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)的設計研發，關注我國核電起步、引進消化吸收再創新、實現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，進行消化、吸收和再創新，實現核電站工程設計、設備制造、工程建設與運營管理自主化，研發具有自主知識產權的大型先進壓水堆核電站。歷經10余年的不懈奮斗，三代核電自主化工作結出累累碩果。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進入收官階段，國家電投建立起較為完整的核電產業鏈。

給秦山核電站做“換腦手術”

2019年，距離中國大陸第一座核電站——秦山一期核電站并網發電已經過去了28個年頭。截至今年6月底，秦山核電站累計發電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，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”，在國內尚屬首次。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，路徑設計不容有誤，技術難度空前。

完成“換腦手術”的“主刀大夫”是國家電投上海核工程研究設計院(以下簡稱“上海核工院”)。在中國核電發展史上，該院創造了三個“第一”，即獨立自主研發設計中國大陸第一座核電站——秦山核電站;設計研發了中國第一個出口核電站——恰希瑪核電站;技術總支持中國第一臺重水反應堆——秦山三期核電站。

1970年，中國核電發展正式起步，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院負責承擔總體設計任務，開始摸著石頭過河。

“當時搞核反應堆，國外對我們進行嚴格的技術封鎖，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，國內電子計算機等各項條件也很有限，完成核反應堆分析程序等任務頗具挑戰。大家齊心協力、迎難而上，加班加點搞大會戰。現在回想起來，這個過程很“暖心”也很有“力量”。

據悉，從項目初始，技術路線、堆型方案確定過程中的曲折反復，到工程建設中的排除萬難，再到并網發電、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。秦山核電站被譽為國之光榮，成為中國核電技術創新的源泉。

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各種堆型的研發設計服務工作，具有全島設計能力、擁有完整自主知識產權、實現核電設計技術輸出的核電總體設計院。

超“135”圓夢三代核電自主化

擁有世界領先的技術、具有自主知識產權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。如何才能實現從跟跑、并跑到領跑的轉變?

2007年，國家決定從西屋公司引進三代非能動先進核電技術AP1000，并以此為基礎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”研發的技術負責單位。

西屋公司在技術轉讓時，劃了一條“紅線”，即中國在引進AP1000核電技術基礎上，只有開發出凈電功率大于135萬千瓦的大型先進非能動核電站，才能擁有自主知識產權。

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、技術設計、設備研制、試驗研究與安全審評。”國和一號總設計師、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，上海核工院聯合國內相關大學、科研院所、制造業等產學研用單位和大量技術人員開始了這項重大專項科研攻關。為突破“135”，國和一號反應堆堆芯需要從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，為核島主設備提供更大的空間。同時，他們還重新設計研制了蒸汽發生器，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權要求。

新設計需要全面試驗來支持。“每個大項關鍵試驗里都有很多子項，主要是把可能對設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，試驗牽扯協同單位多、難度大、要求高、協調難。比如，有個非常小的冷凝試驗，僅僅與聯合單位正式的來往函件就接近70份。

量化突破“135”之艱難，下列數字只是冰山一角：學習、吸收AP1000技術轉讓文件315557份、重8.4噸;國內近477家企業、2.6萬名技術人員參與;形成新產品、新材料、新工藝、新裝置293項，新建成43個試驗臺架;在國內22個世界先進試驗臺架上完成6大試驗課題、17項關鍵試驗、887個工況的獨立試驗驗證;經歷了17個月的審查;研發設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權6513項，進入堆型落地的全新重要階段。國和一號(CAP1400)的安全性、經濟性在國際上處于領先地位，設計上滿足最高安全標準，安全上經過完整充分的試驗驗證與安全審評，安全指標優于AP100015%以上，在多層防御的基礎上系統性地應用非能動和簡化理念，從設計、工程措施和管理上預防設備疲勞、人為因素、環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，帶動了我國核電產業由二代向三代的跨越式發展。”上海核工院副院長陳煜介紹，國和一號設備完全自主設計，國產化率達85%以上，剩下的部分均可以國際公開采購，不涉及產權問題。

全面提升核電產業競爭力，龍頭企業肩負重任。國家電投圍繞我國核電產業鏈的關鍵環節、薄弱環節和空白環節，大力推進能力建設和體系建設，為產業發展打基礎、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家核能產業鏈單位，1家核能研究單位，業務范圍涵蓋核電研發、設計、制造、建設、運營及核環保等各環節。

國家電投有關負責人表示，2018年，國家電投制定了“2035一流戰略”，朝著建設具有全球競爭力的世界一流清潔能源企業目標大步邁進，核能產業也將在三代核電自主化發展的新起點上再出發，以先進核能技術創新為驅動，以核能發電與綜合利用為主導，加快核電向核能拓展，實現核能產業安全高效發展，成為集團公司實現戰略目標的重要助力。(記者 周雷 )