圖為國家科技重大專項國和一號(CAP1400)定型燃料組件樣件。(資料圖片)

圖為國家科技重大專項國和一號(CAP1400)模型。 (資料圖片)

近日，由國務(wù)院國資委新聞中心主辦的“核鑄強國夢”活動走進國家電力投資集團有限公司(簡稱“國家電投”)。此活動主要聚焦國家科技重大專項“大型先進壓水堆核電站”國和一號核電型號(CAP1400)的設(shè)計研發(fā)，關(guān)注我國核電起步、引進消化吸收再創(chuàng)新、實現(xiàn)三代核電自主化的不平凡歷程。

作為央企，國家電投肩負著保障國家能源安全的重大責任。其前身之一國家核電技術(shù)公司承擔了我國三代核電自主化的重要使命，負責引進AP1000三代核電技術(shù)，進行消化、吸收和再創(chuàng)新，實現(xiàn)核電站工程設(shè)計、設(shè)備制造、工程建設(shè)與運營管理自主化，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大型先進壓水堆核電站。歷經(jīng)10余年的不懈奮斗，三代核電自主化工作結(jié)出累累碩果。目前，AP1000依托項目4臺機組全部投運，大型先進壓水堆核電站國家科技重大專項研發(fā)進入收官階段，國家電投建立起較為完整的核電產(chǎn)業(yè)鏈。

給秦山核電站做“換腦手術(shù)”

2019年，距離中國大陸第一座核電站——秦山一期核電站并網(wǎng)發(fā)電已經(jīng)過去了28個年頭。截至今年6月底，秦山核電站累計發(fā)電5600億千瓦時。

秦山核電站安全高效運行28年，能夠青春長駐自有奧妙。2018年4月8日，秦山核電站30萬千瓦機組的主控室內(nèi)，原有的兩圈盤臺被拆除。之后不久，性能更好的新主控盤臺安裝完成。這是秦山核電站30萬千瓦機組第18次換料大修中的精彩片段。

主控盤臺改造相當于核電站的一次“換腦手術(shù)”，在國內(nèi)尚屬首次。此次除了換掉兩圈盤臺，與之成體系的儀表控制柜、報警機柜等140多個柜子也全部換掉，接口必須一一對應(yīng)，路徑設(shè)計不容有誤，技術(shù)難度空前。

完成“換腦手術(shù)”的“主刀大夫”是國家電投上海核工程研究設(shè)計院(以下簡稱“上海核工院”)。在中國核電發(fā)展史上，該院創(chuàng)造了三個“第一”，即獨立自主研發(fā)設(shè)計中國大陸第一座核電站——秦山核電站;設(shè)計研發(fā)了中國第一個出口核電站——恰?，敽穗娬?技術(shù)總支持中國第一臺重水反應(yīng)堆——秦山三期核電站。

1970年，中國核電發(fā)展正式起步，并以“728”為代號，組建“728辦公室”(上海市核電辦)、“728院”(上海核工院)，實施“728工程”(秦山核電站)。728院負責承擔總體設(shè)計任務(wù)，開始摸著石頭過河。

“當時搞核反應(yīng)堆，國外對我們進行嚴格的技術(shù)封鎖，必須自己去研究和摸索。”上海核工院原總工程師蔡劍平回憶說，由于公開資料有限，國內(nèi)電子計算機等各項條件也很有限，完成核反應(yīng)堆分析程序等任務(wù)頗具挑戰(zhàn)。大家齊心協(xié)力、迎難而上，加班加點搞大會戰(zhàn)?，F(xiàn)在回想起來，這個過程很“暖心”也很有“力量”。

據(jù)悉，從項目初始，技術(shù)路線、堆型方案確定過程中的曲折反復(fù)，到工程建設(shè)中的排除萬難，再到并網(wǎng)發(fā)電、安全運行，秦山30萬機組從最初定位的“原型堆”“試驗堆”到正式確立為“商用堆”，凝聚了中國一代核電人的智慧和心血，鑄就了“中國核電從這里起步”的偉業(yè)。秦山核電站被譽為國之光榮，成為中國核電技術(shù)創(chuàng)新的源泉。

上海核工院與秦山核電站同成長，成為中國迄今唯一參與國內(nèi)各種堆型的研發(fā)設(shè)計服務(wù)工作，具有全島設(shè)計能力、擁有完整自主知識產(chǎn)權(quán)、實現(xiàn)核電設(shè)計技術(shù)輸出的核電總體設(shè)計院。

超“135”圓夢三代核電自主化

擁有世界領(lǐng)先的技術(shù)、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大型先進壓水堆核電站，是中國核電界一直追逐的目標。而本世紀初，我國運行及在建的核電機組共11臺，其中8臺來自3個不同國家，一共5種機型。如何才能實現(xiàn)從跟跑、并跑到領(lǐng)跑的轉(zhuǎn)變?

2007年，國家決定從西屋公司引進三代非能動先進核電技術(shù)AP1000，并以此為基礎(chǔ)啟動了我國三代核電完全自主化的進程。上海核工院是AP1000三代核電引進消化吸收以及實施國家科技重大專項“大型先進壓水堆核電站”研發(fā)的技術(shù)負責單位。

西屋公司在技術(shù)轉(zhuǎn)讓時，劃了一條“紅線”，即中國在引進AP1000核電技術(shù)基礎(chǔ)上，只有開發(fā)出凈電功率大于135萬千瓦的大型先進非能動核電站，才能擁有自主知識產(chǎn)權(quán)。

突破“135”難度究竟在哪?“如同小飛機變大飛機，滿足凈功率大于135萬千瓦的要求，不能是簡單的等比例放大，需要重新全面進行型號開發(fā)、技術(shù)設(shè)計、設(shè)備研制、試驗研究與安全審評。”國和一號總設(shè)計師、上海核工院院長鄭明光說。

這相當于另起爐灶，沒有捷徑可走!2008年，上海核工院聯(lián)合國內(nèi)相關(guān)大學(xué)、科研院所、制造業(yè)等產(chǎn)學(xué)研用單位和大量技術(shù)人員開始了這項重大專項科研攻關(guān)。為突破“135”，國和一號反應(yīng)堆堆芯需要從157盒燃料組件變成193盒燃料組件。鋼安全殼厚度則需要進一步加厚，直徑從原來的39.6米擴大到43米，為核島主設(shè)備提供更大的空間。同時，他們還重新設(shè)計研制了蒸汽發(fā)生器，使整個機組的性能和效率進一步提升，毛功率達到1500MWe左右，滿足完全自主知識產(chǎn)權(quán)要求。

新設(shè)計需要全面試驗來支持。“每個大項關(guān)鍵試驗里都有很多子項，主要是把可能對設(shè)計有影響的因素全部摸索或者挖掘出來，對安全上有影響的因素也得全部挖掘。”參與項目的專家表示，試驗牽扯協(xié)同單位多、難度大、要求高、協(xié)調(diào)難。比如，有個非常小的冷凝試驗，僅僅與聯(lián)合單位正式的來往函件就接近70份。

量化突破“135”之艱難，下列數(shù)字只是冰山一角：學(xué)習(xí)、吸收AP1000技術(shù)轉(zhuǎn)讓文件315557份、重8.4噸;國內(nèi)近477家企業(yè)、2.6萬名技術(shù)人員參與;形成新產(chǎn)品、新材料、新工藝、新裝置293項，新建成43個試驗臺架;在國內(nèi)22個世界先進試驗臺架上完成6大試驗課題、17項關(guān)鍵試驗、887個工況的獨立試驗驗證;經(jīng)歷了17個月的審查;研發(fā)設(shè)計人員逐一回答了國家核安全局提出的5377個問題……

目前，大型先進壓水堆核電站重大專項已形成知識產(chǎn)權(quán)6513項，進入堆型落地的全新重要階段。國和一號(CAP1400)的安全性、經(jīng)濟性在國際上處于領(lǐng)先地位，設(shè)計上滿足最高安全標準，安全上經(jīng)過完整充分的試驗驗證與安全審評，安全指標優(yōu)于AP100015%以上，在多層防御的基礎(chǔ)上系統(tǒng)性地應(yīng)用非能動和簡化理念，從設(shè)計、工程措施和管理上預(yù)防設(shè)備疲勞、人為因素、環(huán)境條件變化帶來的風險。此外，其批量化后的造價至少還能再降低10%以上，具有較強的國際競爭力。

“這是目前世界上最大型的具有自主品牌的非能動壓水堆核電站，帶動了我國核電產(chǎn)業(yè)由二代向三代的跨越式發(fā)展。”上海核工院副院長陳煜介紹，國和一號設(shè)備完全自主設(shè)計，國產(chǎn)化率達85%以上，剩下的部分均可以國際公開采購，不涉及產(chǎn)權(quán)問題。

全面提升核電產(chǎn)業(yè)競爭力，龍頭企業(yè)肩負重任。國家電投圍繞我國核電產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、薄弱環(huán)節(jié)和空白環(huán)節(jié)，大力推進能力建設(shè)和體系建設(shè)，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展打基礎(chǔ)、筑平臺。目前，國家電投擁有12家核電投資、運營與前期單位，13家核能產(chǎn)業(yè)鏈單位，1家核能研究單位，業(yè)務(wù)范圍涵蓋核電研發(fā)、設(shè)計、制造、建設(shè)、運營及核環(huán)保等各環(huán)節(jié)。

國家電投有關(guān)負責人表示，2018年，國家電投制定了“2035一流戰(zhàn)略”，朝著建設(shè)具有全球競爭力的世界一流清潔能源企業(yè)目標大步邁進，核能產(chǎn)業(yè)也將在三代核電自主化發(fā)展的新起點上再出發(fā)，以先進核能技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動，以核能發(fā)電與綜合利用為主導(dǎo)，加快核電向核能拓展，實現(xiàn)核能產(chǎn)業(yè)安全高效發(fā)展，成為集團公司實現(xiàn)戰(zhàn)略目標的重要助力。(記者 周雷 )