秦山三期重水堆核电站技术创新实践

2012-01-21张振华

中国核电 2012年2期

张振华

（秦山第三核电有限公司，浙江海盐 314300）

企业自主创新能力是企业可持续发展的动力。作为我国首座商用重水堆核电站、国家重点工程、中加两国迄今最大的贸易项目，工程建设阶段坚持自主原则的基础上，结合中国国情，在实践中找到一条“中外结合、以我为主”的管理模式，实现了核电工程管理与国际接轨，投入生产运行后，以提升管理和科技创新能力为核心，培育以核安全文化为核心的企业文化，增强企业软实力，培养和造就了一支思想素质高、业务技术精、敬业爱岗、作风过硬的员工队伍，提升了企业核心竞争力，有力促进了电站建设和运营管理等各项工作。

1 消化吸收引进技术，坚持改进创新，提升重水堆核电机组综合性能

一直以来，秦山第三核电有限公司（简称秦山三核）不断消化吸收重水堆技术，坚持进行电站系统和设备的技术改进，进一步提高电站的安全性和可靠性，提升机组综合性能，并先后有24项技术攻关和技术改进项目获得省部级及以上科技奖励。秦山三核组织实施了“增设停堆数据采集系统”、“模拟机改造”、“增设辅助给水泵”、“冷却水复合缓蚀剂研发”、“增设RCW检修备用系统项目”、“400 V不间断电源（UPS）设备改造”、“电源优化项目”等一系列重大技术改进。有多项是重水堆核电站的首创，如“增设停堆数据采集系统”技改项目，系统投运后为主控制室提供了更精确的电站停堆系统数据显示，增强了操纵人员对系统状态的监控和瞬态分析能力。通过与国内设计单位合作，在消化吸收国外技术的基础上，成功建成我国首座乏燃料干式贮存设施，为后续其他堆型乏燃料中间暂存推广应用奠定了技术基础。RCW检修备用系统的建成投运，不仅解决了RCW/RSW系统检修问题，可有效缩短大修工期，还提供了严重事故缓解手段，是国际上重水堆机组的首创，也为沿海机组热阱多样性设计提供了很好的工程实践。

秦山三核重视技术创新管理，通过建立技术创新激励机制鼓励员工钻研学习技术，开发电站实用新技术，建成投运以来产生了一批“方形冰塞夹套”、“汽轮机盘车增力装置”等具有自主知识产权的技术成果。公司在自主技术创新的过程中，不仅进一步提高了机组的安全性和可靠性，而且取得了多项具有自主知识产权的成果。截至2011年11月底，公司共申请专利28项，其中16项已获专利授权。

2 坚持自主科技攻关，实施汽轮机功率提升改造

秦山三核汽轮发电机组原设计额定功率为728 MW，商运时性能考核试验值为720 MW。秦山三核在国外设计制造商改造无果的情况下，经过自主科技攻关，对两台机组汽轮机功率实施了提升改造，成功实现两台机组出力各提升了8 MW，在不增加投入的情况下每年可增加发电量1.2亿kW·h。秦山三核自主实施汽轮机功率提升改造的良好实践，已成为对国外技术消化吸收再创新的成功范例。

3 深入开拓重水堆技术优势，大力推进重水堆钴-60生产、回收铀和钍资源利用技术开发

秦山三核高度重视科技创新，重点推进钴-60生产、回收铀和钍资源利用技术开发，作为公司在核电发展新形势下，为国家核电发展作出新贡献的“三步曲”。

3.1 推动自主创新，实现钴-60同位素大批量生产，打破国外技术垄断

钴-60放射源在食品保鲜、辐照育种、医疗器械消毒、伽马手术刀、肿瘤治疗、工业探伤和材料改性等领域有着广泛的应用。此前，我国的钴源市场全面依赖进口。在国外技术垄断、引进技术难以达成的情况下，秦山三核在中核集团公司的主导下开展自主创新，启动了国内自主研发工作。2003年，国内研发正式启动，国内多家单位紧密合作，自主研发了相关的钴调节棒设计和安全分析、制造和检验、堆顶更换和水池解体、厂外运输以及热室加工等五大关键技术，成功攻克了钴调节棒设计、制造、加工的关键技术，为钴-60的顺利生产奠定了坚实的基础。两台机组的设计生产能力为平均年产600万居里（1 Ci=3.7×1010Bq），能满足目前国内约80%的市场需求。

该技术于2008年6月19日获得国家核安全局的审评认可。2009年年初在秦山三核1号机组正式投入生产。至今已顺利完成3批次，约1600万居里的钴-60同位素辐照生产。完成500万居里热室分装后，已投放到国内市场。后续将按每年600万居里的计划持续生产，以满足我国的市场需要。

这一创新成果在打破国际垄断的同时，将进一步提高中核集团在同位素领域的核心竞争力，为国家工业和医用钴源的供给提供有力保障，促进我国辐照产业和下游同位素应用产业的发展。

3.2 开发重水堆利用回收铀技术，为我国回收铀利用开辟一条崭新的出路

我国走核燃料闭合循环和铀钚分离的技术路线，压水堆乏燃料后处理产生大量回收铀和少量回收钚，回收钚可用于MOX燃料或今后的快堆，但回收铀一直没有合适的方式高效经济利用。国际上也非常重视对回收铀的再利用，但由于技术和经济的原因一直未能很好地解决这一问题。

我国是少数几个既有压水堆又有重水堆的国家。重水堆可经济高效利用压水堆回收铀，实现回收铀在重水堆上的再利用并形成规模化、产业化，对于我国提高铀资源利用率、减轻核燃料供应压力、维持核能可持续发展有着十分重大的意义。

秦山三核从2008年开始，投入大量的人力、物力开发这项技术。根据深入研究，制定了两步走的开发战略，即先以等效天然铀方式利用回收铀，取得一定的经验之后再逐步实现经济效益更高的回收铀直接利用。到2009年年底，在短短的两年时间内，顺利完成燃料设计，入堆示范验证的许可申请，以及示范验证燃料的加工制造。2010年3月下旬，秦山三核实现了国际上首次将小批量的回收铀燃料放到秦山三核运行重水堆上进行示范考验，2011年3月底示范验证顺利完成，取得了令人满意的试验效果。

在前期堆内试验验证成功的基础上，秦山三核于2011年上半年顺利启动了全堆应用开发工作，计划用2～3年的时间完成全堆应用的设计、安全评价、燃料生产线改造、换料软件改进等工作，力争于2013年底前在重水堆上首次实现回收铀全堆应用。

秦山三核重水堆应用回收铀项目得到了国家相关部门的大力支持，国防科工局立为核能开发项目，国家能源局也组织专题会议进行论证。此项目探索了一条企业科技创新的新路子，对提高铀资源利用率，为大规模后处理厂配套，加强核燃料供应保障和资源利用，促进核能事业安全高效可持续发展具有重要意义。

3.3 开展钍资源利用研究，为我国的钍资源核能利用取得新突破

钍是潜在的核能资源，我国的钍资源储量居世界第二。为落实国家能源局2008年12月组织召开的钍资源核能利用专家研讨会精神，2009年，公司联合国内外多家合作单位开展了重水堆利用钍资源的相关研究。2009年10月发布钍燃料重水堆的初步可行性研究报告。该报告提出基于已有的增强型CANDU-6重水堆以及高性能CANFLEX燃料技术，近期实现对钍资源的核能利用，并带动钍资源核能利用相关关键技术研究。

鉴于世界上还没有钍堆，国内相关基础技术还非常薄弱，直接一步到位建造钍燃料重水堆困难较大。为此，公司提出先进燃料重水堆方案，拟分两阶段渐进发展模式来实现重水堆对钍资源的利用。

第一步，在秦山三核实现回收铀等效利用的基础上，新建两座先进燃料重水堆实现对回收铀的直接利用，并与国家将要建设的大型后处理厂配套，进一步提高回收铀利用率和大幅降低乏燃料量。少量通道使用钍燃料组件开展示范应用。具备钴-60生产能力，全面满足国内日益增长的钴-60放射源需求，提高重水堆核电站的综合优势和经济性。采用三代最新标准，进行技术改进和安全增强，根据福岛事故经验反馈，在重水堆原有固有安全的基础上增强严重事故预防和缓解措施。

第二步，建设两台全堆钍燃料示范重水堆。在前两个先进燃料重水堆建设的同时，在国内大力开展钍资源核能利用相关的技术研究。在中国核动力研究设计院研究堆上开展钍燃料辐照考验，目标：2014年年初入堆，2015年出堆检查，支持前两个堆的装料许可证。前两个堆建成后立即开展全尺寸钍燃料组件的辐照考验，积累数据和经验，为后续建设两台钍燃料重水堆作技术准备。

重水堆是利用钍资源的理想堆型，这对于我们来说是一个全新的领域，秦山三核将在国家相关部委和上级主管单位的领导下，加快推动钍燃料科研立项，加强国内科研基础研究和合作，实现“零”的突破。