编者按

　　作为我国实施创新驱动发展战略的重要组成部分，先进自主核电技术既是国家实力的体现，又是能源安全和结构调整、推进社会绿色发展的保障，更是核能行业、企业实现转型升级的核心动力。

　　随着全球核能产业复兴，小型堆异军突起，正在开创核能利用的新时代。加快自主知识产权小型堆研发并推动其产业化，是中国核电界正着手进行的创新课题。 以建设创新型企业为目标，中广核在2014年的科技大会上提出了全面实施创新驱动发展战略的科技创新“引领计划”，中广核研究院以集团未来科研先锋和精锐“部队”的角色，承担了“引领计划”四大战略专项之一——小型堆的研发和市场推广工作。

　　如何以小型堆研发为引领推动核电技术持续创新？如何依靠创新打造出企业核心竞争力并实现转型升级，促进核电产业发展迈上新台阶？带着这些问题，记者近日走进中广核研究院，就其在自主ACPR系列小型堆领域，尤其是海上核动力平台方面所开展的研发、创新工作及成果进行了深入采访。

　　深圳，改革前沿、创新热土，亦是中国核电的开篇、发展和创新之地。

　　福田区上步中路的深圳科技大厦17层，是中广核研究院小型堆研发项目部办公地。10月11日下午1点半，1710会议室一场从早9点开始的会议刚刚结束。紧张的工作间隙，项目部主任芮?和副主任刘永康接受了《中国能源报》记者采访。 

　　“从2013年组建开始，小型堆研发项目部便承担起中广核小型堆型号研发的任务。过去三年多，通过组织和协调，项目部不仅集中了中广核内外部优势技术资源，而且发挥了中广核在核电研发、设计等方面积累的丰富经验，并结合国内外一流设备研制、海洋设施技术单位资源，以市场为驱动，以工程项目为目标，保障和加快了小型堆技术研发工作。”芮?告诉记者。

　　据刘永康介绍，从起初的几个人、几十人，到目前几百人的研发团队，从概念研究、方案设计完成，到获得国家发改委批复并赋予批量化发展重任，项目部通过探索、开拓和坚持创新，使中广核小型堆在国内外相关技术领域获得了重要地位。

　　据了解，目前小型堆研发项目部的核心任务，是承担中广核自主知识产权ACPR系列小型堆型号研发，包括海上紧凑型小型堆ACPR50S和陆上一体化模块化小型堆ACPR100。而经过充分的市场需求调研和经济性分析，短期内将主推已获国家发改委批复立项，并列入《国家能源科技创新“十三五”规划》的海洋核动力平台ACPR50S。项目部目前已经启动其初步设计和设备采购，争取“十三五”末，即2020年建成首个实验平台，并实现下水和首次临界。 

　　厚积薄发，十年一剑。

　　依托小型堆堆型研发，中广核研究院立足国家和企业战略，抢抓机遇，以在堆芯设计与安全分析、燃料研发、试验验证及项目管理等关键领域的多年积累为基础，拓开了一条以创新驱动发展的转型升级之路。

　　选择小型堆：落实战略抢抓机遇

　　中广核选择小型堆，是对世界核电产业长远研判后作出的战略性布局；中广核研究院研发小型堆，尤其是ACPR50S，是其打造“国内一流，具有国际水平核电技术研究院”的难得机遇和现实诉求。

　　在核能应用市场多元化背景下，小型堆被认为是整个核能工业的转折点、游戏规则的改变者。占得小型堆技术制高点，意味着赢得世界核能界的关键话语权。

　　本世纪初期，包括国际原子能机构在内的诸多国际权威研究机构和组织开始高度关注小型堆发展。曾有预测显示，2030年全球模块式小型堆的装机容量将达到1820万千瓦；2050年，模块式小型堆可占经合组织与非经合组织国家核电装机容量的25%。目前，俄罗斯、美国、韩国及日本等国均开发了多个小型堆设计方案，用于取代老旧燃煤、燃油电厂，用于发电、居民供热、工业供汽等领域。

　　在中国，政府和核能界也认识到小型堆的重要性，模块式小型堆示范工程“十二五”期间就列入了国家能源发展及能源科技规划。同时，随着海洋强国战略的实施，核能为海洋资源开发、经济发展、生态环境保护等提供清洁可靠能源的优势已经开始显现。核能可为海上油气田开采、海岛综合开发、偏远地区等供电供热，还可满足海水淡化、核能制冷等多元化需求。此外，浮动式核电站因采用成熟可靠技术以及高效、经济性等优点，已经成为最理想的海上能源替代方式。

　　中广核选择小型堆，是对世界核电产业长远研判后作出的战略性布局；中广核研究院研发小型堆，尤其是ACPR50S，是其打造“国内一流，具有国际水平核电技术研究院”的现实诉求和难得机遇。

　　资料显示，ACPR系列小型堆设计中采用先进安全设计理念，可运用于小型电网、热电水汽综合能源供给及海上能源。其中，ACPR50S采用长周期换料方案，较海上常规能源具有竞争力，可作为海洋开发综合能源补给站，满足海上电热水汽能源需求；陆上堆实现功能定制，可用于中小型电网、工业供热供电，城市供暖等分布能源利用。

　　“从大亚湾起步，至岭澳二期实现四个自主，再到打造出‘华龙一号’，中广核在堆型研发上积累了丰富的经验，具备了一定实力。”芮?告诉记者，“目前我们着手进行的ACPR50S，充分借鉴了大型陆上核电站的研发设计经验，但海上小型堆拥有更丰富的技术内涵，与大型核电站相比涉及的专业领域合乐彩票登录、技术更为复杂，要求合乐彩票登录协作和创新，藉此将实现中广核研究院整体研发能力提升。” 

　　刘永康也表示，当前小型堆研发虽然面临很多新挑战，但正是这些挑战，为中广核研究院的核心能力增强带来了动力。“几年前连试验台架都没有，更不用说堆型研发。不去迎接挑战，就永远不可能具备能力，做小型堆是我们的必然选择。”

　　堆芯设计：多项创新保“心脏”更安全

　　反应堆工程设计与安全研究中心攻克了研发和设计中的关键技术难题，填补了中广核多个技术领域的空白，为ACPR50S动力实验堆开发目标实现奠定了坚实基础，且动力实验堆高于三代商用堆安全水平。

　　在中广核研究院，反应堆工程设计与安全研究中心（以下简称“堆工中心”）负责小型堆的堆芯设计与安全分析工作。该中心副主任卢向晖告诉记者，堆工设计既是整个反应堆设计的核心，也是型号研发的龙头。

　　2007年，堆工中心自主承担了国内首创的新建核电项目18个月换料设计，并于2013年成功实施。2008年，基本“拿下”整个中广核运行核电站的堆芯换料工作，标志着其完全具备了自主换料设计能力。从2010年起，作为核心专业参与了中广核集团ACPR1000+和华龙一号核电型号的自主研发，承担了最为关键的堆芯设计与安全分析工作，对该核电型号的成功研发起到了重要作用。

　　正是基于这样的经验和能力基础，堆工中心在小型堆堆芯设计和安全分析领域实施多项创新才有了技术储备和“底气”。

　　“小型堆虽小，但受限于空间，且面对复杂海洋环境，对安全要求、设备研发及堆芯布置要求更高。”卢向晖告诉记者，“在ACPR50S动力实验堆研发设计过程中，堆工中心堆芯设计与安全分析研究团队开展了大量计算分析和论证，攻克了研发和设计中的关键技术难题，填补了中广核内部多个技术领域的空白，为ACPR50S动力实验堆开发目标实现奠定了坚实基础。”

　　卢向晖所指的空白填补，正是在无可溶硼堆芯设计、“能动加可靠非能动”安全系统配置，以及海洋条件对反应堆安全影响分析方面实施的创新。

　　据了解，无可溶硼堆芯设计是动力试验堆实现系统和布置设计简化、降低放射性废物量、消除硼稀释风险的核心环节，也是满足实验堆建造及运行要求的最关键技术。中广核此前并无相关设计经验，而且受到总体参数基本固化、燃料和控制棒组件选型确定、控制棒无法全堆布置等客观因素限制。研发团队攻克了无可溶硼堆芯在反应性控制、次临界度要求、运行控制限制等一系列技术难题，开创性地提出一套无可溶硼堆芯设计和评价方法，实现了动力实验堆无可溶硼堆芯设计。

　　而针对ACPR50S实验堆安全系统功能配置难度极大的问题，研究团队又创新性提出了“能动加可靠非能动”安全理念，为满足安全设计要求进行了包括消除大破口后的安全系统简化设计、减小海洋条件影响的非能动安全系统等在内的多项技术创新。

　　“通过大量验证和优化迭代分析计算，我们确定了实验堆安全系统配置，保障了ACPR50S动力实验堆高于三代商用堆的安全水平，实现了高安全性与系统简化的设计平衡。ACPR50S堆熔概率(CDF)<1.0×10-7/堆·年，早期释放概率(LERF) <1.0×10-8/堆·年。”卢向晖说。

　　此外，研究团队深入调研海洋条件对热工水力及反应堆设计的影响，参考国际上其他海上堆的经验，确定了满足工程设计及安全审评的技术路线：“设计保留余量—耦合海洋条件程序分析评价—设计和程序实验验证”。建立了海洋运动条件的数学模型，初步开发出耦合海洋条件的子通道和热工水力分析程序，完成了堆芯DNBR、自然循环和事故工况的初步评价，建立起海洋条件影响分析的核心技术能力，为ACPR50S初步设计完成打下基础。

　　燃料研发：自主组件保障小堆“粮食”

　　核燃料研发设计中心搭建了较为完整的核燃料元件设计、分析、实验、检测、修复平台和研发体系，并研制出具有自主知识产权的12英尺核燃料元件STEP-12。在ACPR50S总体研发要求下，为适应海洋上特殊的使用环境，充分借鉴、共享STEP-12已有的成熟技术成果，形成了截短型的STEP-S核燃料元件。

　　核燃料元件是核电站的“粮食”。在核反应堆及核能技术领域中，核燃料元件是核电自主化的关键组成部分。“十一五”之前，我国已多次成功引进国外核燃料元件制造技术并形成规模化生产，满足了国内商业核电站燃料需求。2006年及其后开工建设的核电站，通过扩大产能来满足供应。由此，中国至今没有自主知识产权的、高性能的商业核燃料元件。然而，要想核电“走出去”和建设海上核动力设施，没有自主品牌的核燃料元件，自主化堆型研发无从谈起。而且，国际上也没有自主开发反应堆型号却无核燃料元件配套研发的先例。因此，核燃料元件自主研发是解决自主化堆型研发的“卡脖子”问题。

　　2009年，中广核成立集团核燃料研发设计中心（以下简称“燃料中心”），并于2010年获得国家能源局授牌，正式成为国家能源先进核燃料元件研发（实验）中心。

　　跟核燃料打了20多年交道的燃料中心主任傅先刚告诉记者，中心成立七年来，依托中广核和中广核研究院已有的技术资源，坚持“消化吸收与自主创新并举”策略，开展核燃料元件的设计方法论研究、结构设计研究、性能验证试验研究、性能分析平台建设、检测及修复平台建设及核燃料设计标准化研究，已经研制出自主品牌的12英尺核燃料元件STEP-12。“已完成试验的数据表明，STEP-12核燃料元件的综合性能与目前批量采用的国外成熟核燃料元件相当。”

　　“从无到有推出STEP-12核燃料元件，并在此过程中搭建起较为完整的核燃料元件设计、分析、实验、检测、修复平台和研发体系，证明中广核真正具备了自主品牌核燃料元件研发能力，为打破国外技术垄断，最终实现我国核电完全自主化奠定了坚实基础。” 傅先刚说。

　　据了解，在ACPR50S的总体研发要求下，为适用于海洋上的特殊使用环境，燃料中心在研发STEP-12的基础上，充分借鉴、共享已有的成熟技术成果，形成了截短型的8英尺核燃料元件STEP-S。

　　傅先刚解释，STEP-S核燃料元件研发最关键的是核燃料元件要在海洋的倾斜、摇摆、垂荡、撞击等特殊工况下，都能实现其功能。为此，研发团队经过大量的调研与探索，克服了一系列技术难关，完成了STEP-S核燃料元件的方案设计和初步设计。“目前正处于详细设计阶段：基于STEP-12的设计成果，优化了STEP-S的管座设计及格架布局；结合STEP-S的设计优化特征以及ACPR50S的海洋工况，策划开展STEP-S的堆外性能试验；同时，对STEP-S初步设计结果进行详细、充分且全面的性能评价。”

　　在世界各国纷纷涉足海上小型堆开发的背景下，核燃料元件研发是重中之重。傅先刚称，开发出具有自主知识产权、满足海洋使用条件的核燃料元件对中广核海上小型堆的研发具有重要意义，将为打破国外技术垄断，实现我国核电的自主化健康发展以及“走出去”战略目标奠定坚实的基础。

　　实验验证：能保小型堆设计安全可靠

　　在开展小型堆研发设计过程中，需要针对安全系统、结构设计、设备设计等开展一系列的输入性试验和验证性试验，以确保设计的合理性、先进性、高可靠性和安全性。中广核小型堆工程实验验证目前已基本建成体系，具备反应堆结构设计实验、关键设备设计实验，安全系统和设备设计实验等研究能力。

　　作为中广核先进核能研发体系中最年轻的“成员”，2012年成立的中广核研究院反应堆工程实验研究中心（以下简称“实验中心”），不仅是中广核自主核电站、核燃料开发设计和核安全分析的实验研究平台，也是开展核电研发技术合作的开放性平台和我国核电工程实验研究领域高级人才的培养和发展平台，更是国家自主核电站开发的重要实验研究平台之一。

　　实验中心总工程师卢冬华告诉记者，中广核已经在深圳市龙岗区建成“综合热工水力与安全实验室”，拥有了针对反应堆结构设计、关键设备设计、安全系统和设备设计、燃料组件研发、系统布置设计等各个方面的一系列试验装置。“以这些装置为依托，中广核先后实施了针对ACPR1000+，‘华龙一号’等自主知识产权反应堆的实验研究工作。”

　　对小型堆研发而言，实验中心犹如“考场”，通过对其安全系统、结构设计、设备设计等开展一系列的输入性试验和验证性试验，可以确保堆型设计的合理性、先进性、高可靠性和安全性。尤其，ACPR50S是具有海上应用前景的小型堆，具有高度的安全性，开展相关的实验研究工作，是保证工程研发和设计的重要手段。

　　卢冬华向记者提供的一份实验中心能力建设材料显示，在小型堆结构设计实验研究方面，目前正在整体水力学实验装置、大型水力学实验装置上开展相关的整体水力学试验、堆内交混特性试验、堆内构件旁漏流特性试验等。

　　在关键设备设计实验研究方面，目前主要针对控制棒驱动线、蒸汽发生器、主泵等关键设备开展工程设计相关的实验，如：针对蒸汽发生器正在开展蒸汽发生器流动传热、流量分配、流致振动、化学腐蚀等方面的实验；针对控制棒驱动线先后需要开展海洋条件下控制棒驱动线冷态落棒性能试验、热态考验及抗震实验等。

　　而在安全系统和设备设计实验研究方面，实验中心主要针对二次侧余热排除系统、安全壳非能动热量排除系统、安注系统及设备等安全设施设计开展相关实验；在燃料组件研发方面，主要针对燃料组件子通道流动传热、燃料组件部件水力学性能、流致振动和磨蚀、燃料组件相关的力学性能等各方面开展一系列实验。

　　“目前，我们已经收获了蒸汽发生器流动传热试验、蒸汽发生器流量分配特性实验、非能动安全壳原理性试验、抑压水池原理性实验等多项研究成果。同时，开展了整体性能实验、安全壳实验、抑压水池工程实验、海洋条件热工水力实验、控制棒驱动线海洋条件实验、整体水力学及堆内构件流致振动等数十项大型工程实验工作。”卢冬华介绍，“从目前的能力讲，中广核研究院小型堆工程实验验证已基本建成体系，为小型堆等新堆型研发提供了有力保障。”