從1到N:CAP1400是怎樣煉成的
——我們需要一個例子,證明中國已經具備大型核電自主設計制造的能力。
——CAP1400就是最好的例子,它是自主開發、自主設計、自主制造的。
2018年8月14日,CAP1400全球手推、三門核一號機組首次達到滿功率運行。在過去的十余年,AP1000首堆是核電關注的重點,在其成功并網后,CAP1400示范工程成為新的焦點。
2007年,經過多輪談判后,中美正式簽訂三代核電AP1000技本轉讓和積關設備采購合同。合同明確,中國將在引進AP100核電基礎上,通過改進、開發和自主創新,完全擁有輸出電功率大于135萬千瓦的大型先進非能動核電站的自主知識產權——這便是CAP1400.
2008年2月,國務院常務會議通過了《大型先進壓水性核電站重大專項總體實施方案》,核電重大專項為16頂國家重大科技專項之一。核電重大專項分兩個部分,一個是高溫堆分項,另一個是壓水堆分項,以研發設計和建設CAP1400示范工程為主要成果。
2013年3月4日,國家發改委批復同意CAP1400示范工程開展前期工作。2014年1月9日,CAP1400初步設計順利過國家能源組織的評審,標志著CAP1400的總體技術方案、技術指標和主要參數固化得到國家認可。
多家煤體報道,2014年底,位于山東榮成的CAP1400示范工程便已具備開工條件,即澆筑第一罐混士(FCD)。
對行業而言,因其示范程至今未開工,CAP1400看似是陌生的,但同時,在大專項推進的這十年中,CAP1400早已滲入行業發展脈絡中,其設計、研發、制造等理念創新和實驗實踐,牽動著行業發展。
自主知識產權的門檻
“現在的CAP1400,是被倒逼出來的。”CAPl400總設計師、上海核工程研究設計院院長鄭明光告訴eo記者,國家核電技術公司是重大專項的實施主體,而上海核工程研究設計院,即728院,是技術總負責單位。
2007年底,國家發改委組織專家評審,將毛功率1350MWe確定為CAP1400的基本參數,在此條件下,CAP1400的安全殼主直徑、主泵、蒸汽發生器等關鍵設備與AP1000設計區別并不大,設計上主要是修改反應堆功率。
放低自我要求,源于當時中國核電設備制造水平現狀:2007年之前,中國沒有一家企業能制造出三代核電設備。盡管彼時國內企業能制造二代核電設備,但很多材料需要進口,更別提三代核電設備對材料使用壽命、放射性活化等的要求更高。按照當時的制造水平,主泵造不出來,甚至蒸汽發生器都成問題,能力直接“鎖死”目標。
只是,自主知識產權并未如設想中那么輕易就能擁有。第一個不答應的便是西屋公司。
2009年10月,在跟西屋公司的會談中,西屋公司表示當初約定的1350MWe為凈功率(即上網功率),而非毛功率。這意味著CAP1400的毛功率必須達到1500Mwe,才能擁有自主知識產權。要達到這個目標,CAP1400就不再只是AP1000的小改動。
CAP140的型號設計需要從頭來過。
明確需求后,728院設計隊伍需要先完成方案設計即確認從反應堆內燃料組件到壓力容器再到二回路、蒸汽發生器等應采用怎樣的方案。確定方案設計后需進行概念設計,即確定整個核電站主要的系統配置,梳理所需關鍵技術。
通過方案設計和概念設計,CAP1400的型號設計最終確定。其反應堆功率從原先設定的3730MWt提升到4040MWt。主關鍵設備的目標都變了:主管道橫截面增加30%、蒸汽發生器流通面積增加25%、換熱面積增加27%、核功率增加188%、安全殼直徑增加到43米。
參數來源基于理論、經驗、計算和軟件工具,針對其中缺乏試驗支撐的創新,則需要在型號設計后做相應試驗進行論證。
以蒸汽發生器為例,AP1000設計為10025根管子,CAP1400則為12606根。“憑什么是12606根管子?”鄭明光告訴eo記者,“所有的數據必須根據整個工況、效能機組的功率,重新計算、重新分析、重新確定。”
責任編輯:蔣桂云
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