3月25日，中廣核防城港核電站3號(hào)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。這是我國(guó)西部地區(qū)首臺(tái)、國(guó)內(nèi)第三臺(tái)“華龍一號(hào)”核電機(jī)組，同時(shí)也是我國(guó)自主研發(fā)的核電數(shù)字化儀控系統(tǒng)——“和睦系統(tǒng)”首次應(yīng)用于“華龍一號(hào)”。

核安全級(jí)數(shù)字化儀控系統(tǒng)是核反應(yīng)堆的“緊急制動(dòng)系統(tǒng)”，對(duì)可靠性和確定性都有很高要求，開發(fā)難度極大，在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間里被國(guó)外壟斷。隨著“和睦系統(tǒng)”的誕生，這一“卡脖子”問(wèn)題被解決，我國(guó)也成為全球第四個(gè)擁有這項(xiàng)技術(shù)的國(guó)家。

此次“和睦系統(tǒng)”在“華龍一號(hào)”上的成功應(yīng)用，為我國(guó)三代核電強(qiáng)化了自主基因。

我國(guó)西部地區(qū)首臺(tái)“華龍一號(hào)”核電機(jī)組——中廣核廣西防城港核電站3號(hào)機(jī)組(中廣核供圖)

強(qiáng)化自主基因

中廣核起步于改革開放的標(biāo)志性工程——我國(guó)大陸首座百萬(wàn)千瓦級(jí)大型商業(yè)核電站大亞灣核電站。

大亞灣核電站1987年開工建設(shè)，當(dāng)時(shí)連鋼筋、水泥、電話線都需要進(jìn)口，核電運(yùn)營(yíng)人才更是“一窮二白”。當(dāng)時(shí)，大亞灣核電站派出110多名學(xué)員出國(guó)接受培訓(xùn)，在國(guó)家外匯儲(chǔ)備緊缺的情況下，支付了平均每人130萬(wàn)法郎的高昂培訓(xùn)費(fèi)。這筆費(fèi)用在當(dāng)時(shí)可以購(gòu)買相當(dāng)于一個(gè)成人體重的黃金，因此這些學(xué)員也被成為“黃金人”。

“黃金人”是改革開放初期中國(guó)核電人渴望學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)、追趕世界發(fā)展步伐的一個(gè)縮影。隨著此后三十多年來(lái)的引進(jìn)、消化、吸收和再創(chuàng)新，我國(guó)核電已經(jīng)培育出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“華龍一號(hào)”，實(shí)現(xiàn)了從“學(xué)徒”到“師傅”的跨越式發(fā)展。

“華龍一號(hào)”由中廣核和中核集團(tuán)聯(lián)合研發(fā)，是我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代核電技術(shù)。它采用177組堆芯燃料組件、雙層安全殼、能動(dòng)與非能動(dòng)相結(jié)合等多項(xiàng)設(shè)計(jì)特征，實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)性和成熟性統(tǒng)一、安全性和經(jīng)濟(jì)性平衡，是當(dāng)前世界核電市場(chǎng)上接受度最高的三代核電機(jī)型之一，也是中國(guó)核電走向世界的一張亮麗國(guó)家名片。

3月25日6時(shí)55分，隨著168小時(shí)試運(yùn)行試驗(yàn)圓滿完成，我國(guó)西部地區(qū)首臺(tái)“華龍一號(hào)”核電機(jī)組——中廣核廣西防城港核電站3號(hào)機(jī)組正式具備商業(yè)運(yùn)行條件。

“防城港核電站3號(hào)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，進(jìn)一步驗(yàn)證了我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)三代核電技術(shù)‘華龍一號(hào)’的安全性和成熟性?！狈莱歉酆穗娪邢薰军h委書記、董事長(zhǎng)梅俊表示。

據(jù)中廣核工程有限公司黨委書記、總經(jīng)理寧小平介紹，以防城港核電站3號(hào)機(jī)組為參考電站的“華龍一號(hào)”技術(shù)，于2020年10月20日順利通過(guò)歐洲用戶要求(European Utility Requirements)符合性評(píng)估，獲得了EUR認(rèn)證證書；于2022年2月7日通過(guò)英國(guó)通用設(shè)計(jì)(GDA)審查，獲得設(shè)計(jì)認(rèn)可確認(rèn)(DAC)和設(shè)計(jì)可接受性聲明(SoDA)證書。

防城港核電站3號(hào)機(jī)組也是我國(guó)自主研發(fā)的核電數(shù)字化儀控系統(tǒng)——“和睦系統(tǒng)”首次應(yīng)用于“華龍一號(hào)”。

核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)是核電站的“神經(jīng)中樞”，對(duì)于保證核電站安全穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮著重要作用。

上海中廣核工程科技有限公司黨委副書記、總經(jīng)理孫永濱表示：“‘和睦系統(tǒng)’在防城港核電站3號(hào)機(jī)組順利通過(guò)了冷試、熱試、裝料、并網(wǎng)等多個(gè)階段的重大考驗(yàn)。機(jī)組的成功投產(chǎn)，驗(yàn)證了我國(guó)三代核電技術(shù)和先進(jìn)核電儀控裝備的良好融合。”

“和睦系統(tǒng)”在“華龍一號(hào)”西部首堆上的成功應(yīng)用，為我國(guó)三代核電示范工程強(qiáng)化了自主基因。

核電“神經(jīng)中樞”中國(guó)造

核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱“核電 DCS”)是核電站的“神經(jīng)中樞”，控制著核電站數(shù)百個(gè)系統(tǒng)、上萬(wàn)個(gè)設(shè)備的運(yùn)行和各類工況處理過(guò)程。

核電 DCS 包括安全級(jí)和非安全級(jí)兩個(gè)部分。其中，核電安全級(jí) DCS 主要完成核電站反應(yīng)堆安全停堆和事故緩解功能，是一種“緊急制動(dòng)系統(tǒng)”。由于可靠性要求極高，研發(fā)難度大，長(zhǎng)期以來(lái)只有少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家掌握該技術(shù)，我國(guó)過(guò)去一直依賴進(jìn)口。

“2005年的時(shí)候，我國(guó)在核安全級(jí)DCS領(lǐng)域還是一片空白，所有核電站的控制設(shè)備都是引進(jìn)的。想談一些技術(shù)合作，別人都不跟你談?！鄙虾Ｖ袕V核工程科技有限公司黨委書記、董事長(zhǎng)江國(guó)進(jìn)回憶道，“所以當(dāng)時(shí)國(guó)家能源局就把這個(gè)任務(wù)交給了我們，專門去突破核安全級(jí)DCS的產(chǎn)品研發(fā)?！?/p>

原創(chuàng)性開發(fā)的道路是艱辛的，工作量也是巨大的。“我們不能從市面上購(gòu)買現(xiàn)成的軟件，研發(fā)團(tuán)隊(duì)要自己手寫出工業(yè)控制領(lǐng)域的操作系統(tǒng)、所有的嵌入式軟件和通訊系統(tǒng)，只這一點(diǎn)，就讓很多公司望而卻步?！睂O永濱回憶。

近150多名研發(fā)人員一起手寫出了大約500萬(wàn)行的代碼。“在最緊張的時(shí)候，研發(fā)團(tuán)隊(duì)集中住在一起，所有的計(jì)算機(jī)搬過(guò)去，封閉研發(fā)，大家誰(shuí)都不回家，三個(gè)月輪一次。”

不過(guò)，對(duì)于當(dāng)時(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的骨干成員、上海中廣核工程科技有限公司下屬?gòu)V利核公司技術(shù)部經(jīng)理張春雷來(lái)說(shuō)，龐大的工作量和枯燥的生活都不算什么。最困難的地方，是產(chǎn)品做出來(lái)以后，如何向監(jiān)管部門和專業(yè)機(jī)構(gòu)“證明”它是安全的、可靠的。

2010 年 10 月，我國(guó)首個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核安全級(jí) DCS 平臺(tái)“和睦系統(tǒng)”(英文名：FirmSys)研發(fā)成功，填補(bǔ)了我國(guó)在該領(lǐng)域的空白，使我國(guó)成為全球第四個(gè)擁有該技術(shù)的國(guó)家。

“我們做了大量的試驗(yàn)驗(yàn)證工作?！睆埓豪妆硎?。比如說(shuō)要做EMC試驗(yàn)、抗震鑒定試驗(yàn)、環(huán)境鑒定試驗(yàn)，以及搭建一系列原理樣機(jī)、1:1的工程樣機(jī)等等。為了獲得國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)的認(rèn)證，研發(fā)團(tuán)隊(duì)回答了來(lái)自7個(gè)國(guó)家的9名專家評(píng)審的一百多個(gè)問(wèn)題。

2013年，“和睦系統(tǒng)”通過(guò)了德國(guó) TüV等機(jī)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行的功能安全認(rèn)證；2014年，取得了權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)ISTec 第三方獨(dú)立驗(yàn)證與確認(rèn)(IV&V)；2015 年，通過(guò)了中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)組織的通用平臺(tái)鑒定；2016年，通過(guò)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)專家組的獨(dú)立工程審評(píng)。

十年磨一劍?！昂湍老到y(tǒng)”獲得了這些國(guó)內(nèi)外權(quán)威機(jī)構(gòu)的認(rèn)證，拿到了進(jìn)軍國(guó)際市場(chǎng)的通行證。

截至目前，“和睦系統(tǒng)”已在陽(yáng)江 5&6 號(hào)，紅沿河 5&6 號(hào)，華龍一號(hào)示范工程——防城港3&4 號(hào)，田灣 5&6、7&8 號(hào)，徐大堡 3&4 號(hào)，太平嶺 1&2 號(hào)，三澳 1&2 號(hào)核電機(jī)組以及石島灣核電站高溫氣冷堆示范工程等 21 臺(tái)國(guó)內(nèi)新建核電機(jī)組得到應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了多技術(shù)、多堆型的應(yīng)用覆蓋，成為我國(guó)自主核電的一張新名片。

安全性和可靠性達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平

在防城港3號(hào)核電機(jī)組的汽輪機(jī)廠房外墻上，“核安全高于一切”的標(biāo)語(yǔ)巨大而醒目。

“絕對(duì)安全、萬(wàn)無(wú)一失”是我國(guó)核電發(fā)展的根本遵循。作為承載著核電站“緊急制動(dòng)”任務(wù)的安全屏障，我國(guó)“和睦系統(tǒng)”與國(guó)外同類產(chǎn)品相比，任務(wù)調(diào)度性能提升60%，整體響應(yīng)時(shí)間縮短了15%，安全性和可靠性達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

核安全級(jí)操作系統(tǒng)的軟件需要把核電站的各種控制保護(hù)邏輯變成計(jì)算機(jī)可讀的代碼。為了解決軟件代碼轉(zhuǎn)換過(guò)程的正確性、可信度問(wèn)題，“和睦系統(tǒng)”研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)大量研究，采用基于形式化方法的核級(jí)軟件代碼生成技術(shù)，解決了傳統(tǒng)編譯技術(shù)難以避免的“誤編譯”世界級(jí)難題。研發(fā)團(tuán)隊(duì)使用這一編譯器已生成4千萬(wàn)行代碼，從未產(chǎn)生“誤編譯”錯(cuò)誤。

此外，“和睦系統(tǒng)”的成功研發(fā)不僅提升了我國(guó)核電運(yùn)營(yíng)的安全性和可靠性，而且有力保證了核電建設(shè)的工期，帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

一臺(tái)核電機(jī)組的建設(shè)工期通常需要60個(gè)月，包括土建、設(shè)備安裝、調(diào)試等多個(gè)階段。關(guān)鍵環(huán)節(jié)的延誤可能拖累整個(gè)工期。從過(guò)往經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，容易造成核電建設(shè)工期延誤的環(huán)節(jié)一個(gè)是主設(shè)備制造，另一個(gè)就是主儀控系統(tǒng)。

“因?yàn)樗挠绊懨嫣螅捎谠O(shè)計(jì)提資變更以及國(guó)外供應(yīng)商工作模式的問(wèn)題，造成工期的延誤。但是這種情況在我們自主掌握了這項(xiàng)技術(shù)之后就不存在了。”孫永濱表示。

擁有了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核安全級(jí)DCS系統(tǒng)，還能節(jié)省下一大筆運(yùn)維費(fèi)用?！叭绻脟?guó)外的產(chǎn)品，就要聘請(qǐng)國(guó)外的工程師來(lái)運(yùn)維，那可是‘從人家拎包出門就開始算錢’，按小時(shí)收費(fèi)。”孫永濱感嘆，“華龍一號(hào)”設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)年限60年，如果用國(guó)外的儀控系統(tǒng)，每年都要源源不斷地支出高額運(yùn)維費(fèi)用。

截止目前，“和睦系統(tǒng)”已在多種堆型核電機(jī)組上安全穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò) 50 堆年(一個(gè)反應(yīng)堆運(yùn)行一年為一堆年)，為我國(guó)核電建設(shè)節(jié)省資金超過(guò)50億元。