“研發具有完整自主知識產權的先進核電型號，是中國核工業人的共同夢想。這個夢想，起步于‘國之光榮’秦山一期，成功于國家名片‘華龍一號’。”1月30日，華龍一號全球首堆——中核集團福建福清核電5號機組投入商業運行，標志著中國成為繼美國、法國、俄羅斯等國家之后真正掌握自主三代核電技術的國家。當天舉行的首堆商運發布會上，中核集團黨組書記、董事長余劍鋒說，20世紀80年代以來，我國核電從秦山起步，掀開了核能開發利用的新篇章。在自主設計建造秦山一期、秦山二期、嶺澳二期等核電廠基礎上，中核集團歷經20多年砥礪創新，成功自主研發了三代核電技術“華龍一號”。
1月30日拍攝的“華龍一號”核電機組福建福清核電5號機組。新華社記者林善傳攝
中核集團華龍一號是我國在30余年核電科研、設計、制造、建設和運行經驗基礎上，研發設計的具有完全自主知識產權的三代核電技術。華龍一號設計壽命為60年，反應堆采用177堆芯設計，堆芯設計換料周期18個月，采用“能動和非能動”相結合安全系統及雙層安全殼等技術，在安全性上滿足國際最高安全標準要求。華龍一號每臺機組裝機容量116.1萬千瓦，每年發電近100億度，能夠滿足中等發達國家100萬人口的年度生產和生活用電需求。
據了解，作為中國高端制造業走向世界的“國家名片”，華龍一號是當前核電市場上接受度最高的三代核電機型之一。華龍一號首堆所有核心設備均已實現國產，所有設備國產化率達88%，完全具備批量化建設能力。華龍一號是幾代科技工作者接力奮斗的結果，上萬名核工業建設者常年奮戰在項目施工現場。
余劍鋒表示，“華龍一號”的成功研發建設，既是中核集團在國家大力支持下舉全集團之力取得的成果，也是統籌集團內外、國內外優勢力量，大力協同、密切合作的結晶。中核集團充分調動中國核動力研究設計院、中國核電工程有限公司、中國核工業建設股份有限公司等20多家成員單位的力量，聯合中國一重、東方電氣、上海電氣、哈電集團、中國能建、有關高校等國內參研單位，與法國、意大利、奧地利等14家國際組織和科研機構展開合作，組織5300多家國內外設備廠商完成7萬多臺套設備的制造供貨任務。
商運發布會上，中核集團華龍一號總設計師邢繼的發言令人動容。回顧華龍一號的品牌創建和首堆工程建設過程，他將華龍精神概括為三個關鍵詞——堅守、協同和奉獻。
“從CNP1000、CP1000、ACP1000再到華龍一號，20年4個自主型號的名稱，折射出的是一代接一代中國核工業人，在自主創新核電技術的艱難歷程上不斷追求更高目標的執著精神，是對初心的堅守。”邢繼說，從一窮二白，水泥、鋼筋都依賴進口，在短短30多年的時間里使我國一躍進入核電技術先進國家行列，靠的就是對目標的執著堅守。在首堆工程開工以后，華龍團隊不斷在優化改進設計，不斷創新建造技術。“從福清到卡拉奇，再到漳州和海南，每一個后開工的項目都在汲取前面經驗反饋的基礎上進行優化改進，使華龍的安全水平和經濟性不斷得到提升，這同樣是源自于對這種初心的堅守。”
核電站是世界上最復雜的能源系統，中核集團華龍一號的研發集結了國內17家高校、科研院所的力量，國外有14家企業或大學參與，簽署科研合作協議上百項。華龍團隊在研發過程中開展了產學研合作，克服了很多困難、解決設備國產化難題，以滿足第三代核電要求。在核電主設備（RPV、SG和主管道等）上，通過聯合研制實現了100%的國產化，不僅關鍵設備，對于核電建設用的大宗材料也是如此。
比如電纜。對于三代核電站，假設出現嚴重事故，為確保核電安全，電纜必須能夠耐受嚴重事故考驗，而且二代核電站用的電纜鑒定壽命40年，而三代核電站電纜鑒定壽命是60年。為此，華龍團隊與廠家一起研究，實現電纜壽命的延長，提高耐高溫高壓性能。電纜通過了十五天的模擬高溫高壓環境試驗，又經過了十五天強堿性溶液浸泡試驗考驗后，通過了最后的耐電壓性能試驗，成功驗證了電纜在極端情況下的安全功能。“再比如安全級電纜的熱縮套管，以前長期被國外一家公司壟斷，我們和國內企業聯合研發的華龍一號嚴重事故用電纜熱縮套管打破了這個局面，而價格只是國外廠家的1/5。”
類似的事例不勝枚舉。邢繼稱，華龍從圖紙走向現實的過程中，中核集團聯合東方電氣、哈電集團等58家國有企業，聯動140余家民營企業，帶動上下游產業鏈5000多家企業，共同突破了411臺核心裝備的國產化，首堆工程國產化率達到88%，實現了由“中國制造”向“中國創造”的飛躍。
邢繼還回憶道，在首堆示范工程建設如此龐大的組織體系中，接口關系十分復雜，往往會“牽一發而動全身”。比如在不同設計單位間分工的工作，相互關聯相互影響，一個技術參數需要反復迭代才能最終確定，必須緊密結合才能配合默契，實現總體設計目標。工程上亦如此，調試中發現系統流量調節問題，設計院與調試人員共同研究，重新設計孔板，施工拆除部件，采購迅速聯系廠家并將部件快速送達，廠家按要求加工檢驗合格，返回現場由施工單位安裝在進行調試，工作環環相扣，沒有因為節假日、白天黑夜、風霜雨雪甚至新冠疫情的原因造成停頓。
“解決首堆工程中出現的各種問題與困難，不僅需要高效的協調決策機制，更要有超越合同關系大力協同精神，遇到困難總有人站出擔當，華龍一號首堆建設集中體現了這種協同精神。”他說道。
再比如非能動的安全系統設計。所謂“非能動”，指的是靠自然力量來驅動安全系統。
邢繼回憶稱，彼時，針對核電站非能動研究，華龍團隊缺少技術基礎，沒有現成的東西可供借鑒，研究難度非常大。為此，設計團隊中有一支隊伍負責研究非能動安全殼余熱排除——這是保證在事故后作為第三道安全屏障的可靠性。他們從理論研究開始，研究出初步方案，再進行原理性實驗驗證非能動循環理論的可能性；為了讓系統具有足夠的換熱能力，他們對十多種不同換熱器進行研究，選擇出最適合的，設計出來再進行1:1試驗，確認換熱器性能滿足要求；這還不夠，他們設計并建造了世界上最大規模綜合試驗臺，模擬事故后的反應堆廠房，又進行了全面的實驗驗證，以確保設計可靠性。
這個過程不斷重復進行，方案也不斷得到優化。有的實驗一做就必須連續多天不能間斷。2018年8月29日凌晨，實驗人員走出主控室、離開試驗臺，這一天對于他們而言意義非凡——伴隨最后一次試驗的結束，非能動系統十一個正式工況、累計十八次試驗的圓滿完成。
實驗結果遠超出邢繼的預期。“在系統總體設計時，我的目標只是每個系統能力是實現33%，這樣三個整體達到百分之百，但他們通過不斷優化改進，使每個系統達到了50%，大幅提升了安全余量。”
“采蘑菇的小姑娘，背著一個大竹筐……”這首膾炙人口的歌曲在上海郊區卻行不通——采蘑菇的多是六七十歲的老年人。金山區廊下鎮勇敢村的菇農陳明云開玩笑說：“現在去哪兒找采蘑菇的小姑娘？只有采蘑菇的老阿姨。”
工人難找、人工成本高，是當今農業發展的一大瓶頸。這個問題，在上海郊區更加突出，“三個工人200歲”“搶收期一天200元招不到人”等現象較為普遍。
一邊是市民對平價農產品的渴求，一邊是農民對合理利潤的期盼。從田頭到餐桌，流通環節可以壓縮，但人工等生產成本一直困擾著農民。所以，在最新發布的《上海市推進農業高質量發展行動方案（2021—2025年）》（以下簡稱《行動方案》）明確提出，要提升農業生產科技裝備。
全程無人化作業行不行
《行動方案》指出，上海將形成13個各有特色的綠色田園先行片區。其中，嘉定區數字化無人農場片區是唯一帶有“無人”字樣的片區。
在這里，水稻從種到收都實現了全程機械化作業，并有200畝試驗田基本實現了全程無人化作業：基于5G技術和北斗定位，插秧機、自走式植保車、收割機等能在無人駕駛的情況下，自動完成插秧、植保、收割等水稻生產作業。
不過，無人農場還處于起步試驗階段。外岡鎮農業服務中心副主任張旭介紹說，無人操作對地塊的規整性要求較高。對那些不太規整的“邊角料”，受制于現有無人作業的精度和深度，還需要人工輔助操作，無人農機的穩定性、不同農機之間的協同操作等，也都有改進空間。所以，200畝試驗田只是無人農場的1.0版本，今年計劃進一步完善水稻耕種管收環節的無人化機械改造，到明年底實現無人農場的2.0版本，力爭完成1600畝無人農場建設。到2025年，實現無人農場的3.0版本，將示范應用擴大到萬畝規模。
“機器換人”對蔬菜生產也很重要。浦東新區生鮮蔬菜產業片區位于宣橋鎮，清美張家橋基地是片區里的智能化菜園之一，“機器換人”程度比較高。農機手說，收菜是蔬菜種植中人工成本最高的部分之一。比如一畝雞毛菜需要6個工人采收8小時左右；不過用上自動采收機后，2個工人配合，大約45分鐘就能完成采收，效率約是傳統模式的25倍。
清美集團現代農業總經理李立告訴記者，清美各蔬菜基地的機械化率已經超過90%，整地、起壟、播種、移栽、灌溉、采收、運輸等生產各環節都有對應的農機工具。而且不同蔬菜的工具不同，即使是采收機一項，也有好幾種：雞毛菜等收割時不用留根，菠菜等卻要連根收割……所以，基地仍在根據不同品種研發新的機械工具，預計今年機械化生產率可以達到100%。
根據測算，以300畝這樣的中等規模蔬菜基地為例，有了機械化設備，僅需5個農民即可負責全程生產：2人操作植保機、3人操作播種、采收等其余機械。李立還有個設想：“未來，這些機械和農民能組成農機服務隊，為其他生產基地服務，進一步提高農業生產的效率、降低人工成本。”
從兩個基地看，“機器換人”能有效推動農業生產降本提效。所以根據《行動方案》，2025年底前，上海將打造10萬畝糧食生產無人農場，一批智能化菜（果）園、2萬畝高標準蔬菜綠色生產基地。
無人農場為何還有“人”
不過，記者在基地走訪中也有困惑：智慧化基地中，為什么還有“人”？
“我們使用的采收機確實可以通過技術升級，實現無人操作，但成本可能是現在的數倍甚至數十倍。”李立覺得，“機器換人”不是“唯機械化”，兼顧推廣成本和生產效率是降低農業生產成本的重要課題。
從去年起，部分互聯網企業發力數字農業，在全國各地改造了多個農場，引入無人播種機、無人植保機、無人采收機等。
但部分農場改造成本不低，有些僅無人設備投入就超過千萬元，主要由互聯網企業買單。基地里的農民雖然從中受益，但也有擔心：如果有一天互聯網企業不支持了，這樣的設備農民還用得起嗎？
針對這一問題，有必要探索農民“用得起”的智慧化生產方式。
陳明云告訴記者，雖然采蘑菇的依舊是老阿姨，但生產效率已經是兩年前的30多倍，人工成本卻減少了10多倍，因為有了新菇房、用了新的種植方式。以前種菇，陳明云要自己準備原料自然發酵成基料，再通過人工上料、播種，在自然條件下種植，最后找人采收，全程靠經驗，靠天吃飯。現在，菇房通過電腦和物聯網實現自動化操作，一部手機能查看溫度、濕度、二氧化碳濃度等與蘑菇生長密切相關的指標并遠程操控。基料來自廊下鎮農業帶頭企業上海聯中食用菌合作社，蘑菇種子及其生長需要的營養全部在基料里，通過全自動上料機，把基料和覆土均勻鋪在菇房的架子上，保持合適的溫度、濕度，17天就能開始采收蘑菇。
“這幾乎是‘傻瓜式種菇’。”陳明云說，這種菇房里產的蘑菇被戲稱為“三五牌”：菇房一次性改造大約500萬元，年產蘑菇500萬元，年凈收入50萬元。
在廊下鎮，農民通過政府支持和補貼，大約花150萬元能種上“三五牌”蘑菇，如果不出意外，三年即可收回投資。陳明云說，當地已有5名種菇大戶開始種“三五牌”蘑菇，其余農民也很心動，“因為這是農民負擔得起的新技術。”
“我們也在研究蘑菇的機械化采摘，進一步降低種蘑菇的人工成本。”市農科院食用菌研究所研究員鮑大鵬說，蘑菇長得很密，機械采摘容易破壞蘑菇“品相”，會影響后期銷售，“所以我們希望培養出長勢更一致的蘑菇，為機械化采摘打基礎，最終告別‘采蘑菇的老阿姨’。”
破解“少了少了多了多”
整體而言，農民和農業企業對“機器換人”都很支持，認為能有效降低生產成本。而在農業龍頭企業和農科專家眼里，“機器換人”還能解決傳統農業“少了少了多了多”的問題。
所謂“少了少了多了多”，說的是因為需求難以及時準確傳遞到生產端，農產品的供需波動：市場對某種農產品需求大，卻因農業生產跟不上，出現供不應求的局面；等到農民發現市場有需求、大規模生產后，又出現供大于求的現象。要解決這個問題，需要進行農業生產供給側結構性改革，“機器換人”也是思路之一。
多個智慧生產基地的負責人表示，“機器換人”和“無人農場”背后都是數字農業，離不開物聯網、大數據、人工智能等新技術。這些技術能準確監測農業生產趨勢，并將市場需求與生產結合起來，有的放矢地支持農業。
嘉定無人農場的升級版本就是數字農場。張旭介紹說，要在無人作業的基礎上，實現水稻耕、種、管、收等生產全過程數字化，將所有農機的作業監測、生態循環監測、土壤肥力監測、作物長勢監測、年度作業統計分析決策等數據收集起來，形成一套完備的大數據分析決策系統，作為下一年農業生產的重要參考。
在清美張家橋基地，有一間幾乎沒有裝修的會議室，但占據一整堵墻的顯示屏非常顯眼。這是清美對數字農場的探索成果之一：智慧農業平臺。
李立點點與平臺連接的手機，顯示屏上顯示出基地不同溫室中不同地塊的溫度、濕度、菜苗長勢。選取對應的蔬菜種類，基于人工智能技術，系統會自動判斷菜苗的長勢是否正常、生長環境是否需要調整。這個智慧農業平臺還可遠程控制大棚內的施肥、施藥、灌溉等作業環節，并把所有數據都記錄下來，形成農業生產大數據。
有了基于一線生產的數據，既有助于完善“機器換人”，又能形成大數據經驗，推動非標準化農產品的標準化生產。
他舉例說：“以前判斷蔬菜‘老’或‘嫩’，靠人的經驗。但我們通過膳食纖維儀，把‘老’‘嫩’數據化，再通過數字農場對農產品的監測，預測蔬菜長勢，在蔬菜口感最好的時候采摘。還有，芹菜、香菜等蔬菜有特殊味道，我們用調制香水使用的‘電子鼻’測出數據，進行統計分析后，也與數字農場相結合，用數字技術指導我們種出味道最好的芹菜、香菜。”
為了實現這一目標，清美與市農科院合作建立了上海唯一的以產業化為核心的現代農業產業研究院，計劃今年在上海打造1萬畝數字農場，把這些數字化探索形成體系，推廣復制到其他地區。看來，推廣“機器換人”不僅僅要把農民從勞動中解放出來，更將利用數字技術，讓農業生產更好地服務市場需求。
來源：解放日報，網易新聞
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