自主核電“神經(jīng)系統(tǒng)”如期而至

這是一場(chǎng)5年前就已約定的發(fā)布。

2010年9月29日，北京釣魚(yú)臺(tái)國(guó)賓館。“用5到8年時(shí)間開(kāi)發(fā)出中國(guó)人自己的先進(jìn)核電軟件”，時(shí)任國(guó)家核電技術(shù)公司董事長(zhǎng)王炳華在國(guó)核技與上海交大、西安交大、華北電力大學(xué)簽署共建“核電軟件工作站”協(xié)議儀式上，發(fā)出如此豪言，被認(rèn)為是直指中國(guó)核電技術(shù)最大軟肋，舉全國(guó)之力向世界巔峰發(fā)起的最有力沖刺。

今天，由中電投與國(guó)核技合并組建的國(guó)家電力投資集團(tuán)，在其中央研究院發(fā)布首套完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核電廠核設(shè)計(jì)與安全分析軟件——COSINE，5年約定如期兌現(xiàn)，獲國(guó)家核安全監(jiān)管部門(mén)及工信部軟件裝備司嘉評(píng)為“從知其然”到“知其所以然”，堪稱“中國(guó)核電技術(shù)發(fā)展的里程碑”。

幾張光盤(pán)開(kāi)價(jià)一個(gè)多億：中國(guó)核電最大痛點(diǎn)

中國(guó)從美國(guó)引進(jìn)第三代核電技術(shù)AP1000之初，國(guó)核技在與AP1000核心設(shè)備之一屏蔽主泵的供貨商談判相關(guān)軟件源代碼轉(zhuǎn)讓時(shí)，被對(duì)方開(kāi)價(jià)1700萬(wàn)美金嚇了一跳，“1億多人民幣啊，就幾張光盤(pán)!”團(tuán)隊(duì)中兩位國(guó)內(nèi)頂尖軟件工程師評(píng)價(jià)，“即使它已經(jīng)摘掉了很多東西，但從搞軟件的角度，我們還是希望買，因?yàn)樗袃r(jià)值了;但我們張不了嘴，太貴了。”

這件事給王炳華以極大刺激。此后在不同場(chǎng)合，他不止一次談到中國(guó)核電技術(shù)的這一最大痛點(diǎn)：用于核電站研發(fā)和設(shè)計(jì)的所有平臺(tái)、軟件，都是國(guó)外的;用于驗(yàn)證這些設(shè)計(jì)技術(shù)的所有軟件，也都是國(guó)外的。

核電軟件難在哪?

核電軟件難在哪?國(guó)家能源局核電軟件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、國(guó)電投中央研究院副院長(zhǎng)、國(guó)家壓水堆核電站科技重大專項(xiàng)“核電關(guān)鍵設(shè)計(jì)軟件自主化技術(shù)研究”首席科學(xué)家楊燕華用“嚴(yán)、難、專、長(zhǎng)”來(lái)形容長(zhǎng)期制約核電軟件自主化的技術(shù)壁壘。

她解釋，“嚴(yán)”就是需滿足在所有安全生產(chǎn)領(lǐng)域最為嚴(yán)苛的核安全法規(guī)要求，對(duì)標(biāo)的是國(guó)際公認(rèn)最嚴(yán)的美國(guó)核管會(huì)(NRC)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，具有“高可信”度。

“難”體現(xiàn)在科學(xué)計(jì)算軟件涉及面寬、專業(yè)面廣，計(jì)算結(jié)果同時(shí)滿足科學(xué)性(準(zhǔn)確性)+保守量(可靠性)要求，以確保“計(jì)算包容了所有不確定性”。

“專”是指核電廠專用，通用類少。

“長(zhǎng)”則是對(duì)此項(xiàng)研發(fā)長(zhǎng)周期、高投入的描述：根據(jù)國(guó)外大型核電軟件研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)周期約需8-10年。

我們?cè)谧鍪裁?

COSINE，即核反應(yīng)堆堆芯物理、熱工和系統(tǒng)安全分析一體化軟件包。楊燕華介紹，此次發(fā)布的是其公開(kāi)測(cè)試版，包含熱工水力設(shè)計(jì)與安全分析、堆芯物理設(shè)計(jì)、燃料設(shè)計(jì)、屏蔽設(shè)計(jì)與源項(xiàng)分析、嚴(yán)重事故分析、概率安全分析、堆用蒙特卡羅、群常數(shù)研制等8大類、15個(gè)軟件，覆蓋國(guó)際同類軟件80余項(xiàng)功能，“具備了核電廠核工程設(shè)計(jì)與安全分析的所有核心功能”。

說(shuō)到底，所有這些復(fù)雜的專業(yè)分析評(píng)估最終都指向一點(diǎn)：核電站所有部件在多大的功率、壓力、溫度下是能承受住的。楊燕華表示，對(duì)核電軟件從業(yè)者而言，核電站超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故，不能是因“計(jì)算工具錯(cuò)誤”而引發(fā)，“這是絕對(duì)不可逾越的底線”。

現(xiàn)實(shí)中，核電站不可能真的嘗試功率、壓力、溫度達(dá)到極值下的承受力，只能通過(guò)工具(模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)臺(tái)架數(shù)據(jù))來(lái)驗(yàn)證。

以概率安全分析(PSA)程序?yàn)槔核押穗娬舅邢到y(tǒng)分成最小部件，按“3C黃金守則”(即功率可控、熱量可降、放射性可包容)計(jì)算它們每一個(gè)的失效概率，最后得出“頂層結(jié)論”：反應(yīng)堆會(huì)否熔穿，放射性會(huì)否跑出壓力容器，等等，以及建立在此基礎(chǔ)上的60年壽期預(yù)期。

雄心勃勃的時(shí)間表

5年前COSINE在起點(diǎn)上，就有一個(gè)雄心勃勃的時(shí)間表：引進(jìn)—消化—吸收AP1000自主化創(chuàng)新的CAP1400，概念設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)仍用進(jìn)口軟件，但其工程設(shè)計(jì)的部分和全部設(shè)計(jì)的校核，都用COSINE;而“未來(lái)的完全自主中國(guó)核電品牌CAP1700，全部設(shè)計(jì)、驗(yàn)證都會(huì)用COSINE”。

今天的發(fā)布儀式同期簽署了《COSINE軟件采購(gòu)協(xié)議》《CAP1400示范工程二號(hào)模擬機(jī)合作開(kāi)發(fā)三方協(xié)議》，并成立了COSINE用戶組(COSINE User Group)，意味著上海核工院將使用COSINE設(shè)計(jì)分析自主品牌的核電站堆型，CAP1400應(yīng)用也或?qū)⑻崴佟?/p>

國(guó)電投總經(jīng)理孟振平透露，根據(jù)法規(guī)要求，COSINE軟件后續(xù)將積極推動(dòng)工程應(yīng)用評(píng)估，啟動(dòng)國(guó)家核安全監(jiān)管部門(mén)的許可證申請(qǐng)，最終形成真正意義上的自主化核電軟件品牌。