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三代核電關(guān)鍵設(shè)備來自上海設(shè)計:國產(chǎn)化率已超85%
關(guān)鍵字:本文轉(zhuǎn)自:第一財經(jīng)
國和一號總設(shè)計師、上海核工院院長鄭明光說,我國三代核電核能產(chǎn)業(yè)鏈已基本完成,關(guān)鍵設(shè)備材料基本實現(xiàn)自主化設(shè)計和國產(chǎn)化制造。
12臺展示設(shè)計分析器功能的屏幕排成兩行,實時反映核電廠的運行狀態(tài)、設(shè)備參數(shù)。這是第一財經(jīng)記者在國家電投上海核工程研究設(shè)計院(下稱上海核工院)“核電人因工程實驗室”中看到的情景。
而這僅僅是核電領(lǐng)域數(shù)字化設(shè)計的一部分。
“數(shù)字化改進(jìn)使秦山核電站的技術(shù)水平提升不少,也為其延長20年使用壽命提供了科學(xué)依據(jù)?!鄙虾:斯ぴ喝艘蚬こ處ь^人宋霏說。
自1991年12月底秦山一期核電站并網(wǎng)發(fā)電至今已經(jīng)28年。其間,“創(chuàng)新”成為三代核電建設(shè)關(guān)鍵詞,一批重大自主研發(fā)、帶動加工制造的精密設(shè)計不斷涌現(xiàn),裝備制造業(yè)能力跨越式提升。
根據(jù)《中國核能發(fā)展報告2019》,核電在中國發(fā)電量中的占比將從2018年的4.22%上升到2035年的10%左右;由于具有穩(wěn)定且不波動的重要優(yōu)勢,核能發(fā)電仍將在未來30年間彌補能源市場空缺。高質(zhì)量下的核電事業(yè)才剛剛起步。
CAP1400全廠概念圖。來源:上海核工程研究設(shè)計院
自主研發(fā)是命脈
此前,我國核電產(chǎn)業(yè)一直受制于人,設(shè)計自主化、材料國產(chǎn)化,以及關(guān)鍵設(shè)備配套方面都是核電產(chǎn)業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)。2008年,“大型先進(jìn)壓水堆核電站”啟動,推動我國核電產(chǎn)業(yè)鏈從二代跨越到三代。
一批批工程技術(shù)人員、科研人員通過引進(jìn)消化吸收先進(jìn)技術(shù),通過大量試驗、多輪驗證,逐步建立先進(jìn)核電自主研發(fā)設(shè)計體系、試驗驗證體系、標(biāo)準(zhǔn)體系以及裝備供應(yīng)鏈體系,690U型管、主泵、爆破閥這些以往受制于人的材料和設(shè)備都突破了國外壟斷與技術(shù)壁壘。
2018年11月廠址前期勘察。來源:上海核工程研究設(shè)計院
“我國三代核電核能產(chǎn)業(yè)鏈基本完成?!?國和一號總設(shè)計師、上海核工院院長鄭明光表示,“其中關(guān)鍵設(shè)備材料基本實現(xiàn)了自主化的設(shè)計和國產(chǎn)化制造,設(shè)備國產(chǎn)化率已超過85%,每個主設(shè)備都對應(yīng)了2~5家具備能力的制造商?!?
核能核電建設(shè)極為復(fù)雜。作為前端,國家電投旗下的上海核工院不僅要負(fù)責(zé)各類堆型的研發(fā)、設(shè)計與驗證工作,還要為制造、建造環(huán)節(jié)提供技術(shù)支撐。這其中,反應(yīng)堆的安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境相容性是衡量核電水平的關(guān)鍵。
以國家科技重大專項國和一號(CAP1400)為例,該核電機組是在引進(jìn)、消化、吸收AP1000世界先進(jìn)三代核電技術(shù)基礎(chǔ)上,結(jié)合日本福島事故經(jīng)驗反饋,再創(chuàng)新形成的具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的核電技術(shù),“CAP1400的安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境相容性達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。”鄭明光說。
首先是安全性。上海核工院總體技術(shù)部主任助理程書劍告訴記者,堆芯損傷、大規(guī)模釋放是核反應(yīng)堆機組兩項重要安全問題。一方面,上海核工院將國和一號鋼制安全殼厚度進(jìn)一步加厚、直徑從原來的39.6米擴大到43米;另一方面,具有獨創(chuàng)性的COSINE核電安全設(shè)計軟件系統(tǒng),先進(jìn)的基于FPGA技術(shù)的NUPAC和NUCON數(shù)字化保護(hù)及控制系統(tǒng)平臺也是有力基礎(chǔ)。
一系列從內(nèi)至外的創(chuàng)新設(shè)計下,核電機組的抗震、防飛機撞擊能力大幅提升,事故發(fā)生率也降低在10的負(fù)6次冪以內(nèi)。
其次是經(jīng)濟(jì)性。鄭明光說,除了該機組下的非能動技術(shù)可減少占用一定物理空間之外,其高度自動化的設(shè)計理念還能降低一定的人力成本。
同時,國和一號(CAP1400)通過將反應(yīng)堆低壓損設(shè)計,使流量增加21%,效率提升至1500MWe左右。
“每個大項關(guān)鍵試驗里面都有很多子項的研究內(nèi)容,主要是把可能對設(shè)計、安全有影響的因素全部摸索或挖掘出來?!眳⑴c項目的工作人員說,“比如,有個非常小的泠凝試驗,我們僅跟聯(lián)合單位正式的來往函件就接近70份;綜合性能試驗《試驗大綱》,從聯(lián)合單位提交的征求意見稿80頁,來回修訂4次,到最終的140頁。”
創(chuàng)新還體現(xiàn)在一些數(shù)字化設(shè)計的場景中。工作人員說,由于人的操作失誤導(dǎo)致的問題占70%,而核工程設(shè)計極為復(fù)雜且有上千接口。因而,從設(shè)計端開始,到驗證、制造、建造、運維等各環(huán)節(jié)引入數(shù)字化運維的理念至關(guān)重要。
以數(shù)字化作為基底、電廠實景為依托的全息監(jiān)測系統(tǒng)也已在核電廠投入使用?!耙坏┯邪踩珕栴}發(fā)生,系統(tǒng)可以立刻通過人的位置計算出核電廠內(nèi)的最優(yōu)逃生路線?!彼析f。
截止到6月底,我國在運核電機組達(dá)到47臺,裝機容量近4800萬千瓦,排名世界第三。其中,國家電投控股運行核電機組6臺,裝機容量698千瓦。
“重大專項大型先進(jìn)壓水堆核電站是國家中長期發(fā)展規(guī)劃里確定的科技發(fā)展和經(jīng)濟(jì)發(fā)展重大項目,它的目標(biāo)是通過這個項目建設(shè)一個中長期的核電站,在國民經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展上有重大意義?!北蛔u為中國核電之父的歐陽予院士說。
創(chuàng)新賦能制造端
如果說自主、創(chuàng)新的研發(fā)設(shè)計體系是核電建設(shè)的先行基礎(chǔ);那么,實現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化制造同樣考驗實力。
第一財經(jīng)記者在走訪上海電氣臨港基地時了解到,該基地承擔(dān)了核電站關(guān)鍵主設(shè)備的制造,包括核島的堆內(nèi)構(gòu)件、控制棒驅(qū)動機構(gòu)、蒸汽發(fā)生器、壓力容器、穩(wěn)壓器、核主泵及常規(guī)島的汽輪機、發(fā)電機等,僅上海第一機床廠有限公司就承擔(dān)了全國95%以上堆內(nèi)構(gòu)件及控制棒驅(qū)動機構(gòu)的制造。
CAP1400控制棒,攝于上海第一機床有限公司車間外
“核電領(lǐng)域內(nèi)對產(chǎn)品的制造要求要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他產(chǎn)業(yè)?!鄙虾k姎夂穗娫O(shè)備有限公司制造部單杰告訴第一財經(jīng)記者,“核電設(shè)備要求要具備足夠的安全性和穩(wěn)定性,所有設(shè)備均需通過嚴(yán)格的檢測及試驗才能交付。”
在這個精工車間長約20米、寬約8米的機床上,一臺蒸汽發(fā)生器正在進(jìn)行管板打孔。單杰介紹,管板上打孔數(shù)量為1.2萬余個,每打一個孔的時間在10分鐘左右。
而一旁被稱為世界最大的CAP1400蒸汽發(fā)生器,需在管板上打孔2.5萬個,重量超過800噸。設(shè)備制造完成后會通過專用駁車裝運至附近碼頭,并通過船運交付至國內(nèi)各個業(yè)主方。
除了大型設(shè)備,一些中小型部件的制造也深有講究。記者在承擔(dān)堆內(nèi)構(gòu)件生產(chǎn)的上海第一機床廠有限公司車間內(nèi)注意到,某堆芯圍筒組件的環(huán)板并未采用以往的人工焊接形式,而是改用了激光焊接技術(shù)。
“這一激光焊接技術(shù)由我們首創(chuàng)研發(fā)?!痹撥囬g工作人員說,“這樣的焊接方法能將8塊W形板、C形板一次焊透成型,且可將變形量控制在最小程度,并將焊縫控制在16mm的精準(zhǔn)熔深?!?
隨著水聲望向另一端,是均流板在進(jìn)行加工,其在堆內(nèi)的作用是均勻分布冷卻劑?!斑@是加工耗時最長的部件了,以員工三班倒來計,也要12個月左右完成?!痹摴ぷ魅藛T說。
上海電氣核電集團(tuán)專利墻,攝于該公司臨港建造基地
臨港基地是我國核電自主建造實力的一個縮影。從圖紙到部件,我國全面掌握了屏蔽電機主泵等29項關(guān)鍵設(shè)備技術(shù),成功研制出超大型鍛件等40余項關(guān)鍵材料,也帶動了一批為核電配套的裝備和零部件生產(chǎn)企業(yè)。
上海電氣核電集團(tuán)黨委書記何延慶表示,“未來3~5年,我們要完全具備三代核電主設(shè)備成套供貨的能力,并突破核電廠運維(運營與維護(hù))服務(wù)國內(nèi)外市場,積極拓展新產(chǎn)業(yè)與新業(yè)務(wù)。”
標(biāo)簽 核電- 原標(biāo)題:三代核電關(guān)鍵設(shè)備來自上海設(shè)計:國產(chǎn)化率已超85%
- 責(zé)任編輯:呂棟
- 最后更新: 2019-08-06 07:38:12
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