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中核工程:消解核電“鎖喉之痛” 投身先進核能研發

來源: 作者:系統管理員 發布時間:2019年03月21日


  編者按 隨著2019年全國兩會的盛大召開,深化改革、創新驅動、改善民生等熱門話題引起社會廣泛關注。中央企業在習近平新時代中國特色社會主義思想的指導下,堅持探索改革創新方向,全面推進高質量發展。在全國兩會召開之際,國務院國資委網站推出“智造高質量”系列報道,敬請關注。今日推出第五篇《消解核電“鎖喉之痛” 投身先進核能研發》。

  核工業是高科技戰略產業,是國家安全重要基石。我國已建立起包括鈾礦地質勘探、鈾礦采冶、鈾純化、鈾濃縮、元件制造、核電、乏燃料后處理、放射性廢物處理處置等環節的完整核工業體系,核工業已經成為軍民結合產業的標桿。作為我國核工業自主創新、集成創新和機制創新成果并擁有完整自主知識產權的三代核電技術“華龍一號”也已成為中國在“一帶一路”建設中核電走出去的一張亮麗的國家名片。

  

  中國核電工程有限公司研發中心

  硬核實力 做先進核能研發尖兵

  核工業是高科技戰略產業,是國家安全重要基石。技術創新是核工業的核心競爭力。核電工程配套軟件以及先進核動力系統研發技術軟件的開發是中核集團戰略發展方向,同時也是科技創新核心能力提升的要求。中國核電工程有限公司一直參與中核集團設計與分析軟件研發工作,在規范標準的質量保證體系下,采用標準的軟件工程化發流程,同時引入第三方測試和驗證,參與完成了核反應堆設計計算軟件平臺、堆芯設計分析軟件、源項與屏蔽設計分析軟件、熱工水力與安全分析軟件、設備與系統設計分析軟件等一批自主化軟件產品,并已應用于華龍一號的國內外工程建設。下一步,中核集團將繼續結合科研工程需求,進一步開展軟件技術研發,實現“至2020年擬研發出具有完全自主知識產權、技術上達到國際先進水平、功能配套、主要應用于核電工程設計并兼顧核動力工程設計的軟件產品,形成完善的核電核動力工程設計軟件技術研發體系,提高我國核電技術自主研發能力和競爭力”的目標。

  以華龍一號為例,圍繞核電研發反應堆堆芯、燃料自主化、裝備制造自主化三大塊,“華龍一號”研發設計方中國核電工程有限公司進行了大量工作,并得到了國內和國際行業的認可。在計算分析軟件、反應堆堆芯設計、燃料技術、能動和非能動安全技術等方面全面實現了重大突破,真正掌握了核心技術和未來競爭和發展的主動權。

  177堆芯、雙層安全殼、能動與非能動安全系統、抗震能力、抗大飛機撞擊能力,這些關鍵詞共同構成了“華龍一號”這一中國自主核電堆型“畫像”。其中能動與非能動相結合是華龍一號設計團隊基于福島核事故的經驗反饋提出的革新性創新思路。

  

  PCS試驗臺架

  非能動安全殼熱量導出系統(PCS)是能動和非能動技術的重要組成部分,PCS試驗成果也是“華龍一號”全球首堆裝料的必要條件。

  中國核電工程有限公司PCS系統研發設計團隊首次開發非能動系統,針對非能動系統重點關注的自然循環的建立及運行特性開展了反復迭代及論證分析,并搭建了PCS系統性能驗證試驗裝置,最終在我國首次完成了非能動安全殼熱量導出系統的研發。“華龍一號”示范工程開工,研究工作卻并未結束,由于尚未在工程上實際應用,因此開展PCS系統綜合性能研究以進一步驗證其功能的有效性和可信性,被確定為開工許可證條件。

  歷經8年,隨著大型安全殼綜合試驗裝置的建成,2018年10月底,研發團隊完成全部11組工況試驗并向核安全當局提交試驗報告,為“華龍一號”全球首堆福清5、6號機組順利裝料奠定了基礎。

  PCS設計團隊的專利“一種非能動安全殼熱量導出系統”及“一種核電站能動與非能動結合的堆芯剩余熱量排出系統”連續兩年榮獲國家知識產權局評選的專利領域奧斯卡獎——“中國專利獎”,成為中國核電工程有限公司科技創新領域的領軍力量。

  非能動安全殼熱量導出系統性能驗證試驗裝置和大型安全殼綜合試驗臺架的建成及成功的研發經驗,為中國核電工程有限公司研發中心“科技創新平臺、科技成果轉化和產業化創新平臺、軍民雙向融合平臺”規劃的實現奠定技術基礎。

  

  華龍一號全景

  創新突圍 消解核電“鎖喉之痛”

  中國核工業人堅守國產化路線,力求核電技術能夠真正獨立自主、不受國外制約。核電設備的制造能力是國內制造業水平的試金石,中核集團全力支持核電設備國產化。其中,所有設備國產化進程中,最艱難的就是“華龍一號”主泵國產化。

  主泵是核電站一回路反應堆冷卻劑系統中唯一高速旋轉的核一級設備,作為反應堆中循環系統的動力源被業界比喻為核電站“心臟”,結構精密、系統復雜、制造難度極大,2008年之前國內已建成核電站的主泵均是從國外進口,像這種關鍵設備不掌握在自己手里,對電站的建設就可能造成制約性的影響。

  主泵的國產化是個漫長且艱辛的過程。2007年,中核集團中國核電工程有限公司(以下簡稱“中核工程公司”)開始承擔核電廠總承包工作,當時國內接觸過主泵的人就非常少,真正了解主泵的人更是鳳毛麟角,國內沒有一家單位能夠獨立設計、制造主泵,更不用說百萬千瓦級主泵。

  2008年,該公司依托福清、方家山項目啟動主泵國產化,以治愈前期電站進口主泵的依賴癥。中核工程公司建立從基層項目管理人員到公司領導甚至中核集團領導的協調機制,成立了主泵國產化的專項組,積極協調國外廠家與國內主泵合作方開展技術轉讓交流,安排項目人員駐廠推動主泵國產化進展,幫助廠家建立了一整套主泵項目管理、質保體系,并在資金上全力支持主泵國產化。

  全流量試驗是驗證主泵性能的關鍵,包含15大項30余小項性能考核試驗,涉及常規運行以及斷水、斷電等破壞性工況試驗。主泵制造廠家哈電動裝公司投資2億人民幣啟動國內首個全流量試驗臺建設,中核工程公司全程派駐主泵專家參與協助,試驗臺架于2012年建成并投入使用。哈電動裝成為國內首個具備開展主泵全流量試驗能力的廠家,為后續項目主泵全面國產化掃清了道路。

  “華龍一號”主泵高10米,重130噸,可在5分鐘內灌滿一個奧運會標準泳池,單臺主泵6000多個部件,制造周期4年,技術與質量文件1000余份。在三代核電“華龍一號”技術要求大幅提升的情況下,中核工程公司作為“華龍一號”研發設計及工程總承包單位,將主泵項目繼續作為國產化的“試金石”,與主泵設備制造商哈電動裝協同合作,將主泵壽命提升至60年,自主完成全流量試驗臺設計改造工程,加快主泵全面國產化進程。

  10年間,主泵的國產化一步一個腳印,實現了“從無到有”的跨越。從福清1、2號搭建國內首個主泵全流量試驗臺架、實現泵殼和電機的設計制造、主泵泵體少量部件的國產化,到福清3、4號,泵體國產化范圍進一步擴大,并包含部分關鍵部件,逐步地提升了主泵國內制造能力。在中核工程的推動下,哈電動裝公司獲得國家核安全局頒發的主泵制造許可證、設計許可證。中核工程公司與哈電動裝公司共同努力,在國內首個主泵全流量試驗臺上自主完成了“華龍一號”首臺主泵組裝與全流量試驗,最終使我國具備了主泵自主制造、總體設計能力,基本實現了主泵的國產化。“華龍一號”首臺主泵已于2018年底引入核島。主泵的國產化使主泵不再受制于人,解決了自主核電出口的鎖喉之痛。

  

  華龍一號全球首堆主泵電機

  通過幾代核工業人的不懈努力,我國核電國產化率已達全世界最高。如今,“華龍一號首堆實現國產化率90%以上,目標是實現系列化后達到95%以上,相關設備儀表的制造涉及國內5400余家企業。其余部分不是沒有能力實現國產化,而是本著最高效、節約成本的方式,沒必要國產化,且這10%也不會制約我們的發展。”作為“華龍一號”研發設計與工程總包單位,中核集團中國核電工程有限公司總經理劉巍曾在央視《對話》欄目中如此解釋國產核電的國產化率問題。

  核工業是高科技戰略產業,也是軍民融合的重點行業,在面臨新一輪人工智能發展的重大戰略機遇期,在構筑我國人工智能發展的先發優勢,建設創新型國家和世界科技強國過程中,要繼續發揚“兩彈一星”精神,勇于登攀,奮發進取,加快實現我國由核大國向核強國跨越。

  

  

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