上海核工院:技术引领铸就国之重器,打造世界核电的“中国力量”--上海频道--人民网

壮丽70年·建功新时代——上海制造新气象新作为

上海核工院:技术引领铸就国之重器,打造世界核电的“中国力量”

陆雪苑

2019年07月05日14:01  来源:人民网-上海频道
 

编者按:为充分展示新中国成立70周年、上海解放70周年上海产业和信息化发展的光辉历程、伟大成就和宝贵经验,人民网上海频道与中共上海市经济和信息化工作委员会即日起联合推出“壮丽70年·建功新时代——上海制造新气象新作为”主题报道。 

系列报道重点挖掘新时代“上海制造”发展历程中先进的思想、优秀的作品、神奇的科技、震撼的工程,讲好上海故事,传播制造精彩,展示上海产业人勇当排头兵、先行者的不凡业绩,全力打响“上海制造”品牌。

早在40多年前改革开放初期,中国核电事业还处于起步、“拓荒”阶段。伴随着改革开放大潮,中国在民用核电领域实现从无到有、从小到大,中国“核电梦”一步步实现。

从跟跑到并跑再到领跑,中国潜心研究开发的自主核电技术在满足自身能源需求的同时,也实现了从技术到产业的“逆袭”,成功打入国际市场,中国正成为世界核电技术与核电工程建设的重要贡献者之一。从“中国制造”到“中国创造”,中国核电也正成为代表中国高端制造业走向世界的“名片”。

自主设计中国大陆第一座核电站——秦山核电站

1985年3月20日,秦山核电站浇灌第一罐混凝土,该工程是我国核电自主研发的起点,被誉为“国之光荣”。同时,它也是上海核工院(728院)独立自主进行核电研发的起点。

 

秦山核电站项目获国家科技进步特等奖

从此,“自主创新”这个基因被深深烙在728院人的基因里。如今的改革开放新时代,这支与中国核电同时起步的“铁军”在大型先进压水堆核电站国家重大科技专项研发奋进搏击,推动国家核电产业链实现跨越式、自主化发展。

2007年,党中央、国务院作出了“引进先进技术、统一技术路线、高起点实现我国核电自主化”这一重大国家战略决策,上海核工院作为技术主体,承担着我国引进消化吸收第三代先进核电技术AP1000,并在此基础上实现创新研发国家科技重大专项大型先进压水堆CAP1400核电站的历史重任。

国家科技重大专项大型先进压水堆核电型号国和一号(CAP1400)

AP1000到CAP1400(国和一号),看似只是多出一个字母、仅有一个数字之差,却是一次艰辛的跨越。但是,他们却做到了。

解决“卡脖子”难题 核电设计踏上自主品牌研发路

上海核工院作为大型先进压水堆核电站重大专项技术牵头单位,借助新型举国机制,从2007年开始,联合国内相关大学、科研院所、制造业等产学研200多家单位、2万名技术人员开展了中国核电发展历史上最波澜壮阔的科研攻关。

2006年11月,我国几经周折最终确定引进美国西屋公司的AP1000核电技术,并确认为未来中国核电发展的主流技术路线。当时我国虽然有一定的核电产业基础,但是全面对接三代核电技术,完全实现自主化还有一定的距离。引进了国外的先进技术之后,如何让其在国内的核电土壤上生根发芽,实现核电设备国产化,推动核电技术自主化,迫在眉睫。

大型先进压水堆重大专项总设计师、上海核工程研究设计院院长郑明光回忆起那段十年磨一剑的岁月,用四个字向记者概括——困难重重。

国和一号自主化主泵研制现场

在专项实施之前,我国核电产业发展一直面临几个“卡脖子”的关键难题,他们存在于研发、设计、制造等各个领域,如设计自主化,材料国产化(如蒸汽发生器690U型管、核级焊管、大锻件)等。国产化,并不意味着只是简单将图纸、文件翻版成中文,而是一个结合工程反馈和实际设计经验,全面创新和优化的设计过程。

对这些难题进行逐一突破,就好比是参加一场闭卷考试。

国产化690合金U形管

拿蒸汽发生器690U型管来说, 国外把相关的研究数据、关键工艺视为核心技术,对我国实行严格封锁。最初时,项目组想去国外采购,多次尝试都未能成功。最后,决定咬着牙迎难而上。上海核工院和宝银特钢板、久立特财一起,历经六年攻坚克难,通过大量试验、多轮论证,最终建立了690U型管综合研究评价与制造体系,国内相关制造企业完成了从不会到会、从二代到三代的蜕变,装备制造能力实现了整体跨越。

在十年间,国和一号/CAP1400项目突破了国产化标准设计、型号设计、试验验证、核电站安全审评、主设备消化吸收、关键设备超大锻件研制、安全壳制造、核岛建造安装等大量关键核心技术。

据郑明光介绍,目前国和一号CAP1400已经实现超85%设备国产化制造,所有核心设备基本实现国产化。

所有的创新都必须建立在一个大前提之下,就是实现核电技术的完全自主化。在型号顶层设计、总参数层面突破知识产权限制,成为一个必须跨越的拦路门槛。

2007年底,基于当时国内的制造业水平,专家认为国和一号/CAP1400主泵、安全壳、蒸汽发生器应依旧参照AP1000,设计基本保持不变,只将堆芯的燃料组件从157组变成193组,反应堆热功率初定为373万千瓦。然而在2009年,AP1000技术的所有方美国西屋公司提出,如果国和一号/CAP1400热功率只有373万千瓦,毛电功率和净电功率就只有约140万千瓦和130万千瓦,没有突破合同中关于中方具备自主知识产权的条款,国和一号/CAP1400没有自主知识产权。

“我们充分利用了国内已有的试验技术基础与经验,发挥了相关的核电资源的优势,体现了新型举国机制、团队协作和创新的精神。”郑明光带领着他的项目团队肩扛重担,迎难而上。突破知识产权限制的目标,倒逼成就了我国建设、建成了先进非能动技术创新体系,培养和锻炼了一大批人才队伍,夯实了我国核电技术试验验证和型号开发的创新能力。

压水堆重大专项总师郑明光在国际原子能机构科学论坛介绍国和一号(CAP1400)

截至2018年底,压水堆重大专项已形成知识产权4699项,其中发明专利325项,获得中国授权专利1705项,各类标准751份,形成新产品、新工艺、新材料、新装置等293项,新建43个试验台架,实现了我国三代核电技术研发、工程设计、设备制造、试验验证的自主化。

推动三代核电产业链协同发展 构建产学研用四位一体创新体系

核电项目最重要的是什么?更高的安全性、更好的经济性,而国和一号/CAP1400,正是奔着这个目标去的。郑明光表示,通过实现技术自主化及设备国产化,从而进一步实现了自主研制,CAP1400与AP1000相比,安全性与经济性上更具竞争力。

在经济指标上,CAP1400相比AP1000有所提升的表现之一在于积累并建立了有效的产业链体系。十余年来,制造企业逐渐全面掌握反应堆压力容器、蒸汽发生器、数字化仪控系统、燃料组件、核级泵阀等三代核电关键设备技术,形成了一批具有世界先进水平的设备材料制造基地,建成了由160余家企业组成的面向国内外的三代核电设备供应链体系,具备年产6到8台套核电设备的能力,推动了装备制造业从二代跨越到了三代。

不少的企业都具备制造能力,同类设备都具有数家制造单位的设备制造体系,在这种充满竞争力的产业链体系下,形成了一种良性的社会竞争氛围,建立了有竞争氛围的产业格局。“特别就是像我们院对关键设备、关键技术都一般都是由几家单位同时参与相关工作,形成了一种良好的技术发展机制,实现了高效的项目管控。”在郑明光看来,这种竞争在促使技术得到多发展的同时,也将推动价格合理化——不追求价格最低但追求价格合理,使核电从研发、设计、制造、建造、运行各个方面都具有合理利润,使核电能够有序、有效、可持续发展。

良性的竞争氛围可以促使核电产业链实现跨越发展,而型号创新则是推动全产业链发展的源头动力。

“先进型号的发展,可以推动整个产业的发展。”压水堆重大专项副总设计师、上海核工院副院长严锦泉认为,创新思想的源头在于国内相关高校及科研院所 。而目前,上海核工院也正在积极构建产学研用相结合的三代核电创新体系。

2013年,在上海市科委的支持下,上海核工程研究设计院联合上海交通大学、上海电气核电集团,建设上海核电工程技术研究中心,形成了以上海核工院为依托的研究开发基地、以上海交通大学为依托的试验研究基地,以上海电气核电集团为依托的装备制造基地,四位一体的先进核电“产学研用合作”平台——上海核电工程技术研究中心。它充分发挥上海地区高等院校、科研院所、装备制造企业集聚、配套完整的优势,打造出一流的研究开发支撑体系,并逐渐辐射全国,取得一大批优秀成果,支撑了压水堆重大专项研发,促进了核电技术的创新发展,支撑了三代核电产业链建设,CAP1000、CAP1400主设备实现国产化率达90%以上。

严锦泉表示,依托上海核电工程技术研究中心建设,上海核工院形成以6个分中心、21个联合技术中心为核心的创新体系,并积极筹建先进核电国家技术创新中心,同时融入上海市科技创新中心建设,支撑核电非能动型号系列化以及配套的核电燃料、主设备、特种材料、核安全验证、核电工程设计等技术和产业开发,形成先进核能全产业链创新和产业体系,引领世界核电系列化、标准化、智能化和产业化发展。

目前,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,完成国和一号/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。

从 “求分享”到“走出去” 打造世界核电的“中国力量”

国和一号/CAP1400当初的定位就是在引进消化吸收AP1000的基础上,实现再创新、自主知识产权和独立出口权。到今天,这些当初设立的、面临巨大挑战的目标基本实现。

国和一号/CAP1400先进的设计理念、完整的研发技术与其处于世界领先地位的安全性、经济性等优势都使得这一型号“走出去”的竞争力逐步提升,而如今,国和一号/CAP1400已经成为我国核电“走出去”的名片。郑明光向记者介绍这些对外交流的成果:“目前土耳其、南非等已经与我国就CAP1400技术合作开展了深度交流,签订了相关合作协议。”

中国核电之所以能走出国门,缘于自主研发核电技术的飞速发展,缘于中国核电正在逐步形成的面对未来的发展能力。压水堆重大专项的实施构建起了一个完整的设计研发体系和协同创新体系,包括完整的设计分析体系、设计软件体系、设计标准体系、试验验证体系、安全审评支持体系等,支撑CAP1400成为拥有完全自主知识产权与国家竞争力的核电型号,为后续高质量、高水平、可持续、自主化发展提供了基础,这是一笔无比宝贵的财富。

未来,国和一号/CAP1400作为中国核电“走出去”的先锋,将坚持创新引领,对标国际先进水平,实现核电高质量、高水平、可持续、自主化发展,积极参与国际交流合作,在国际舞台上展现中国的 “核”心竞争力。

聚焦前沿技术 推动构建智慧核能生态圈

随着工业4.0的到来,中国企业对创新和制造力的呼声越来越高。“上海核工院作为一家设计院,也正朝着设计4.0的方向发展。”上海核工院院长助理、数字化研发工程部主任方舟表示,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。

数字化研发体系是型号研发的设计平台或者说设计母机。方舟介绍道,上海核工院构建的数字化体系是围绕核电型号整个研发设计业务流程来建设。从最早的型号研发方案阶段,到工程设计阶段,再到最后的验证全过程,数据贯穿这整个过程。通过数据的有效整合和集成,核电研发、设计、试验验证、设备制造、建造、调试、运行、维护等流程将全面实现智能化、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,推动构建“智慧核能”生态圈。

非能动核电厂多功能综合验证平台

值得一提的是,在未来,会有更多先进技术应用到核电运行安全管理中去。“虽然目前这些应用还是趋于保守,但是未来还是有很大应用前景。”方舟设想道,在未来,人工智能可以帮助建设“智慧电厂”,助力电厂运行的检测诊断。他分析道,人的安全和设备的运行情况可能是所有电厂运行最关切的问题,新技术可以更好地去解读并解决这些行业的痛点问题。 

(责编:龚莎、韩庆)
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