重老師們對創新的追求。

中核能源原副總經理楊明德是核研院教授，曾在示范工程現場堅守了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歷，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，雙方建立了亦師亦友的深厚情誼。在共同的事業中，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平表示，科技創新是核工業的立業之本，是核工業發展之魂。在當前歷史階段，核科技創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、大協作”的理念，加強和擴大“國內翼”合作，發揮協同創新單位的優勢來共同推動解決集團關注的科學問題，成為集團公司研發體系的重要組成部分和科技創新“新勢力”。