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            新聞詳細

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            上海核工院“全范圍PSA分析體系和先進分析工具的開發及應用”研究紀實

            發布時間:2021-07-21 資訊來源: 瀏覽次數:835

            2020年,中國核能行業協會科學技術獎評定出科技進步獎共76 項,其中,一等獎 6 項、二等獎 19 項、三等獎 51 項;技術發明獎 2 項,其中,一等獎 1 項、二等獎 1 項;企業技術創新工程獎 2 項;創新團隊獎 4 項( 其中 2 項并列第三 );青年優秀創新人物 5 名。

            為進一步弘揚科學家精神和大國工匠精神,宣傳核能行業創新工程、創新團隊、創新人物,展示核能行業篤行務實、追求卓越的精神,協會《中國核能》雜志從2021年第一期開始對核能科技獎部分獲獎的創新集體和創新個人進行綜合報道,以饗讀者。

            2020年12月,中國核能行業協會2020年科學技術獎名單出爐,76個獲獎項目中,國家核電(上海核工院)(以下簡稱“上海核工院”)的“全范圍PSA分析體系和先進分析工具的開發及應用”榮獲科技進步一等獎,這也是國內PSA專業獲得的第一個省部級一等獎。

                全面拓展 填補空白

            PSA,即Probabilistic Safety Assessment,概率安全評價(亦稱概率風險評價PRA)。不同于用確定論方法對核電廠設計進行安全評價,PSA是一種定量評價事故發生概率及其潛在后果的系統性方法。

            通過對核電廠設計特點、運行狀態、運行實踐經驗、運行歷史的影響、設備可靠性、人員可靠性以及堆芯熔化物理過程、放射性遷移對環境和健康的影響等各種因素進行全面評估分析, PSA計算出核電廠綜合量化的安全性能指標。

            PSA就像核電廠的醫生,為核電廠診斷、保證其安全運行。在核電廠設計階段,可以找出設計薄弱環節,優化設計方案,提升核電廠安全性;而在核電廠運行階段,可評估電廠風險水平狀態,優化運行風險管控,在保障安全水平的情況下提升電廠經濟性。

            對PSA方法的研究和應用最早要追溯到上世紀五十年代NASA(美國國家航空航天局)的阿波羅登月計劃。上世紀七十年代,PSA應用到核電領域。隨著核電技術的發展,以及從三哩島事故到切爾諾貝利事故的經驗反饋,PSA以其全面平衡安全性和經濟性的特點和先進性,越來越成為行業共識,成為電廠設計安全審評必不可少的內容。

            國內于1984年開始開展PSA相關工作(上海核工院是最早開展PSA學科建設工作的單位之一),發展到2010年前后,從總體上看,在國家核安全局、設計院、業主及各相關高校的聯合推進下,摸索中取得了一些進展,但也存在一些不足,主要表現為兩個方面:一是相關研究和應用相對零散,系統性不足,特別是在福島事故后,更是暴露出分析范圍不夠全面;二是分析建模工具主要依賴于進口軟件,后續拓展應用自主性、靈活性不足。

            正是在這樣的背景下,上海核工院在原有對PSA的摸索和積累并取得階段性成果的基礎上,依托國家科技大型先進壓水堆核電站重大專項中的“CAP1400關鍵設計技術研究”課題,開展“全范圍PSA分析體系和先進分析工具的開發及應用”研究,全面布局PSA能力拓展提升和軟件工具自主開發工作,努力實現PSA技術新的跨越。


            研發團隊合影

                算法代碼 完全自主

            從2010年到2020年,這十年可以說是PSA發展的黃金十年,上海核工院牢牢抓住技術能力拓展、軟件工具自主、成果落地應用這三個重點方向,過程中及時總結工作經驗提煉支撐行業標準研究,不僅固化成果,同時反哺提升實現技術螺旋式上升。通過十年研發,開發了一套全面、完整、獨立的PSA技術體系,解決了前述痛點,并打通了從基礎方法工具開發到全流程應用的上下游屏障,形成了一套完整的PSA分析體系。

            上海核工院PSA團隊在參照最新研究成果深化原有技術基礎上,全力拓展技術能力。在地震PSA方面,涉及多個不同類型設備的易損度分析是核心技術挑戰,針對巖石地基的分析國內業界已基本掌握,而我國首個出口核電站巴基斯坦恰?,旐椖康能浲恋鼗?,還需要考慮土體與結構不確定性的土-結構相互作用分析,國內尚無先例。作為恰?,旐椖康脑O計總包單位,上海核工院組成以PSA團隊為主、多專業協同的核心團隊集體攻關,通過概率土-結構相互作用分析方法開發、基于層間位移的延性系數計算,合理確定非彈性吸收系數,進而得到易損度,同時還開發了基于蒙卡抽樣和最大-最小法的地震定量化算法,優化了計算效率,解決了地震PSA模型定量化中的多重卷積計算問題。這些問題的解決,填補了國內空白并使得地震PSA的整體水平達到國際領先水平。


            PSA安全評價測試現場

            面對浙江三門新建機場距離核電廠僅有7.2km的情況,PSA團隊迎難而上,通過廣泛調研,結合國內實際的航空數據,形成了一套精細化的飛機撞擊PSA方法,攻克了飛機撞擊具體核島構筑物可能性計算以及構筑物飛機撞擊易損度分析的難題,有效填補了國內空白。

            類似的還有數字化主控室人員可靠性分析(HRA)、綜合性火災風險分析以及三級PSA等相關方法的開發,均填補了多個國內技術空白,也由此建立了包含內外部事件及乏燃料池風險評價的全范圍PSA技術體系。

            與國內外其他PSA技術團隊相比,上海核工院的PSA自主化(包括軟件自主化)發展理念目標明確、路徑清晰、重點突出。十年磨一劍,團隊綜合全面調研,成功開發了基于先進算法的高性能計算引擎SPACal,并在此基礎上開發了涵蓋設計建模、運行服務和安全監管等各個方面的PSA軟件體系,實現核心算法和軟件代碼完全自主。

            在性能方面,與國際通用PSA系列軟件(RS)相比,通過海陽、方家山、秦山一期核電廠和田灣等多個實際工程項目模型對比,SPACal計算引擎在計算精度和計算速度上優勢明顯,同時還實現了并行建模,大幅提高了模型開發效率,成果達到了國內領先、國際先進水平,目前已進入商業化和全面推廣應用階段。

                工程應用 全面跨越

            上海核工院PSA研究的整體技術已應用于秦山30萬千瓦、VVER、三代非能動AP系列、高溫堆等多個堆型,關鍵技術應用于國家核安全局的核電廠安全運行性能指標監管以及重大專項的兩個示范工程,同時包括出口的巴基斯坦恰?,敽穗娬鞠盗许椖?。

            其中,田灣VVER電廠風險指引型在役檢查項目中,通過優化后管道在役檢查數量降低約40%,僅此一項,一個在役檢查周期內就能為業主節約直接成本700余萬元,減少低低水位隔離時間窗口20小時(約2000萬電價收益),大大提升了電廠的經濟效益。截至目前該技術已累計實現服務合同額達千萬元。近5年,團隊各項技術開發及服務累積合同額超2億元。

            PSA團隊在全面總結工程經驗的基礎上,參與了國內幾乎所有PSA相關能源行業標準、方法、導則的編制,主編標準8篇,聯合同行單位,建立國內PSA領域最完整的標準體系,有力推動了行業進步。同時,還形成了3項發明專利,獲得13項軟件著作權,13項成果鑒定中有1項被評為國際領先,另外12項均為國際先進,實現了PSA從“設計后分析論證”到“全面風險管控”的里程碑式技術跨越,不僅提升了電廠安全水平,更是積極推動行業技術進步,為后續進一步發展和全面應用奠定了堅實的基礎。

            志之所趨,無遠弗屆。在黃金的十年,上海核工院以夢為馬,不負韶華。不期的未來,奮楫爭先,勇立潮頭。(作者:上海核工院  銀漢)


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