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Zibo Water Treatment Technology Co., Ltd.

总重1400吨每平方米能承受坦克重量!这一大国重器终于国产化!

更新时间:2023-12-19   来源:bob勃比下载
  

  上世纪80年代,国内核电站开建的时候,超过九成以上的核电设备,都是引进的国外技术。

  如今,随着国产化的核电设备先后投入运营,核电技术的国产化率也达到了100%。

  那么,国产的核电技术经历了哪些突破?产业链的又是怎样一步步完善起来的呢?

  今年5月举办的“中国品牌日”活动上,“国和一号”核电机组的模型在展会上向世人亮相。

  核电机组整体上可分为两大部分,一部分是核岛,是进行原子核裂变反应的。另一部分业内叫常规岛,它的作用和常规的发电机类似。这两个部分,构成了一套完整的核电机组。

  从模型结构看,“国和一号”的核岛部分,整体结构是竖立状半圆形。下面的部分一个是反应堆能承受压力的容器一个是蒸汽发生器,上面则是一个水箱。

  常规岛部分位于另一侧,水烧开产生蒸汽,蒸汽顺着这部分复杂的管道进入汽轮机,而后驱动机器开始发电。

  上述两个部分,便是“国和一号”核电机组的大概构造。它属于CAP1400压水堆技术,是在此前AP1000非能动技术的基础上,改进和研制出来的。

  在发电性能上,它的功率为1500兆瓦,一年发出来的电量为125亿度,可以供给2200万人全年的用电需求。从耗能上来看,这相当于400万吨煤炭的消耗量,由此减排的二氧化碳量在千万吨以上。

  “国和一号”是在2020年9月完成一系列技术研发的。目前在石岛湾核电站,两台机组正在按期建设中。

  我国的核电起步于40年前,上世纪80年代第一批核电站建设运营时,所用核电技术有法国的,有加拿大的,后来还有俄罗斯的。

  由于引进技术多,核电机组从结构到标准也都存在一定的差异。所以越是运营到后期,我们越是发现,多技术并存的局面,不利于国产化和系统化,更不利于技术上的标准化。

  于是在2008年,国务院审议通过了一项关于核电站的实施方案,由此“国和一号”正式开启了研发。

  根据规划,核电专项领域的研发,主要解决三个方面的问题。即批量化建设的能力、安全性、产业链体系的构筑。也就是说,未来的核电站以及运营,要自己能建,运营方面安全要有保证,整个核电设备的产业链体系还要建立起来并稳固。

  基于这一原则,由电力投资集团牵头,超600家单位,总人数为31000多人的研发队伍便组建起来了。研发的总工程师为郑明光。

  他曾表示,设备的体型,十分契合重点项目实施方案中的“重”和“大”两个字。

  它有多重呢?设套设备中单台机组的重量就达到了100吨,再加上其余30多个模块的重量,总重量超过了1400多吨。

  至于“大”,单个模块的体积就能达到5000立方米。安全壳的直径,更是超过了40米。而另外一些模块的高度,则达到了70米以上,远超一般的居民楼高。

  从使用材料看,特制的钢板厚度超过了5厘米。一旦开启运行,有的组件内部每平方米承受的压力超过了40吨,远超于一般轻型装甲车的重量。

  除此之外,常规岛也就是发电的部分,弯曲复杂的管道超过了10000根。如果将这些管道连接起来,总长度在300公里以上。

  单单从构造来看,很难来想象这是一项多么复杂而严苛的研制工程。而且在原有引进设备的基础上,我们在研发中还加入了大量的新技术。其中有一项技术,跟核电运行的整体安全有关。

  在“国和一号”核电机组的核岛部分,上面是巨大的水箱。开始工作的时候,里面将会盛放3000多吨的冷却水。冷却水的最大的作用,是保障运行中的安全的。

  简单来说就是,一旦在运行中发生安全事故,水箱中的冷却水,可以不依靠任何外部动力系统,只靠着自身的重力就会下流,而后冷却位于下面的安全壳,保证内部不会因为温度迅速升高而超压,并且冷却水也能迅速起到降温和减压作用。

  这一设计理念,在业内被称为“非能动技术”。围绕这一技术,核电站运行中发生意外事故比如断电的情况下,整个核电机组不需要人工干预,在72小时内能自动保障安全。

  非能动技术的本质,就是减少传统的电力驱动系统,保证核电机组在出现安全风险后,能在人为不干预,或者电力驱动系统失效的情况下,继续运作来维持安全。

  按照这一理念,“国和一号”在整体设计的时候,相比于传统发电厂的阀门系统减少了一半,管道系统减少了八成以上,电缆系统减少了七成。

  是不是感觉不可思议,一套发电系统,在保障自身安全的时候,却尽量不用电力来驱动。这么做的终极目的,主要是因为这是有别于传统发电站的核电站。所以依照事故风险的处置,都以人不能进场干预的逻辑来设计的。

  除了自身的安全系统之外,“国和一号”的外层还有厚厚的安全罩。根据上海核工院的介绍,整套系统的外层是钢筋混凝土结构,它的厚度达到了1.1米以上。

  无论是海啸还是台风,来自外部的侵害都能有效抵御。哪怕是像波音737飞机那样的撞击,也跟挠痒痒一样。

  内部的核电机组完全是内生动力,不需要外部额外增加电机驱动。外部的安全罩防护也有效,内外构成一个整体,安全系数将得到大大提升。

  核电机组,说是一套发电设备,其实就是一项打造出来的工程。体型庞大,后期参与打造的企业众多,由此就需要一个完整而成型的产业链系统助力。

  600多家参与的单位,除了研发机构,其中有大量的单位是设备制造企业。研发者有什么构想和设计,参与的企业就得在现实中制造出来。

  以往,我们的整套核电设备和技术,九成以上都是非国产化的。打造“国和一号”的过程中,就是国产化一步步蜕变的过程,也是大量公司参与的时刻。

  比如核电机组中所用到的10000多根管道系统,这是核电领域专用的690U型管合金。这些被简称为U型管的设备可不简单,核反应堆加热后的热水,都是通过这一些管道来完成各种能量交换,并最终发电的。

  管道不但各种尺寸多,而且为了防辐射、防腐蚀,对制造的材料要求也很高。过去我们未实现国产化的时候,管道系统只能靠进口。

  世界上能生产这样管道系统的,只有法国、瑞典和日本的三家企业。技术和制造设备都被垄断,销售价格每吨超300万元。

  还在2005年的时候,一个叫庄建新的中国人打算去学艺。他千里迢迢找到法国那家老牌企业,本打算用股权去换技术,但人家连工厂大门都没让他进去。

  回国之后,庄建新成立了自家的公司,而后在上海核工院的指导下,投入资金开始自行研发U型管技术。

  几年的攻关后终于完成,不过刚开始的产量不高,生产150吨的产品就需要一年半的时间。没有产量,未来建造新的核电站,就不能保证产品供应。

  公司于是继续攻克难关,至今的年产量已经上升到了550吨。值得一提的是,此前庄建新想去学艺的法国公司,听说中国也能生产设备了,随后便来我国开设分公司,试图争夺市场占有率。去年的时候,庄建新的公司,成功将法国在我国开设的分公司收购。

  U型管的从无到有,仅仅是核电机组设备国产化的冰山一角,大量的设备在“国和一号”研发的过程中,我们都是从无到有实现了国产化和自主化生产。

  时至今日,在长三角地区,从设计到制造,从工程的建设到建造安装,再到核电站后期的运维,我国已形成了一整套核电产业链。

  “国和一号”在后来的建造采购装备中,51%的设备供货,都是长三角地区的企业。以上海为例,核电产业的企业和事业单位超过了200家,从业人员达到了2万人,年产值超过了240亿元。

  也就是说,我国现在的核电站打造,完全实现了国产化。现在,我们在国内建造核电站,未来我们的核电站和技术也能走向国外。

  “国和一号”的示范性工程,目前正在石岛湾核电站建设。而我国另一套自主研发的核电机组“华龙一号”,今年3月份的时候已经投产使用了。

  “华龙一号”机组,位于防城港核电站,属于该核电站的3号机组。3月份开始发电后,防城港核电站的机组达到了27台。

  “国和一号”和“华龙一号”,都拥有自主知识产权,随着在各地核电站进一步建造和使用,国产化核电机组的时代已经来临。

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