描摹CAP1400大致模样 诠释大国重器重要作用

随着年初CAP1400堆型的初步设计通过国家能源局组织的审查，意味着这个由我国在引进美国AP1000核电技术基础上自主研发的“升级版”堆型在技术上已定型并得到国家认可。而近日CAP1400的核心台架实验陆续通过核安全局的验收，意味着CAP1400马上要来了。根据国家核电计划，CAP1400示范工程的第一台机组将于8月31号完成核岛第一罐混凝土浇筑。

那么，作为国家重大科技专项之一的CAP1400其安全性如何?经济性有何优势?技术上有何独到之处？自主化装备体系建立情况如何?本报记者通过对多方进行采访，力求描摹出CAP1400的大致模样。

经济性如何？

核电先期投入巨大是制约核电大发展的重要因素，也是对核电持不同意见者的重要观点，作为三代核电，CAP1400要想取得商业上的优势，保证经济性是一个重要课题。

因为目前CAP1400的示范堆尚未开始建设，CAP1400的经济性到底如何还有待验证。目前其较二代核电的经济性主要体现在设计中的性能参数和建造成本预算上。

据记者了解，CAP1400采用大机组设计，最大电功率达到1500MWe。而CAP1400拥有如此大的功率可能还要感谢西屋公司的“倒逼”。坊间一直流传着关于技术转让时对CAP1400自主化认定的故事。当时在商谈技术转让的时候,西屋公司和国家核电曾达成初步协议是我国的自主化项目功率必须达1350MWe才算具有自主知识产权，并可以独立出口。经过相关专家初步估算之后认为我国有能力达到这一功率，双方达成协议。上海核工程院依据此协议进行了设计。但随后，西屋公司又提出了这个所谓的1350MWe是指净功率，并非中方所认为的毛功率——技转合同中并未写明是毛功率还是净功率。当时西屋公司认为国家核电会知难而退——可能西屋公司自己也很难做到这一点。随后的故事我们都知道，国家核电接过了这一挑战，而CAP1400设计通过审查也证实了我国已经完全突破了1350MWe的知识产权壁垒。

大容量的CAP1400在渡过最初的设计难题之后，投运后的规模效应将十分明显。同时，CAP1400的设计使用寿命为60年，较二代核电增加20年寿命，边际收益十分可观。业内人士表示，一台三代核电的边际收益可能会是二代加核电的2倍左右。

同时，能量转换效率大于37%(示范工程)，可利用率大于93%，非计划停堆频率≤1/堆年，更是CAP1400在经济性上超出同侪的又一指标——对于基荷电源而言，能效就代表着效益。

CAP1400总设计师郑明光告诉记者，基于AP1000的模块化技术，CAP1400优化了模块设计——在模块化设计的同时，进行了简化设计，系统和部件数量大幅减少，降低了建造成本和运维成本。

据国核工程公司相关负责人介绍，模块化建造将缩短建造周期，而建造周期缩短产生的经济效益是全方位的。同时，随着我国装备制造能力的提高，CAP1400对关键设备均进行了标准化和批量化设计，减少了建造成本。

根据计划，CAP1400示范工程的一号机组建造周期56个月，2号机组50个月。

如何保证安全？

对于核电而言安全性无疑最被关注，作为我国三代核电自主化的代表堆型，CAP1400在安全方面有哪些过人之处?郑明光告诉记者，CAP1400的安全性首先体现在采用了先进的非能动设计理念。采用了非能动堆芯冷却系统、非能动安全壳冷却系统的组合设计。在不依赖外部电源的情况下，能确保极端事故条件下反应堆安全和余热导出及堆芯衰变热安全排出，事故发生72小时内无需人工干预，72小时后具备补给能力，大量放射性释放到环境的概率小于10-7/堆年，安全性比二代核电提高两个量级。据记者了解，目前二代核电站在极端事故条件下，只能保证0.5小时不需人工干预。

同时，CAP1400采用简化设计，与传统压水堆相比部件数量显著减少。这样维修检查的压力减少，故障几率大幅降低。

例如，CAP1400的反应堆压力容器中取消了中子屏蔽板，这样就降低了出现松动部件的风险；优化了下腔室结构以提供更优的堆芯入口流量分配，提高了安全性。

对于反应堆安全保障的重中之重——钢制安全壳，CAP1400在设计中扩大了安全壳尺寸，获得了较大的自由容积、优化布置和更大的安全壳内压分析裕量。在屏蔽厂房的设计上，采用钢板混凝土结构，具备抗大型商用飞机恶意撞击能力，并优化了空间布置，以提高人员可到达性和设备可维修性。

如何做到无硼调峰？

核电参与调峰？在多数人眼中核电参与调峰是一个滑稽的问题——对于贴着占比不到电源构成2%、稳定而高效的清洁能源、高投资等标签的核电而言，参与调峰完全是一种浪费。诚然，目前为了保证核电的经济性，核电站并不参与电网调峰，但随着核电机组在电网中的比例逐渐增加——比如达到美国那样；在电网峰谷差距日益拉大的情况下——比如火电占比下降清洁能源比重上升的趋势下；在国内预期核电会大规模发展的现实情况下，核电参与电网系统调峰或许并非天方夜谭。

而CAP1400在设计中似乎早已考虑了这个问题。

上海核工程设计研究院总体技术部主任助理王煦嘉告诉记者，目前世界核电界已经开始重视三代核电在更为经济、清洁的情况下调峰能力提升问题，“这是为了应对未来核电大规模发展所做的准备之一。”据王煦嘉介绍，CAP1400具有灵活的运行能力，具备调峰能力。首先，CAP1400具备堆芯18至24个月换料能力，提升了电厂可利用率。同时CAP1400具备混合氧化物燃料装载能力，解决铀资源缺乏后的替代问题。最后，CAP1400具有先进的燃料管理系统，具备负荷跟踪和频率控制能力。

据记者了解，CAP1400的堆芯功率由MSHIM(机械补偿模式)控制，无需调硼，即可参与调峰又大大减少了放射性废液产生量。

上海核工程设计研究院堆芯设计所主任杨波告诉记者，CAP1400的功率变化主要靠控制棒调节，相比当前的二代加机组有更好的调峰能力，但调峰能力不是绝对的，“按照设计，在燃料的前80%-85%的使用时间里，应该比较容易调峰。到后期的话，调峰会困难一些。”目前核电参与调峰的实际应用最多的可能就是法国，但是不同于法国普遍的通过调硼——主要是依靠一回路硼浓度的变化来调节，硼调节的话就要依靠稀释或者是硼化，稀释过程中会产生大量的废水——这会造成一定的经济成本和环境风险。

王煦嘉表示，CAP1400如果参与电网调峰，过程中相应产生的放射性废物是比较少的。CAP1400调峰所产生的的放射性废物量比二代加机组反应堆的废物量会减少很多，因为并不是通过一回路的调硼来实现调峰。

当然，上海核工院的多位专家均表示，虽然CAP1400具有调峰能力，但是像火电一样随机地调峰也并不太适合于核电。如果有规则地调峰，按照设计来看是可以的。像CAP1400，反应堆堆芯有89束控制棒组，其中48束是停堆棒，41束调节棒是可以参与反应堆功率控制的。

装备制造体系是如何炼成的？

大型核电项目对于国内社会经济的意义而言并不仅仅是稳定清洁的电力——大国重器可以很形象解释先进的重型装备制造业在大国崛起之路中的重要作用。其中，先进完整的核电装备制造体系又是直观的体现之一。

对于CAP1400而言，最大意义可能并不是突破了净功率1350MWe的知识产权壁垒，而是通过CAP1400的国产化设计和未来的建造过程中，我国的装备制造体系或将完成一次质的飞跃。

那么CAP1400的装备制造体系是如何炼成的呢？据了解，为了顺利完成AP1000示范堆和重大专项CAP1400的建设。国家核电从2009年就开始着手建立三代核电的合格供应商体系——几乎涵盖世界范围内最先进的装备制造企业。国家核电设备部主任张福宝告诉记者，“合格供应商不是与生俱来的，需要一个培育的过程。从国家核电诞生那天起，这件事就已经着手做了。”张福宝表示，CAP1400的批量化、规模化的发展，首先面临的问题就是设备——多数设备企业都是从制造二代核电装备而具备核装备生产的能力——这不代表能够制造三代核电设备。对此，国家核电成立之初就设立了三条主线的工作思路。一个是依托项目建设，第二个是重大专项，第三个是技术转让和设备国产化。这三条线就是建立三代核电、支撑三代核电规模化、批量化发展的基础。

国家核电董事长王炳华在2014年三代核电AP/CAP合格供应商年会致辞中讲到，“两年来，AP/CAP合格供应商从57家增加到109家，大家坚持共同发展的方向，已经形成了利益共同体和价值共同体。这里不仅有中方企业，也有外方企业，不仅有国有企业，也有民营企业。”“很多民资企业在参与三代核电发展过程中取得了很大的成绩。”张福宝告诉记者。而对于国内企业转化吸收国外装备制造业技术，国家核电做了大量的工作。

“首先我们在经过一定时间调研的基础上，编制发布了一个合格供应商管理办法，提出了CAP1400设备体系的标准。如果有意愿参与三代核电设备研发的企业，经过一定标准的审核，国家核电将帮助其进行西屋联队技转包的吸收转化。”记者了解到，国家核电接受的技术转让包中装备制造相关的任务包占了绝大多数。因此，对于国家核电来说，如何通过技术转让，让国内的装备制造企业尽快掌握技术、消化吸收就是最重要的工作之一。而在技术消化吸收的基础上再创新，就是技转的第二步。国家核电在这个环节上发挥了非常重要的作用——设置了一个独立的技术许可部，专门从事服务国内装备企业接受技术转让的工作。

张福宝告诉记者，在国内企业接受技转过程中，去国外相关企业进行培训是一个重要步骤。而如果我们的企业在国内进行技术吸收的过程中需要技术支持与服务，国家核电也会根据合同联系国外相关企业到现场来指导。同时，国家核电也会组织国内的装备制造企业进行业务上的交流，这其中有合作也有竞争。而三代核电设备自主化也正是在这种合作和竞争中不断的取得突破。