圖為國(guó)家科技重大專項(xiàng)國(guó)和一號(hào)(CAP1400)定型燃料組件樣件。(資料圖片)

圖為國(guó)家科技重大專項(xiàng)國(guó)和一號(hào)(CAP1400)模型。 (資料圖片)

近日，由國(guó)務(wù)院國(guó)資委新聞中心主辦的“核鑄強(qiáng)國(guó)夢(mèng)”活動(dòng)走進(jìn)國(guó)家電力投資集團(tuán)有限公司(簡(jiǎn)稱“國(guó)家電投”)。此活動(dòng)主要聚焦國(guó)家科技重大專項(xiàng)“大型先進(jìn)壓水堆核電站”國(guó)和一號(hào)核電型號(hào)(CAP1400)的設(shè)計(jì)研發(fā)，關(guān)注我國(guó)核電起步、引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新、實(shí)現(xiàn)三代核電自主化的不平凡歷程。

作為央企，國(guó)家電投肩負(fù)著保障國(guó)家能源安全的重大責(zé)任。其前身之一國(guó)家核電技術(shù)公司承擔(dān)了我國(guó)三代核電自主化的重要使命，負(fù)責(zé)引進(jìn)AP1000三代核電技術(shù)，進(jìn)行消化、吸收和再創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)核電站工程設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、工程建設(shè)與運(yùn)營(yíng)管理自主化，研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型先進(jìn)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(xiàng)目4臺(tái)機(jī)組全部投運(yùn)，大型先進(jìn)壓水堆核電站國(guó)家科技重大專項(xiàng)研發(fā)進(jìn)入收官階段，國(guó)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(guó)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(guò)去了28個(gè)年頭。截至今年6月底，秦山核電站累計(jì)發(fā)電5600億千瓦時(shí)。

秦山核電站安全高效運(yùn)行28年，能夠青春長(zhǎng)駐自有奧妙。2018年4月8日，秦山核電站30萬(wàn)千瓦機(jī)組的主控室內(nèi)，原有的兩圈盤臺(tái)被拆除。之后不久，性能更好的新主控盤臺(tái)安裝完成。這是秦山核電站30萬(wàn)千瓦機(jī)組第18次換料大修中的精彩片段。

主控盤臺(tái)改造相當(dāng)于核電站的一次“換腦手術(shù)”，在國(guó)內(nèi)尚屬首次。此次除了換掉兩圈盤臺(tái)，與之成體系的儀表控制柜、報(bào)警機(jī)柜等140多個(gè)柜子也全部換掉，接口必須一一對(duì)應(yīng)，路徑設(shè)計(jì)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(guó)家電投上海核工程研究設(shè)計(jì)院(以下簡(jiǎn)稱“上海核工院”)。在中國(guó)核電發(fā)展史上，該院創(chuàng)造了三個(gè)“第一”，即獨(dú)立自主研發(fā)設(shè)計(jì)中國(guó)大陸第一座核電站——秦山核電站;設(shè)計(jì)研發(fā)了中國(guó)第一個(gè)出口核電站——恰?，敽穗娬?技術(shù)總支持中國(guó)第一臺(tái)重水反應(yīng)堆——秦山三期核電站。

1970年，中國(guó)核電發(fā)展正式起步，并以“728”為代號(hào)，組建“728辦公室”(上海市核電辦)、“728院”(上海核工院)，實(shí)施“728工程”(秦山核電站)。728院負(fù)責(zé)承擔(dān)總體設(shè)計(jì)任務(wù)，開(kāi)始摸著石頭過(guò)河。

“當(dāng)時(shí)搞核反應(yīng)堆，國(guó)外對(duì)我們進(jìn)行嚴(yán)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(shuō)，由于公開(kāi)資料有限，國(guó)內(nèi)電子計(jì)算機(jī)等各項(xiàng)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(diǎn)搞大會(huì)戰(zhàn)?，F(xiàn)在回想起來(lái)，這個(gè)過(guò)程很“暖心”也很有“力量”。

據(jù)悉，從項(xiàng)目初始，技術(shù)路線、堆型方案確定過(guò)程中的曲折反復(fù)，到工程建設(shè)中的排除萬(wàn)難，再到并網(wǎng)發(fā)電、安全運(yùn)行，秦山30萬(wàn)機(jī)組從最初定位的“原型堆”“試驗(yàn)堆”到正式確立為“商用堆”，凝聚了中國(guó)一代核電人的智慧和心血，鑄就了“中國(guó)核電從這里起步”的偉業(yè)。秦山核電站被譽(yù)為國(guó)之光榮，成為中國(guó)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(zhǎng)，成為中國(guó)迄今唯一參與國(guó)內(nèi)各種堆型的研發(fā)設(shè)計(jì)服務(wù)工作，具有全島設(shè)計(jì)能力、擁有完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、實(shí)現(xiàn)核電設(shè)計(jì)技術(shù)輸出的核電總體設(shè)計(jì)院。

超“135”圓夢(mèng)三代核電自主化

擁有世界領(lǐng)先的技術(shù)、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型先進(jìn)壓水堆核電站，是中國(guó)核電界一直追逐的目標(biāo)。而本世紀(jì)初，我國(guó)運(yùn)行及在建的核電機(jī)組共11臺(tái)，其中8臺(tái)來(lái)自3個(gè)不同國(guó)家，一共5種機(jī)型。如何才能實(shí)現(xiàn)從跟跑、并跑到領(lǐng)跑的轉(zhuǎn)變?

2007年，國(guó)家決定從西屋公司引進(jìn)三代非能動(dòng)先進(jìn)核電技術(shù)AP1000，并以此為基礎(chǔ)啟動(dòng)了我國(guó)三代核電完全自主化的進(jìn)程。上海核工院是AP1000三代核電引進(jìn)消化吸收以及實(shí)施國(guó)家科技重大專項(xiàng)“大型先進(jìn)壓水堆核電站”研發(fā)的技術(shù)負(fù)責(zé)單位。

西屋公司在技術(shù)轉(zhuǎn)讓時(shí)，劃了一條“紅線”，即中國(guó)在引進(jìn)AP1000核電技術(shù)基礎(chǔ)上，只有開(kāi)發(fā)出凈電功率大于135萬(wàn)千瓦的大型先進(jìn)非能動(dòng)核電站，才能擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

突破“135”難度究竟在哪?“如同小飛機(jī)變大飛機(jī)，滿足凈功率大于135萬(wàn)千瓦的要求，不能是簡(jiǎn)單的等比例放大，需要重新全面進(jìn)行型號(hào)開(kāi)發(fā)、技術(shù)設(shè)計(jì)、設(shè)備研制、試驗(yàn)研究與安全審評(píng)。”國(guó)和一號(hào)總設(shè)計(jì)師、上海核工院院長(zhǎng)鄭明光說(shuō)。

這相當(dāng)于另起爐灶，沒(méi)有捷徑可走!2008年，上海核工院聯(lián)合國(guó)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(kāi)始了這項(xiàng)重大專項(xiàng)科研攻關(guān)。為突破“135”，國(guó)和一號(hào)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(jìn)一步加厚，直徑從原來(lái)的39.6米擴(kuò)大到43米，為核島主設(shè)備提供更大的空間。同時(shí)，他們還重新設(shè)計(jì)研制了蒸汽發(fā)生器，使整個(gè)機(jī)組的性能和效率進(jìn)一步提升，毛功率達(dá)到1500MWe左右，滿足完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)要求。

新設(shè)計(jì)需要全面試驗(yàn)來(lái)支持。“每個(gè)大項(xiàng)關(guān)鍵試驗(yàn)里都有很多子項(xiàng)，主要是把可能對(duì)設(shè)計(jì)有影響的因素全部摸索或者挖掘出來(lái)，對(duì)安全上有影響的因素也得全部挖掘。”參與項(xiàng)目的專家表示，試驗(yàn)牽扯協(xié)同單位多、難度大、要求高、協(xié)調(diào)難。比如，有個(gè)非常小的冷凝試驗(yàn)，僅僅與聯(lián)合單位正式的來(lái)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(guó)內(nèi)近477家企業(yè)、2.6萬(wàn)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(xiàng)，新建成43個(gè)試驗(yàn)臺(tái)架;在國(guó)內(nèi)22個(gè)世界先進(jìn)試驗(yàn)臺(tái)架上完成6大試驗(yàn)課題、17項(xiàng)關(guān)鍵試驗(yàn)、887個(gè)工況的獨(dú)立試驗(yàn)驗(yàn)證;經(jīng)歷了17個(gè)月的審查;研發(fā)設(shè)計(jì)人員逐一回答了國(guó)家核安全局提出的5377個(gè)問(wèn)題……

目前，大型先進(jìn)壓水堆核電站重大專項(xiàng)已形成知識(shí)產(chǎn)權(quán)6513項(xiàng)，進(jìn)入堆型落地的全新重要階段。國(guó)和一號(hào)(CAP1400)的安全性、經(jīng)濟(jì)性在國(guó)際上處于領(lǐng)先地位，設(shè)計(jì)上滿足最高安全標(biāo)準(zhǔn)，安全上經(jīng)過(guò)完整充分的試驗(yàn)驗(yàn)證與安全審評(píng)，安全指標(biāo)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(dòng)和簡(jiǎn)化理念，從設(shè)計(jì)、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(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。此外，其批量化后的造價(jià)至少還能再降低10%以上，具有較強(qiáng)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

“這是目前世界上最大型的具有自主品牌的非能動(dòng)壓水堆核電站，帶動(dòng)了我國(guó)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(zhǎng)陳煜介紹，國(guó)和一號(hào)設(shè)備完全自主設(shè)計(jì)，國(guó)產(chǎn)化率達(dá)85%以上，剩下的部分均可以國(guó)際公開(kāi)采購(gòu)，不涉及產(chǎn)權(quán)問(wèn)題。

全面提升核電產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，龍頭企業(yè)肩負(fù)重任。國(guó)家電投圍繞我國(guó)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(jìn)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(tái)。目前，國(guó)家電投擁有12家核電投資、運(yùn)營(yíng)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(jì)、制造、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)及核環(huán)保等各環(huán)節(jié)。

國(guó)家電投有關(guān)負(fù)責(zé)人表示，2018年，國(guó)家電投制定了“2035一流戰(zhàn)略”，朝著建設(shè)具有全球競(jìng)爭(zhēng)力的世界一流清潔能源企業(yè)目標(biāo)大步邁進(jìn)，核能產(chǎn)業(yè)也將在三代核電自主化發(fā)展的新起點(diǎn)上再出發(fā)，以先進(jìn)核能技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)，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(shí)現(xiàn)核能產(chǎn)業(yè)安全高效發(fā)展，成為集團(tuán)公司實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略目標(biāo)的重要助力。(記者 周雷 )