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自主三代核电国和一号诞生记:26万名技术人员的攻关长跑

发布时间:2023-11-09 来源:行业动态

  9月28日,国家电力投资集团有限公司(下称“国家电投”)在上海正式对外发布我国三代核电自主化标志性成果“国和一号”,并全面回

  9月28日,国家电力投资集团有限公司(下称“国家电投”)在上海正式对外发布我国三代核电自主化标志性成果“国和一号”,并全面回应“国和一号”核电型号的安全设计理念、市场竞争力、国产化程度、出口前景及三代核电自主化历程。

  核电站属于安全标准极高、系统复杂且精密的超级工程,自主型号研制不可能是轻易的一路坦途。据统计,2008年至今,国家电投联合国内477家单位、26000余名技术人员开展了历时12年的科研攻关,成功研发了“国和一号”。2016年2月,该型号通过我国史上范围最广、内容最深的联合安全审评;2016年4月,通过国际原子能机构通用安全审评。目前,“国和一号”示范工程项目施工设计已完成99.2%,工程总体进展顺利。

  该机型设计思路的核心是做“减法”:简化设备结构,采用非能动安全系统,紧急状况下不依赖外部电源,仅仅依靠重力、热循环和冷凝等自然手段作为动力排出余热。相比传统电厂,“国和一号”的安全级阀门、管道、电缆、泵、控制装置、抗震厂房总量分别约减少50%、80%、85%、35%、70%和45%。系统简化、设备部件减少,更便于核电站运行和维护。

  确定路线后,浙江三门核电站和山东海阳核电站共4台机组被确定为中国三代核电自主化依托项目,2009年开始相继开工,历经十年建设,在2018年9月至2019年1月间陆续投运。自主化依托项目是中方消化吸收引进技术、继而再创新出“国和一号”的重要基础。2008年2月,国务院常务会议审核检查通过了《大型先进压水堆核电站重大专项总体实施方案》。自诞生之初,“国和一号”的定位便是安全标准进一步提升,自主开发、功率更大的非能动压水堆核电堆型。

  中美核能合作协议界定,净功率超过135万千瓦才能拥有三代非能动核电自主知识产权。为此,在2007-2008年间,上海核工院以压水堆重大专项总设计师郑明光为代表的技术团队,对“国和一号”顶层设计的具体方案进行了全局性的创新,包括增加钢制安全壳的厚度和直径以扩大核岛空间,重新设计研制蒸汽发生器,大幅度优化主泵流量、主管道流通截面等,实现型号总体性能和效率的全面提升。

  郑明光在此前接受()专访时,曾忆及这其中的若干细节。比如,原本39.3米至39.6米的安全壳直径被扩大到43米。“扩大以后,就开辟了另外一片天地,可以对整个设备做重新的谋划。”郑明光表示,“即把蒸汽发生器扩大了将近25%的流通面积,换热面积增加了27%至29%。换热面积增加,主管道的流通面积增加了将近30%。”把主管道扩大,增加蒸汽发生器的流通面积,使整个回路的流通特性或者传输的优化得到更优秀的体现。

  功能类似于高压锅密封圈的反应堆能承受压力的容器O型密封环,曾几何时是国外采购经常被禁运的设备。“密封”是核电运行和事故状态下防止泄漏的第一关,这种零部件对庞大的核电站来说看似微小,但曾是真正的“卡脖子”环节,O型密封环更是整个核电密封系统中最复杂、最重要的密封,从国外购买的价格高达几百万。为此,上海核工院和和宁波天生密封件有限公司联合成立了核电密封联合研究中心,经过多年研制打破了国外垄断,国产化后产品价格约为三四十万元。

  在整个“国和一号”研发过程中,主泵、爆破阀、能承受压力的容器、蒸汽发生器、堆内构件、控制棒驱动机构、大锻件、核级焊材、690U型管等核电关键设备、关键材料全部实现自主化设计和国产化制造。为降低设备研制风险并培育良性的竞争氛围,“国和一号”在开展设备研制及国产化过程中,对蒸汽发生器、能承受压力的容器、主泵、主管道等关键设备均安排2-3家厂家进行培育。

  郑明光称,在整个型号开发过程中,技术团队对设备和材料来了全方位梳理和国产化策划,先攻克“最贵”“最难”的。至于其余10%未国产化的设备,是可以国际采购的通用设备,属于市场行情报价合理、竞争充分、不存在少数几家企业垄断的物项,不可能影响“国和一号”的落地和出口。不过,从2017年开始,国家电投开始持续推进这部分材料和设备的彻底国产化,以杜绝“因1%卡死99%”。

  设备自主化设计和制造不仅使得核电站经济性提高,也提供了更可靠的资源保障。在“国和一号”等三代核电技术的带动下,国内各大制造企业完成了从不会到会、装备制造能力从二代核电到三代核电的跃升,这同时支撑了如先进小堆等其他核电型号的开发。目前,国内装备制造业已具备年产6至8台套先进核电机组的装备能力。

  据卢洪早介绍,截至2020年8月,压水堆重大专项累计形成知识产权成果6513项,获得国家授权专利1052项,形成新产品、新材料、新工艺、新装置、新软件392项。2016年,“国和一号”通过中国专利保护学会专家评审,认为“具有自主知识产权和出口权”,为我国三代先进核电的规模化、批量化发展与“走出去”提供了有力保障。

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