国家电投建立起较为完整的核电产业链

近日,由国务院国有资产监督管理委员会主办的“铸就核电梦想”活动已进入国家电力投资集团有限公司(下称“国电投资”)。本次活动主要围绕国家科技重大项目“大型先进压水堆核电站”和1号核电模型(CAP1400)的设计开发,重点介绍我国核电启动、引进、消化和吸收、创新,实现三代核电自主。

作为中央企业,国家电力银行肩负着保障国家能源安全的重大责任。其前身之一的国家核电技术公司承担了中国三代核电自主的重要使命。负责引进AP10003代核电技术,消化吸收和再创新,实现核电站工程设计、设备制造、工程建设和运行管理的自主权。发展具有自主知识产权的大型先进压水堆核电站。经过十多年的不懈奋斗,三代核电自主工作取得了丰硕成果。目前,该项目四台机组全部投入运行。大型先进压水堆核电站国家科技重大专项研发已进入最后阶段,国家电力投资已建立起较为完整的核电产业链。

为秦山核电站做“脑手术”

2019年,中国大陆第一座核电站秦山一期核电站并网运行28年。截至今年6月底,秦山核电站已发电5600亿千瓦时。

秦山核电站已经安全有效地运营了28年。 2018年4月8日,秦山核电厂30万千瓦机组主控室拆除原有的双转托盘。不久之后,安装了具有更好性能的新主控制台。这是秦山核电站30万千瓦机组第18次加油改造的精彩部分。

主控制板的改造相当于核电站的“换脑操作”,这是中国首次。除了更换双圈工作台外,还更换了140多个机柜,如仪表控制柜和报警柜。接口必须是一对一的。路径设计不容错误,技术难度空前。

完成“换脑手术”的“主刀医生”是上海国家核电投资研究设计院(以下简称“上海核工程研究院”)。在中国核电发展史上,该研究所创造了三个“第一”,即中国第一座核电站的自主研发,秦山核电站017172;设计开发了中国第一座出口核电站恰希玛核电站;技术始终支持中国第一座重水堆秦山三期核电站。

1970年,中国核电发展正式启动,代码为“728”,成立“728办公室”(上海核电办),“728医院”(上海核工程研究院),并实施“ 728项目“(秦山核电站)。 728研究所负责整体设计任务,并开始摸着石头过河。

“当时,核反应堆已经开展,外国对它们实行严格的技术封锁。他们必须自己研究和探索核反应堆。”上海核工程研究院前总工程师蔡建平回忆说,由于公共信息有限,国内电子计算机等条件也非常有限,完成核反应堆分析程序等任务具有挑战性。每个人都共同努力解决困难,加班加点参加会议。现在回想起来,这个过程非常“温暖”,“强大”。

据报道,从最初的项目,技术路线,堆垛计划确定过程中的曲折,排除建设,到并网发电,安全运行,秦山30万台从“原型堆”的初步定位“试验反应堆”正式成立为“商业反应堆”,凝聚了中国核电的智慧和努力,创造了“中国核电从这里开始的伟大事业” “秦山核电站被誉为国家的辉煌,已成为中国核电技术创新的源泉。

上海核工院与秦山核电站同成长,成为中国迄今唯一参与国内各种堆型的研发设计服务工作,具有全岛设计能力、拥有完整自主知识产权、实现核电设计技术输出的核电总体设计院。

超“135”圆梦三代核电自主化

拥有世界领先的技术、具有自主知识产权的大型先进压水堆核电站,是中国核电界一直追逐的目标。而本世纪初,我国运行及在建的核电机组共11台,其中8台来自3个不同国家,一共5种机型。如何才能实现从跟跑、并跑到领跑的转变?

2007年,国家决定从西屋公司引进三代非能动先进核电技术AP1000,并以此为基础启动了我国三代核电完全自主化的进程。上海核工院是AP1000三代核电引进消化吸收以及实施国家科技重大专项“大型先进压水堆核电站”研发的技术负责单位。

西屋公司在技术转让时,划了一条“红线”,即中国在引进AP1000核电技术基础上,只有开发出净电功率大于135万千瓦的大型先进非能动核电站,才能拥有自主知识产权。

突破“135”难度究竟在哪?“如同小飞机变大飞机,满足净功率大于135万千瓦的要求,不能是简单的等比例放大,需要重新全面进行型号开发、技术设计、设备研制、试验研究与安全审评。”国和一号总设计师、上海核工院院长郑明光说。

这相当于另起炉灶,没有捷径可走!2008年,上海核工院联合国内相关大学、科研院所、制造业等产学研用单位和大量技术人员开始了这项重大专项科研攻关。为突破“135”,国和一号反应堆堆芯需要从157盒燃料组件变成193盒燃料组件。钢安全壳厚度则需要进一步加厚,直径从原来的39.6米扩大到43米,为核岛主设备提供更大的空间。同时,他们还重新设计研制了蒸汽发生器,使整个机组的性能和效率进一步提升,毛功率达到1500MWe左右,满足完全自主知识产权要求。

新设计需要全面试验来支持。“每个大项关键试验里都有很多子项,主要是把可能对设计有影响的因素全部摸索或者挖掘出来,对安全上有影响的因素也得全部挖掘。”参与项目的专家表示,试验牵扯协同单位多、难度大、要求高、协调难。比如,有个非常小的冷凝试验,仅仅与联合单位正式的来往函件就接近70份。

量化突破“135”之艰难,下列数字只是冰山一角:学习、吸收AP1000技术转让文件315557份、重8.4吨;国内近477家企业、2.6万名技术人员参与;形成新产品、新材料、新工艺、新装置293项,新建成43个试验台架;在国内22个世界先进试验台架上完成6大试验课题、17项关键试验、887个工况的独立试验验证;经历了17个月的审查;研发设计人员逐一回答了国家核安全局提出的5377个问题……

目前,大型先进压水堆核电站重大专项已形成知识产权6513项,进入堆型落地的全新重要阶段。国和一号(CAP1400)的安全性、经济性在国际上处于领先地位,设计上满足最高安全标准,安全上经过完整充分的试验验证与安全审评,安全指标优于AP100015%以上,在多层防御的基础上系统性地应用非能动和简化理念,从设计、工程措施和管理上预防设备疲劳、人为因素、环境条件变化带来的风险。此外,其批量化后的造价至少还能再降低10%以上,具有较强的国际竞争力。

“这是目前世界上最大型的具有自主品牌的非能动压水堆核电站,带动了我国核电产业由二代向三代的跨越式发展。”上海核工院副院长陈煜介绍,国和一号设备完全自主设计,国产化率达85%以上,剩下的部分均可以国际公开采购,不涉及产权问题。

全面提升核电产业竞争力,龙头企业肩负重任。国家电投围绕我国核电产业链的关键环节、薄弱环节和空白环节,大力推进能力建设和体系建设,为产业发展打基础、筑平台。目前,国家电投拥有12家核电投资、运营与前期单位,13家核能产业链单位,1家核能研究单位,业务范围涵盖核电研发、设计、制造、建设、运营及核环保等各环节。

国家电投有关负责人表示,2018年,国家电投制定了“2035一流战略”,朝着建设具有全球竞争力的世界一流清洁能源企业目标大步迈进,核能产业也将在三代核电自主化发展的新起点上再出发,以先进核能技术创新为驱动,以核能发电与综合利用为主导,加快核电向核能拓展,实现核能产业安全高效发展,成为集团公司实现战略目标的重要助力。