“国和一号”的自主创新之路
发布时间:2024-09-06 | 发布者： 东东工作室 | 浏览次数： 次
“国和一号”示范工程现场吊环。
“国和一号”技术原理示意图。
“国和一号”模型。
本报记者 康 朴摄
“国和一号”整体外观模拟图。
图片除标注外均由国核示范提供
先看两组数字。
60年、900万吨、150万千瓦；
12年，700余家，超3万名，1.4万余项。
第一组，是“国和一号”的安全、经济与环保说明书——设计使用寿命60年，每年二氧化碳减排量约900万吨，单机组发电功率150万千瓦。
第二组，是背后的付出与成果——12年研发历程，700余家单位、超3万名技术人员参与其中，累计形成知识产权成果1.4万余项。
两组数字合起来，就是“国和一号”的一份亮眼“简历”。“国和一号”是依托国家重大科技专项“大型先进压水堆及高温气冷堆核电站”开发的三代核电自主化标志性成果，是完全自主设计的中国核电技术品牌，代表当今核电技术的先进水平。
“国和一号”首堆——“国和一号”示范工程位于山东荣成，由国家电投国核示范电站有限责任公司（以下简称“国核示范”）负责建设、管理和运营，目前一期两台机组建设正有序推进，首期工程投产后就可实现热电联供。
国之重器，填补空白
在荣成的国家电投新能源科技馆，一个1∶60的模型清晰展示了“国和一号”的构造。核电机组整体上可分为两大部分：一侧是核岛，有高耸直立的核反应堆压力容器和蒸汽发生器，钢穹顶上方放着一个巨大水箱；另一侧为常规岛，核岛产生的蒸汽传送过来驱动汽轮机发电。
“‘国和一号’是名副其实的国之重器。”国核示范设计管理处处长刘春光说，“从体型构造看，‘国和一号’单台机组总重超1400吨，其中一个直径超1米的大阀门就有29吨重，由钢水浇铸而成。内部结构也十分复杂，仅蒸汽发生器的U型管就超过1万根，如果将这些管道连接起来，总长度在300公里以上。”
据介绍，外部安全壳的直径，更是达40余米。从使用材料看，特制的钢板厚度超5厘米。开启运行后，有的组件内部每平方米承受的压力逾40吨，远超轻型装甲车的重量。
不仅“身形”巨大，效益同样突出。“国和一号”单台机组发电功率为150万千瓦，设计寿命60年，投产后年发电量114亿千瓦时，可满足超1100万居民的用电需求，每年可减少温室气体排放超过900万吨。以平均每亩树林减排1.336吨二氧化碳折算，减排效应相当于造林约674万亩。
中国核电市场一度被称作“万国牌”，有多个国家的核电技术并存。2006年，中国决定实施三代核电自主化战略。作为国家重大科技专项，“国和一号”在立项时就肩负特殊使命——攻克大型先进核电机组批量化建设难关。
研发工作自2008年启动。2020年，国家电投正式发布“国和一号”，标志着该技术终于完成研发。历时12年科研攻关，共有700余家单位、超3万名技术人员参与其中，累计形成知识产权成果1.4万余项，形成新产品、新材料、新工艺、新装置、新软件等2000余项。
“‘国和一号’采用CAP1400压水堆技术，是‘高起点再创新’，它基于引进消化吸收三代非能动压水堆核电技术，基于中国50年的核电厂研发、设计和工程经验，也基于中国核电机组近30年的安全建设和运行经验，具有完全自主知识产权。”国家电投集团核能领域工程技术管理学科专家、国核示范副总监刘新利介绍。
“国和一号”成功打破了多项材料及设备制造技术垄断，主泵、爆破阀、压力容器、蒸汽发生器、堆内构件等关键设备材料全部实现自主化设计和国产化制造。
“站在世界核电技术发展前沿，‘国和一号’填补了我国核电产业的多项技术和工艺空白，推动核电行业和技术整体升级换代。”刘新利说。
安全性高，经济性好
建核电站，人们最关注的还是安全。
“随着全球对核电安全的认识进一步提升，先进核电国家针对核电设计、运行等方面进行了充分分析评估，提出一系列改进措施，三代核电技术应运而生。”刘新利说。
从模型结构可以看到，“国和一号”外层被厚厚的混凝土层包裹。“这是屏蔽厂房，厚1.1米，两层钢板内部填充高性能、高强度的混凝土，可抵御台风、海啸来袭或是飞机撞击。”刘新利介绍。
再看由4道屏障构成的内部安全保护：燃料芯块、燃料包壳、一回路压力边界，特别是直径43米、高70多米的钢制安全壳，仿佛一个巨大的胶囊型钢铁屏障，事故后可以将放射性物质牢牢包裹住。
“先进三代核电消除了大规模放射性物质释放的可能性，排除了核电风险对环境与公众的放射性危害。”刘新利表示。
在安全设计思路上，“国和一号”采用了“非能动”理念。简单来说，就是不依赖外部动力或人工干预即可自行启动运行。这一理念体现在诸多细节上。比如遇上停堆，热量无法导出，反应堆就会烧毁。这时，核岛顶部的大水箱就要发挥作用了。
大水箱里装着3000多吨冷却水，是非能动核安全设计理念的关键环节之一。“水会在重力作用下流到反应堆堆芯或安全壳表面，把里面的热量置换出来，自动冷却堆芯与安全壳系统，保证堆芯与安全壳不受损。”刘新利介绍，“断电状况下，‘国和一号’反应堆能在事故发生72小时内无须人工干预自动保证安全。”
“性价比”是日常消费的重点关注点，工程建设也是如此。相较于过去的安全措施，非能动设计理念让核电设备大幅简化，安全性却有了巨大提升。相比传统电厂，“国和一号”整体阀门减少50%、管道减少80%、电缆减少70%，提高了可建造性、可运行性和可维修性。采用“标准化设计、工厂化预制、模块化施工、专业化管理、自主化建设”模式，“国和一号”在经济性上具有明显竞争优势。
全力冲刺，全国产化
超90%，这是“国和一号”示范工程设备的国产化率，后续项目也已基本具备全国产化能力。
如何保证三代核电在高安全性基础上拥有更强的竞争力？如何实现批量化建设？这些都必须通过自主化国产化来解决。
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