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南方能源观察:等待FCD!| CAP1400是怎样炼成的

发稿时间:2018年09月14日 通讯员: 来源:南方能源观察 字体:【

2007年,经过几轮谈判,中国和美国正式签署了三代核电AP1000技术转让及相关设备采购合同。 2008年2月,国务院常务会议通过了原则《大型先进压水堆核电站重大专项总体实施方案》,这是国家16项重大科技项目之一。

主要特殊项目的总体目标是:在AP1000技术引进和自力更生项目建设的基础上,通过本地化的AP1000自主设计,AP1000技术被消化吸收,第三代核电技术被动标记为被动安全得到充分掌握。并在此基础上,进一步研究和开发具有中国自主知识产权的大型先进压水堆核电站技术,建立CAP1400示范工程,具有一批高水平的知识产权成果,使中国的核能电力设计,制造,建设和运营技术实现跨越式发展。

然而,主要核水反应堆的发展是一个曲折的过程。

由于技术的代际升级,主要设备的开发非常困难,自治依赖于项目建设周期多次推迟。因此,即使在第一批首次通过安全检查后,一系列关于AP1000技术安全性的舆论也很难质疑。预计将获得批准,建设期将再延迟8个月。 2011年福岛核事故发生后,内陆省份的三个核电项目暂停,徐大宝一期和陆丰一期海岸项目未获批准。独立设计的CAP1000本地化AP1000未能投入。工程应用。本地化AP1000核电机组的大规模生产被搁置。

具有自主知识产权的CAP1400通过设计审核后,该示范项目已于2014年底启动该项目,目前仍在等待批准。

2018年6月30日,AP1000首台三机组核电机组首次成功连接电网。 8月14日,该装置首次达到100%全功率。

现实主义人物已经打破了以前舆论对技术的疑虑。但是,只有彻底了解整个核电水反应堆重大项目的研发过程十多年,才能真正了解技术的引进,消化,吸收和创新是如何一致的,才能使更客观的评价。

从1到N:CAP1400是怎样炼成的

——我需要一个例子来证明中国有能力设计和制造大规模核电。

—— CAP1400就是最好的例子,它是自行开发的,自行设计的,并且是自制的。

2018年8月14日,AP1000的世界第一和第三核电机组首次全面上电。在过去十年中,首批AP1000是核电行业的重点。在成功整合之后,CAP1400示范项目成为新的焦点。

2007年,经过几轮谈判,中国和美国正式签署了三代核电AP1000技术转让及相关设备采购合同。合同更清楚。在引进AP1000核电技术的基础上,中国将通过改进,发展和自主创新,拥有大型先进被动核电站的自主知识产权,产能超过135万千瓦。——这是CAP1400。

2008年2月,国务院常务会议通过了原则《大型先进压水堆核电站重大专项总体实施方案》,核电重大项目是国家16项重大科技项目之一。主要核电项目分为两部分,一部分是高温反应堆子项,另一部分是压水反应堆子项。主要成果是CAP1400示范项目的研发设计和建设。

2013年3月4日,国家发展和改革委员会批准了CAP1400示范项目的前期工作。 2014年1月9日,CAP1400初步设计成功通过国家能源局组织的审核,标志着CAP1400的总体技术方案,技术指标和主要参数得到了国家的认可和认可。

多家媒体报道称,截至2014年底,山东省荣成市的CAP1400示范工程已经启动,即浇筑第一口混凝土(FCD)。

对于行业而言,CAP1400似乎不熟悉,因为它的示范项目还没有开始,但与此同时,在十年的重大特别推广中,CAP1400已经渗透到行业的发展中,其设计的概念创新,研发和制造。和实验实践,影响了行业的发展。

自主知识产权的门槛

“目前的CAP1400正在被淘汰。” CAP1400首席设计师,上海核工程研究设计院院长郑明光告诉记者,国家核电技术公司是重大项目实施的主体,而上海核工程研究设计院则是。 ,即728家医院,是技术的一般责任单位。

2007年底,国家发展和改革委员会组织了专家评审,确定1350兆瓦的总功率作为CAP1400的基本参数。在这种情况下,CAP1400的安全壳主要直径,主泵,蒸汽发生器和其他AP1000设计的关键设备差别不大。主要是修改反应堆功率。

低自我要求源于中国目前的核电设备制造水平:2007年之前,没有一家中国公司可以制造三代核电设备。虽然当时国内企业可以制造第二代核电设备,但需要进口许多材料,更不用说第三代核电设备对材料使用寿命和放射性活化有更高的要求。根据当时的制造水平,主泵无法建造,甚至蒸汽发生器也存在问题,并且能够直接“锁定”目标。

但是,自主知识产权并不像设想的那样容易拥有。第一个不同意的是Westinghouse。

2009年10月,西屋公司在与西屋公司的会谈中表示,1350MWe当时同意的是净功率(即互联网上的电力),而不是总功率。这意味着CAP1400的总功率必须达到1500MWe才能拥有自主知识产权。为实现这一目标,CAP1400不再仅仅是对AP1000的微小改动。

CAP1400的型号设计需要从头开始。

在明确要求后,728医院设计团队需要完成方案的设计,即从反应堆中的燃料组件到压力容器到二次回路和蒸汽发生器应采用何种方案。确定方案设计后,需要进行概念设计,即确定整个核电厂的主要系统配置,并整理出所需的关键技术。

通过程序设计和概念设计,最终确定了CAP1400的模型设计。其反应堆功率已从最初设定的3730MWt增加到4040MWt。主要关键设备的目标发生了变化:主管道截面增加了30%,蒸汽发生器流量面积增加了25%,换热面积增加了27%,核电增加了18.8%,安全壳直径增加到43米。

参数的来源基于理论,经验,计算和软件工具。对于缺乏实验支持的创新,有必要在模型设计之后展示模型。

以蒸汽发生器为例,AP1000设计为10025管,CAP1400设计为12606管。 “这是12,606支管?”郑明光告诉eo记者,“所有数据都必须根据整个运行条件,性能和单位功率重新计算,重新分析和重新确定。”

打造有竞争力的产业链

在设计了CAP1400的新型号之后,遵循了同样重要的问题:如何制作它?从10025到12606,增加了2000多个管道,这相当于蒸汽发生器主管道面积增加了27%。所有安排都必须重新安排。

更重要的是,蒸汽发生器,压力容器等对大型锻件的制造能力有很高的要求。业内人士表示,在上个世纪末,日本和法国在国内拥有大型锻件生产能力,其国内制造企业的合格率非常低。只要锻件不符合核安全法规,它们就会成为废品。除了自身的成本问题外,它们还会影响施工期。

然而,此时,自2007年以来已经过去了四年。在过去的四年中,随着AP1000的引入和消化,国内制造商的制造能力取得了不小的进步,这给关键主体的设计带来了大胆的印象。 CAP1400的设备,也为本地化制造奠定了重要基础。

2014年1月,“CAP1400蒸汽发生器开发”项目正式成立。在接下来的三年中,上海核工程研究院和联合单位开展了CAP1400蒸汽发生器组孔高效成形和检测技术,关键焊接技术,制造缺陷诊断和技术评价七大方面。

在实施主要的特殊压水堆子项目时,设计院的作用不仅是设计,还有设计牵引。 “增强设计能力,制造能力和维度,并共同进步。”

国务院批准后,各主要特别管理方每年批准核电核专用核反应堆实施方案,确定需要开展的科研项目,专家和财务部门将平衡它们以确定哪些问题将最终确定。值得投资。

主要特殊压水堆的实施过程也在一个全面有效的计划中进行。它打算建立一个具有一定良性竞争力的核电产业链体系。当选择关键制造商和组件时,制造商将选择其中一些来形成良性竞争。锻件,例如,重型,重型和重型锻件都参与制造,而涉及蒸汽发生器制造的设备公司包括上海电气,东方电气和哈尔滨电气等国内主要核电设备制造商。

“建立产业模式竞争体系可以有效提高经济效益。在竞争体制下,每个人都在追求技术发展,每个人都必须保证建设期,保证质量,每个人都必须有合理的价格。我们也希望制造工业可以盈利,但每个人都应该公平竞争,才能实现科学合理的发展。“郑明光介绍了项目规划的意图。

在此过程中,CAP1400蒸汽发生器的主管道已经过本地化。 “两个建筑,六个主要管道,零缺陷,价格是进口的四分之一。”

2018年8月,上海核工程研究院,东方电气(广州)重型机械有限公司,上海电力核电设备有限公司,中国第一重型机械有限公司,二中集团(德阳)重型设备上海重工股份有限公司大型先进压水堆“CAP1400蒸汽发生器开发”重大项目由机械厂有限公司和国家核电运营股联合实施,顺利通过正式验收检查组织由国家能源局。

验收专家组由中国机械工业联合会,环境保护部核与辐射安全中心,国家核电专家委员会,清华大学,中国核电工程有限公司,哈尔滨电气集团(秦皇岛)组成。 )重型设备有限公司,苏州热工学院等单位。它由17名专家组成。专家组一致认为,研究小组掌握了CAP1400蒸汽发生器的关键制造和设计技术,完成了任务合同中规定的各种研究内容,达到了任务合同中规定的目标和评估指标,即自主权。 CAP1400蒸汽发生器。而本地化奠定了坚实的基础。

提升中国核电整体能力

截至2017年8月,已核准核电项目(包括压水堆子项目和高温气冷堆子项目)179个项目,核准中央预算113.9亿元。

“为什么我们希望每家公司都参与其中?它是为了提高全国的制造能力。“郑明光告诉记者,”虽然花了很多钱做实验和开发设备,但这是有益的。它是整个国家的工业能力,而不仅仅是CAP1400本身。“

eo记者了解到,这些制造商可以通过参与主要的核电项目,而不仅仅是CAP1400项目,在其他项目中使用他们的能力和设备。

参与重大项目的这些制造商也为其他能源公司服务。

此前,在一次公开采访中,一位非国家电力核电工程公司高管回忆说:“应该是在2008年之后,国内核电设备制造商的提升能力非常快。”这也证实了核电主要项目对制造能力的影响。

2017年8月31日,科技部和能源局组织召开了核电新闻发布会。核电主要特别管理实施办公室主任,国家能源局核电部副主任秦志军介绍了该项目取得的具体成果。

其中,核电设备的制造能力和水平显着提高。国内生产了大量主要设备,如压力容器,蒸汽发生器和主要管道。屏蔽电机主泵,数字仪表控制系统,爆破阀等核心设备均已完成原型制造,高温反应堆控制棒驱动机构,燃料装卸料等。该系统已交付。这些成果的实现极大地促进了装备制造企业的上层和上层,使中国能够拥有年产6至8台三代核电设备的供应能力。第三代核电的综合国产化率从2008年的30%增加到超过85%。秦志军说,物质发展取得了根本性的突破。优质锻件,690合金管,压力容器密封件,核级锆等关键材料加工制造技术取得了质的突破;高温反应堆燃料组件已实现工业化生产;核级焊接材料研制成功,改变了中国的核电焊接材料长期依赖进口情况;建成了第一条从海绵锆到成品管材,板材,棒材和带材的完整生产线,为CAP1400和华龙1号的独立燃料研发提供了有力的支持。

除了材料和设备的开发外,对于核电工业而言,另一项重大突破是推动关键测试。

主要核电项目支持建立六个主要的基本核查主题,以支持研究关键系统运行机制和三代无源核电关键设备的性能,包括被动核心冷却系统,被动安全壳冷却系统和核心。在熔体残余物,反应器结构的水力模拟,内部组件的流动引起的振动以及蒸汽发生器的关键部件中进行了13次测试。

“这里提到的测试是一个系统测试。所谓的系统是许多设备和组件的组合。系统比设备更复杂。例如,被动核心冷却系统包括阀门,管道,水箱,为了起床,我们需要测试系统的可靠性,看它是否能达到预期的效果。“参与关键试验的研究人员介绍了。

与制造商参与项目的形式类似,关键测试也是“大师”。参与重点测试的单位是国内相关大学,实验室和研究机构,相关主题也委托国家电力投资公司,中国核工业集团公司和中国广东核电集团的研究单位。

“这些测试已经完成。我个人觉得我们的能力有了很大提高。一些地方方面甚至超过了美国西屋的水平。”上述研究人员告诉记者。

2018年6月,“CAP1400无源安全壳冷却系统性能研究与测试”项目顺利通过正式验收,标志着CAP1400六大关键测试课题的验收。

除了方案设计和试验验证外,国内核电安全审查能力也随着主要核电项目的推进而升级。安全审查的主要执行部门是国家核安全局,必须对安全审查进行独立审查,要求核安全监管部门充分掌握监管要求。大量与运行效率相关的测试和测试改进了核安全管理局的测试和分析能力,改进了安全设计概念和系统设计中的准偏差判断。

“国家核安全审查从最初的模型审查到目前的新模式主要审查偏见已经从根本上改变。核安全管理局的安全审查能力现在远高于原来的。“熟悉核安全的专家告诉记者。

创新的集成

郑明光承认,如果设计基于1350MWe的初始总功率,CAP1400经济版本优于AP1000,但安全参数绝对不如AP1000,今天的版本更安全。

以收容率为例,西屋公司在设计AP1000时的利润率为2%,CAP1400的利润率超过10%,这增强了核电抵御大型飞机坠毁的能力。根据国家核安全局的要求,CAP1400提高了其抗震能力,进一步提高了安全系数。

同时,CAP1400还将严重事故纳入模型设计中。国家核安全监管部门的领导人在行业会议上分享了一个故事。巴基斯坦核电从业者对大亚湾核电站非常感兴趣。一个原因是他们认为恰希玛核电站是由中国人设计的,不应该像法国那样先进。但是,在实地考察和阅读相关文件后,巴基斯坦方面发现Chashma的安全设置更为完整。

郑明光在接受记者采访时也介绍了恰希玛的情况:“我们为什么能够在开发CAP1400时快速纳入严重事故的概念?主要是因为Chashma。来自秦山的分散安排到Chashma更紧凑的布局, Chashma第二阶段考虑了事故紧急情况,这是一个非常大的变化,是不断追求技术进步的结果。“

经济上,CAP1400的电力增加了近20万千瓦。功率的增加意味着增强了装置的发电能力。本地化系统的建立也为CAP1400的经济性奠定了基础。由于技术目标较高,CAP1400的锻造焊缝数量少于AP1000,从而降低了检测频率和放射性,提高了经济性。未来,随着大规模生产带来的成熟度提升,CAP1400项目的建设周期,风险和不确定性将会降低,经济将进一步改善。

“我们一直在谈论引入消化和吸收创新。事实上,最好的验证是看你是否可以拿出自己的东西.CAP1400可以制作它,并且可以通过验证和验证来学习。”非国家电力投资核电企业技术研究所的高管了解这一点。

在郑明光看来,CAP1400与AP1000有联系,没有联系。 “CAP1400是一个完全独立的创新模式。虽然AP1000的概念被概念所吸收,但我们完全独立。所有验证都由我们自己验证。所有设备开发都是自行开发的。在某种程度上,它也是自主创新与科技成果的全面整合。“

“西屋是一个被动的原创,0到1,我们是1到N.从原创性来看,它们更多,特别是AP600是原创的.600到1000变化不是很大,1000到1400,变化很大效率,经济, “明明光说:”CAP1400的未来成本低于AP1000,本地化程度很高。如果你将来走出去,各方面都没有障碍。“

2017年6月23日,环境保护部副部长,国家核安全局局长刘华前往728研究所进行研究和指导,高度肯定了十年来重大专项实施的成果。刘华指出,国家核安全局对CAP1400的审查是中国核电发展史上最广泛,最深入的。国家核安全局对CAP系列核电技术充满信心,支持示范项目和后续项目的建设。

(本文转载自集团公司的官方网站)

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