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探访核电隐形冠军:中国首个核级操作系统是怎样诞生的

发布时间:2023-03-30 17:17:27来源:
  作者:马晨晨

  站在一排厚重的柜箱前,不用伸手拉箱门,只要戴上轻巧的头盔,柜箱里电路的实时运行状况便清晰浮现在眼前两片透明镜片上——科幻片中的透视在真实的工业场景里出现了。

  这里是上海中广核工程科技有限公司(下称“中广核上海科技”)仿真测试实验室的一隅,意想不到的“惊喜”经常在这里上演。

  日前,我国西部首台“华龙一号”机组中广核防城港核电站3号机组成功投产。它所搭载的核电数字化仪控系统(下称“核电DCS”)“和睦系统”就诞生于此。“和睦系统”的自主研发和应用填补了我国在该技术领域的空白,使我国成为全球少数几个掌握该技术的国家之一。

 

 

  不仅核电,目前以“和睦系统”为代表的自主研发数字化系统应用已经具备拓展更多领域的可能。例如,储能电站和风力电机。之所以发生这种变化,两个重要的因素是:保障能源安全的重要性愈发凸显,以及国产自主产品的可靠性明显提升。

  近日,第一财经记者跟随国务院国资委新闻中心组织的“走进新国企”主题采访团探访了这支“隐形冠军”,探究其弯道超车的奥秘,以及如何将“安全”注入行业灵魂。

  核电“神经中枢”中国造

  核电DCS是核电站的“神经中枢”,是核电领域复杂的重大装备。

  它包括安全级和非安全级两个部分。其中,核电安全级 DCS 主要完成核电站反应堆安全停堆和事故缓解功能,是一种“紧急制动系统”。由于可靠性要求极高,研发难度大,长期以来只有少数发达国家掌握该技术,我国过去一直依赖进口。

  “2005年的时候,我国所有核电站的控制设备都是引进的。想谈一些技术合作,别人都不跟你谈。所以当时国家能源局就把这个任务交给了我们,专门去突破核安全级DCS的产品研发。”中广核上海科技董事长江国进回忆道。

  自主创新的道路是艰辛的。之所以核级DCS研发难度大,一个重要原因是要满足两项硬性指标:一是反应堆控制保护系统的拒动率,要求做到10的-7次方,也就是1000万次要求动作的指令,系统不能有一次拒绝执行。二是误动率,50年内只允许系统向偏安全的方向误动一次。

  中广核上海科技总经理孙永滨告诉第一财经记者,要实现上述苛刻的安全要求,必须手写出自己的工业控制领域的操作系统,所有的嵌入式软件和通讯系统都不能向其他企业购买,这一点就足以把大多数想做原创的公司挡在门外。

  后来,近150多名研发人员一起手写出了大约500万行的代码。“在最紧张的时候,研发团队集中住在一起,所有的计算机搬过去,封闭研发,大家谁都不回家,三个月轮一次。” 为了实现完整的核级DCS功能,近百种不同类型的板卡也都得靠自主研发。仅攻克主控板卡设计这一项难题,中广核上海科技下属广利公司核研发团队就进行了十几轮设计迭代、上千次试错和上万次消缺。

  有了系统还不能用,得先想尽办法验证。广利核公司技术部经理张春雷认为,真正的难点恰恰在这一步:产品做出来以后,如何向专业机构和监管部门证明它是安全的、可靠的?

  “我们做了大量的试验验证工作。”张春雷说,这些工作包括EMC试验、抗震鉴定试验、环境鉴定试验,以及搭建一系列原理样机、1:1的工程样机等。为了获得国际原子能机构的认证,研发团队回答了来自7个国家的9名专家评审的一百多个问题。

  作为我国首个核级操作系统,“和睦系统”定义了核安全级编程语言。它与国外同类产品相比,任务调度性能提升60%,整体响应时间缩短了15%。

  关键核心技术的突破,使“和睦系统”平台的整体技术达到国际先进水平,系统安全性和可靠性设计等技术达到国际领先水平。2016年,“和睦系统”通过国际原子能机构独立工程审评,拿到进入国际市场的“入场券”。

  目前,“和睦系统”已在广东阳江5&6号机组、辽宁红沿河5&6号机组、江苏田湾5&6号机组、华龙一号示范工程——广西防城港3&4号机组等21台新建核电机组上得到应用,实现了安全性、可靠性和经济性的有机结合。

  更大面积的“安全”应用

  几乎每个走进防城港核电站的人,都会立即被眼前巨大而醒目的标语吸引:“核安全高于一切”。

  实际上, “安全”之于我国能源体系的重要性愈发凸显,早已不限于核电领域。这也给“和睦系统”以及其他自主研发的数字化系统带来了更大的舞台。

  今年全国两会期间,有政协委员提出,近年来,国内电池储能产业快速增长,但产品良莠不齐,对大容量电池储能系统并网运行带来新的安全可靠性挑战。为此,要参照核电级安全,建立以失效概率为依据的电池储能系统安全分级评估体系,并将该体系纳入到重大项目招标条件,引导电池储能迈向以“核电级安全”为标杆的高质量发展。

  “我们认为,核电的某些安全经验可以挪用到储能领域,比如选址上,根据当地可能发生地震的最大级别来规划安全措施,比如认证上,赋予电池记忆功能,让其达到一定的充放电次数以后强制淘汰,还有监管等等。” 孙永滨说。

  除了储能以外,风电、太阳能等产业也存在丰富的数字转型场景。在中广核上海科技的新能源控制系统创新实验室,第一财经记者看到了一架等比例的风电发电机机舱模型。硕大的舱罩下,清晰的内部结构依次展开:轮毅、传动系统、风速风向仪、发电机……

  其中,风力控制器是风机的核心装置。实验室负责人告诉记者,它不仅能有效提升风力发电的效能,还能有效防止风速过快时的失控,以及发生强风时所产生的危险。但是,由于恶劣环境中对可靠性和算力要求高,市场长期被国外垄断。

  “基于核电的软硬件技术创新,我们目前也将自主研发拓展到了风电领域。目前,我们正在逐步形成满足陆上和海上风机的自主控制系统产品,相关产品已在多个中小功率陆上风机项目中安全稳定运行。”上述负责人称。

  孙永滨表示,目前中广核上海科技已经梳理出超过100个应用场景,未来还将进一步推动数字经济和实体经济融合发展,打通数字化转型的信息“大动脉”。

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