“国和一号”带来自主研发革命

文=余芳倩

（作者为资深媒体人）

“国和一号”是中国十六个重大科技专项之一，代表着当今世界三代核电技术的先进水平，是中核电技术研发和产业创新的最新成果。“国和一号”为世界核电技术创新提供了中国智慧。作为三代技术的主要研发平台，上海核工院也走出了一条中国特色的核电自主化发展之路。

2020年9月28日，中国国家电力投资集团（以下简称“国家电投”）宣布，中国具有完全自主知识产权的三代核电技术“国和一号”完成研发。据悉，“国和一号”是中国十六个重大科技专项之一，代表着当今世界三代核电技术的先进水平，是中核电技术研发和产业创新的最新成果，采用“非能动”安全设计理念，单机功率达到150万千瓦，也是目前中国自主设计的最大功率的核电机组。

“国和一号”也称作CAP1400，是我国在引进消化吸收国际先进三代核电技术的基础上，依托国家大型先进压水堆核电站重大专项开发的、具有自主知识产权的大型先进核电型号，具有安全系数高、经济性能好、创新成果多等特点。

国庆节前夕，“国和一号”成为新闻媒体追逐的热点话题。关注点有二：一是“国和一号”是国际公认的、代表世界三代核电先进水平的技术型号；二是“国和一号”是完全自主设计的中国核电技术品牌，标志着我国完全具备先进核电自主化能力。

历时12年 全面掌握三代核电关键技术

据悉，“国和一号”能为社会提供强大的电力，每小时可以为电网提供150万千瓦时电量，每年能够提供近130亿千瓦时电量，冬天还能供热。“国和一号”核电机组设计寿命达60年，发生严重事故的概率相当于二代核电机组的1%，单台机组年发电量可满足超2200万居民的用电需求，每年可减少二氧化碳等温室气体排放超900万吨。

而这项自主创新的大工程汇聚了国家、行业、产业全方位的力量，其研发工作从2008年正式启动，历时12年科研攻关，477家单位、2.6万余名技术人员参与其中。国家电投所属的上海核工程研究设计院（以下简称“上海核工院”）以压水堆重大专项总设计师郑明光为代表的技术团队对“国和一号”顶层设计方案进行了全面创新，包括增加钢制安全壳厚度和直径以扩大核岛空间，重新设计研制蒸汽发生器，大幅度优化主泵流量、主管道流通截面等，实现型号总体性能和效率全面提升。2014年1月，“国和一号”初步设计通过国家能源局评审；2016年2月，通过范围最广、内容最细的联合安全审评；2016年4月，通过国际原子能机构通用安全审评，获得国际认可。目前，“国和一号”示范工程施工设计已完成99.2%。

在创新性上，“国和一号”取得多项成果。截至今年8月，压水堆重大专项累计形成知识产权成果6513项，获得国家授权专利1052项，形成新产品、新材料、新工艺、新装置、新软件392项。并且“国和一号”也已通过评审，具有自主知识产权和出口权，为我国三代先进核电的规模化、批量化发展与“走出去”提供了有力保障。

在安全性上，“国和一号”基于多层防御体系，系统性地应用“非能动”和“简化”理念，并经过了完整试验验证。研制过程中新建22个台架，完成17项试验共887个工况，开展了堆芯熔融、安全壳冷却等6大试验课题，建成了一批具有世界先进水平的综合配套试验设施，支撑了安全审评，确保了项目安全。

据悉，目前，我国已拥有两种自主三代核电技术，分别为“国和一号”与“华龙一号”。“国和一号”国家核电集团采用的是“非能动”安全设计理念，所谓非能动技术指的是安全系统可以不依赖外来的动力源，完全靠自然对流、重力、蓄压势等自然本性来实现安全功能。“华龙一号”是中核集团和中广核集团在我国30余年核电设计、制造、建设和运行经验的基础上推出的三代核电技术，采用“能动+非能动”安全设计理念，我国也拥有自主知识产权。这两大核电技术采用不同的技术路线，都代表着我国核电研制能力的最高水平。

相比二代核电技术，第三代核电技术具有更高的安全性和先进性。目前主流的三代核电技术主要包括美国西屋电气公司设计的AP1000技术、法国的EPR技术、俄罗斯的VVER-1200技术、中国在引进的AP1000基础上自主研发的CAP1400型压水堆核电技术（“国和一号”），以及中国自主研发设计的“华龙一号”技术。

据悉，我国曾计划大力推广AP1000技术，但因该技术首台机组建设拖延多年等因素，自主三代核电技术“华龙一号”开始崛起。目前已有多个原计划采用AP1000技术的核电站，改用了“华龙一号”技术，比如，国务院常务会议核准了海南昌江核电二期工程和浙江三澳核电一期工程，两大项目有效总投资超过700亿元，也均将采用“华龙一号”技术。

上海核工院总经理王明弹曾公开表示：“国和一号”除解决了我们知识产权、设计能力问题，还解决了装备制造、建造、调试、管理等问题，发挥了核电项目对整个工业行业的引领作用。

那么，如何界定12年的研发时间？2006年11月，中国政府决定引进美国西屋AP1000技术，并确认为未来中国核电发展的主流技术路线。2007年，国家核电技术公司（2015年与中电投重组为国家电投）成立，作为引进消化吸收该技术的平台，实施相关工程设计和项目管理，并负责CAP1400技术的研发和落地。2008年2月15日，国务院第209次常务会议上通过重大专项总体实施方案，并将CAP1400的研发和示范工程建设列为国家科技重大专项的重点任务，由国家电投牵头，吸收有关单位共同攻关。国家为此特批了山东威海市荣成石岛湾厂址，用于建设CAP1400示范核电站，拟建设2台大型压水堆核电机组，设计寿命60年，单机容量140万千瓦。

由此可见，2008年的国务院第209次常务会议可以界定为“国和一号”的研发起点。

国家电投称，“国和一号”在经济性上具有明显竞争优势，且打破了多项技术垄断，主泵、爆破阀、压力容器、蒸汽发生器、堆内构件等关键设备、关键材料全部实现自主化设计和国产化制造，设备整体国产化率达到90%以上。批量化建设后，工程造价可再降低20%左右。

核电作为投资巨大、安全性要求极高的高科技产业，实现自主化离不开强大的国力支撑。从“国和一号”的成功可以看到，经过30多年不间断积累的核电工程建设和运营经验，目前我国的核电建设能力已经走在了全球前列。目前，我国已完成5台国际三代核电机组的建设，数量居全球第一，其中三门核电一号机组为美国AP1000全球首堆，台山核电一号机组为法国EPR全球首堆，过硬的核电建设能力，严格的技术安全审查，使得这些“全球首堆”能够为世界其他三代核电机组的建设提供极有价值的经验和信息。另外，截至2019年年底，我国在建核电机组13台，总装机容量达到1387.1万千瓦，居全球第一。据测算，到2025年，我国在运核电装机容量将达到7000万千瓦，在建3000万千瓦；从“十四五”及中长期看，自主三代核电技术在我国清洁能源体系中的作用将更加凸显。

上海核工院走出一条中国特色的核电自主化发展之路

据了解，“国和一号”为世界核电技术创新提供了中国智慧。作为三代技术的主要研发平台，上海核工院也走出了一条中国特色的核电自主化发展之路。

上海核工院从1970年蹒跚起步，伴随着改革开放和我国核电发展进程一步步成长壮大起来。从秦山核电实现中国大陆核电“零的突破”，到巴基斯坦恰希玛核电站实现“走出去”，再到技术总体支持中国第一座重水堆核电站创国内大型核电站工程设计和项目管理与国际接轨的先例，上海核工院奠定了其作为我国核电自主化关键力量的历史地位。

2019年8月，国家电投以上海核工院为主体和依托，组建核能技术创新与工程建设平台。国家核电与上海核工院实行“两块牌子、一个本部”的一体化管理模式，标志着国家电投核能产业发展进入一个新的阶段，业务更加聚焦，核心竞争力得以强化，专业化、标准化、集约化管理水平进一步提升。

国家核电（上海核工院）相关负责人表示，站在中国核电50年发展新的起点，未来将加快由核电向核能拓展、单一核能向多能综合利用拓展、核能向核技术利用和核环保拓展的“三个拓展”，实现核能创新发展向多领域、“深水区”、“无人区”迈进，努力打造成为“世界一流核能成套技术开发商”和“世界一流核能整体解决方案提供商”。

上海核工院是我国首个具有核电站全厂研发设计能力的核电总体设计单位。拥有先进核能技术研发、运用推广、EPCS总承包以及全寿期技术支持的专业化管理和项目总包能力。上海核工院提出将秉持“引领核电技术，产品卓越交付”的理念，坚持“做优服务、保障安全、成就价值”的服务理念，通过卓越的技术和创新，为世界提供安全、清洁、可靠的核电能源。

资料显示，上海核工院是隶属于国家电投的重点研究设计单位，是一家以核电工程研究设计为主的高新技术企业。上海核工院是在党中央第一代领导核心的关心下建立起来的，始建于1970年2月8日，中国核电就是从这里起步的。2007年5月，根据《国务院关于组建国家核电技术有限公司有关问题的批复》，上海核工院从中国核工业集团公司整建制划归国家核电技术有限公司，后重组至国家电投集团。上海核工院拥有一支从事核能前沿技术研发、工程设计和管理、高端技术服务的一流人才队伍，现有从业人员2700余人，其中中科院院士1名，国家设计大师4人，行业设计大师5人；博士及博士后占4%，硕士研究生及以上学历41%，本科以上学历98%。拥有核工业行业设计、工程造价、建设项目环境影响评价、电力工程调试等一系列甲级资质。荣获中国国家科技进步特等奖、国家工程设计特等奖等609项国家级、国防科工委和省部级荣誉，以及全国文明单位（3次）、全国五一劳动奖状（2次）、上海市文明单位（12次）、上海市市长质量奖、首批上海品牌认证等称号。

上海核工院在核电领域的业绩主要包括：独立自主研发设计秦山核电站一期；巴基斯坦恰希玛核电站1—4号机组总包设计；秦山二期、田湾核电设备监制；与西屋合作开发准三代CPWR1000；秦山三期核电站总体设计；CNP1000研发；红沿河1—4号机组分包设计；承担世界首批AP1000三代核电三门海阳四台机组的核岛工程总承包工作，并参与设计。正在开展的设计研发工作包括：重大专项“国和一号”型号研发、设计、设备研制、试验研究；CAP1700方案设计；小堆方案研发；30万改进型设计；四代堆预研；国内28个机组技术服务与运行支持、技术改造。

从上述业绩可见，上海核工院从秦山核电起步，积累核电设计经验，并将其总结推广，再通过第三代核电技术的引进消化工作进行突破创新，最终研发出大型先进压水堆CAP1400第三代核电技术，积累了核电自主开发和设计的雄厚实力，以型号开发为驱动，具备了能够根据市场化需求，快速提供核岛设计方案并评估工程实施可行性的能力，形成了以概率安全分析等为代表的国际前沿领先学科，是国内核电领域专业覆盖全面的核工程研发和设计单位，也是国际一流的核电研究设计机构。

首先，拥有完善的技术评估体系，国际领先的创新研发能力。基于上海核工院科技发展战略，建立了以科技发展与专家委员会、总体技术部、科研管理部、质量安全管理部等为主体的技术评估体系，跟踪分析研究国内外核电技术发展趋势。现有8大技术领域、31个学科和101个专业，是我国目前唯一具有核岛全岛研发设计能力的核电总体设计单位。

第二，立足自主创新，核心技术必须自己掌握。逐渐完善了CNP300、CNP1000、CAP1000、CAP1400、CAP1700、CAP200L等核心的技术型号，覆盖了从大到小、从陆到海的全方位的压水堆核电机型，能够适应不同国家和不同市场对核电和核能的需求。此外，还开展四代核电的预研工作，引领国际核电技术的发展潮流。

第三，产学研用合作，构建三代核电产业创新联盟。上海核工院牵头联合上海交通大学、上海电气核电集团共建上海核电工程技术研究中心，并协同中科院、中核集团、中船重工集团下属单位以及行业骨干企业，建设了19个联合技术中心（实验室），为打通理念创新—原始创新—集成创新—技术应用—工程示范—成果批量化产业化提供平台，推动科技、产业、经济的深度融合，支撑核电技术研发到技术应用再到技术产业化的产业链条的完善。

第四，制订国内外行标，掌握压水堆核电技术发展的话语权。上海核工院在核电研发、设计和服务中全面采用国家核安全导则，通过参与制定我国国家标准、行业标准，树立行业典范，同时积极参与国际原子能机构(IAEA)相关标准，美国机械工程师协会(ASME)相关标准等国外先进标准的制修订，参与IAEA导则和ASME等规范和标准的修订，通过标准制定和工具开发，为行业树立了标杆。

第五，走向国际舞台，落实“一带一路”倡议，打造中国核电的国家名片。上海核工院是技术出口的先行者，上世纪90年代，30万压水堆核电技术出口巴基斯坦，被朱镕基总理称为“南南合作”的典范，是当时我国最大的技术出口项目。近年来，院不断总结我国三代核电自主化实践和CAP1400重大专项研发的成果，积极落实“一带一路”倡议，推动中国核电走出去战略的实施，助力中国标准走向世界，努力打造中国核电的国家名片。

2020年9月28日，在国家电投“国和一号”品牌正式发布后的当天下午，上海核工院举办了七二八工程50周年报告会暨核电自主创新发展论坛，以“核电自主创新发展”为主题，致敬我国核电发展的光辉历程，畅想我国核能自主创新的远大前景。

国家电投集团党组副书记、董事祖斌回顾了50年的核电发展实践，谈到三点重要体会，一是党中央、国务院的英明决策和坚强领导，是核电自主化发展的根本保障；二是我国集中力量办大事的制度优势，是实现核电自主化发展的关键因素；三是始终坚持以我为主、创新创造，是实现核电自主化发展的本质特征。祖斌指出，核能未来发展面临诸多挑战，需举全行业的智慧与力量来应对和突破，并提出合力打造中国核电的核心竞争力、协同推动核能综合利用的水平和速度、一同营造可持续发展的产业生态、携手并肩推动中国核电“走出去”等四点倡议。

论坛上还进行了国家核电技术有限公司、上海核安全审评中心、国家电投核能产业创新中心的揭牌仪式。国家核电在我国三代核电引进消化吸收再创新工作取得成功后，南迁上海，与上海核工院一体化运作，打造具有全球竞争力的世界一流核能技术创新与工程建设平台。上海核安全审评中心是我国核与辐射安全技术支持机构，于2020年1月经国家核安全局批复成立，依托上海核工院开展工作，接受国家核安全局业务指导。2019年11月，国家电投正式成立“国家电投核能产业创新中心”，以上海核工院为主体和依托，力争在2025年建成国家级核能技术创新中心。

据了解，目前，国家电投正在积极推动“国和一号”在南非和土耳其的核电项目中落地。