不畏浮云遮望眼 只缘胸怀中国梦

　　反应堆

　　整体螺栓拉伸机器人

　　编者按 核电工程集高安全、高科技、多学科、跨行业等特殊性于一身，成为世界上少数几个国家的“名片”。以“华龙一号”为代表的中国核电让中国拥有了靓丽的“国家名片”。

　　中国广核集团，将首次在老牌核电强国英国建设核电站，这是我国核电走出去的里程碑式事件，而将在英国建设的布拉德韦尔B项目拟采用中国自主三代核电技术“华龙一号”更是发达国家对中国核电技术的认可。人们为中国核电人骄傲，也时常疑惑，在“华龙一号”挺进英伦等发达国家的航程上，为什么总是出现中广核的身姿？

　　建设并运营了我国第一个大型商用核电站的中广核不但是我国最大的核电运营商、全球最大的核电建造商，更是我国核电走出去的大本营和核电技术迅猛发展的策源地。而在中广核庞大的核电队伍中一支拥有强大研发实力和顶尖科技成果的突击队，不但为中广核走出去逢山开路遇水搭桥，更为中国核电技术升级和扬帆出海打造了核心竞争力。他们在成功研发诸多核电关键装备的同时，还成为了我国核电核级设备鉴定行业标准的最主要编写者。这支队伍就是中广核研究院，他们靠科技创新，打造了中国核电扬帆出海的核心竞争力。特刊文以飨读者。

　　当中国政府向世界郑重承诺减排，当我国把核电作为能源发展的战略选择，当发展核能成为一种国家意志时，作为央企的中国广核集团坚定地担当起发展中国核电的使命。他们不但带来清洁能源，让我们的家园天更蓝水更清，而且让我国核电建设跻身世界先进行列，更带动引领着我国跨领域跨行业的技术创新，共同打造“国家名片”，实现“中国梦”。

　　中国核电作为“国家名片”不止是提升国际形象，它标志着中国从核电大国向核电强国的转变，是国之荣光、中国骄傲、中国梦。出口一座“华龙一号”核电站，如设备设计、制造、建安施工、技术支持均由国内提供，单台机组需要8万余台套设备，直接参与“华龙一号”设备研发与制造的企业达到300家以上。一个新型号的设计要5年以上的时间，一些关键核电装备的研发制造周期达10年之久。而美、俄、法、加等老牌核电强国，以及日、韩等新兴势力早已“磨刀霍霍”，抢滩逐鹿、布局全球核电市场。由此也可想象，打造此“国家名片”并让世界发达国家接受认可，是怎样的蜀道之难。

　　不畏浮云遮望眼，只缘胸怀中国梦。中广核研究院以科技创新攻坚克难，与核电运营、核电工程等核电大军迎难而上，合力打造了靓丽的“国家名片”。

　　源头创新，打造中国核电核心竞争力

　　纵观世界核电发展历史，一家企业能够完全拥有一个核电型号，意味着这家企业在核电市场上的主导权，而一家企业能够自主研发一个新核电型号，则不仅代表了这家企业的强大实力，甚至意味着一个国家的核电工业水平达到了新的高度。为了中国核电技术的赶超，中广核研究院重金打造科研平台，研发国之重器。

　　“核电大热工试验室”，是研发新型核电的必备，如果无此试验平台，新型号无法研发，“走出去”更无从谈起。中广核研究院投资10亿建成中国首个排名世界前三的试验室，在这里科研人员通过开展CPR1000核电技术的消化吸收与翻版设计、EPR核电技术的引进消化吸收和联合设计、AP1000核电技术引进消化吸收和平行设计，特别是通过“华龙一号”核电示范工程项目的自主设计，全面掌握了压水堆的堆芯设计和安全分析的方法、设计工具与手段，使我国核电自主设计能力有了突破性发展。

　　不但“华龙一号”得到发达国家的认可，中广核研究院还自主研发了ACPR50S小型堆，也成为“走出去”的牵头产品，已在印尼等国家展开了市场推广。

　　中广核研究院工程师介绍，ACPR50S小型堆是结合中广核三代核电技术科研成果、国外先进小型堆技术特点，综合考虑市场应用条件、海洋条件等影响，进行设备小型化、系统简化改进设计，形成不低于三代核电安全水平，具有经济竞争力的模块化、紧凑型小型堆，适用于海岛、内陆、孤立电网等小型堆市场需求。中广核ACPR50S海上浮式核电站正在开展示范工程的前期准备工作，建成投运后，可为海洋活动供应充足、稳定的电力、热力和淡水等，为海洋资源开采、岛礁守备、周边居民生活、生产活动提供能源和淡水保障。

　　到中广核大亚湾核电基地参观的人会被允许进入中广核研究院的“大亚湾不可接近设备研发中心”，这里能清楚看到核燃料操作员换料操作。除了没有放射性，这里的一切与核反应堆场景完全一样。这是投资4亿元建成的世界上第二个1∶1的“不可接近设备中心”，在这里可以培训设计人员，验证反应堆设备，进行操作员模拟训练。同时，这里还可以模拟所有可能和已出现的故障，分析制订解决方案，为中国群堆安全运行提供保障。

　　中广核研究院副院长黄文有告诉记者，1987年大亚湾核电站开工建设之初，为培养一支核电起步的人才队伍，中广核将100多名核电站操纵员送到国外培训，每个操作员的培养与战斗机飞行员的培养费用相当。这批人也因此被称为“黄金人”，成为中国商业核电站的第一批宝贵人才。黄文有骄傲地告诉记者：“现在新建机组所有的主控室操作员，在中广核研究院自己研发供货的模拟机上就可以完成操作员培训。而且现场换料操作人员的培训和复训，也全部在中广核研究院自己研发的换料机上完成，再也不用留洋了。”

　　中国核电人再不用留洋了，设备也不用出国“考证”了。与普通装备不同，研发制造出的核级设备必须先通过严格的模拟试验才能应用于核电站建设。中国大型核级设备（如余热排出泵电机等），不能实现国产化的原因，就是没有大型鉴定实验装置。如今，中广核研究院建设了模拟环境鉴定实验室，拥有全世界最大的LOCA试验炉，能够进行二代加和三代核电机组的核级设备LOCA鉴定试验。建成后，已经完成了北京核仪器厂、深圳长园集团、佳木斯电机厂的RRA泵电机试验等核级产品的LOCA模拟环境鉴定试验。

　　中广核研究院院长庞松涛告诉记者，由于坚持源头创新，研究院核电装备的国产化研发实力迅速提升，10年的时间里取得了大量研发成果，形成了PMC（核燃料装卸料系统）、CRDM（控制棒驱动机构）、3R（RGL控制棒控制系统、RIC堆芯测量系统、RPN核仪表系统）、模拟机、应急柴油机、地坑过滤器、LOCA裕度监测系统、等离子熔融固废处理系统等一系列核心产品并获得工程应用，打破了国外厂商的技术垄断，大大降低了核电工程造价。

　　中广核研究院的源头创新，不断填补国内基础研发试验设施的空白，编制我国核级设备研发标准，完善我国核级设备研发体系，推进建立了完整的三代核电核级设备鉴定体系。他们还担当了我国核级设备鉴定标准体系与欧美核级设备鉴定体系实现“互认”的重任，为我国的核电装备“走出去”扫清障碍。

　　前瞻创新，为中国核电储备引领技术

　　当今各类高科技日新月异，相比之下核电技术发展可谓缓慢，这是核电安全性决定的。核燃料组件是反应堆的核心部件，核燃料组件的设计和制造技术是整个核电产业的难点之一，其研发周期通常要十多年，并且新研发的核燃料组件必须经过多次严格的堆内试验之后才能投入商业使用。因此，核电的科技创新绝不是急功近利之技，而是百年大计的前瞻创新。

　　庞松涛告诉记者，研究院作为中广核唯一的核电科技研发平台，其战略定位就是引领中广核科技创新发展，为中广核核电主业以及新能源板块提供技术支持，更要为中国核电及其他清洁能源未来10年、20年的战略发展做好技术储备。研究院以拥有的3个国家能源研发中心，先后承担科技部863、973、科技支撑、能源局重大专项等32项国家级科研项目。

　　中广核研究院积极探索先进的堆型关键技术，开展了超临界水堆、高温气冷堆、铅基快堆、极致安全反应堆等先进核能系统的调研和研发，并开展了铅基堆研发设计能力建设，搭建完成了铅基快堆研发设计软件平台，开展了下一代燃料组件包括事故容错燃料（ATF）等燃料设计项目研发。“十三五”期间，研究院将全面开展先进核能系统的研发，为中国核战略发展提供技术支撑。

　　事故容错燃料是为提高燃料元件抵御严重事故能力而开发的新一代燃料系统，与现有核燃料相比，它能够在较长时间内抵抗严重事故工况，同时保持或提高在正常运行工况下的性能。包括中国在内的多个国家正在把目光投向新一代核燃料系统的研发。

　　“2016事故容错燃料技术国际研讨会”在我国举行，美国工程院院士、美国白宫核能领域政府顾问Steven Zinkle称，ATF在国际核能界已掀起一股科技研发热潮，正深刻改变核能科技的发展方向，是核安全“游戏规则”的改变者，是近50年以来核燃料领域的一次重大技术革命，是美国能源部未来10年在核燃料领域投资和研发的重点，美国主要核能机构均已投身其中。

　　中国工程院院士、中国核学会理事长李冠兴则称，ATF技术是超高安全核能系统的未来，是全球核能行业面临的一次机遇。中国对先进核能技术高度重视，已在《能源技术革命创新行动计划2016—2030》与《能源技术革命重点创新行动路线图》中明确了ATF研发任务，要“推进事故容错燃料元件（ATF）、环形燃料元件的辐照考验和商业运行，具备国际领先核燃料研发设计能力”。

　　面对世界核电技术革命性的创新，中广核再担国之重任。国家已经设立ATF重大科研专项，并由“中广核牵头，联合国家电投、中科院、中物院、中核集团等业内主要企事业单位以及清华大学、西安交通大学等高校”对该技术进行攻关。

　　庞松涛介绍，为在ATF项目运行中开放地吸收全球智力资源，中广核研究院正与美国爱达荷国家实验室、橡树岭国家实验室、麻省理工学院、密歇根大学、电力研究院、韩国原子能研究院、英国曼切斯特大学等机构开展技术交流。志在抢立世界核电新技术革命的潮头。

　　核电发展面临最主要问题之一是乏燃料的处理。乏燃料是经受过辐射照射、使用过的核燃料，包含大量放射性元素。“其中有些元素的半衰期非常长，需要经过几万甚至几十万年的衰变，其放射性才能降到天然铀矿的水平。”

　　如何缩短这类元素的半衰期？加速器驱动次临界系统（ADS）被国际公认为是处理核废料最有前景的技术途径。就是利用加速器产生的高能强流质子束缩短乏燃料中某些过于“长寿”的放射性核素的寿命；同时，处理这些元素产生的热量还能作为能源，实现乏燃料的再利用。加速器驱动先进核能系统项目（ADANES，由中科院提出的概念）将在ADS的基础上，将核废料吃干榨尽，还能产生能源。

　　今年3月9日，在中国核电技术发展历程中是一个重大的开始，中广核与中国科学院签署合作协议，共同推进加速器驱动先进核能系统项目（ADANES）的建设，并用20年左右时间实现商业化。中广核研究院将投资十多亿建设“中国先进加速驱动系统”，彻底解决高放射废物，为世界核能发展找到根本出路，届时，因他们与中国核电人的前瞻创新可能彻底改变世界能源结构和格局。

　　自主创新，推进中国核电智能装备突破

　　国家发布的“中国制造2025”先进核电装备实施方案中，智能化核电装备就是重点内容，各类核电智能装备的研发是核电建设和运营的安全保障。

　　在民用和工业机器人领域，我国科研院所和企业已经具备和国际企业同台竞争的实力。但在核电机器人方面，因为核电市场容量小、科研投入大、核电设备质保体系严格等原因，国内企事业单位少有涉足。而核电站核岛内具有高放射性、环境复杂、空间狭小等特点，智能机器人无惧危险环境作业，工作效率高、耐久性强，精确程度也大大超过人类。因此，核电智能装备成了各国核电技术比拼的法宝和利器。在我国核电站建设初期，配套智能机器人都要依赖进口，其价格动辄千万。随着我国核电机组建设数量的增加和中国核电“走出去”战略实施，自主创新实现中国核电智能装备的突破，成了中广核研究院的不二选择。

　　在中广核研究院的“核电站安全壳内不可接近设备研发中心”参观，不但可以看到核电站操作员的操作，还可以看到众多人所不及的机器人精准操作，完成人类不能完成之重任。这里有20多种机器人，它们主要用于完成核燃料组件、反应堆压力容器、核主泵、蒸汽发生器等高放射性设备的检修工作。

　　在这些机器人中，“反应堆换料机器人”可称“老大”。这个外观像龙门架一样的庞然大物横跨反应堆水池，跨距达7.9米，是每个核电站建设时必须配备的机器人之一。中广核研究院工程师介绍，它是反应堆专用装卸核燃料组件的机器人，负责从核燃料厂房把一个燃料组件装进反应堆，或者从反应堆把乏燃料组件卸出运到核燃料厂房贮存。正常燃料装卸时要求误差在3毫米以内，这个换料机器人可以做到误差在0.1毫米，其技术水平达到国际领先。全世界使用方形燃料组件的压水堆核电厂，只有这里能做到主控室自动装料，至今美国人、法国人还没有做到。

　　在中广核研究院大亚湾基地还有另一个圆柱形的大家伙——“整体螺栓拉伸机器人”用于反应堆压力容器顶盖的螺栓装卸。压力容器装着核燃料组件、高温高压高辐射的一回路冷却剂，为保证容器密闭，须将其最顶部的螺栓紧固。容器顶部舱盖分布着58颗螺栓，每个都有一人多高，材料特殊，重达500多斤，人工不可能拧得动。更重要的是压力容器螺纹是不能损坏的，如此重要的设备在核电站60年寿命期还不能换。

　　螺栓拉伸机器人最牛的是，它可以在开盖或扣盖时一次把所有螺栓拧开，但它用的可不是蛮劲，它有独特的智能系统，这个过程中螺栓与螺孔是不接触的。中广核研究院工程师介绍，压力容器螺栓太重，如果直接放进螺孔，两者纹路必然互相接触挤压，机器人的作用就是不让螺栓与螺纹贴着，而是先拉起，让两者间留有缝隙，然后顺着方向旋到位置拧紧。拆卸时也一样，须先把螺栓拉起，这种功能叫做重量补偿。

　　整体螺栓拉伸机器人的成功研制，实现了该设备的自主化设计、制造和集成，提高了我国核电站关键设备国产化水平，降低了工程造价和运营维护费用，填补了国内在该领域的空白，技术达到了国际先进水平，可完全替代国外同类产品。该机器人荣获 “中国能源装备2015年度十大年度优秀自主创新产品”。

　　除了身姿庞大动作精准细腻的核电机器人，核电站还有“多功能水下爬行机器人”，个头不大，专门用于清理反应堆水池掉落的一些配件和杂物。它可以在高放射性的反应堆水池底水平行走、自由转向，携带不同执行机构完成不同任务，具备耐辐射高清摄像能力和视觉信号实时传输、处理功能。

　　中广核研究院设备研发中心主任周国丰介绍，整体式螺栓拉伸机和核燃料操作设备是两款具有代表性的核电智能装备，其工艺复杂、自动化程度高、加工制造难度大、工作环境严苛。这两款核电智能装备的研制及其在核电工程中的成功应用，大幅度地降低了新建核电站大型智能装备的采购成本。相比国外核电设备供应商的同类设备，可节省采购成本30%以上。同时，相关技术成果打破了国外核电设备供应商的技术垄断，一些性能指标远远优于国外产品，达到了国际领先水平。更重要的是加强了我国核电智能装备研制的技术储备，为我国核电智能化装备打开国外核电市场奠定了应用基础，也为我国自主三代核电“华龙一号”实现“走出去”战略提供自主化技术支撑。

　　周国丰介绍，科技部在“十二五”期间启动了“核反应堆专用机器人技术与应用”课题，由中广核牵头针对中国核电十分紧迫的技术需求，研发6套核电重大运维智能机器人装备。这些研发内容涵盖核电厂非常重要的核燃料组件操作、反应堆压力容器操作及在役检查、蒸汽发生器维修操作、一回路水环境下异物打捞和多功能作业等高风险活动。去年已结题，不但成功研制出6款重要功能的机器人，部分成果实现了工程应用，还突破了一大批核电环境下智能装备技术的共性问题，为后续核电智能装备研发奠定坚实的基础。

　　协同创新，引领中国核级装备制造升级

　　核电站建设涉及设计、设备制造、施工等上下游几千家队伍，上万个工种和专业。对一个国家的科技进步、产业带动、经济发展、人员就业，以致整个社会都有巨大影响。出口一座拥有自主知识产权的“华龙一号”核电站，如果加上核燃料供应及相关后续服务，单台机组全寿期可创造约千亿元产值。其效益相当于出口200架中型飞机，有效带动我国5400多家设计、设备制造、建安等高端装备制造企业和高新技术企业共同走出去，助力中国迈入制造强国行列。

　　以一家公司之力显然不能完成如此大型复杂的项目。对于中广核来说，通过自身的资源掌控能力和技术集成能力联合产业链上下游企业共同打造中国核电工程，引领整个产业发展才是央企使命所在。身兼国家能源核电站核级设备研发中心主任的黄文有告诉记者，国家授予中广核研究院“国家能源核电站核级设备研发中心”，不止是对中广核研究院研发能力的肯定，更重要的是肯定其在中国核电技术协同创新中发挥的引领带动作用，践行了“连接核电工程运营与装备制造企业的桥梁和纽带，引导国内装备制造企业进行核电装备自主化研发”的使命。

　　黄文有表示，中广核研究院坚定地履行了国家赋予的职责，在核电装备自主化领域，利用自身作为中广核下属的研究院与核电工程设计、建设、运营结合紧密的特点，除自己大力开展核电装备国产化研发外，还依托“国家能源核电站核级设备研发中心”与国内几十家装备制造企业以“联合研发”“技术支持”“试验验证服务”等形式展开了广泛深入地合作，将自身掌握的核电装备关键技术、工程和运行经验以及试验验证和设备鉴定等优势资源与装备制造企业进行优势互补，取得了大量自主化研发成果，并且实现了批量化的工程应用，创造了数十亿核电设备供货业绩。

　　研发中心成立起就立足于建成一个“开放式”的研发中心，与国内几乎所有涉核装备制造企业建立了广泛深入的合作关系。中广核集团本身就是一个开放式平台，以核电建设拉动中国装备制造业的升级和发展。中广核集团发起了我国唯一以核电国产化研发为己任，以推动核电产业发展为目标的企业联盟——中广核核电设备国产化联合研发中心。这个联盟囊括了中国60多家顶级核电装备制造商，以中广核核电建设项目为依托，共同促进核电事业的长远发展。在联合研发中心平台上，有详细的核电设备国产化路线，核电建设积累的设备研发和生产的大量经验数据共享。设备制造的图纸、技术规格书以及以往的制造经验无偿提供给设备研发企业，中广核研究院负责核级设备鉴定和工艺评定，向厂家提供鉴定实验程序，同厂家一起确定鉴定实验大纲，全过程关键节点派人参与和监督，最终鉴定和认可，这一长达一两年的过程，面对国内厂家是免费的，让国内核电设备商节省了大量资金和成本，部分重要设备的国产化时间缩短了8—10年。

　　黄文有介绍，“国家能源核电站核级设备研发中心”一方面通过中心已掌握的关键技术和已有的研发试验设施与装备制造企业开展联合研发，比如和四川日机密封件公司联合开展主泵机械密封研制、和江苏苏州宝骅机械技术公司开展反应堆大盖密封的研制、与江苏神通阀门公司联合开展反应堆再循环安全壳地坑过滤器研制、与中国一重联合开展了整体螺栓拉伸机的研制等；另一方面，中心使用自己的试验设施以及掌握的核级设备鉴定技术为装备制造企业提供核级设备鉴定试验以及技术支持服务，如为佳木斯电机厂的余热排出泵电机研发提供LOCA试验验证服务，为上海电气、沈鼓、川仪、江南阀门等企业进行核级设备国产化研发提供鉴定技术支持。中心成立这几年来，已向20余家国产化研发企业提供相关的技术资料以及有关的设备改造资料，同时对厂家样机的设计方案进行评审；为国内数十家企业提供了1000多个人日的核级设备鉴定服务；中心编制的50多份核级设备鉴定技术规范基本涵盖了CPR1000机组所有需要鉴定的核级设备，目前已被国内众多企业所采用。

　　作为中广核科技创新的主力军，中广核研究院上千名核电科研工作者胸怀“中国梦”，迎难而上潜心核电科技创新，打造了中国核电扬帆出海的核心动力。