我國三代核電自主化標志性成果發布
更新時間：2024-01-10 16:03:01作者：佚名
長達12年科研攻關，“國和一號”示范工程——
在“國和一號”示范工程某小型模塊起吊現場，工人搭乘升降機檢測卷揚機。
國家電力投資集團有限公司供圖
2020年9月28日，我國三代核電自主化標志性成果——“國和一號”正式發布。這也意味著我國從本世紀初開始施行的三代核電自主化戰略取得重大突破。
目前，“國和一號”示范工程按計劃逐步加快，首期工程就可實現熱電聯供，將為清潔低碳、美麗中國與能源變革做出更大貢獻。
“國和一號”是我國在引進消化吸收三代非能動壓水堆核電技術的基礎上，通過小型先進壓水堆及低溫氣冷堆核電站國家科技重大專項開發的、具有自主知識產權的小型先進壓水堆核電機型。機組設計壽命60年以上，安全水平相比二代核電機組提升了100倍；單臺機組年發電量大概120億千瓦時，可滿足超過2200萬市民的用電需求，每年可減低溫室二氧化碳排放超過900萬噸。
三代核電技術安全性高，經濟性好，可建造性強，運維便捷，是名副雖然的“國之重器”
“國和一號”研發工作自2008年即將啟動，長達12年完成。國家電力投資集團有限公司作為牽頭單位，組織全省600多家單位、31000余名技術人員參與，累計產生知識產權成果超7611項，建成了具有國際先進水平的三代核電自主創新體系和產業鏈供應體系，標志著我國核電技術實現了從“二代”到“三代”的跨越，具備先進核電自主化、批量化、規模化建設能力。
國家電力投資集團有限公司核能總工程師鄭明光，是小型先進壓水堆核電站國家科技重大專項總設計師。他對“重、大”二字的理解十分直觀：“‘國和一號’單臺機組中，超過100噸的設備、模塊有30件左右，最大的模塊容積有5000多立方米，重達1400多噸”“安全殼是個半徑40多米，高70多米的‘大軟膏’，用5分米厚左右的厚板制成，每平方米可承受40噸以上的壓力”“蒸汽發生器上面有1萬多根用于熱交換的U型管，總長超過300公里……”
“國和一號”成功打破了多項材料及設備制造技術壟斷，主泵、爆破閥、壓力容器、蒸汽發生器、堆內預制構件等關鍵設備材料全部實現自主化設計和國產化制造。鄭明光對“自主創新”四字深有感悟：“站在世界核電技術發展高檔，‘國和一號’填補了我國核電產業的多項技術和工藝空白，促進了核電行業和技術整體升級換代，是名副雖然的‘國之重器’。”
從1970年舉辦“七二八工程”開始，我國核電早已走過了50多年的奮進創新之路。
“第一代核電技術主要是以實驗研究堆為主。第二代核電技術主要發展階段是上世紀60年代初到1979年曾經，該階段技術建成的核電稱為二代，然后將滿足三里島核電車禍后對策與響應舉措的核電站稱為二代加核電。”鄭明光說，“美國三里島核車禍發生后，全球對核電安全的認識進一步提高，先進核電國家針對核電設計、運行安全等方面進行了充分認識與剖析評估，提出了一系列改進、增強安全性的舉措，三代核電技術應運而生。”
鄭明光介紹，作為三代核電機型的“國和一號”，關鍵核安全設計理念是“非能動”，比如安全殼冷卻系統就采用這一理念，不依賴外在動力源即可運行工作。“利用鋼制外殼作為傳質表面，車禍條件下安全殼內的蒸氣都會在安全殼內表面冷凝，之后通過導熱將熱量傳遞到鋼制外殼外的水膜或大氣，安全殼內外部冷卻都是一個自然循環。”
“通過把安全系統的水放到低位，一旦發生車禍，水會在重力的作用下流到反應堆堆芯或安全殼表面，手動冷卻堆芯，同時對安全殼外殼施行外部噴淋產生冷卻水膜，增加安全殼內的壓力和濕度，保證安全殼這道安全屏障不受損毀。”鄭明光說。
“國和一號”是全面、系統、完整落實非能動設計理念的核電機型，實現了系統、設備的急劇簡化。鄭明光介紹，這個“簡化”卻不像原理看起來這么簡單，須要大量的理論剖析和系統性的試驗驗證。它的安全設備與相應的備品備件大大降低，安全性反倒有了大幅度提高。鞋廠化預制、模塊化建造減短了建設工期，運維的便捷性更優化了經濟性，才能滿足我國經濟社會安全高效的發展需求。
三代核電自主化技術攻關團隊舉步不停，彌補了一項又一項空白，促進我國核電實現跨越式發展
怎樣保證三代核電在高安全性基礎上擁有更強的競爭力？如何研發出具有競爭力的核電型號，實現批量化建設？在鄭明光看來，這種都必須通過自主化國產化來解決。
帶著這種挑戰，中國核電人即將踏上了三代核電自主化國產化的創新之路。
首先擺在面前的，就是一個看似無法逾越的障礙——根據外方的合作合同，只有電功率超過135萬千瓦，我國能夠擁有三代非能動核電的自主知識產權。因此，以鄭明光為代表的三代核電自主化技術攻關團隊，在原定技術方案基礎上對“國和一號”頂層設計方案進行了全局性再創新，包括降低鋼制安全殼的半徑和長度以擴大核島空間，重新設計研發反應堆冷卻劑泵、蒸汽發生器、爆破閥和汽輪發電機，大幅度優化主泵流量、主管道流通截面等，實現機型總體安全性、經濟性和效率的全面提高。
“135萬千瓦，對非能動安全、主要設備來說是個‘大門檻’。”鄭明光說，“為了確保擁有自主知識產權，我們果斷調整了方案。這不是簡單的等比列放大，要真正懂設計、懂技術，具備自主研發、自主試驗的能力，不把握核心技術，這個‘大門檻’就過不去。”
要想提高核電機型功率，從材料研制到零部件生產再到設備安裝調試，幾乎都要重新論證、分析、評估與研發。
一回路冷卻劑管線，簡稱“主管道”，是連通核電站壓力容器、蒸發器等主要設備的小型管線，好比人體的“大動脈”。為了愈發安全可靠，“國和一號”主管道設計為沒有熔池的一體化軋輥。主管道熱加工后，還須要進行彎頭，任何一個控制不當就會造成失敗中國有核電站嗎，只能靠試驗不斷摸索、改進。2年多的時間里，多家參研單位協同攻關，試驗主管道毛坯從8噸、20噸、36噸，最后升格為70噸，最終，中國鍛造的“大動脈”研制成功。
反應堆冷卻劑泵，簡稱“主泵”，承當著為核島運轉提供動力的重擔，可以看作核電站正常功率運行時的“心臟”。全新的制造工藝和運行流程，對制造業來說是一項巨大挑戰。為清除全廠斷電時冷卻劑泄露機率，決定采用無軸套新型主泵，機型研制伊始就采用“雙線并行”的模式，一面推動屏蔽馬達主泵研制，另一面啟動濕定子主泵技術方案。六年磨一劍，濕定子主泵和屏蔽馬達主泵陸續研制成功，有效支撐了核電先進機型的落地。
從核電“大動脈”到“心臟”，從“大腦”核設計與安全剖析軟件，到“中樞系統”核電儀控，再到一次儀表等遍及核島各處的“血管”“神經”……從設計方案到產品研制，三代核電自主化技術攻關團隊舉步不停，彌補了一項又一項空白，啃下了一塊又一塊“硬骨頭”，在關鍵核心技術“卡手腕”的地方下工夫，促使我國核電實現跨越式發展。
“國和一號”研制成功，離不開行之有效的重大科技項目組織管理方法
“國和一號”研制成功，離不開行之有效的國家重大科技項目組織管理方法：反應堆壓力容器由北京核工院和中國一重共同研制；蒸氣發生器由北京核工院、東方電氣（北京）輕型機器有限公司和北京電氣核電設備有限公司等共同研發；主泵研制“雙線并行”，參研單位分工明晰；主管道制造難度大，機械行業骨干企業成立聯合體，集智攻關；U型管型材、核級鋯材、核級焊條、大鑄件制造等材料工藝困局，采用校企協同深化的辦法，總算成功解決……
“利用國家科技重大專項，每一種設備、材料的技術開發，都布局2至5家有競爭力與積極性的單位參與研發，我們從設計技術到制造技術與工藝來回多次迭代，引入競爭機制中國有核電站嗎，用市場化的手段來促進相應的技術競爭，迸發創新活力。”鄭明光介紹，“國和一號”聯合國外相關學院、科研院所、企業等一大批校企用單位，共同打造了三代核電自主化技術攻關團隊，全面布局科研攻關任務和工程項目施行，有效發揮了新型舉國體制的優勢。
自主化設計、制造除了可以提高核電站的經濟性，還可以提供可靠的、可持續發展的資源保障。目前，國外已產生較為完備的先進核電設備整機配套能力與供應體系，以及標準化、批量化、產業化的生產能力。我國已具備年產8至12臺/套先進核電機組的武器能力。
通過三代核電自主化，我國正在實現對國際最高水平的超越。鄭明光自豪地說：“技術上有保障，安全上有優勢，經濟上有競爭力，‘國和一號’將有效支撐以新能源為主體的新型電力系統的建立，推動‘碳達峰、碳中和’目標的實現。”(谷業凱李云起)
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