Репортаж от Wedoany，В ядерной энергетике «CF» является эксклюзивным обозначением Chinese Fuel (китайское топливо), представляя собой топливные сборки с полностью независимыми правами интеллектуальной собственности Китая. Топливные сборки — это первый барьер безопасности. До появления серии CF китайские топливные сборки долгое время зависели от зарубежных технологических трансферов.
«Без автономного и контролируемого топлива "Хуалун-1" не сможет выйти на мировой рынок», — заявил Цзяо Юнцзюнь, главный научный сотрудник CNNC и главный конструктор топлива CF. Столкнувшись с трудностями, Китайская национальная ядерная корпорация (CNNC) придерживалась принципа «промышленность ставит задачи, наука находит решения», объединив усилия своего подразделения по глубоким исследованиям — Китайского института ядерной энергетики и проектирования (NPIC), компании Xi'an Western New Zirconium Technology Co., Ltd. (Western New Zirconium), занимающейся прорывом в области ключевых материалов, и компании CNNC Jianzhong Nuclear Fuel Components Co., Ltd. (CNNC Jianzhong), специализирующейся на интеллектуальном производстве. Таким образом была сформирована полная цепочка автономизации ядерного топлива — от инноваций у истока до промышленного внедрения и создания целостной экосистемы. На текущем этапе новые топливные сборки CF3 полностью адаптированы для ядерных энергоблоков «Хуалун-1». С масштабным внедрением серии CF «китайское сердце» продолжает обеспечивать безопасную и стабильную работу, а также высококачественное развитие китайской ядерной энергетики.
«Промышленность ставит задачи»: разработка «китайского сердца» для ядерных энергоблоков
Без топливных сборок ядерный энергоблок — это «реактор без сердца». Цзяо Юнцзюнь отметил: «Цепочка производства ядерного топлива — самый важный и ключевой этап автономизации ядерной энергетики. Чтобы совершить переход от крупной ядерной державы к мощной и стать лидером в области международных ядерных технологий, сфера ядерного топлива является ключевым сегментом, требующим приоритетных усилий и прорыва».
Фактически, разработка ядерного топлива в Китае началась не так поздно. Однако в целом китайская промышленность ядерного топлива долгое время сталкивалась с двойной дилеммой: во-первых, «узкое место» в материалах. Безопасность и надежность топливных сборок во многом зависят от циркониевых оболочек, которые долгое время импортировались, что стало основным препятствием для развития китайской промышленности ядерного топлива. Во-вторых, за исключением первой очереди АЭС «Циньшань», у Китая не было собственного бренда ядерного топлива. Когда «Хуалун-1» готовился выйти на зарубежные рынки в качестве национальной визитной карточки, возникла реальная проблема: для экспорта не было топливных сборок с независимыми правами интеллектуальной собственности.
Промышленность ядерного топлива оказалась в затруднительном положении, и автономизация стала насущной необходимостью. CNNC быстро пришла к консенсусу: разработка и производство собственного ядерного топлива — единственный способ обеспечить «безопасность поставок» ядерной энергетики.
Однако автономизация ядерного топлива не может быть достигнута за счет единичного прорыва. Вся цепочка его разработки и производства охватывает множество ключевых этапов: от фундаментальных исследований, проектирования топливных продуктов, разработки материалов до внереакторных и внутриреакторных испытаний топливных сборок, а также послереакторных горячих камерных проверок, включая разработку сопутствующих исследовательских моделей и программного обеспечения. Эти этапы требуют скоординированного «повышения уровня», чтобы совершить переход ядерного топлива от технической концепции к практическому применению.
Как стало известно журналистам от CNNC, в 2010 году при активной поддержке соответствующих государственных ведомств CNNC собрала лучшие силы, чтобы объединить всю производственную цепочку — от разработки и материалов до производства. Технологии NPIC, циркониевые сплавы Western New Zirconium и сборочные мощности CNNC Jianzhong были органично скоординированы для совместной разработки «китайского сердца». NPIC отвечал за проектирование, Western New Zirconium — за производство высокоэффективных циркониевых труб, а окончательная сборка осуществлялась на CNNC Jianzhong.
«Самой яркой чертой пути независимых инноваций в области ядерного топлива Китая является принцип "промышленность ставит задачи, наука находит решения"». По мнению Цзяо Юнцзюня, разработка топливных сборок предъявляет высокие требования к технологиям, отличается большой сложностью и длительным циклом, являясь настоящей стратегической технологической высотой. «Тогда у нас не было пути назад, только вперед!»
Будучи технически ответственным и ведущим подразделением по разработке ядерного топлива для серии CF, «самый мощный мозг» в области национальных НИОКР и проектирования ядерного топлива — NPIC — взял на себя инициативу по штурму трудностей. Тогда команда из более чем 500 исследователей начала независимые инновации, нацелившись на преодоление серии технических барьеров, включая проектирование топливных сборок, подготовку ключевых материалов и проверку основных технологических процессов.
Сложность разработки и производства циркониевых сплавов намного превосходит воображение. Чжоу Цзюнь, генеральный директор и заместитель секретаря парткома Western New Zirconium, пояснил: «Создать ядерный материал — это только половина дела. Настоящее испытание — во второй половине: сможет ли он стабильно работать в реакторе. Многие материалы были созданы, но не прошли проверку в реакторе и на этом остановились».
Цзяо Юнцзюнь сказал, что многие сцены до сих пор стоят перед глазами. В те годы эксперименты проводились в примитивных мастерских, где было полно пара, душно и жарко. Все были полны решимости сломать зарубежные патентные барьеры и технологическую монополию, избавиться от зависимости от импорта сырья. В голове была только одна мысль: «У нас обязательно получится! Пока есть потребность промышленности, мы будем прилагать все усилия. Это наша неизменная вера. Все эти трудности мы просто выдержали и пережили».
«Наука находит решения»: скоординированная работа всей производственной цепочки
Циркониевый сплав N36 является оболочечным материалом, который делает топливные сборки серии CF «китайским сердцем». На производственной площадке Western New Zirconium в Сиане журналисты увидели, что оболочки из сплава N36 отличаются превосходным качеством, их поверхность гладкая, как зеркало. Приблизившись, можно четко увидеть свое отражение, края ровные, без заусенцев.
«Разработка циркониевых сплавов — самый сложный этап в технологии топлива, а синтез N36 еще сложнее. В сплаве температура плавления циркония превышает 1800°C, ниобия — почти 2500°C, а олова — всего 232°C. Равномерно сплавить элементы с такими разными температурами плавления — задача, сравнимая с "замешиванием теста в огне"», — пояснил Цзяо Юнцзюнь.
С момента запуска CNNC научно-исследовательских работ по технологии промышленного производства циркониевого сплава N36, NPIC потребовалось 8 лет и 6 крупных этапов технологических прорывов, чтобы наконец успешно овладеть полной технологией промышленного производства с независимыми правами интеллектуальной собственности. В 2017 году Western New Zirconium подписала с NPIC договор о передаче технологии и приступила к промышленному внедрению.
Чжоу Цзюнь отметил, что стандарты для ядерных материалов намного выше, чем для других промышленных материалов. При производстве циркониевого материала N36 необходимо обеспечить как однородность, так и точность, не допуская ни малейшей ошибки. Взять хотя бы операцию резки: торец трубы должен быть гладким, перпендикулярным и без заусенцев. Только на отработку этого этапа ушло 3 месяца.
Этот путь преодоления трудностей был полон лишений. В то время в Китае не было профессиональной линии по производству циркониевых сплавов, и некоторые операции приходилось выполнять в условиях ограниченных возможностей. При возникновении ключевых технических проблем техническая группа проводила обсуждения ночи напролет. В ноябре 2018 года совместный штурм увенчался успехом — были успешно поставлены первые партии труб из циркониевого сплава N36.
В настоящее время циркониевый сплав N36 занимает 100% китайского рынка, став единственным квалифицированным материалом для топливных сборок «Хуалун-1» и «Линлун-1», что позволило полностью избавиться от импортной зависимости. Этот материал выдерживает более глубокое выгорание, уменьшая количество используемых сборок, а также обладает высокой коррозионной стойкостью, устойчивостью к деформации и низким радиационным ростом, что обеспечивает его долгосрочную стабильную работу в реакторе. По сравнению с международными аналогами, его производственный цикл сокращен до одной трети.
С появлением ключевого материала — циркониевого сплава N36 — производственная линия CNNC Jianzhong в Ибине, провинция Сычуань, заработала еще активнее: механические руки захватывают трубы-оболочки из циркониевого сплава, аккуратно заполняют их таблетками диоксида урана, и группа топливных сборок медленно формируется. Сформированные сборки сразу же подаются на контрольное оборудование для всесторонней точной проверки.
«От первых топливных элементов для АЭС "Циньшань" до современных сборок CF3 для "Хуалун-1" — здесь можно увидеть полный путь развития китайской промышленности ядерного топлива от нуля до наличия и от наличия до превосходства», — рассказал На Баого, заместитель генерального директора CNNC Jianzhong. CNNC Jianzhong, работающая в Ибине (Сычуань) уже 61 год, в настоящее время является крупнейшей в Азии производственной базой топливных элементов для водо-водяных реакторов. За это время было произведено и поставлено более 30 000 групп топливных сборок, причем комплексные характеристики сборок CF3 достигли международного передового уровня.
Как стало известно журналистам, после более чем десяти лет коллективных усилий были достигнуты двойные прорывы в ключевых материалах и производственных процессах. CNNC последовательно успешно разработала и произвела топливо серий CF2, CF3 и другие, создала полную китайскую систему промышленного применения автономного топлива, обеспечила автономные поставки ядерного топлива на местном уровне и создала собственное «китайское сердце».
«Прорыв в промышленности ядерного топлива никогда не был битвой одной организации или одной команды, а результатом скоординированных усилий множества научно-исследовательских институтов, производственных предприятий и организаций-потребителей по всей стране», — считает Цзяо Юнцзюнь. По его мнению, самым важным опытом, позволившим топливным сборкам серии CF совершить скачкообразное развитие за короткое время, является эффективная координация всей производственной цепочки.
Эта скоординированная работа была организована CNNC, а соответствующие подразделения действовали согласованно. От последовательной итерации технологий в лабораториях NPIC до циркониевых труб в цехах Western New Zirconium и, наконец, до групп топливных сборок на производственной линии CNNC Jianzhong — вся производственная цепочка сформировала команду с четким разделением ответственности, тесным сотрудничеством и взаимной поддержкой. Именно этот механизм координации всей цепочки способствовал успешной разработке топливных сборок серии CF и обеспечил прорывное развитие китайской промышленности ядерного топлива.
Долгосрочное планирование: соблюдение абсолютной красной линии безопасности
В настоящее время уровень китайских продуктов сопоставим с международным передовым уровнем, и в разработке продуктов следующего поколения Китай находится на одной стартовой линии с конкурентами. Однако по масштабу рынка и объему применения продуктов все еще существует разрыв с международными аналогами. Поэтому китайской промышленности ядерного топлива, наряду с продолжением научных инноваций, необходимо ускорить темпы внедрения и продвижения.
«Осторожнее, осторожнее и еще раз осторожнее. Безопаснее, безопаснее и еще раз безопаснее». Цзяо Юнцзюнь неоднократно подчеркивал необходимость достижения абсолютной безопасности ядерных материалов. Он отметил, что, хотя и хочется увидеть скорейшее применение продуктов, каждый шаг не терпит спешки. Любой шаг вперед в ядерной промышленности должен быть осторожным.
Безопасность — это линия жизни ядерной промышленности и основа для участия в глобальной конкуренции. CNNC ставит ядерную безопасность на высший приоритет, производит продукцию в соответствии с «самыми высокими в мире стандартами безопасности» и опубликовала корпоративный стандарт «Система ответственности за ядерную безопасность CNNC», строго реализуя ответственность за ядерную безопасность на всех уровнях и на всех должностях.
В глобальном масштабе китайские стандарты контроля ядерной безопасности являются строгими, а нормативная система — совершенной, находясь на мировом уровне. Это также означает, что при промышленном внедрении продукты ядерного топлива должны соответствовать чрезвычайно высоким требованиям к зрелости, стабильности и долгосрочной надежности. Каждый шаг — от соответствия образцов требованиям до стабильности партий, от демонстрационного применения до масштабных поставок — должен пройти строгую проверку, чтобы гарантировать «абсолютную безопасность».
В настоящее время в мире наблюдается подъем развития ядерной энергетики, и китайская атомная энергетика также вступила в период ускоренного развития. Согласно государственным планам развития, ожидается, что к 2030 и 2035 годам установленная мощность китайской атомной энергетики достигнет 110 и 150 миллионов киловатт соответственно. Кроме того, Китай присоединился к «Декларации о трехкратном увеличении ядерной энергетики», четко заявив о намерении увеличить установленную мощность ядерной энергетики к 2050 году в три раза по сравнению с 2020 годом.
Основываясь на широких рыночных возможностях, CNNC, опираясь на новые поколения ядерных технологий, такие как «Хуалун-1» 2.0, одновременно продвигает итеративное обновление передовых топливных сборок CF, обеспечивая синхронизацию технологий и типов реакторов. Параллельно с этим, ключевые технологические достижения, накопленные в области ядерного топлива, передаются в такие сферы, как авиакосмическая промышленность, для внедрения и реализации ценности в большем количестве сценариев применения.
В будущем конкуренция в области китайских ядерно-топливных технологий будет сосредоточена на двух основных направлениях: «высокое выгорание» и «нулевое количество дефектных твэлов». Цзяо Юнцзюнь пояснил, что необходимо стремиться к более высокому выгоранию, лучшей безопасности и надежности, добиваться «нулевого количества дефектных твэлов» в топливных сборках и способствовать постоянному совершенствованию ядерно-топливных технологий. «Эту "задачу" мы будем решать и дальше!»
Как удовлетворить сверхвысокие требования к «абсолютной безопасности»? Как ускорить внедрение продуктов и расширить рынок? Как восполнить недостаток ключевого испытательного оборудования? Все это новые задачи, которые необходимо решить в период «пятнадцатой пятилетки».
Как стало известно журналистам от CNNC, в дальнейшем корпорация сосредоточится на промышленности ядерного топлива, продолжая продвигать модернизацию и итерацию топливных сборок серии CF, углубляя итеративную оптимизацию циркониевого сплава N36 и разрабатывая новое поколение оболочечных материалов, устойчивых к авариям. Одновременно будут восполняться пробелы в ключевом испытательном оборудовании, углубляться интеграция цифровизации, интеллектуального производства с разработкой и производством ядерного топлива, формироваться диверсифицированная, полная спектральная мощность поставок топлива, чтобы «китайское сердце» обеспечивало постоянную и мощную движущую силу для перехода Китая от крупной ядерной державы к мощной ядерной державе.
Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com
