核电站用的燃料是铀。铀是一种很重的金属。用铀制成的 核燃料在一种叫“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量 热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生器 内产生蒸汽，蒸汽推动气轮机带着发电机一起旋转，电就 源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方。这就是 最普通的压水反应堆核电站的工作原理

实践中形成的中国核电自主设计能力 余剑锋，陈劲 （中国核工业集团公司核电部，北京，100822） 　　从中国核电20余年的发展实践中我们认识到，只有通过自主设计，才能够有效地实施核电厂的建造、安装、调试工作，并处理建设过程中的技术问题；只有通过自主设计，才能掌握核电工程管理的自主权，真正对核电的工程质量、建设进度和造价实施有效控制；只有通过自主设计，才能有效提高核电厂的运行管理能力，有效地解决核电厂运行、维护和改进中的技术问题。因此，核电的自主设计环节是中国核电自主化的关键所在，是核电自主工程建设、自主设备制造、自主运行管理和自主维护与改进、创新的基础。提高自主设计能力是降低核电造价、提高核电运行维护和技术服务水平的必由之路；最终有助于核电安全性、经济性的改善，提高核电的竞争力，为中国核电的可持续发展创造条件。 　　中国核工业集团公司致力于中国核能的和平利用和开发事业，是中国核电发展过程中的核电技术开发主体，同时也是核电投资者、营运者以及设计、技术服务和部分设备供应商等多种角色。由于拥有国内主要核电科研、设计单位，中核集团承担了自主建设和对外出口的核电厂的技术攻关和工程设计工作，承担了引进核电厂的部分设计和技术服务工作，因而十分注重核电设计自主化工作，视核电自主设计能力的提高为关键所在。 　　我们欣喜地看到经过多年核电技术科研开发、工程设计和运行维护技术服务等实践活动，中国已经形成了专业配置完整、知识和年龄结构合理的研究设计队伍；拥有了成套的设计软硬件环境和设计研究验证设施，建立了自己的设计管理和接口控制程序和质量管理体系。 1　中国核电实践概述 1.1 核电工程建设实践 　　中国大陆的核电从上个世纪80年代初开始起步，从无到有，目前已经初步形成了一定规模的核电工业基础，取得了很大成绩。 　　1981年11月，经多年精心筹划和认真准备，国务院正式批准自主建设秦山核电站（秦山一期）。几乎与此同时，国务院于1982年12月批准采用进口法国成套设备建设大亚湾核电站。随着秦山核电站和大亚湾核电站的陆续建成投产，中国在"九五"期间又开工建设了4个核电项目（共8台机组，装机容量为660万kW），中国核电进入了小批量发展阶段。到2005年在建机组全部投产后，我国核电将有11台机组、870万kW装机容量；届时，核电装机容量将占全国发电装机总容量的1.6%左右。另外，以30万kW压水堆核电厂的秦山一期为基础，中国于2000年9月成功地完成了巴基斯坦恰西玛核电站的出口合同，近期正准备与巴方签订第二个30万kW压水堆机组的建设合同。 1.2 核电技术科研开发实践 　　秦山一期30万kW核电站是400多项科技攻关、试验验证成果的结晶；"八五"期间，国家计委批准实施"60万kW核电厂关键技术和成套设备研制"科研攻关项目，包括核电厂系统设计、核岛设备研制、常规岛设备研制和核安全、环保技术四大课题70多项专题，所取得的成果确保了秦山二期60万kW核电站自主设计某晒Α? 　　"八五"期间，在政府部门的支持下，研究设计单位密切关注世界上先进核电厂的技术发展动态。在跟踪美国西屋公司的AP600的基础上，通过对蒸汽发生器二次侧非能动应急余热排出方式、铁水反射层和堆顶进入的堆芯通量测量系统等研究，提出了中国非能动型先进压水堆AC-600的概念设计，被国际原子能机构（IAEA）列入"世界各国先进压水堆"名单。 表1 中国核电工程建设实践表 核电厂名 堆型、容量 建设和投运时间 秦山（一期） 300 MW自主开发压水堆 1985年3月开工，1991年12月15日并网发电 大亚湾 2×900 MW法马通压水堆 1986年开工，1、2号机组分别在1994年1月和1994年6月投运 秦山（二期） 2×600 MW自主开发压水堆 1996年6月开工建设，1号机组2002年4月15日投运2号机组正在建设中 秦山（三期） 2×728 MW 加拿大CANDU-6重水堆 1998年6月开工建设，1、2号机组分别在2002年12月和2003年7月投运 岭澳 2×984 MW 法马通压水堆 1997年5月15日开工，1号机组2002年5月投运，2号机组2003年3月投运 田湾（一期） 2×1000 MW 俄罗斯VVER-1000压水堆 1999年10月20日开工，1、2机组均正在建设，将分别在2004年和2005年投运 　　"九五"期间开展了"先进压水堆核电厂关键技术研究"，包括工程设计技术研究、先进反应堆设计技术研究、非能动安全系统研究、数字化仪控系统研究和核电工程信息管理技术研究等五个大课题。在核电厂工程设计技术研究方面，针对核电厂工程设计上的许多技术难点，初步形成了较为完善的核电工程设计分析的骨干程序系统；在先进反应堆设计技术研究方面，解决了堆芯优化装料（低泄漏）自动搜索程序研制、热工安全裕量分析等关键技术，　初步形成了一套先进反应堆设计方法和实验手段；在数字化仪表与控制系统研究方面，大规模、成系统地针对这一领域组织技术攻关，研制成功了原理样机，为自主设计核电厂数字化仪表与控制系统进行了探索，积累了经验；在非能动安全系统研究方面，初步形成了一套先进压水堆非能动安全系统的设计手段和研究体系，为开展百万千瓦级新一代压水堆非能动安全系统技术研究和国际合作打下了基础。 　　2001年针对国内提出的百万千瓦级核电--CNP1000的概念设计及其反应堆初步设计，开展了堆芯水力模拟和流致振动等两项试验验证工作，研究结果表明，其反应堆设计完全可以工程应用。 　　长期开展的核电技术科研开发和陆续建成科研、设计试验验证装置，为核电自主设计的形成提供了技术储备和支持条件。 1.3 核电工程设计实践 　　中国的核电设计院在秦山一期、秦山二期的自主设计中，以及大亚湾、岭澳、秦山三期和田湾核电站的部分设计和技术服务中，积累了经验，增强了设计能力。 　　秦山一期的总体设计、堆芯设计、系统设计、厂房和土建设计等全部设计和技术服务工作均自主完成，对于该原型堆核电厂建设和运行中出现的技术问题，基本上都是国内专家予以分析解决的。 　　秦山二期是参考引进的90万kW大亚湾核电站、由中国自主设计的2×60万kW商用核电厂。国内设计单位在自主承担设计责任的同时，积极开展国际合作，通过对外技术咨询和引进部分软件、设计文件，解决了设计中遇到的一些技术问题，全面完成了工程设计任务。 　　岭澳核电站是主要技术进口、部分国内设计的百万千瓦级核电厂，中国设计院承担了部分总体设计、部分BOP项目和核岛土建设计。 　　国内设计院还参与了秦山三期和田湾核电站的设计和技术服务工作；并通过参与，最终承担了大亚湾核电站的换料设计工作。 　　经过20多年的努力，中国核电通过自主开发、学习和引进国外先进技术，不断地提高水平，积累经验，走过了从自主开发原型堆核电厂到自主设计建造商用核电厂的道路，在自主设计、自主建造、工程管理、自主运营、自主制造、核燃料配套以及核安全监督管理等方面形成了进一步发展的能力和基础。 2　核电厂的建设经验和运行业绩 2.1 秦山核电站 　　秦山核电站是一个30万kW压水堆、单机组、原型堆核电厂，是中国大陆自行设计、建造和运行管理的第一座核电厂，是中国自主建设核电厂零的突破。 　　秦山核电站的总体设计单位是上海核工程研究设计院。参加设计的单位还有华东电力设计院、上海市政工程设计院、北京核工程研究设计院、核工业第四设计院和浙江省钱塘江工程管理局等五个单位。安全方面的设计参考了当时的国际通用标准，符合国家颁布的有关设计安全法规及"放射防护规定"标准。不但安全设施具有多重性、多样性的特点，而且充分考虑了可能发生的自然灾害如地震、潮夕、洪水、台风等的影响，保证与安全有关的建筑物、系统和设备不会遭受破坏而丧失设计功能。核电厂设计中还设置了放射性三废处理和净化系统、剂量监测系统、屏蔽防护设施，以确保机组对外排放有效控制在国家规定的限值之下，保障工作人员和附近居民的人身安全。 　　由业主和设计院组成联合调试队自主实施的调试工作进展顺利。1990年11月开始核岛主系统冷态水压试验，到1992年8月完成100%额定功率阶段的试验，历时两年，共完成调试项目260余项。其中大型调试项目如核岛主系统冷态水压试验、汽轮机非核蒸汽冲转、安全壳强度密封试验、反应堆装料、物理启动及首次并网发电均一次成功。 　　自1991年12月15日机组首次并网成功，秦山核电站已安全运行近十三年，没有发生任何核安全事故，没有发生任何影响公众及环境的放射性泄漏事件。在役检查和安全壳强度、密封试验结果表明，核电厂三道屏障完整，设备安全可靠。秦山核电站运行以来，未对周围环境产生辐射影响，仍保持在天然本底水平；废物排放控制接近国际同类电站的先进水平。十余年运行与同等发电量的燃煤发电相比，向环境减排硫氧化物十多万吨、二氧化碳约二千万吨。 　　在完成了第七个燃料循环后，目前正在按计划进行换料大修；1995年、1996年、2001年能力因子分别达86.8%、81.9%、93.9%，均高于同期世界中值。　2002年在第六个燃料循环内连续安全运行331天，2003年在第七燃料循环运行中，更是创下安全运行443天的其历史最好成绩。截止到2003年10月21日，累计发电量达到206.2亿kWh，取得了良好的经济效益和社会效益。 　　从秦山核电站的科研开发到投产运行，开展了大量的科研试验工作，共完成科研开发和技术攻关400余项，拥有了一些自主知识产权，如反应堆堆芯设计、燃料组件设计以及大量软件开发。先后有150多项科技创新和技术开发项目获得国家级和省部级科技进步奖，核电厂设计与建造荣获国家科技进步特等奖。 　　通过秦山核电站的自主实践，使核电技术人员做到了既知其然又知其所以然。这对保证核电厂建设质量、提高电站运行水平具有非常重要的意义。掌握技术，有利于实现设备国产化，有利于降低造价。秦山核电站比投资仅为每千瓦5900元人民币，比同期进口核电厂单位造价低很多。4万多台套的设备，大多数由国内600多家厂商自主制造。由于掌握了技术，在几次大修、整治、技改和故障排除中，技术人员能找出问题、提出对策，有效排除设备故障，同时还在新的实践中继续提高技术，积累第一手经验，对于保证电站设备可靠运转、提高电站运行效率起到了非常重要的作用。 　　秦山核电站10年安全运行的良好业绩，说明了核电是安全、经济、清洁的能源。说明了中国已经基本具备了依靠自己的力量设计、建造、运行和管理好核电厂的能力，是我国走自主发展核电道路的一次成功实践。 2.2 秦山二期2×60万kW压水堆核电站 　　秦山核电二期工程是中国自主设计、自主建造、自主运营的第一座商用核电厂，装机容量2×60万kW，工程总投资148亿元。设计、施工和工程监理分别由核工业集团公司、核工业建设集团公司和华东电力系统的设计院、建筑安装公司承担。秦山核电二期工程采用国际标准，遵循"以我为主，中外合作"方针，1号机组于1996年6月开工建设，于2002年4月15日提前47天投入商业运行，以1330美元/kW的造价显示了自主化建设的商用核电机组的成本优势。 　　"以我为主、自主设计"，秦山二期工程就是自主选定设计目标、确定技术方案、选择技术参数、确定关键设备的功能和指标，即：技术决策权真正掌握在自己手里。以中方人员为主体完成了可行性研究、总体设计、初步设计和施工设计以及设备制造、工程施工中的技术与接口问题的处理。同时尽量利用对外合作的条件，采用国外先进的、成熟的技术，以更好地实现选定的目标。 　　秦山二期工程反应堆的堆芯物理、热工水力、主回路系统布置及相关的辅助系统、反应堆厂房设计、土建结构设计及计算，以及与厂址特性有关的子项等都是自主设计的。堆芯采用121组燃料组件布置，降低了平均线功率密度，反应堆热工安全余量大于15%，满足了URD的要求。在设计中增大了专设安全系统的可靠性和冗余度，加大了安全壳自由空间，提高了缓解严重事故后果的能力，符合国际上核电发展的趋势。加大堆内构件与压力容器之间的水层厚度，减少了快中子注量对压力容器的辐照损伤，提高了反应堆压力容器的工作寿期。在系统设计上进行了一些重要的技术改进，在主厂房布局与设计、主要设备设计以及建筑安装

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