秦山三期重水堆核電站技術創新實踐

張振華

（秦山第三核電有限公司，浙江 海鹽 314300）

企業自主創新能力是企業可持續發展的動力。作為我國首座商用重水堆核電站、國家重點工程、中加兩國迄今最大的貿易項目，工程建設階段堅持自主原則的基礎上，結合中國國情，在實踐中找到一條“中外結合、以我為主”的管理模式，實現了核電工程管理與國際接軌，投入生產運行后，以提升管理和科技創新能力為核心，培育以核安全文化為核心的企業文化，增強企業軟實力，培養和造就了一支思想素質高、業務技術精、敬業愛崗、作風過硬的員工隊伍，提升了企業核心競爭力，有力促進了電站建設和運營管理等各項工作。

1 消化吸收引進技術，堅持改進創新，提升重水堆核電機組綜合性能

一直以來，秦山第三核電有限公司（簡稱秦山三核）不斷消化吸收重水堆技術，堅持進行電站系統和設備的技術改進，進一步提高電站的安全性和可靠性，提升機組綜合性能，并先后有24項技術攻關和技術改進項目獲得省部級及以上科技獎勵。秦山三核組織實施了“增設停堆數據采集系統”、“模擬機改造”、“增設輔助給水泵”、“冷卻水復合緩蝕劑研發”、“增設RCW檢修備用系統項目”、“400 V不間斷電源（UPS）設備改造”、“電源優化項目”等一系列重大技術改進。有多項是重水堆核電站的首創，如“增設停堆數據采集系統”技改項目，系統投運后為主控制室提供了更精確的電站停堆系統數據顯示，增強了操縱人員對系統狀態的監控和瞬態分析能力。通過與國內設計單位合作，在消化吸收國外技術的基礎上，成功建成我國首座乏燃料干式貯存設施，為后續其他堆型乏燃料中間暫存推廣應用奠定了技術基礎。RCW檢修備用系統的建成投運，不僅解決了RCW/RSW系統檢修問題，可有效縮短大修工期，還提供了嚴重事故緩解手段，是國際上重水堆機組的首創，也為沿海機組熱阱多樣性設計提供了很好的工程實踐。

秦山三核重視技術創新管理，通過建立技術創新激勵機制鼓勵員工鉆研學習技術，開發電站實用新技術，建成投運以來產生了一批“方形冰塞夾套”、“汽輪機盤車增力裝置”等具有自主知識產權的技術成果。公司在自主技術創新的過程中，不僅進一步提高了機組的安全性和可靠性，而且取得了多項具有自主知識產權的成果。截至2011年11月底，公司共申請專利28項，其中16項已獲專利授權。

2 堅持自主科技攻關，實施汽輪機功率提升改造

秦山三核汽輪發電機組原設計額定功率為728 MW，商運時性能考核試驗值為720 MW。秦山三核在國外設計制造商改造無果的情況下，經過自主科技攻關，對兩臺機組汽輪機功率實施了提升改造，成功實現兩臺機組出力各提升了8 MW，在不增加投入的情況下每年可增加發電量1.2億kW·h。秦山三核自主實施汽輪機功率提升改造的良好實踐，已成為對國外技術消化吸收再創新的成功范例。

3 深入開拓重水堆技術優勢，大力推進重水堆鈷-60生產、回收鈾和釷資源利用技術開發

秦山三核高度重視科技創新，重點推進鈷-60生產、回收鈾和釷資源利用技術開發，作為公司在核電發展新形勢下，為國家核電發展作出新貢獻的“三步曲”。

3.1 推動自主創新，實現鈷-60同位素大批量生產，打破國外技術壟斷

鈷-60放射源在食品保鮮、輻照育種、醫療器械消毒、伽馬手術刀、腫瘤治療、工業探傷和材料改性等領域有著廣泛的應用。此前，我國的鈷源市場全面依賴進口。在國外技術壟斷、引進技術難以達成的情況下，秦山三核在中核集團公司的主導下開展自主創新，啟動了國內自主研發工作。2003年，國內研發正式啟動，國內多家單位緊密合作，自主研發了相關的鈷調節棒設計和安全分析、制造和檢驗、堆頂更換和水池解體、廠外運輸以及熱室加工等五大關鍵技術，成功攻克了鈷調節棒設計、制造、加工的關鍵技術，為鈷-60的順利生產奠定了堅實的基礎。兩臺機組的設計生產能力為平均年產600萬居里（1 Ci=3.7×1010Bq），能滿足目前國內約80%的市場需求。

該技術于2008年6月19日獲得國家核安全局的審評認可。2009年年初在秦山三核1號機組正式投入生產。至今已順利完成3批次，約1600萬居里的鈷-60同位素輻照生產。完成500萬居里熱室分裝后，已投放到國內市場。后續將按每年600萬居里的計劃持續生產，以滿足我國的市場需要。

這一創新成果在打破國際壟斷的同時，將進一步提高中核集團在同位素領域的核心競爭力，為國家工業和醫用鈷源的供給提供有力保障，促進我國輻照產業和下游同位素應用產業的發展。

3.2 開發重水堆利用回收鈾技術，為我國回收鈾利用開辟一條嶄新的出路

我國走核燃料閉合循環和鈾钚分離的技術路線，壓水堆乏燃料后處理產生大量回收鈾和少量回收钚，回收钚可用于MOX燃料或今后的快堆，但回收鈾一直沒有合適的方式高效經濟利用。國際上也非常重視對回收鈾的再利用，但由于技術和經濟的原因一直未能很好地解決這一問題。

我國是少數幾個既有壓水堆又有重水堆的國家。重水堆可經濟高效利用壓水堆回收鈾，實現回收鈾在重水堆上的再利用并形成規模化、產業化，對于我國提高鈾資源利用率、減輕核燃料供應壓力、維持核能可持續發展有著十分重大的意義。

秦山三核從2008年開始，投入大量的人力、物力開發這項技術。根據深入研究，制定了兩步走的開發戰略，即先以等效天然鈾方式利用回收鈾，取得一定的經驗之后再逐步實現經濟效益更高的回收鈾直接利用。到2009年年底，在短短的兩年時間內，順利完成燃料設計，入堆示范驗證的許可申請，以及示范驗證燃料的加工制造。2010年3月下旬，秦山三核實現了國際上首次將小批量的回收鈾燃料放到秦山三核運行重水堆上進行示范考驗，2011年3月底示范驗證順利完成，取得了令人滿意的試驗效果。

在前期堆內試驗驗證成功的基礎上，秦山三核于2011年上半年順利啟動了全堆應用開發工作，計劃用2～3年的時間完成全堆應用的設計、安全評價、燃料生產線改造、換料軟件改進等工作，力爭于2013年底前在重水堆上首次實現回收鈾全堆應用。

秦山三核重水堆應用回收鈾項目得到了國家相關部門的大力支持，國防科工局立為核能開發項目，國家能源局也組織專題會議進行論證。此項目探索了一條企業科技創新的新路子，對提高鈾資源利用率，為大規模后處理廠配套，加強核燃料供應保障和資源利用，促進核能事業安全高效可持續發展具有重要意義。

3.3 開展釷資源利用研究，為我國的釷資源核能利用取得新突破

釷是潛在的核能資源，我國的釷資源儲量居世界第二。為落實國家能源局2008年12月組織召開的釷資源核能利用專家研討會精神，2009年，公司聯合國內外多家合作單位開展了重水堆利用釷資源的相關研究。2009年10月發布釷燃料重水堆的初步可行性研究報告。該報告提出基于已有的增強型CANDU-6重水堆以及高性能CANFLEX燃料技術，近期實現對釷資源的核能利用，并帶動釷資源核能利用相關關鍵技術研究。

鑒于世界上還沒有釷堆，國內相關基礎技術還非常薄弱，直接一步到位建造釷燃料重水堆困難較大。為此，公司提出先進燃料重水堆方案，擬分兩階段漸進發展模式來實現重水堆對釷資源的利用。

第一步，在秦山三核實現回收鈾等效利用的基礎上，新建兩座先進燃料重水堆實現對回收鈾的直接利用，并與國家將要建設的大型后處理廠配套，進一步提高回收鈾利用率和大幅降低乏燃料量。少量通道使用釷燃料組件開展示范應用。具備鈷-60生產能力，全面滿足國內日益增長的鈷-60放射源需求，提高重水堆核電站的綜合優勢和經濟性。采用三代最新標準，進行技術改進和安全增強，根據福島事故經驗反饋，在重水堆原有固有安全的基礎上增強嚴重事故預防和緩解措施。

第二步，建設兩臺全堆釷燃料示范重水堆。在前兩個先進燃料重水堆建設的同時，在國內大力開展釷資源核能利用相關的技術研究。在中國核動力研究設計院研究堆上開展釷燃料輻照考驗，目標：2014年年初入堆，2015年出堆檢查，支持前兩個堆的裝料許可證。前兩個堆建成后立即開展全尺寸釷燃料組件的輻照考驗，積累數據和經驗，為后續建設兩臺釷燃料重水堆作技術準備。

重水堆是利用釷資源的理想堆型，這對于我們來說是一個全新的領域，秦山三核將在國家相關部委和上級主管單位的領導下，加快推動釷燃料科研立項，加強國內科研基礎研究和合作，實現“零”的突破。

4 結束語

通過不斷地科技創新和實施技術改造，電站的安全性和可靠性也不斷提高，秦山三核兩臺機組長期保持安全可靠經濟運行，電站整體運營水平處于國際先進水平，取得了良好的經濟效益、環境效益和社會效益。

秦山三核將在國家有關部委、中核集團的指導下，繼續堅持科技創新，持續為企業發展注入不竭的動力，不斷提升秦山三核的核心競爭能力，為實現我國燃料閉式循環和資源再利用，多渠道保證核燃料，為核電可持續發展貢獻力量。