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中核集團(tuán):從“軟肋”到“核心” NESTOR助力三代核電“走出去”

來源:中國核工業(yè)報 發(fā)布日期:2017-09-18

  在中國核動力研究設(shè)計院的一間辦公室里,設(shè)計人員對著電腦,用鼠標(biāo)進(jìn)行簡單的拖拽、點擊,屏幕上便跳出一幅自上而下顏色不同的燃料組件圖。“利用我們自主研發(fā)設(shè)計的核電工程設(shè)計軟件NESTOR,可以方便快捷地準(zhǔn)確模擬反應(yīng)堆堆內(nèi)的運行工況,設(shè)計并驗證擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的CF燃料組件組成的177堆芯是否滿足設(shè)計與安全運行要求。”核動力院軟件自主化項目副總設(shè)計師劉東告訴記者。

  而在沒有NESTOR之前,“使用從國外引進(jìn)的軟件,看不到底層的源代碼,也不能把它用在其他核電機(jī)組的設(shè)計和分析上,更不可能在上面進(jìn)行任何創(chuàng)新性核電研發(fā)工作。由于軟件受制于人,后續(xù)發(fā)展也被捏住了軟肋,核電‘走出去’面臨專用軟件技術(shù)的障礙。”劉東說。

  2010年,在中核集團(tuán)統(tǒng)一部署下,由核動力院牽頭,聯(lián)合中國核電工程有限公司、中核武漢核電運行技術(shù)公司等單位組成研發(fā)團(tuán)隊,由核動力事業(yè)部組織實施,成體系地開展核電軟件開發(fā)工作。經(jīng)過整個“十二五”的集中研發(fā),NESTOR軟件成功出世,中國核電軟件由此擺脫了受制于人的局面。“十三五”期間,NESTOR還將進(jìn)一步升級,以適應(yīng)未來核能技術(shù)發(fā)展需要,進(jìn)一步增強(qiáng)我國自主化核電技術(shù)的核心競爭力,加快中國核電“走出去”的步伐。

  五年攻關(guān):建立中國核電軟件自主品牌

  從上世紀(jì)80年代秦山起步,歷經(jīng)30余年發(fā)展,中國核電在運行機(jī)組數(shù)量和裝機(jī)容量方面都有了很大的提升。然而,據(jù)了解,過去中國大陸已經(jīng)運行和在建的核電站,使用的都是來自美國、法國、俄羅斯等核電強(qiáng)國的核電專用設(shè)計分析軟件。

  核動力院院長羅琦認(rèn)為, “軟件是核電站核心技術(shù)的‘核心’,是核電強(qiáng)國的重要標(biāo)志,‘華龍一號’有了自主化軟件,就有了‘中國魂’,是參與海外競爭的關(guān)鍵所在。”進(jìn)入21世紀(jì)以來,尤其是隨著中國核電發(fā)展和核電出口進(jìn)程加速,為了實現(xiàn)“華龍一號”走出去,自主化軟件的出臺勢在必行。

  2010年,中核集團(tuán)通過“龍騰”自主創(chuàng)新科研項目,加大了對核電核動力軟件研發(fā)的支持力度,在集團(tuán)公司統(tǒng)一歸口管理下,組織協(xié)調(diào)相關(guān)人力、物力大力開展軟件技術(shù)研發(fā)。談起軟件的研發(fā)歷程,核動力院軟件自主化項目部經(jīng)理盧宗健打開了話匣子:“項目總體上來說,經(jīng)歷了策劃、立項、研發(fā)、應(yīng)用等階段;從具體軟件研發(fā)過程來說,每個軟件經(jīng)歷了需求說明、理論模型建立、軟件編碼、測試、驗證等復(fù)雜的步驟。”

  知易行難,簡單幾句話背后,蘊含著巨大的工作量。研發(fā)團(tuán)隊既要解決軟件技術(shù)普遍存在的技術(shù)抽象、系統(tǒng)復(fù)雜、不可預(yù)見等困難,還要戰(zhàn)勝核相關(guān)軟件技術(shù)所特有的核安全標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格、核專業(yè)理論模型研究技術(shù)難度大、軟件代碼規(guī)模大、軟件需求反饋所需時間長等挑戰(zhàn)。“沒有捷徑可以走。項目組只能嚴(yán)把質(zhì)量關(guān),組建專業(yè)技術(shù)隊伍,明晰研發(fā)流程,同時制定相關(guān)技術(shù)規(guī)范,通過引入第三方測試及第三方驗證確保軟件高質(zhì)量開發(fā)。對于核相關(guān)軟件中的技術(shù)問題,項目組以前期的大量研發(fā)經(jīng)驗為基礎(chǔ),依靠新老技術(shù)專家共同攻關(guān)、逐個突破。”盧宗健說。

  經(jīng)過整個團(tuán)隊的集智攻關(guān),加之核工業(yè)60年的經(jīng)驗積累、30年來核電工程數(shù)據(jù)以及5年大規(guī)模集中有針對性地研發(fā),2015年12月,我國第一個具有完整自主知識產(chǎn)權(quán)的核電設(shè)計軟件包NESTOR軟件V1.0發(fā)布,軟件包內(nèi)容涉及物理設(shè)計、屏蔽和源項設(shè)計、熱工水力、安全分析、燃料元件等多個專業(yè)領(lǐng)域,覆蓋了核電核動力設(shè)計研發(fā)與運行支持的主要領(lǐng)域,徹底解決了核電自主創(chuàng)新中缺乏自主軟件的問題,滿足了“華龍一號”等相關(guān)核電機(jī)組新的工程特點與運行要求。它的發(fā)布結(jié)束了作為核電大國的我國沒有成套完整自主知識產(chǎn)權(quán)核電自主化軟件的歷史,形成了軟件技術(shù)轉(zhuǎn)讓能力。經(jīng)專家驗證,NESTOR軟件在精度、效率等方面都達(dá)到了國際同類軟件先進(jìn)水平,與美、法等核電強(qiáng)國并駕齊驅(qū),躋身世界第一陣營。

  三大優(yōu)勢:助力三代核電更好“走出去”

  “不以山高為懼,不因路遙而疲。”NSETOR發(fā)布之后,探索并從未停止。在NESTOR軟件V1.0的基礎(chǔ)上,研發(fā)團(tuán)隊完成了一系列更為先進(jìn)模型的軟件研發(fā),在復(fù)雜幾何組件參數(shù)處理等多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了技術(shù)突破,獲得了理論模型更為先進(jìn)、功能更為強(qiáng)大、界面更加友好的V2.0版本軟件20余項。

  “中核集團(tuán)自主研發(fā)的NESTOR已經(jīng)形成了三大典型優(yōu)勢,一是為‘華龍一號’量身定制,滿足‘華龍一號’走出去要求;二是良好的操作界面,可視化強(qiáng);三是基于云平臺計算,可以實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。”提起軟件包的先進(jìn)性,設(shè)計人員如數(shù)家珍。

  “華龍一號”是中國具備自主知識產(chǎn)權(quán)的三代核電技術(shù),具有先進(jìn)而獨特的技術(shù)特征,比如177堆芯、CF燃料組件、雙層安全殼、能動加非能動安全系統(tǒng)、ZH65型蒸汽發(fā)生器等等。NESTOR軟件從設(shè)計之初就和“華龍一號”堆型緊密結(jié)合。在軟件開發(fā)過程中,研究團(tuán)隊進(jìn)行了“針對性”開發(fā)。比如,在核動力院研發(fā)的燃料組件軟件中,工程參數(shù)已經(jīng)輸入到NESTOR軟件包里面,現(xiàn)在軟件中進(jìn)行操作的就是實實在在要用于“華龍一號”的燃料組件;由工程公司負(fù)責(zé)研制完成的國內(nèi)首個大型CNPIPE核級管道力學(xué)計算軟件和LBB評定軟件,在質(zhì)量得到驗證后即應(yīng)用于“華龍一號”;同樣由工程公司研制完成的安全殼熱工水力分析軟件,能夠細(xì)致模擬雙層安全殼和非能動安全殼冷卻系統(tǒng),已應(yīng)用于“華龍一號”的安全分析;工程公司所開發(fā)的排放源項計算等環(huán)境相關(guān)軟件已經(jīng)應(yīng)用到了“華龍一號”分析評估之中,為“華龍一號”的環(huán)境友好性給出了有力的證明;而中核武漢核電運行技術(shù)公司新開發(fā)的先進(jìn)仿真平臺軟件包也已應(yīng)用于“華龍一號”核電廠全范圍模擬機(jī)和設(shè)計驗證平臺開發(fā)項目中。無疑,有了這些“私人定制”,NESTOR軟件包已經(jīng)能滿足“華龍一號”對自主化軟件技術(shù)的配套需求,也為今后“華龍一號”“走出去”裝備了“核心”。

  良好的人機(jī)界面從設(shè)計人員的操作中便可見一斑。以前,軟件都是文本輸入方式,設(shè)計人員需要通過編寫密密麻麻的輸入腳本,才能進(jìn)行操作。有時,一不留神輸入了錯誤腳本,根本難以發(fā)現(xiàn),工作人員經(jīng)常需要幾天幾夜的“大海撈針”才能找到錯誤。而計算結(jié)果又是一行行數(shù)據(jù),要想找到某一點的參數(shù),工作量同樣驚人。如今,設(shè)計人員通過鼠標(biāo)拖拽就能完成很多的輸入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備,軟件的計算結(jié)果通過三維模型可以直觀看到,鼠標(biāo)點到某處參數(shù)便跳出,可謂“手到擒來”。

  此外,NESTOR軟件包是基于云計算模式,有銀河計算機(jī)系統(tǒng)作為支撐,是核電技術(shù)與“互聯(lián)網(wǎng)+”結(jié)合的典型范例。“別看設(shè)計人員只是坐在自己的工作臺上操作軟件,其實終端連著銀河計算機(jī)房。機(jī)房里存儲了國內(nèi)很多核電站的運行反饋經(jīng)驗以及‘華龍一號’研發(fā)過程中的試驗數(shù)據(jù)。可以保證我們計算的數(shù)據(jù)都是實時更新、準(zhǔn)確無誤的。”項目總設(shè)計師李慶自豪地告訴記者。此外,由于是基于云平臺,這個軟件系統(tǒng)也很容易復(fù)制到互聯(lián)網(wǎng),為全世界進(jìn)行服務(wù)。李慶對記者表示:“毫不夸張地說,這種基于高性能計算機(jī)上的云計算模式目前只有中核集團(tuán)掌握。巴基斯坦、阿根廷、英國……今后,我們的設(shè)計人員可以在全世界范圍內(nèi)使用這套軟件開展核電設(shè)計研發(fā)。”

 

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