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核能科学技术奖丨国和一号 创新路上壮阔无限——记上海“国和一号”研发设计创新工程
时间:2022年07月25日 来源:《中国核能》2022年第三期 作者:银汉 点击量:1266 分享:

从1970年开展“七二八工程”开始,我国核电已经走过了50多年的奋进创新之路。以秦山、大亚湾等核电站为牵引,推动了我国核电在设计、软件、材料、燃料、设备、标准以及安全审评相关领域的全面发展,已经具备了二代及二代加核电的批量建设能力,为核电事业打下了坚实可靠的基础。

2006年,党中央、国务院决定实施三代核电自主化战略,通过引进、消化吸收、再创新,实施国家科技重大专项,研究开发具有我国自主知识产权的三代大型先进压水堆核电站并建成示范工程,形成一批高水平的知识产权成果,使我国核电设计、制造、建造和运行技术自主可控,实现跨越式发展。

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2020年9月28日,国和一号核电品牌正式发布

不辱使命的创新工程

2006年2月9日,国务院发布《国家中长期科学和技术发展规划纲要》(2006-2020年)》,确定将“大型先进压水堆及高温气冷堆核电站”作为当时的16个国家科技重大专项之一。

2008年2月15日,国务院常务会议审查通过了以上海核工院为技术责任主体编制的《大型先进压水堆核电站重大专项总体实施方案》。

2020年9月28日,大型先进压水堆核电站重大专项标志性成果,代表三代核电世界先进水平、具有自主知识产权的大型先进非能动压水堆核电型号“国和一号”核电品牌正式发布。2021年,以上海核工院为全厂项目总承包单位的国和一号示范工程继续按计划高质量推进,国和一号智慧工地监管中心正式投用,项目HSE国际标杆评级达7.2级,达到示范标杆水平。压水堆专项累计形成知识产权成果8500余项,获得国家授权专利1465项,形成新产品、新材料、新工艺、新装置、新软件675项。2021年5月28日,习近平总书记在两院院士大会、中国科协第十次全国代表大会上指出:“国和一号”和“华龙一号”三代核电技术取得新突破。

十年磨一剑,上海核工院继“七二八工程”之后再次担当国家使命。

自立自强的创新工程

如何保证三代核电在高安全性基础上拥有更强的竞争力?怎样研制出具有竞争力的核电机型,进而实现批量化建设?在压水堆专项总设计师、国家电投核能总工程师、“国和一号”总设计师郑明光看来,这些问题的解决之道就是自主化和国产化。

首先摆在面前的,就是一个看似难以逾越的障碍——根据与外方的合作协议,只有电功率超过135万千瓦,我国才能拥有三代非能动核电的自主知识产权。为此,以郑明光为代表的三代核电自主化技术攻关团队,在原定技术方案基础上对“国和一号”顶层设计方案进行了全局性的再创新,包括增加钢制安全壳的直径和厚度以扩大核岛空间,重新设计研制反应堆冷却剂泵、蒸汽发生器、爆破阀和汽轮发电机,大幅度优化主泵流量、主管道流通截面等,实现型号总体安全经济性能和效率的全面提升。

核电型号功率的提升不是简单的等比例放大,从材料的研发到零部件的生产再到设备的安装调试,几乎一切都需要重新论证、分析、评估与研制,每一个设备参数的修改和确定,都要经过大量的计算、模拟和试验。只有真正懂设计、懂技术,具备自主研制、自主试验的能力,掌握关键核心技术,这个“大门槛”才能跨得过去。为了验证设计的合理性,上海核工院牵头组建研发团队,新建22个世界先进的试验台架,五年内完成了6大试验课题17项关键试验共887个工况的独立试验验证。

2016年,“国和一号”通过中国专利保护协会专家评审,认为“具有完全自主知识产权和出口权”,并通过我国史上范围最广、内容最深的联合安全审评和国际原子能机构通用安全审评,获得国内外权威“认证”。

作为重大专项的标志性成果,“国和一号”对“重、大”二字有着非常直观的阐释:单台机组中,超过100吨的设备或模块有30件左右,最大的模块体积有5000多立方米,重达1400多吨;安全壳直径40多米,高70多米,用5厘米左右厚的钢板制成,每平方米可承受40吨以上的压力;蒸汽发生器里面有1万多根用于热交换的U型管,总长超过300公里……历经12年科研攻关,“国和一号”成功打破多项材料及设备制造技术垄断,关键设备材料全部实现自主化设计和国产化制造,设备总体国产化率达到90%以上。自主化设计、国产化制造不仅增强了核电站的经济性,而且可提供了可靠的、可持续发展的资源保障。目前,我国已具备年产8~12台/套先进核电机组的装备能力。

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举国机制的创新工程

“国和一号”的研制成功,离不开在国务院、科技部领导下的行之有效的国家重大科技项目组织管理方式,汇聚了国家、行业和产业力量。以上海核工院为技术责任主体单位,构建了三代核电自主化技术攻关团队,全面布局科研攻关任务和工程项目实施,国内先后有600余家科研院所、装备制造企业、高等院校,31000 余名科研人员参与研发,有效发挥了新型举国体制的优势。

中科院、国家核安全评审中心等国家级科研机构,清华大学、上海交大、西安交大等国内一流高校提供了有效的研发支撑。既有一重、二重、沈鼓、哈电、上海电气、东方电气、宝钢、鞍钢、太重等一大批身经百战的“国家队”选手,更有上上电缆等一众“争气”民营企业勇于啃“硬骨头”,相继进入核电研发领域,在主设备、关键材料的研发上投入了大量人力、物力,有效推动了“国和一号”的研发进程,实现了制造业产业升级的同时,构筑了完备的三代核电供应链。

利用国家科技重大专项,每一种设备、材料的技术开发,基本都布局了2家以上有竞争力与积极性的单位参与研制。通过设计牵引、目标导向,“国和一号”从设计技术到制造技术与工艺多维度迭代并相互支撑。同时,依托国家科技重大专项,上海核工院构建了“国家级-省部级-集团级-企业级“等多层级创新平台体系,形成上海核能装备测试验证中心、山东崮山基地等试验基地,建设并配置一大批高水平试验设施,并积极推动相关技术、试验资源的共享,从关键点上技术突破到多项新技术的系统突破与集成,促进了整体研发效率不断提升,形成了技术与产业协同发展体系,培养了一大批自主创新能力强的专业人才,推动了核电行业和技术从二代到三代的跨越。

国之重器当如是。

薪火相传的创新工程

2020年9月22日下午,在上海核工院2020 年教师节暨“建院50 周年杰出贡献奖”表彰会上,一场别开生面的师徒传承仪式正在举行。

“请缪鸿兴前辈为王伟赠与藏金观山杯。”主持人大声宣布。寓意藏金观山杯,杯中藏丘壑,心底有乾坤,领悟科学精神,勇攀科学高峰。

85岁高龄的缪鸿兴是上海核工院原副总工程师、“七二八工程”副总设计师,“60后”专家王伟现在是上海核工院助理总工程师,目前正承担着“国和一号”国产化仪控设备验证总指挥的重任,“80后”青年骨干李涛正是王伟麾下的技术骨干,全面策划推动仪控设备测试项的选取和执行以及规程的审查,“90后”新员工张天迈则是团队的新鲜血液,朝气蓬勃。

这场仪式见证了传承四代的师徒情谊,更见证了穿越半个世纪的岁月,一代又一代上海核工院人“国之光荣”精神的传承。像这样从“国之光荣”到“国和一号”的薪火相传,在上海核工院还有很多。

1974 年,周恩来总理在批准“七二八工程”方案时指出,要通过工程掌握技术、积累经验、培养人才。五十年来,一代又一代的上海核工院人接过前辈衣钵,将核电自主创新之路越走越宽。

国际原子能机构(IAEA)原总干事天野之弥曾评价:“中国成功设计研发了大型压水堆CAP1400(国和一号),这对核能未来非常重要。”型号驱动、技术引领、能力集聚、示范创新,“国和一号”的创新之路仍在继续。

2021年10月16日,“国和一号+”智慧核能综合利用示范项目一期工程正式投用,这是一个依托“国和一号”平台,集核能供热、海水淡化、核风光储综合指挥能源系统、智慧多能管控平台于一体的“核能+”商业模式创新项目。2022年2月28日,“国和一号”产业链联盟在沪成立,剑指“全面实现100%设备国产化能力”, 致力于建成“技术上最先进最安全、装备上完全自主可控、经济上有显著竞争优势”的三代核电产业链。

大道之行,壮阔无垠。

大道如砥,行者无疆。

(作者单位:上海核工程设计研究院)


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