記者6月25日從國(guó)家電力投資集團(tuán)有限公司科技成果發(fā)布會(huì)上海核工程研究設(shè)計(jì)院有限公司(以下簡(jiǎn)稱“上海核工院”)專場(chǎng)了解到，在國(guó)和一號(hào)(CAP1400)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，已形成新產(chǎn)品、新材料、新工藝、新裝置等392項(xiàng)，形成知識(shí)產(chǎn)權(quán)4699項(xiàng)，形成行業(yè)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)近200項(xiàng)。這組數(shù)字的背后，是中國(guó)核電行業(yè)數(shù)年的磨礪。

“這其中的很多材料和裝置原本都需要進(jìn)口。通過(guò)重大專項(xiàng)的實(shí)施，這些產(chǎn)品和材料基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。對(duì)于我國(guó)可能出口核電的國(guó)家和地區(qū)，我們也相應(yīng)申請(qǐng)了國(guó)外專利，確保將來(lái)走得出去。”國(guó)家科技重大專項(xiàng)“大型先進(jìn)壓水堆核電站”總設(shè)計(jì)師、上海核工程研究設(shè)計(jì)院院長(zhǎng)鄭明光在發(fā)布會(huì)上表示，國(guó)和一號(hào)/CAP1400的自主設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)制造業(yè)體系的躍升。

一個(gè)國(guó)家的核電實(shí)力強(qiáng)不強(qiáng)，首先要看有沒(méi)有自主設(shè)計(jì)能力。若不具備自主設(shè)計(jì)能力，只能是盤(pán)桓在中低端水平的翻版或觸及侵權(quán)紅線。核電站屬于安全標(biāo)準(zhǔn)極高、系統(tǒng)復(fù)雜且精密的超級(jí)工程，自主型號(hào)研制不可能是一路坦途。鄭明光此前接受專訪時(shí)曾回憶說(shuō)，核電安全標(biāo)準(zhǔn)的大大提高，對(duì)整個(gè)設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)都是極大的考驗(yàn)。再加上，彼時(shí)中國(guó)的裝備制造業(yè)尚難以滿足國(guó)和一號(hào)/CAP1400的要求，圍繞型號(hào)的創(chuàng)新目標(biāo)，設(shè)計(jì)方與制造方需要“跳一跳才夠得著”。

回顧10年前，參照三代核電的設(shè)計(jì)規(guī)格書(shū)，國(guó)內(nèi)沒(méi)有一家裝備企業(yè)能完整有效地制造出三代核電設(shè)備，通過(guò)引進(jìn)三代核電AP1000自主化依托項(xiàng)目、國(guó)和一號(hào)/CAP1400重大專項(xiàng)及其他三代核電項(xiàng)目的拉動(dòng)，國(guó)內(nèi)培育出全產(chǎn)業(yè)鏈的三代核電設(shè)備供應(yīng)能力，中國(guó)核電裝備實(shí)現(xiàn)了從二代到三代的重大跨越。反過(guò)來(lái)，得益于關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化、大容量和簡(jiǎn)化系統(tǒng)、模塊化建造等特點(diǎn)，當(dāng)前世界最大的非能動(dòng)壓水堆核電站國(guó)和一號(hào)/CAP1400的經(jīng)濟(jì)性格外突顯，肩負(fù)著中國(guó)核電技術(shù)出海、帶動(dòng)中國(guó)核電裝備“走出去”的使命。

重大專項(xiàng)培育核電關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化

鄭明光在發(fā)布會(huì)上介紹稱，國(guó)和一號(hào)/CAP1400的開(kāi)發(fā)屬于“高起點(diǎn)再創(chuàng)新”，它基于中國(guó)50年的核電廠研發(fā)、設(shè)計(jì)和工程經(jīng)驗(yàn)，基于中國(guó)44個(gè)機(jī)組20多年的安全建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，基于AP1000技術(shù)的消化吸收，也基于AP1000依托項(xiàng)目的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。

2006年11月，國(guó)家決定引進(jìn)美國(guó)西屋公司AP1000技術(shù)。浙江三門(mén)核電站和山東海陽(yáng)核電站共4臺(tái)機(jī)組被確定為中國(guó)三代核電自主化依托項(xiàng)目，2009年開(kāi)始相繼開(kāi)工，并于2018年底、2019年初相繼并網(wǎng)發(fā)電。

2008年2月15日，國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議正式通過(guò)壓水堆重大專項(xiàng)總體實(shí)施方案，并將CAP1400的研發(fā)和示范工程建設(shè)列為重大專項(xiàng)的重點(diǎn)任務(wù)，由AP1000的技術(shù)受讓方國(guó)家

核電技術(shù)公司牽頭，實(shí)行產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，廣泛吸收有關(guān)單位共同攻關(guān)。

基于AP1000技術(shù)，CAP1400型號(hào)在確定之初就被定位為：安全性不低于AP1000、經(jīng)濟(jì)性好于AP1000，整體設(shè)計(jì)壽命60年。其中，“C”為“中國(guó)”英文單詞的首字母，“A”、“P”分別代表“先進(jìn)(Advanced)”和“非能動(dòng)(Passive)”英文單詞的首字母，CAP1400的含義即為中國(guó)裝機(jī)容量為140萬(wàn)千瓦的先進(jìn)非能動(dòng)核電技術(shù)，2018年這一型號(hào)的中文名被確定為“國(guó)和一號(hào)”。國(guó)和一號(hào)/CAP1400采用非能動(dòng)安全系統(tǒng)，機(jī)組設(shè)計(jì)壽命60年，換料周期18個(gè)月，機(jī)組可利用率約93%，滿足目前世界上最嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)。

面對(duì)西屋公司提出的“135萬(wàn)千瓦自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)凈功率紅線”，中方設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)唯有對(duì)國(guó)和一號(hào)/CAP1400進(jìn)行革命性的、更大幅度的創(chuàng)新。通過(guò)擴(kuò)大安全殼直徑、增加蒸汽發(fā)生器流通面積等一系列根本性創(chuàng)新，國(guó)和一號(hào)/CAP1400的設(shè)計(jì)較AP1000開(kāi)辟了另一片新天地：比如，采用反應(yīng)堆系統(tǒng)性低壓損設(shè)計(jì)，流量增加了21%，揚(yáng)程降低5%;堆芯方案從AP1000的157盒燃料組件變成了193盒燃料組件;蒸汽發(fā)生器提高傳熱效率，自主設(shè)計(jì)了汽水分離裝置和新型蒸汽限流器;反應(yīng)堆壓力容器減少了焊縫;堆內(nèi)構(gòu)件取消了中子屏蔽板和流量分配裙，增加了吊籃剛度等等。

在頂層設(shè)計(jì)革新的基礎(chǔ)上，新的核電型號(hào)離不開(kāi)新設(shè)備的支撐。三代核電更高的安全標(biāo)準(zhǔn)要求、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求、技術(shù)參數(shù)要求對(duì)國(guó)內(nèi)設(shè)備廠商的軟硬件能力提出了新的挑戰(zhàn)，當(dāng)時(shí)國(guó)產(chǎn)化設(shè)備的制造能力還未達(dá)到能制造如此大功率設(shè)備的水平。“2007年、2008年，當(dāng)時(shí)我們以三代核電的設(shè)計(jì)規(guī)格書(shū)請(qǐng)制造企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)沒(méi)有一家企業(yè)能完整有效地制造出三代核電設(shè)備。”鄭明光回憶道。在此番時(shí)境下，一場(chǎng)設(shè)計(jì)方與設(shè)備方形成創(chuàng)新聯(lián)合體進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)的長(zhǎng)跑隨之啟動(dòng)。

在發(fā)布會(huì)上，上海核工院工程設(shè)備所副所長(zhǎng)矯明分享了幾個(gè)三代核電關(guān)鍵設(shè)備和材料的國(guó)產(chǎn)化案例。核島關(guān)鍵設(shè)備價(jià)格往往高達(dá)幾千萬(wàn)到數(shù)億元不等，重達(dá)幾百噸接近上千噸，對(duì)設(shè)計(jì)制造能力及制造商對(duì)于設(shè)計(jì)圖紙的理解能力的要求都非常高。

反應(yīng)堆壓力容器是承載反應(yīng)堆的核心設(shè)備、要求60年不可更換，設(shè)計(jì)壽命要求非常高。減少主環(huán)路的焊縫，可以大大提高核電技術(shù)安全性并減少運(yùn)維時(shí)間，因此，國(guó)和一號(hào)/CAP1400創(chuàng)新性地采用了整體鍛造頂封頭管嘴和一體化底封頭。相比于堆焊，一體化焊件對(duì)制造廠裝備配套能力的要求又上了一個(gè)臺(tái)階。

功能類似于高壓鍋密封圈的反應(yīng)堆壓力容器O型密封環(huán)，曾幾何時(shí)是國(guó)外采購(gòu)經(jīng)常被禁運(yùn)的設(shè)備。“密封”是核電運(yùn)行和事故狀態(tài)下防止泄漏的第一關(guān)，這種零部件對(duì)龐大的核電站來(lái)說(shuō)看似微小，但曾是真正的“卡脖子”環(huán)節(jié)，O型密封環(huán)更是整個(gè)核電密封系統(tǒng)中最復(fù)雜、最重要的密封，從國(guó)外購(gòu)買(mǎi)的價(jià)格高達(dá)幾百萬(wàn)。該設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化是國(guó)和一號(hào)/CAP1400研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中一個(gè)急需突破的難題。為此，上海核工院和和寧波天生密封件有限公司聯(lián)合成立了核電密封聯(lián)合研究中心，經(jīng)過(guò)多年研制打破了國(guó)外壟斷，國(guó)產(chǎn)化后產(chǎn)品價(jià)格約為三四十萬(wàn)元。

類似的由工程需求牽引出設(shè)備技術(shù)需求、設(shè)計(jì)方提出研制方案，設(shè)計(jì)方與制造方聯(lián)合攻克的關(guān)鍵設(shè)備和材料還包括大型鑄鍛件、蒸發(fā)器690合金傳熱管、焊接材料等等。為降低設(shè)備研制風(fēng)險(xiǎn)并培育良性的競(jìng)爭(zhēng)氛圍，國(guó)和一號(hào)/CAP1400在開(kāi)展設(shè)備研制及國(guó)產(chǎn)化過(guò)程中，對(duì)蒸汽發(fā)生器、壓力容器、主泵、主管道等關(guān)鍵設(shè)備均安排2-3家廠家進(jìn)行培育，目前設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率已超過(guò)85%，可進(jìn)一步達(dá)到90%以上。其余10%是可以國(guó)際采購(gòu)的通用設(shè)備，目前沒(méi)有特別受制于人的物項(xiàng)。

在國(guó)和一號(hào)/CAP1400等三代核電技術(shù)的帶動(dòng)下，國(guó)內(nèi)各大制造企業(yè)完成了從不會(huì)到會(huì)、裝備制造能力從二代核電到三代核電的躍升，這同時(shí)支撐了如先進(jìn)小堆等國(guó)內(nèi)核電型號(hào)的開(kāi)發(fā)。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)已具備年產(chǎn)10臺(tái)套以上的核電裝備制造能力，位居全球第一。一位國(guó)內(nèi)一線裝備制造企業(yè)高管對(duì)澎湃新聞介紹，在這個(gè)過(guò)程中，中國(guó)企業(yè)的裝備能力在一些機(jī)械加工設(shè)備和重要工具工裝上已達(dá)到世界頂尖水平。中國(guó)裝備制造業(yè)的軟實(shí)力也得以提升，項(xiàng)目與技術(shù)管理也得以優(yōu)化，人員隊(duì)伍的能力素養(yǎng)得到了進(jìn)一步歷練。

做“減法”的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，經(jīng)濟(jì)性富有競(jìng)爭(zhēng)力

為保障核電機(jī)組的安全，國(guó)和一號(hào)/CAP1400在AP1000基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升了安全裕量：采用了非能動(dòng)安全系統(tǒng)，利用物質(zhì)的儲(chǔ)能、重力、對(duì)流、蒸發(fā)、冷凝等自然力，不依賴外部電源，能確保反應(yīng)堆安全和余熱導(dǎo)出，事故后操縱員可不干預(yù)時(shí)間從“二代加”核電技術(shù)的30分鐘提高到72小時(shí);堆芯損傷頻率和大量放射性物質(zhì)釋放頻率較美國(guó)核電用戶要求文件限值低一個(gè)量級(jí);具有系統(tǒng)性的嚴(yán)重事故預(yù)防和緩解措施;屏蔽廠房采用先進(jìn)的鋼板混凝土結(jié)構(gòu)，具備抗大型商用飛機(jī)惡意撞擊的能力等。

在此基礎(chǔ)上，國(guó)和一號(hào)/CAP1400還充分落實(shí)了福島事故后核安全的增強(qiáng)要求，包括提高縱深防御系統(tǒng)的抗震能力與電源可靠性，提高電廠抵御極端外部事件的能力，強(qiáng)化事故72小時(shí)后冷卻水和電力的供應(yīng)能力，強(qiáng)化電廠應(yīng)對(duì)超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故的能力等等。

在保證高安全性的前提下，現(xiàn)如今核電作為電力商品的屬性正在凸顯，作為“電”的經(jīng)濟(jì)性，是決定核電在全球電力市場(chǎng)中競(jìng)爭(zhēng)性的重要指標(biāo)。據(jù)澎湃新聞了解，上海核工院曾經(jīng)做過(guò)測(cè)算，國(guó)和一號(hào)/CAP1400批量化建造之后，倒推出的每千瓦時(shí)電價(jià)約為0.35至0.38元，頗具競(jìng)爭(zhēng)力。

鄭明光對(duì)澎湃新聞表示，國(guó)和一號(hào)/CAP1400經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于AP1000。一方面來(lái)源于機(jī)組效能、發(fā)電規(guī)模，另一方面是設(shè)備國(guó)產(chǎn)化之后具備更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。因?yàn)樵O(shè)備的產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)怯啥嗉抑圃炱髽I(yè)構(gòu)成，所以設(shè)備國(guó)產(chǎn)化、自主化后價(jià)格比引進(jìn)設(shè)備便宜，同時(shí)促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)性的提高，這主要是來(lái)自于系統(tǒng)性能的增強(qiáng)，系統(tǒng)效率的提高，經(jīng)濟(jì)價(jià)格的合理。

最為核心的是，國(guó)和一號(hào)/CAP1400采用簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)，用做“減法”的思路，把設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，采用“非能動(dòng)”原理，緊急情況下不需要使用交流電源，僅僅依靠重力、熱循環(huán)和冷凝等自然手段作為動(dòng)力排出余熱。與二代核電相比，國(guó)和一號(hào)/CAP1400的閥門(mén)數(shù)量減少了80.4%、泵的數(shù)量減少92.3%、管道數(shù)量減少58.5%、電纜數(shù)量減少了48.6%，在提高經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，更便于運(yùn)行和維護(hù)。同時(shí)，基于AP1000依托項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)反饋，國(guó)和一號(hào)/CAP1400進(jìn)一步優(yōu)化了模塊化建造技術(shù)，批量化建造后核電項(xiàng)目的建造周期可至48個(gè)月，這大大少于目前國(guó)際主流核電機(jī)組工期。對(duì)于資金密集型核電產(chǎn)業(yè)而言，工期縮短的重要意義不言而喻。