产学研协同创新启示录② | “高温气冷堆”实现商用：“免费”合作如何成就世界领先大国重器
华能石岛湾高温气冷堆示范工程首台反应堆压力容器吊装就位。
“不谈钱”的产学研合作能成吗？会产生经济效益吗？上海电气核电集团及清华大学核能与新能源技术研究院用长达30多年的合作，给出了一个肯定的答案——
通过免费的联合设计、无偿的技术支持、畅通的制造经验分享，双方从10兆瓦实验堆起步，成功推动了第四代先进核能反应堆“高温气冷堆”在我国率先实现商用。而今，这支“不谈钱”的产学研团队摸索出了600兆瓦高温气冷堆主设备的关键制造技术和工艺，累计获得37亿元的相关主设备供货订单。
成功的产学研合作通常讲求清晰的利益划分，但在国家重大战略需求面前，上海电气与清华大学选择了一条不计较的“模糊路径”，“从0到1”对大国重器进行探索式研制。得益于此，该项目日前摘得2023年度上海产学研合作优秀项目奖特等奖。
国家需求凝聚共同探索意愿
2023年12月6日，全球首座第四代核电站——山东荣成华能石岛湾200兆瓦高温气冷堆核电站示范工程，正式投入商业运行，标志着我国第四代核电技术达到世界领先水平。这座示范堆正是起步于上海电气核电集团与清华核研院30多年前开始的一次成功合作。
上海电气核电集团技术发展部部长盛旭婷回忆，他们与清华在高温气冷堆领域的合作最早开始于1995年。“当时，我们从一个10兆瓦的实验堆起步，从零摸索设备的制造技术与工艺，清华是设计方，我们是制造方。”
“我们的目标，都是为国家解决未来能源问题。”从1993年起，清华核研院张征明教授就开始参与实验堆的研发，要将高温气冷堆的设计图纸落地转化为可商用推广的产品，需要设计与制造的同步创新。
一个核电项目，从研发到实现产业化，周期往往长达十多年。这远不是购买或共同研发几个技术点那么简单，而是要不间断、无缝隙地相互磨合、共同探索，最终趟出一条高温气冷堆产业化之路。
2006年，石岛湾核电站示范工程列入国家科技重大专项。2008年，上海电气核电与清华再次联手，推动200兆瓦高温气冷堆产业化。2013年，上海电气总公司与清华大学签订推进高温气冷堆设备产业化战略合作框架协议，共同促进高温气冷堆示范工程的设备供货及关键设备技术研究。2018年，上海电气核电集团与清华核研院开始了600兆瓦高温气冷堆主设备研发和批量化制造探索。
“免费”“无偿”构建丝滑合作
为什么高温气冷堆的合作“不谈钱”？因为没法谈钱。如果每次技术支持、每项技术研发都要算钱、签合同，高温气冷堆的开发速度将成倍放缓。
反应堆压力容器、金属堆内构件、蒸汽发生器……600兆瓦高温反应堆的五大核岛主设备的技术参数比200兆瓦提升了不少，其关键部件组件的研发往往涉及机加工、冷作、焊接、热处理、装配、检验、试验等诸多专业领域，每一项工艺攻关、改进，都离不开技术研发团队的密切合作。
在张征明的记忆中，为了一个关键设计指标，双方边讨论边优化实施方案，来来回回可以修改多达数十次，但方案一确定，就立马组织落实。“有一次，我一早坐飞机到上海，午饭也没吃，就跟上海电气核电集团的技术人员一起在现场讨论如何实现指标，当晚又飞回北京。短短两天后，他们就发来了工件加工的实测尺寸，结果证明完全满足之前提出的技术指标。”
2020年6月的一次高温气冷堆蒸汽发生器蒸汽出口连接管布置的联合设计，令参与制造研发的上海电气核电集团专业副总师袁骞印象极为深刻。
为缩短制造周期，600兆瓦高温气冷堆蒸汽出口必须一次可同时装焊左右两侧共计十几根连接管，同时进行装焊后的无损检测，如检查出有质量问题还要更换连接管——这一设计要求远高于200兆瓦高温气冷堆，所有连接管线需要重新设计。
“我们原先预估的设计周期是一个月。”袁骞说，没想到，实际在周末无休的连续工作下，双方历时72天、迭代了十几个方案，最终完成了19组、共665根连接管的布置设计任务。
核电是个系统工程，类似的探索在600兆瓦高温气冷堆的产业化研发中比比皆是。比如，为了摸索高温气冷堆蒸汽发生器异种金属换热管的焊接工艺优化，上海电气核电集团花了整整一年，先后焊了几百根换热管接头，才摸索出了最佳焊接参数——最后焊接的一批100根换热管，各项技术指标整体达标率高达99%。
领先技术开拓“蓝海”市场
如此全力“呵护”高温气冷堆的成长，上海电气核电集团与清华核研院瞄准的都是国家重大战略需求，以及由此带动的一片技术与市场“蓝海”。
在国家“双碳”战略的背景下，安全、清洁的第四代先进核能技术应用前景日益清晰。《中国核能发展报告2023》蓝皮书显示，预计到2035年，我国核能发电量在总发电量的占比将达到10%，支撑我国能源结构低碳转型发展。
“与传统核电堆型不同，高温气冷堆具有更灵活更广阔的能源综合利用条件。”盛旭婷说，除了传统发电，它还可用来制氢、提供工业热能以及海水淡化，不少应用已进入商业化探索阶段。
据悉，在高温气冷堆的后续推广中，可模块化建设20万、40万、60万乃至80万、100万千瓦等系列装机容量的核电机组，以适应不同地区和用户的需求，该技术有望开启千亿级产业。
通过600兆瓦高温气冷堆主设备制造技术的研发和装备能力建设，上海电气核电集团已接到合同金额累计达37亿元的设备订单，初步具备了600兆瓦高温气冷堆主设备批量化成套供货能力，助力我国先进核能系统的产业化。
作者：许琦敏
文：本报记者 许琦敏 图： 新华社 编辑：施薇
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