三代核电

本项目依托CAP1400重大专项课题，结合我国在海外的现有技术服务市场及未来技术发展等需求，研发了一套能够完整支持核电厂物理启动试验，软、硬件相结合的先进反应性测量系统SMART，实现了相关软、硬件设备和技术的国产化和自主化，摆脱了对国外技术、设备的依赖，并出口到巴基斯坦恰希玛核电站，实现了工程应用。 本项目成果可用于支持国内、外的二代和三代核电厂采用包括动态棒价值测量技术在内的先进物理启动技术，高效、准确地完成调试、换料启动期间的物理试验，有效节省关键路径时间，相对于传统方法，每次大修能够节约约1天的关键路径时间，显著提升核电厂的负荷因子，带来可观的经济效益，同时减少物理试验期间的硼废水排放，具有显著的环保效益。 本项目成果依据大量的试验经验，进行了创新性设计，除了能够完整支持动态棒价值测量和物理启动试验以外，与国内、外同类技术相比，还具有如下优势：1）采用高度集成设计的软硬件系统，通过软件设计优化，挖掘反应性仪硬件系统的功能和性能，掘弃了传统反应性仪采用周期信号仪、多笔记录仪等辅助设备的设计，有利于减少硬件投资，降低硬件故障风险。2）采用可扩展接口设计。具有通用性强的可扩展接口，必要时可以连接其它仪表组成新的测量系统，从而最大程度增强灵活性，减少用户硬件投资。3）高度容错式设计。采用容错式软件设计，对于试验期间的潜在用户输入、操作失误，可在离线分析时予以纠正，从而最大程度地避免重复试验过程。

大型先进压水堆及高温气冷堆核电站重大专项是国家16项重大专项之一，CAP1400核电型号作为该重大专项的主要研发内容，是我国在多年核电研发设计、建设运行经验基础上，基于AP1000技术引进和自主创新，开发的具有自主知识产权的先进技术，其功率更大，安全性、经济性和相容性都达到三代核电先进水平。 CAP1400采用非能动安全系统应对设计基准事故，同时，设置了完善的严重事故缓解措施以缓解严重事故。在堆芯失去冷却情况下，堆芯逐渐熔化，熔融物下落至下封头，利用安全壳内高位水箱海没堆腔，通过压力容器外壁冷却下封头中的熔融物，带出衰变热，使得堆芯熔融物带留在压力容器内，避免熔融物进入安全壳带来的各种挑战。熔融物堆内带留（IVR）是CAP1400最关键的严重事故缓解措施。然而，IVR所涉及的物理现象是极其复杂的，这包括：堆芯熔化、熔融池在堆芯中形成、熔融物下落、熔融物与冷却水相互作用（可能的蒸汽爆炸）、高温熔融物相互作用（二氧化轴、二氧化错、钻金属、铁金属熔融物相互作用可能会产生轴错铁共晶熔融物）和重力分层、下封头熔融池对压力容器的传热、压力容器下封头外壁临界热通量、压力容器下封头在压差、重力和温差作用下的结构完整性，另外CAP1400由于堆芯功率的提高，对IVR的有效性带来了更大的挑战。

福建福清核电项目为国家重点工程，一次规划、分期建设6台百万千瓦压水堆核电机组，总投资约900亿元。其中1-3号机组已分别于2014年11月、2015年10月、2016年10月建成投产，4号机组预计将于2017年11月建成投产。5、6号机组采用了我国具有完全自主知识产权的第三代核电技术“华龙一号”，其技术的先进性、安全性、经济性等与美国的AP1000、法国的EPR技术相媲美。2015年4月15日，国务院常务委员审议核准福清核电5、6号机组采用中国自主研发的三代核电机组——“华龙一号”技术，并作为示范工程进行建设。2015年5月7日，华龙一号示范工程全球首堆福清核电5号机组正式开工建设。两台机组国产化比例不低于85%，首堆工程建设总工期按62个月控制。核电首堆工程建设难度大，基本都面临目标工期延误甚至延误很大的问题，福清核电有限公司作为华龙一号示范工程建设的业主单位（以下简称业主公司），通过福清1-4号机组的建设积累了大量进度管控和项目管理经验，在此基础上，对华龙一号首堆示范工程建设管理创新性地提出了业主负责下的总承包管理模式，业主公司和工程公司在工程建设管理中双方明确合同职责，在项目管理上优势互补，形成合力、共担风险。开工两年多来，福清核电5、6号机组所有里程碑节点均提前或按期完成，2017年5月25日，5号机组钢穹顶整体吊装成功，首堆工程土建阶段以24.5个月工期（提前目标工期0.5个月）创造了当前国际上三代核电首堆施工建设史上的奇迹。从而也验证了前期业主公司在进度管控体系创新和方法实践的有效性，为“华龙一号”走出去树立了信心，为国内后续批量化建设起到了推动作用，更为项目创造了实实在在的经济效益。

根据核电厂安全评价需要，核电厂选址受到地震背景、水源等因素的严重制约，同时需考虑环境对核电厂、核电厂对环境的影响，可选择厂址的范围将十分有限。若在核电厂选择过程中还需考虑地基的约束条件，将严重制约核电厂址选择的发展前景。本项目以CAP1400核电厂为研究对象，开展了核电厂地基适宜性研究，以解决核电厂址选择方面的瓶颈，提升核电厂设计技术水平。本项目的完成为国核示范项目的顺利实施做出了重要贡献，也为后续CAP1400核电站的国际化应用提供了有力的支撑。 CAP1400核电厂是我国全面引进美国西屋公司的第三代核电技术，消化吸收再创新的成果。由于依托项目仅转让与三门、海阳基岩厂址相关的分析、设计技术，西屋公司并未对非基岩厂址相关技术进行技术转让，也未提供设计文件。本项目通过自主技术研发，完成相关科技成果，实现了非基岩地基研究技术的突破。

1.1 项目背景与来源 根据我国《核电中长期发展规划（2005-2020）》，确定了我国核电发展经过引进、消化、吸收、再创新，形成具有自主知识产权的核电技术路线。2009 年 3 月引进美国西屋公司三代核电技术AP1000 首堆工程开工建设。三代核电技术以其非能动安全系统、模块化、标准化、数字化设计，将成为我国今后核电发展的主流堆型。在国家能源局和国标委发布的《压水堆核电厂标准体系建设规划》的指导思想和体系建设原则的指导下和《压水堆核电厂标准体系》框架基础上，结合我国核电的发展方向和技术路线，立足于总结提炼并固化 AP1000 技术消化吸收成果，兼容并蓄我国既有标准规范、监管体制和工业基础，研究并完善适应我国工业体系、满足我国自主化核电建设和技术发展需求的三代非能动压水堆核电厂的标准。2013 年国核工程有限公司组织开展三代非能动核电厂重要设备安装技术标准编制申报，经核电标准技术委员会专家评审、国家能源局批准，由我公司主编《非能动压水堆核电厂反应堆压力容器安装及验收技术规程》、《压水堆核电厂钢制安全壳组装、安装及验收技术规程》和《压水堆核电厂机械模块安装及验收技术规程》及研究。 本项目的实施，在掌握先进核电技术的同时，研究掌握先进核电建造技术，加快其标准化进程，在完善和补充我国压水堆核电厂标准体系基础上，加快技术推广应用，保证后续核电建设质量、降低建设成本，合理控制工程进度，从而提高参建各方的经济效益和工程项目的经济性，

《压水堆核电厂失去厂外电源试验技术导则》是在福岛核事故后，核电厂厂用电源的可靠性以及压水堆核电厂失去厂外电源试验结果越来越受到重视的背景下。根据国家能源局文件“国能科技[2014]298 号”下达的 2014 年核电行业标准编制任务（能源 20140590），由中广核工程有限公司组织编制。主要规定压水堆核电厂失去厂外电源试验方面的内容，本标准适用于指导压水堆核电厂失去厂外电源调试的检查、试验和验收。本标准于 2017-4-1 发布（国家能源局 2017年第 7 号公告），于 2017-10-1 开始实施。 核电厂失去厂外电源试验是核电厂调试启动阶段重大专项试验之一。在本标准颁布之前，核电厂失去厂外电源试验的整体框架体系设置原则还未完全统一，造成试验体系存在差异，存在试验项目设置不完整的风险。为提高调试启动阶段对失去厂外电源事故工况验证的有效性、针对性及高效性，满足行业标准的适应性和深度要求，本标准结合 CPR1000、CNP1000、AP1000、EPR 项目核电工程实践经验和国内其他核电厂及国内电力行业的相关经验，同时考虑国外相关标准要求。结合目前国内现有压水堆核电厂失去厂外电源试验的技术体系，通过整合加提炼的形式框架完整、全面，能涵盖压水堆核电厂失去厂外电源试验的重点验收项目，达到验证设计功能的效用的试验技术导则。有效规范了压水堆核电失去厂外电源的试验整体框架，对指导压水堆核电厂在调试启动阶段相应的失电试验大纲及试验程序的编制具有积极意义。同时，压水堆核电厂失去厂外电源试验调试技术标准的统一，有利于核安全监管单位统一监督标准，进一步提高监督的有效性。此外，本标准在编制之初就已考虑三代技术的失去厂外电源试验的技术特点，使其具有更普遍的实际意义及用途。 本标准统一了核能行业内部失去厂外电源试验的内容，符合福岛后最新安全要求，为核安全监管提供了依据，指导了 CPR1000 以及 AP1000、EPR、华龙等三代核电、高温气冷堆、海洋核动力平台等先进核能技术的电气设计与试验策划实施，在颁布实施后的近 3 年时间里，在红沿河、防城港、阳江、宁德等各核电项目现场得到了有效应用，有效地保证了核电土建施工的工程质量，获得了良好的反响，并成功支撑国内核电技术“走出去”，使 CNPEC 专家赴芬兰提供技术服务，应用前景十分宽阔。

三门核电一期工程是三代核电AP1000全球首堆项目，是国家核电发展“引进、消化、吸收、再创新”战略的自主化依托项目。其AP1000新机型的特点、首堆工程的特质均给工程造价控制实践带来巨大挑战。首堆项目面临无参考项目、设计深度不足及设计固化带后、工期延误、行业计量计价标准不适用等困难，引进和使用了许多新材料、新工艺、新设备，投资控制基准无法准确确定，过程投资控制难度大。在电力供应侧，随着国家电力结构调整及布局优化，实现供电成本降低及实现大气污染控制目标是电力发展的目标方向。2015年3月国务院下发《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》（中发[201519号），放开了发电侧非竞争性电价。随着各省推行竞价上网机制的电力市场新环境，浙江省2017年下发《浙江省人民政府关于印发浙江省电力体制改革综合试点方案的通知》（浙政发[2017139号），着力推进电力市场改革。电力市场化改革已成为不可阻挡的趋势，核电的经济形势面临着更大的压力。如何保障首堆项目造价受控，提升项目经济性，为国家重大项目的建设保驾护航是对项目建设单位的巨大考验。

本成果属于配置风险管理领域。配置风险管理是指利用活态概率安全分析（living PSA）模型，在各个核电厂实际运行配置下计算风险指标，并据此开展核电厂风险管理的方法。目前，国内外绝大多数电厂使用风险监测器开展配置风险管理，但受制于运行阶段 PSA 模型和风险监测器等工具的开发过程，几乎所有电厂在运行初期都会经历一段配置风险管控的空白期，为了弥补这一段时间配置风险管控的缺失，三门核电以保障电厂核安全风险为指导思想，以在风险监测器上线前实现概率安全配置风险管控为目标，创新概率安全配置风险评价模式，主动消化吸收技术内容、攻克技术难点，自主修改设计阶段 PSA 模型，并在三代核电配置风险管理阈值设定上另辟蹊径，提前引入了概率安全风险管控理念，在电厂运行后，风险监测器上线前开展了以概率论方法为支撑的电厂风险管控活动，并将该实践内容融入电厂 T 计划开发流程，为电厂的风险决策提供输入，优化了电厂生产流程，强化了电厂的配置风险管理能力，同时还增强了人员的风险意识，提高了电厂运行安全性，为其他电厂提供了一个良好的实践经验。 虽然本成果没有直接的经济效益，但是能有效降低电厂风险，保障电厂的运行安全，从而有利于电厂在经济效益、社会效益、生态效益上的创收，且能为行业积累下更多有价值、有参考意义的 AP1000 机组运行风险数据，并由于该成果具备投入少、可操作性强的特点，故具备良好的推广价值。

日本福岛核电事故发生后，三代核电技术因安全等级更高，得到了加速发展，成为了新建核电站的主流堆型。为发展中国核电行业，提升中国核电的竞争力，国家组织研发了华龙一号堆型，并开始了华龙一号的首堆设计和建造。在首堆设计过程中，各种信息化的工具和手段的应用极大的提升了工作效率和设计质量，缩短了设计工期，保障了首堆安全性。华龙一号三维协同设计与管理平台是信息化平台的重要组成部分，其研发和投用解决了长期困扰核电项目的异地协同设计和设计管理的两大难题，是华龙一号首堆建设中非常重要的工具软件。 平台在建设过程中攻克了三维布置设计、自动出图和在线校审签字的技术难题，实现了核岛土建、设备、管道、通风、托盘、仪控和各专业支吊架等的三维布置协同设计和设计策划、设计输入、设计输出、设计审查、设计评审、设计验证、设计变更等全专业全过程的设计业务信息化。充分利用“互联网+”技术，建成了国内最大的三维异地协同设计平台，并利用虚拟和分布式部署技术，显著提升了超大项目、多用户并发应用模式下的响应效率。首次利用大数据手段实现了对三维模型批量化、自动化的质量检查，革新了工程设计的质量检查手段，显著提升了设计质量。首次在核电设计领域实现了基于数据和模型的在线提资、技术状态管理、可视化电缆敷设，并攻克了多项基于模型的抽图关键技术，抽图自动化率达到90%以上，大幅提高了出图效率。华龙一号三维协同设计与管理平台的投用，解决了核电设计信息化的核心难题，为公司创造了巨大的经济效益，被国资委认定为央企信息化应用的典型案例，并向行业内外进行推介，促进了整个行业的信息化水平的提升。

作为第三代核电自主化型号“国和一号”（ CAP1400）的总体设计单位，上海核工程研究设计院有限公司（简称“上海核工院”）广泛联合核电企业、研究单位、大专院校和设备制造等单位 440 余家，在 AP1000 技术引进和自主化依托项目建设的基础上，以 CAP1400 设计、制造以及建造为链条开展第三代核电自主化型号研发。根据第三代核电自主化型号的发展要求，结合已有的基础，上海核工院构建了三代核电研发和创新管理体系，该体系以型号设计为牵引，以课题管理为主线；通过组建双矩阵形成了跨部门的科研项目管理以及业务支持团队，强化团队作战能力；梳理流程要素，建立课题实施全周期的管控体系，建立科研管理平台，涵盖：科研计划、科研实施、外协管理、经费管理、知识产权与成果管理工程；联合国内数百家研究制造和高校，建立产学研协同创新平台；加强知识产权顶层策划，开展创新保护 上海核工院成功立项重大专项课题 74 项。验收重大专项课题 35 项（其中，牵头 19 项、参研 16 项），正在实施重大专项课题 39 项（其中，牵头 12 项、参研 27 项）；重大专项成果获得省部级科技奖 65 项，其中获得省部级一等奖 7 项、二等奖 21 项；共申请中国专利647 件，授权中国专利 487 件，申请 PCT 专利 41 件，授权 PCT 专利 14 件，办理登记软件著作权 100 件，该体系成功助力于第三代核电自主化型号研发，核电设备国产化率达到 85%，搭建了产学研用协同创新平台，推动了核电行业和国内研发体系的形成和进步，支撑核电走出去，响应国家“一带一路”的号召。三代核电自主化研发成功，形成了完整产业链，有利于保证工程进度，解决设备国产化，降低建设成本。