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中核集团:从“软肋”到“核心” NESTOR助力三代核电“走出去”
2017-9-18

中核集团:从“软肋”到“核心” NESTOR助力三代核电“走出去”

       在中国核动力研究设计院的一间办公室里,设计人员对着电脑,用鼠标进行简单的拖拽、点击,屏幕上便跳出一幅自上而下颜色不同的燃料组件图。“利用我们自主研发设计的核电工程设计软件NESTOR,可以方便快捷地准确模拟反应堆堆内的运行工况,设计并验证拥有自主知识产权的CF燃料组件组成的177堆芯是否满足设计与安全运行要求。”核动力院软件自主化项目副总设计师刘东告诉记者。

  而在没有NESTOR之前,“使用从国外引进的软件,看不到底层的源代码,也不能把它用在其他核电机组的设计和分析上,更不可能在上面进行任何创新性核电研发工作。由于软件受制于人,后续发展也被捏住了软肋,核电‘走出去’面临专用软件技术的障碍。”刘东说。

  2010年,在中核集团统一部署下,由核动力院牵头,联合中国核电工程有限公司、中核武汉核电运行技术公司等单位组成研发团队,由核动力事业部组织实施,成体系地开展核电软件开发工作。经过整个“十二五”的集中研发,NESTOR软件成功出世,中国核电软件由此摆脱了受制于人的局面。“十三五”期间,NESTOR还将进一步升级,以适应未来核能技术发展需要,进一步增强我国自主化核电技术的核心竞争力,加快中国核电“走出去”的步伐。

  五年攻关:建立中国核电软件自主品牌

  从上世纪80年代秦山起步,历经30余年发展,中国核电在运行机组数量和装机容量方面都有了很大的提升。然而,据了解,过去中国大陆已经运行和在建的核电站,使用的都是来自美国、法国、俄罗斯等核电强国的核电专用设计分析软件。

  核动力院院长罗琦认为, “软件是核电站核心技术的‘核心’,是核电强国的重要标志,‘华龙一号’有了自主化软件,就有了‘中国魂’,是参与海外竞争的关键所在。”进入21世纪以来,尤其是随着中国核电发展和核电出口进程加速,为了实现“华龙一号”走出去,自主化软件的出台势在必行。

  2010年,中核集团通过“龙腾”自主创新科研项目,加大了对核电核动力软件研发的支持力度,在集团公司统一归口管理下,组织协调相关人力、物力大力开展软件技术研发。谈起软件的研发历程,核动力院软件自主化项目部经理卢宗健打开了话匣子:“项目总体上来说,经历了策划、立项、研发、应用等阶段;从具体软件研发过程来说,每个软件经历了需求说明、理论模型建立、软件编码、测试、验证等复杂的步骤。”

  知易行难,简单几句话背后,蕴含着巨大的工作量。研发团队既要解决软件技术普遍存在的技术抽象、系统复杂、不可预见等困难,还要战胜核相关软件技术所特有的核安全标准要求严格、核专业理论模型研究技术难度大、软件代码规模大、软件需求反馈所需时间长等挑战。“没有捷径可以走。项目组只能严把质量关,组建专业技术队伍,明晰研发流程,同时制定相关技术规范,通过引入第三方测试及第三方验证确保软件高质量开发。对于核相关软件中的技术问题,项目组以前期的大量研发经验为基础,依靠新老技术专家共同攻关、逐个突破。”卢宗健说。

  经过整个团队的集智攻关,加之核工业60年的经验积累、30年来核电工程数据以及5年大规模集中有针对性地研发,2015年12月,我国第一个具有完整自主知识产权的核电设计软件包NESTOR软件V1.0发布,软件包内容涉及物理设计、屏蔽和源项设计、热工水力、安全分析、燃料元件等多个专业领域,覆盖了核电核动力设计研发与运行支持的主要领域,彻底解决了核电自主创新中缺乏自主软件的问题,满足了“华龙一号”等相关核电机组新的工程特点与运行要求。它的发布结束了作为核电大国的我国没有成套完整自主知识产权核电自主化软件的历史,形成了软件技术转让能力。经专家验证,NESTOR软件在精度、效率等方面都达到了国际同类软件先进水平,与美、法等核电强国并驾齐驱,跻身世界第一阵营。

  三大优势:助力三代核电更好“走出去”

  “不以山高为惧,不因路遥而疲。”NSETOR发布之后,探索并从未停止。在NESTOR软件V1.0的基础上,研发团队完成了一系列更为先进模型的软件研发,在复杂几何组件参数处理等多领域实现了技术突破,获得了理论模型更为先进、功能更为强大、界面更加友好的V2.0版本软件20余项。

  “中核集团自主研发的NESTOR已经形成了三大典型优势,一是为‘华龙一号’量身定制,满足‘华龙一号’走出去要求;二是良好的操作界面,可视化强;三是基于云平台计算,可以实现互联网应用。”提起软件包的先进性,设计人员如数家珍。

  “华龙一号”是中国具备自主知识产权的三代核电技术,具有先进而独特的技术特征,比如177堆芯、CF燃料组件、双层安全壳、能动加非能动安全系统、ZH65型蒸汽发生器等等。NESTOR软件从设计之初就和“华龙一号”堆型紧密结合。在软件开发过程中,研究团队进行了“针对性”开发。比如,在核动力院研发的燃料组件软件中,工程参数已经输入到NESTOR软件包里面,现在软件中进行操作的就是实实在在要用于“华龙一号”的燃料组件;由工程公司负责研制完成的国内首个大型CNPIPE核级管道力学计算软件和LBB评定软件,在质量得到验证后即应用于“华龙一号”;同样由工程公司研制完成的安全壳热工水力分析软件,能够细致模拟双层安全壳和非能动安全壳冷却系统,已应用于“华龙一号”的安全分析;工程公司所开发的排放源项计算等环境相关软件已经应用到了“华龙一号”分析评估之中,为“华龙一号”的环境友好性给出了有力的证明;而中核武汉核电运行技术公司新开发的先进仿真平台软件包也已应用于“华龙一号”核电厂全范围模拟机和设计验证平台开发项目中。无疑,有了这些“私人定制”,NESTOR软件包已经能满足“华龙一号”对自主化软件技术的配套需求,也为今后“华龙一号”“走出去”装备了“核心”。

  良好的人机界面从设计人员的操作中便可见一斑。以前,软件都是文本输入方式,设计人员需要通过编写密密麻麻的输入脚本,才能进行操作。有时,一不留神输入了错误脚本,根本难以发现,工作人员经常需要几天几夜的“大海捞针”才能找到错误。而计算结果又是一行行数据,要想找到某一点的参数,工作量同样惊人。如今,设计人员通过鼠标拖拽就能完成很多的输入数据准备,软件的计算结果通过三维模型可以直观看到,鼠标点到某处参数便跳出,可谓“手到擒来”。

  此外,NESTOR软件包是基于云计算模式,有银河计算机系统作为支撑,是核电技术与“互联网+”结合的典型范例。“别看设计人员只是坐在自己的工作台上操作软件,其实终端连着银河计算机房。机房里存储了国内很多核电站的运行反馈经验以及‘华龙一号’研发过程中的试验数据。可以保证我们计算的数据都是实时更新、准确无误的。”项目总设计师李庆自豪地告诉记者。此外,由于是基于云平台,这个软件系统也很容易复制到互联网,为全世界进行服务。李庆对记者表示:“毫不夸张地说,这种基于高性能计算机上的云计算模式目前只有中核集团掌握。巴基斯坦、阿根廷、英国……今后,我们的设计人员可以在全世界范围内使用这套软件开展核电设计研发。”

来源:中国核工业报

  
 
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