創(chuàng)新路上的靚麗風(fēng)采

2020年，中國核能行業(yè)協(xié)會科學(xué)技術(shù)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(shù)發(fā)明獎 2 項，其中，一等獎 1 項、二等獎 1 項；企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新工程獎 2 項；創(chuàng)新團隊獎 4 項（ 其中 2 項并列第三 ）；青年優(yōu)秀創(chuàng)新人物 5 名。 

為進一步弘揚科學(xué)家精神和大國工匠精神，宣傳核能行業(yè)創(chuàng)新工程、創(chuàng)新團隊、創(chuàng)新人物，展示核能行業(yè)篤行務(wù)實、追求卓越的精神，協(xié)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(chuàng)新集體和創(chuàng)新個人進行綜合報道，以饗讀者。

2020年12月，中國核能行業(yè)協(xié)會2020年科學(xué)技術(shù)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(fā)及應(yīng)用”榮獲科技進步一等獎，這也是國內(nèi)PSA專業(yè)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(fēng)險評價PRA)。不同于用確定論方法對核電廠設(shè)計進行安全評價，PSA是一種定量評價事故發(fā)生概率及其潛在后果的系統(tǒng)性方法。

通過對核電廠設(shè)計特點、運行狀態(tài)、運行實踐經(jīng)驗、運行歷史的影響、設(shè)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(huán)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(biāo)。

PSA就像核電廠的醫(yī)生，為核電廠診斷、保證其安全運行。在核電廠設(shè)計階段,可以找出設(shè)計薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)化設(shè)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(fēng)險水平狀態(tài)，優(yōu)化運行風(fēng)險管控，在保障安全水平的情況下提升電廠經(jīng)濟性。

對PSA方法的研究和應(yīng)用最早要追溯到上世紀(jì)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(jì)七十年代，PSA應(yīng)用到核電領(lǐng)域。隨著核電技術(shù)的發(fā)展,以及從三哩島事故到切爾諾貝利事故的經(jīng)驗反饋，PSA以其全面平衡安全性和經(jīng)濟性的特點和先進性，越來越成為行業(yè)共識，成為電廠設(shè)計安全審評必不可少的內(nèi)容。

國內(nèi)于1984年開始開展PSA相關(guān)工作（上海核工院是最早開展PSA學(xué)科建設(shè)工作的單位之一），發(fā)展到2010年前后，從總體上看，在國家核安全局、設(shè)計院、業(yè)主及各相關(guān)高校的聯(lián)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(xiàn)為兩個方面：一是相關(guān)研究和應(yīng)用相對零散，系統(tǒng)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(xù)拓展應(yīng)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(chǔ)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(guān)鍵設(shè)計技術(shù)研究”課題，開展“全范圍PSA分析體系和先進分析工具的開發(fā)及應(yīng)用”研究，全面布局PSA能力拓展提升和軟件工具自主開發(fā)工作，努力實現(xiàn)PSA技術(shù)新的跨越。

研發(fā)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(fā)展的黃金十年，上海核工院牢牢抓住技術(shù)能力拓展、軟件工具自主、成果落地應(yīng)用這三個重點方向，過程中及時總結(jié)工作經(jīng)驗提煉支撐行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)研究，不僅固化成果，同時反哺提升實現(xiàn)技術(shù)螺旋式上升。通過十年研發(fā)，開發(fā)了一套全面、完整、獨立的PSA技術(shù)體系，解決了前述痛點，并打通了從基礎(chǔ)方法工具開發(fā)到全流程應(yīng)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(shù)基礎(chǔ)上，全力拓展技術(shù)能力。在地震PSA方面，涉及多個不同類型設(shè)備的易損度分析是核心技術(shù)挑戰(zhàn)，針對巖石地基的分析國內(nèi)業(yè)界已基本掌握，而我國首個出口核電站巴基斯坦恰希瑪項目的軟土地基，還需要考慮土體與結(jié)構(gòu)不確定性的土-結(jié)構(gòu)相互作用分析，國內(nèi)尚無先例。作為恰?，旐椖康脑O(shè)計總包單位，上海核工院組成以PSA團隊為主、多專業(yè)協(xié)同的核心團隊集體攻關(guān)，通過概率土-結(jié)構(gòu)相互作用分析方法開發(fā)、基于層間位移的延性系數(shù)計算，合理確定非彈性吸收系數(shù)，進而得到易損度，同時還開發(fā)了基于蒙卡抽樣和最大-最小法的地震定量化算法，優(yōu)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(nèi)空白并使得地震PSA的整體水平達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

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(diào)研，結(jié)合國內(nèi)實際的航空數(shù)據(jù)，形成了一套精細(xì)化的飛機撞擊PSA方法，攻克了飛機撞擊具體核島構(gòu)筑物可能性計算以及構(gòu)筑物飛機撞擊易損度分析的難題，有效填補了國內(nèi)空白。

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

與國內(nèi)外其他PSA技術(shù)團隊相比,上海核工院的PSA自主化(包括軟件自主化)發(fā)展理念目標(biāo)明確、路徑清晰、重點突出。十年磨一劍，團隊綜合全面調(diào)研，成功開發(fā)了基于先進算法的高性能計算引擎SPACal，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了涵蓋設(shè)計建模、運行服務(wù)和安全監(jiān)管等各個方面的PSA軟件體系，實現(xiàn)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(yōu)勢明顯，同時還實現(xiàn)了并行建模，大幅提高了模型開發(fā)效率，成果達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進水平，目前已進入商業(yè)化和全面推廣應(yīng)用階段。

PSA安全評價測試現(xiàn)場

工程應(yīng)用 全面跨越

上海核工院PSA研究的整體技術(shù)已應(yīng)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(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用于國家核安全局的核電廠安全運行性能指標(biāo)監(jiān)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(fēng)險指引型在役檢查項目中，通過優(yōu)化后管道在役檢查數(shù)量降低約40%，僅此一項，一個在役檢查周期內(nèi)就能為業(yè)主節(jié)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(jīng)濟效益。截至目前該技術(shù)已累計實現(xiàn)服務(wù)合同額達(dá)千萬元。近5年，團隊各項技術(shù)開發(fā)及服務(wù)累積合同額超2億元。

PSA團隊在全面總結(jié)工程經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，參與了國內(nèi)幾乎所有PSA相關(guān)能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、方法、導(dǎo)則的編制，主編標(biāo)準(zhǔn)8篇，聯(lián)合同行單位，建立國內(nèi)PSA領(lǐng)域最完整的標(biāo)準(zhǔn)體系，有力推動了行業(yè)進步。同時，還形成了3項發(fā)明專利，獲得13項軟件著作權(quán)，13項成果鑒定中有1項被評為國際領(lǐng)先，另外12項均為國際先進，實現(xiàn)了PSA從“設(shè)計后分析論證”到“全面風(fēng)險管控”的里程碑式技術(shù)跨越，不僅提升了電廠安全水平，更是積極推動行業(yè)技術(shù)進步，為后續(xù)進一步發(fā)展和全面應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。

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