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上海这家老牌核工院如何在世界舞台玩出中国“style”

2019/11/9 1:27:16

上海这家老牌核工院如何在世界舞台玩出中国“style”

继今年5月底,世界首台AP1000核电机组三门1号完成“冷试”,正式从安装阶段进入调试阶段后,另一台AP1000海阳核电1号机组日前也成功完成“冷试”,这标志着我国AP1000三代核电自主化依托项目取得重要突破。 

 

更为重要的是,随着AP1000取得重大进展,我国自主开发的具有自主知识产权的、国家重大专项大型先进压水堆核电站CAP1400项目,破土动工指日可待。这将是中国核电瞄准并进入世界最高核电技术发展水平的标志。而承担这一使命的,正是上海核工程研究设计院(以下简称“上海核工院”)。

   

AP1000是Advanced Passive PWR的简称,1000为其功率水平(百万千瓦级),该堆型为美国西屋公司设计的三代核电堆型,2007年上海核工院以技术主体责任院的身份,承担AP1000引进消化吸收再创新的国家使命。与此同时,承担起开发具有自主知识产权的的CAP1400的历史重任(字母C为CHINA简称)。

   

这一国家核电领域重大创新,对中国核电业的发展意味着什么?上海核工院又如何能够完成这一国家重大历史性任务?对此,解放日报·上海观察记者采访了上海核工院相关专家和技术人员。

 

老牌设计院玩出中国“style”


熟悉中国核电发展历史的人都知道,我国自主设计研发的第一座核电站为秦山核电站,它实现了中国大陆核电零的突破,被誉为“国之光荣”,并由此构建起中国核电技术研发、设计标准与管理等八大体系,为中国核电发展奠定了坚实的基础。而这,已经过去了46年,书写下这一历史的正是上海核工院。之后,以秦山核电站为原型的30万千瓦核电机组成套技术成功出口巴基斯坦,实现我国核电技术第一次走出国门,成为“南南合作的典范”。

 

当历史的时针指向2007年,上海核工院开启了“二次创业”的征程。

 

上海核工院院长、国家重大专项大型先进压水堆核电站CAP1400总设计师郑明光接受解放日报·上海观察记者专访时表示,2007年国家决定从美国西屋公司引进三代非能动AP1000技术,并在这个基础上进行自主创新,实现三代核电自主化,开发具有自主知识产权的大型先进压水堆核电站CAP1400。

 

引进消化吸收本身是极其艰难的过程,但更让国际上很多专家充满着疑惑的是:为何中国能在较短的时间内,已经从引进消化吸收,到谋划出口自己的也是世界先进的核电技术了?

   

郑明光表示,这取决于技术引进国是否有良好的核电技术储备和工业发展基础。“这些基础能力,是辨识出引进消化吸收到底需要什么,哪些是关键点的充分条件,决定着能否知其然,更知其所以然。”通过秦山核电站以及30多年的发展,我国建立了相应的核电工业技术体系、材料体系,包括设备制造能力等等,这些体系的建设实际上也形成了中国的基础能力和技术辨识能力,这是自主化工作决胜的关键。

   

郑明光告诉解放日报·上海观察记者,针对引进消化吸收工作,上海核工院主要做了两件事:

   

一是结合浙江三门、山东海阳两个AP1000依托项目建设,完成技术转让工作,实现AP1000技术复现。近期,全球瞩目的、中美两国在能源领域最大合作项目AP1000全球首堆浙江三门一期工程以及山东海阳一期工程顺利完成了冷态水压调试工作,有力验证了核岛一回路系统的完整性和严密性,这是工程建设的一个关键里程碑节点,依托项目并网发电指日可待。

   

在技术转让和依托项目建设并举的过程中,上海核工院身兼技转接受方和依托项目中方技术总体院的双重身份。

   

从2008年初开始,由上海核工院牵头实施的技术消化吸收工作,已立项的19个课题中17个课题已经完成了研发任务,设计技术、设备制造技术、关键材料制造技术、试验验证、软件开发和安全评审技术消化吸收等领域取得关键性突破。

   

二是在AP1000基础上,推出CAP1000,将AP1000国产化。值得注意的是,国产化并不是简单翻版成中文的图纸、文件就行了,而是一个结合工程反馈和上海核工院设计经验,全面创新和优化的设计过程。“自主化的创新,首要是要弄清搞懂原有技术,然后在此基础上形成依托于满足中国标准和国情的具有更好经济性的CAP1000。”

   

“20年前,中国的核电标准与世界标准存在差距,但现在的世界核电标准从某种程度上说是中国的基本标准。”郑明光说,核电标准在核电工业体系中处于顶层位置,其发挥着贯穿产业上下游的作用。由上海核工院牵头实施的国家重大专项课题“中国先进核电标准体系研究”就致力于协调各方,建立一套完备、系统的中国标准,支撑我国核电自主化长远发展及“走出去”,如今课题阶段性工作已如期完成。“现在我国所建立的包括设计规范、设计要求,将来都会 成为先进的国际、国内标准。”

 

   一场“创新运动”让CAP1400闪耀世界


在采访中,郑明光一直强调,“国产化的关键在于设备和材料的国产化。”据了解,依托国家重大专项的共性技术课题攻关,CAP1000全部主设备,包括压力容器、蒸汽发生器、主泵、U形管材料、21种核级焊材等,全部实现国产,形成完整的设备供应产业链体系。

 

从AP1000到CAP1000,从技术,到设备,到标准,老牌设计院完成了一次华丽的转身。

   

据了解,引进AP1000之时,时任国务院副总理曾培炎在调研上海核工院时曾指出:“要确保引进技术以后不再落后”。如何保证不再落后?如何让中国核电技术在世界范围内取得竞争优势?必须拥有代表国家能力的核电产品!

   

因此,上海核工院在引进技术之初就提出了核电型号系列化战略,就是打造一条以非能动技术理念为核心的自主化创新产品生产线,向世界提供中国自主的各种型号、各种功率等级的核电机型。

   

二次创业以来,在重大专项的支持下,上海核工院在全面掌握先进非能动核电技术的基础上,基本建成了以型号为核心驱动的核电技术研发体系。在这条创新生产线上,已经完成了CAP1000标准设计,完成CAP1400型号开发,完成了CAP1700概念设计,现正全面开展CAP-S多个小堆型号的研究。

   

其中,CAP1400是真正值得上海核工院骄傲,并让国人扬眉吐气的“中国创造”,未来将成为中国核电“走出去”的主力型号。

   

2016年4月,CAP1400顺利通过国际原子能机构(IAEA)通用反应堆安全评审,认为CAP1400达到IAEA安全法规标准的最新要求。这是CAP1400进一步获得国际权威机构的认可,为型号“走出去”,在更高层次上参与国际竞争奠定了基础。

CAP1400综合优势明显

作为国家16个科技重大专项之一的大型先进压水堆核电站CAP1400,基于CAP1000的理念和技术思路,实现了完全自主创新,其中设计技术的优化、提升最为核心。回望CAP1400的研发,郑明光最大的感受就是坚持“创新驱动”。

   

美方在AP1000技术转让时,曾划了一条红线,只有反应堆热功率突破1350MWe之后,才能承认中国拥有自主知识产权。在CAP1400型号的开发中,2007年12月,根据当时的国家装备与制造能力,CAP1400第一方案中的反应堆热功率满足1350MWe左右的毛功率(净功率在1280-1290MWe之间)。2009年11月,美方提出1350MWe是净功率要求,这对上海核工院来说是严峻的挑战,整个技术方案较AP1000,需要做重大调整。

   

一场“创新运动”在上海核工院掀起。他们对顶层设计方案进行了全局性的修改,依据工程试验与实践经验增加了钢安全壳厚度和直径,提供了容纳更大核岛主设备的空间;同时,重新设计研制了蒸汽发生器,增大了换热面积和流通截面,此外主泵流量、主管道流通截面等也统统大幅优化,整个回路的流通特性进一步优化,整个机组的性能和效率进一步提升,毛功率在沿海可达到1500MWe左右,满足完全自主知识产权要求。

 

CAP1400“第一战”即将打响


郑明光透露,CAP1400结合了日本福岛核事故经验反馈,在开展顶层方案设计时,考虑了可抗商用大飞机恶意撞击、抗大洪水,抗强风暴雨、抗大地震袭击,全面提升了超设计基准事故下的应对能力。“CAP1400安全设计上深入贯彻了纵深防御的安全理念,充分的安全设计裕量、高度可靠的核电设备、简约化与符合人因工程的系统布置,能够确保反应堆设施与放射性屏障的安全。”

   

CAP1400作为一项重大的国家工程,从2007年到2015年底的8年时间里,上海核工院牵头国内产学研近200家单位、2万名技术人员,投入到CAP1400各个环节的科研攻关。期间,上海核工院解决了一批核电发展的迫切需求和“卡脖子”关键问题,推动了装备制造业从二代跨越到了三代。

 

把CAP1400品牌叫响,关键是以我为主的CAP1400示范工程早日建成,打好“第一役”。2015年底,上海核工院完成了CAP1400示范工程96%的施工设计工作,山东荣成CAP1400示范工程现场施工准备工作一切就绪,不日便可“乘风起航”。

 国家重大专项大型先进压水堆CAP1400示范电站效果图

同时,面向南非、土耳其等国际市场的工作也在中国核电“走出去”战略统筹下稳步推进,2014年底我国与南非正式签署了一份核电合作框架协议,而CAP1400是中国针对国际市场的主力堆型。

  

“堆芯”是核电站的动力之源,而前瞻性的战略导向就是上海核工院创新发展的“芯”。上海核工院党委书记尹卫平说,围绕未来科技发展的重大需求,上海核工院提出了建设数字化核电研发设计体系的战略目标。

   

作为数字化设计体系的主要负责人,上海核工院项目综合管理部主任方舟说:“数字化研发体系是型号研发的设计平台或者说设计母机,它将核电研发、设计、试验验证、设备制造、建造、调试、运行、维护等流程全面智能化、自动化,将大幅度减少迭代,提高研发设计的效率和质量,其成果可直接应用于数字电厂与下一代核电型号的开发。”

   

通过AP1000技术消化吸收、重大专项的实施,一大批年轻人茁壮成长,技术水平、管理水平,特别是对新核电的理解水平都得到了很大提高。王煦嘉,就是其中一位伴随着重大专项成长起来的年轻设计师,如今已经成为该院总体技术部副主任。

 

在引进消化吸收AP1000的过程中,在上海核工院工作刚满两年的王煦嘉就被选派至美国西屋公司学习,同批赴美学习的设计人员也被戏称为三代核电的“黄埔一期”。通过9个月的学习,王煦嘉回国参与到AP1000国产化设计和CAP1400自主研发工作中,这为他的个人成长积淀了宝贵的学识和阅历。“不拘一格的用人机制,鼓励创新的工作氛围,让想干事、能干事的人有了空间和舞台。”王煦嘉如是说。