郑明光,国家电投集团首席科学家,“国和一号”总设计师,国家电投集团上海核工院科技与发展专家委员会主任,大型先进压水堆核电站国家科技重大专项技术负责人,中央企业优秀科技领军人才。先后参与我国第一座自主设计建造的秦山核电站、我国第一座出口核电站巴基斯坦恰希玛核电站的研发设计;作为总设计师,牵头实施大型先进压水堆核电站国家科技重大专项研发,牵引支撑型号落地的产业链体系建设,成功开发了“国和一号”CAP1400三代非能动先进核电型号。现任国际原子能机构核能事务常务顾问组主席、核电关键材料全重实验室主任。获国家科学技术进步奖二等奖1项、上海市科技进步奖一等奖1项、中国电机工程学会一等奖2项等多项荣誉。今年5月30日荣获全国创新争先奖状。
“核”以明光
早上六点,第一缕阳光刚刚跃出东海岸线,郑明光已穿着红色POLO衫、迈着矫健的步伐来到办公室,开始一天忙碌的工作。办公桌上摆放着一摞摞厚重的技术资料,透过银色边框眼镜,他硬朗的脸上露出一丝微笑。一旁是一座原子弹爆炸形态的蘑菇云小模型——那是中国核工业成立五十周年时的纪念礼物。这朵“蘑菇云”,既是中国核事业从无到有的峥嵘岁月的象征,也是他幼时就立下从事核工业工作志向的一种明证。
从秦山到恰希玛,从AP1000到CAP1400,他用四十余载光阴,诠释着“择一事做一生”的朴素信仰。这条路,他走得扎实且坚定,像一棵树扎根大地,年轮里刻满风雨,终于枝繁叶茂、蔚然成林。
郑明光说,核电这件事,值得一个人把最好的时光都放进去。“核电不是重复,而是上下求索、永无止境的开拓。”
青春“郑”好
结缘核电,源于内心的选择。
小学时,在课堂上听老师生动讲述原子弹爆炸后对我国科技和国防事业带来的深远影响,小小的他便萌发了将来要学核工程的想法。
▲二十出头的郑明光(右四)与团队完成秦山核电站某项目节点后的合影。
1978年,他如愿考入西安交通大学反应堆工程专业。1982年,20岁的郑明光从西安交通大学毕业进入了上海核工院。彼时,中国核电事业刚刚起步十余年。他作为反应堆控制系统整定值研究工作的主要人员,好学钻研,关键部件的尺寸数据、各种工况的运行指标烂熟于心,完成了系统设计、设备调试和最终系统调试等工作,参与、见证了秦山核电站从无到有的艰难过程。1991年12月15日,秦山核电站并网发电,结束了中国大陆无核电的历史。这段经历,为他日后的核能生涯奠定了无比坚实的基础。32岁那年,郑明光成为中国核工业系统首批晋升的研究员级高级工程师。
秦山核电站并网发电后,他与同事们便立马转战到当时中国能源领域规模最大、科技含量最高的出口项目——巴基斯坦恰希玛核电站的建设中。
作为该工程项目中十分重要的“核电站全范围仿真机项目”的项目经理、技术负责人,从技术调研、设备改装、设备分合同的洽谈到多项应用软件和网络软件的开发,他带领团队攻克一个个技术难点。2000年,被时任国务院总理朱镕基誉为“南南合作的成功典范”的恰希玛核电站投入商运,为国际高水平核电型号创新研发提供了中国方案。
▲二十出头的郑明光(第二排右四)与团队完成秦山核电站某项目节点后的合影。
郑明光紧盯世界核电安全技术最前沿,2011年,积极推动严重事故预防与缓解措施在恰希玛核电站2号机组首次应用,使该核电站安全性达到当时世界先进水平。这一创新成果广受好评,获2013年中国电机工程学会科技进步一等奖。
“竞争力源于创造力,创造力源于学习力,没有持续的学习就意味着后退。”这是郑明光常挂在嘴边的话,也是他职业生涯的真实写照。为了核能事业发展,1998年,他在职攻读了上海交通大学核能科学与工程博士学位。通常需要四年以上才能完成的学业,他仅以三年多的时间便一举攻克,展现出超群的学习力。
从我国大陆第一座核电站——秦山核电站到第一座出口核电站——恰希玛核电站,作为我国核电发展历程中的重要参与者、见证者,郑明光已经成长为中核集团最年轻的CNP1000副总设计师,带领团队开展中国三代压水堆核电站的研发设计。
道路已“明”
2006年,党中央决定引进AP1000第三代核电技术,走“引进、消化、吸收、再创新”自主发展之路,开发出具有自主知识产权的CAP1400。这一国家使命,由国家核电技术公司承接,上海核工院作为技术主要责任单位实施。
时任上海核工院院长的郑明光,接过了大型先进压水堆核电站国家科技重大专项的技术总师与型号总设计师这份千斤重担。“这是国家交给我的使命,我必须要全力以赴完成。”这句话成为他日后工作的信念。
根据合作协议,中方必须在AP1000净发电功率100万千瓦的基础上,研发设计出净发电功率大于135万千瓦的核电站,才算拥有自主知识产权。这项曾被业内认为“不可能完成的任务”,成为摆在郑明光面前的第一道难关。
发电功率的增加,不是简单的设备等比例放大,而是所有设备必须重新研制。郑明光带领团队直面挑战,从反应堆堆芯着手,将燃料组件从AP1000的157组大幅增加至193组,热功率提升近20%。
但这仅仅是开始。为了让“核电之心”(主泵)更强劲、“核电之魄”(安全壳)更坚固、“核电之肺”(蒸汽发生器)更有力,郑明光团队进行了全方位的创新迭代:增加钢制安全壳的直径和厚度以扩大核岛空间,重新设计研发主泵、蒸汽发生器、爆破阀、汽轮发电机,优化堆内构件、主管道……每一个参数的修改,都需经历海量计算、模拟与论证。例如,蒸汽发生器的传热管就得从10025根增至12606根,方能满足需要。“所有的设计数据必须根据整个工况、效能、机组的功率,重新计算、重新分析、重新确定。”这是他对团队多次强调的要求。
▲2023年5月,上海核工院牵头完成的科技成果“大型核电厂熔堆应对技术研究及应用”获得上海市科技进步一等奖,郑明光代表项目组接受表彰。
每一次大胆的设计都要经过试验验证。为全面验证设计的可靠性,在他的推动和组织下,围绕重大专项研发,相关机构新建43个大型试验台架,完成6大试验课题17项关键试验共887个工况的独立试验验证,掌握了336项关键核心技术,攻克了业界普遍关注的高功率堆芯冷却、熔融物堆内滞留、安全壳放射性包容三大安全难题。
每项试验都要花费大量精力和时间。在堆芯熔融物滞留试验中,研发团队发现试验结果跟外方给的资料出现很大偏差。为了验证数据的准确性,郑明光组织研发团队查阅文献并开展试验验证,用了整整一年的时间,历经上百次试验,证明了中方试验结果的准确性,为CAP1400的安全性论证提供了坚实保障。
2011年12月,CAP1400初步设计完成。2012年起,国家核安全局组织近300位专家、数十家单位,对CAP1400总体设计方案开展系统性安全评审。这是中国核电史上审评时间最长、范围最广、内容最深、独立性最强的安全评审。整个评审历时17个月,研发团队回答了5000多个问题,累计提交了16万页安全分析资料,终于拿到了国家颁发的通行证。2016年,CAP1400通过国际原子能机构(IAEA)安全评审,获得了时任国际原子能机构总干事天野之弥的高度评价:“中国成功设计研发的大型压水堆CAP1400对世界核能发展非常重要。”
▲2023年5月,国际原子能机构(IAEA)总干事拉斐尔.马里亚诺.格罗西一行参观上海核工院重大专项成果展。(右二为郑明光)。
十年磨一剑,郑明光和3万多名科技人员、600多家协作单位,成功研发出具有自主知识产权、达到世界先进水平的CAP1400核电技术型号,实现了中国三代核电技术从跟跑到并跑的跨越。2020年,国家电投集团正式发布重大专项标志性成果“国和一号”品牌。2024年,“大型先进压水堆非能动安全关键技术及应用”获国家科学技术进步二等奖。
国之荣“光”
作为世界最大的非能动压水堆核电站,设备研制困难重重。面对远超当时制造能力极限的技术要求,许多企业纷纷望而却步。当郑明光带着CAP1400设计图纸寻找制作厂家时,回答他的是一连串的“不可能”。
以压力容器大锻件为例,当时国内锻造领域最高水平的公司为中国一重,时任副总经理的王宝忠在看到技术图纸的要求时,当即惊呼:“地球上还没有人能造出这种标准的大锻件。”
没有设备的支撑,理论设计都是空谈。“实现大锻件国产化,是CAP1400核电技术从图纸变为现实的关键。”面对困难,郑明光施展他的“三千策略”(千言万语、千方百计、千辛万苦),也是最朴实的诉求,他对王宝忠说,“确实难度大、挑战大,失败的可能性也大,但如果不跨出这一步,我们永远也不能实现领先世界的可能。”
王宝忠被郑明光的真诚和求索精神感动。自此,研发团队开启了与制造企业一起攻坚CAP1400设备国产化之路。
在国家的大力支持下,中国一重最终突破了冶炼、成型、热处理等制造关键核心技术,成功研制出合格的大锻件。从此,中国的核电大锻件从300吨级钢锭提升至715吨级,达到世界领先水平。
▲郑明光在核电项目工程建设现场。
要实现先进的三代核电技术全国产化,不只是设计、材料和装备制造要国产化,建安调试、运行维护等全产业链都需要拥有自主能力。为避免“因1%卡住100%”,郑明光立足新型举国体制,带领团队对全产业链进行摸排、考察、洽谈,选择了一批有底蕴、有潜质、有能力的制造企业参与到三代核电设备国产化工作中来,确保了重大专项的成功研发。
在关键材料、关键设备的零部件上,CAP1400不仅带动了国有企业的参与和发展,也带动了一大批民营企业参与和发展。宝银特种钢管有限公司(以下简称“宝银公司”)在蒸汽发生器用690U形管研制中,便走出了一条典型的自主创新之路。
“当时,全世界仅有三家工厂掌握核电站用U形管生产技术,我便想通过引进国外技术的方式来生产。”宝银公司时任董事长庄建新回忆当初的情景时说,“没想到国外相关厂商根本不愿意合作,我们被对方‘一杯咖啡、一张光盘’就打发了。无法引进技术,我们只能自己研发。”
在郑明光的支持下,宝银公司经过4年的自主研发,于2010年成功生产出第一支合格的核电站用U形管,打破国外垄断,且价格仅为进口价的三分之一。更为戏剧化的是,2022年宝银公司收购了当年曾拒绝合作的那家外方公司,成为全球最大的U型管制造企业。
与宝银一样的民营企业,还有宁波天生密封件有限公司、浙江久立特材科技股份有限公司……他们在参与国家重大专项中获得了成长。
重大专项研发的18年来,334家国有企事业单位、271家民营单位协同攻关。2024年重大专项示范工程首台机组并网发电。超大锻件、核级焊材等关键材料取得突破;全球最大功率的蒸汽发生器、全球最大规格的爆破阀等关键设备研制成功,整体性能达到世界领先水平。
通过重大专项CAP1400的设备国产化,带动了全国核电装备材料和设备的整个基础工业体系的发展,实现了国家高端装备制造产业链、供应链体系的大集成、大联合、大配套、大对接、大跨越。
▲2016年5月,国际原子能机构(IAEA)副总干事兼核安全与核安保司司长胡安.卡洛斯.兰蒂赫向国家核电提交CAP1400通用反应堆安全评审最终评价报告。
在我国三代核电技术引进、消化、吸收再创新的过程中,郑明光带领团队建立的核电“八大体系”(研发技术体系、软件体系、设备体系、材料体系、试验验证体系、标准体系、人才体系和知识产权体系),为我国三代核电技术发展奠定了坚实的基础,最终获益的不仅仅是CAP1400示范工程,更是整个国家的工业能力的提升。
建成CAP1400只是一个起步,国内批量化建设、推动CAP1400走出去的道路还很漫长。如今担任国际原子能机构核能事务常务顾问组首位中方主席的郑明光,在牵头开展CAP1400+研发,进一步提升CAP1400先进性、安全性、经济性的同时,经常奔走在各种会议、展览、技术交流等场合,主编科普读物、每年参与数十场科普宣讲,以严谨而生动的语言向社会公众展望绿色核能未来,宣传中国核电理念。
“我要做的事情还有很多,我要把这些研究成果和技术回馈给社会,回馈给世界。”郑明光坚定又深情地说出了他心中的目标。
