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时间:2018-03-05 来源:中国电力报 作者:白宇
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近日,国家科技重大专项大型先进压水堆核电站cap1400科研计划总结讨论会(2017年)在上海核工程研究设计院(以下简称“上海核工院”)召开。会议消息显示,截至2017年底,压水堆重大专项共形成知识产权成果3492项,申请中国专利1622项,已获得中国授权专利1109项。据记者了解,大型先进压水堆及高温气冷堆核电站重大专项是我国面向世界先进核电领域,实现核电技术跨越式发展的战略部署。自2008年压水堆重大专项总体实施方案获国务院批准启动实施以来,在世界领先的ap1000三代核电技术的基础上,我国自主研发的cap1400核电技术也已取得了丰硕成果。据上海核工院院长郑明光透露,目前cap1400示范工程现场工作已准备就绪,正等待全面启动。 

技术创新:型号设计实现突破,拥有自主知识产权 

据了解,cap1400是我国在引进消化吸收世界先进的三代非能动核电技术ap1000的基础上,应用非能动设计理念,通过重大专项科研实现再创新,形成的具有自主知识产权和独立出口权的重大科技成果,是我国从“核电大国”走向“核电强国”的标志性成果。 

三代核电一般是指符合美国核电用户要求文件和欧洲核电用户要求文件中提出的对下一代核电站安全和设计技术要求的核电技术。目前国际公认的三代核电技术包括ap1000、epr、esbwr等。 

立足国家科技创新,cap1400的总体设计思路就是要以全新的工程设计和关键设备设计,全面推进中国核电技术的自主化与设备的国产化,较之ap1000技术,有效提高电厂功率、优化总体参数,并积极应对福岛事件后国内外技术政策的要求,满足世界最高的安全标准和最严的环境排放要求,并进一步提高经济性,使cap1400综合性能达到当代核电的世界领先水平。 

近年来,压水堆重大专项取得了累累硕果,在多方面实现了技术突破。 

据上海核工院提供的资料显示,为突破135万千瓦净功率出口限制条款,上海核工院在型号设计顶层方案中实现根本性创新,如对cap1400总参数方面进行了全面优化,增加钢安全壳直径、增加蒸汽发生器传热面积、增大主管道直径等,通过堆芯、设备、系统的全新设计和试验验证实现了135万千瓦净功率的突破,使cap1400具有自主知识产权。 

另外,非能动设计理念也成为cap1400的一个亮点。所谓“非能动安全系统”是指系统可以利用自然物理现象(重力、蒸发、冷凝、自然循环、自然对流等)以及气体蓄能驱动流体流动,带走堆芯余热和安全壳的热量,不需要依靠外部能源。 

而cap1400就是在传统成熟的压水堆核电技术基础上,使安全系统实现“非能动”。安全系统整体采用非能动技术后,可大大简化核电厂工艺系统、减少施工量、缩短工期、减少维修,在核电站安全性能显著提高的同时,具备较强的市场竞争力。 

对此,上海核工院方面也表示,cap1400示范工程是引进消化吸收再创新的标志性工程,是新时期改革开放的标志性工程,也是创新型国家科技成果集大成的标志性工程。立足于核电技术发展之高端,基于重大专项,基于中国装备制造能力的提升,中国的核电工程师和技术专家们完全有信心、也有能力引领世界核电技术的发展潮流。 

成果显著:我国形成世界领先的核电研发设计体系及三代核电供应链体系 

压水堆重大专项在进行技术创新的同时,也带动了我国核电产业的进步,获得了多项成果。 

对此,上海核工院方面表示,压水堆重大专项首先提升了我国核电自主创新能力,形成了世界领先的核电研发设计体系。 

据介绍,通过引进并自主开发成套、成系列的设计分析软件与工具平台,上海核工院形成了平台化的自主先进核电型号的开发能力,促进了非能动设计理念在国内其他核电型号上的应用,在提高我国核电型号本质安全的基础上提升了我国核电整体设计水平。 

另外,我国也由此建成了一批国际领先的大型试验设施。数据显示,目前国内有关单位已新建10个、改造12个大型台架,开展了大量试验,积累了海量试验数据,具备新型核电机型设计和验证能力。 

同时,压水堆重大专项的发展也提升了我国装备制造业整体能力,形成了三代核电供应链体系。 

据了解,压水堆重大专项推动国内制造企业掌握了asme、ieee等国际标准,建立了先进的核质保体系与核安全文化,实现了与国际先进水平接轨。同时也提升了我国核电装备自主设计与制造能力,设备国产化率大幅提高。国内制造企业全面掌握了屏蔽电机主泵、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、大型汽轮发电机组等29项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。 

在提升我国核电自主创新能力及装备制造业整体能力同时,cap1400示范工程一切已准备就绪。据上海核工院透露,结合最新法规要求,cap1400示范工程施工设计基本完成(完成率99%),施工图纸满足连续施工18个月以上的要求;试验验证充分完整,在fcd前,对于国家能源局、国家核安全局要求的17项试验共887个工况已全部完成;通过了国家核安全局和国际原子能机构安全评审。据悉,目前cap1400关键设备研制进展顺利,长周期设备29项已启动制造20项,现场一切准备就绪。 

安全至上:cap1400继承并发展了ap1000先进的安全理念 

安全一直是核电发展的基石。对此,郑明光表示,cap1400是我国在引进ap1000的基础上,消化吸收再创新开发的具有完全自主知识产权的三代核电技术。cap1400继承并发展了ap1000先进的安全理念,对安全设施进行优化与增强,进一步提升了安全裕量。 

具体来看,cap1400采取多种措施保障核电机组的安全:采用了非能动安全系统,事故后操纵员可不干预时间从目前“二代加”核电技术的30分钟提高到72小时;堆芯损伤频率和大量放射性物质释放频率较美国核电用户要求文件限值低一个量级;具有系统性的严重事故预防和缓解措施;屏蔽厂房采用先进的钢板混凝土结构,具备抗大型商用飞机恶意撞击的能力等。在此基础上,cap1400还充分落实了福岛事故后核安全的增强要求,包括提高纵深防御系统的抗震能力与电源可靠性,提高电厂抵御极端外部事件的能力,强化事故72小时后冷却水和电力的供应能力,强化电厂应对超设计基准事故的能力等等。在世界三代核电技术中,cap1400的安全性目前处于最高水平。 

在保障安全性的同时,是否具有经济性也是一个核电技术的重要考量标准。在此方面,cap1400同样具有很强的竞争力。 

据上海核工院方面介绍,cap1400具有设计寿命长、可利用率高、单机容量大、电厂热效率高及燃料经济性好等技术经济特点,其采用简化设计、模块化设计的理念,在技术研发过程中对机组关键设备和大宗材料进行了自主化开发,基本实现了设备和材料国产化,为cap1400的经济性提升奠定了较好的基础。 

根据cap1400示范工程的核准评估报告,cap1400示范项目的投资已然优于近期核准开工的部分核电机组,未来如果剔除首堆因素相关费用,同时考虑后续批量化建设后设备材料价格下降以及管理成本下降,预计cap1400后续项目批量化建设的投资还可降低15%以上,上网电价也将下降10%以上。


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