2020年，中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)評(píng)定出科技進(jìn)步獎(jiǎng)共76 項(xiàng)，其中，一等獎(jiǎng) 6 項(xiàng)、二等獎(jiǎng) 19 項(xiàng)、三等獎(jiǎng) 51 項(xiàng)；技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng) 2 項(xiàng)，其中，一等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)、二等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)；企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新工程獎(jiǎng) 2 項(xiàng)；創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)獎(jiǎng) 4 項(xiàng)（ 其中 2 項(xiàng)并列第三 ）；青年優(yōu)秀創(chuàng)新人物 5 名。
為進(jìn)一步弘揚(yáng)科學(xué)家精神和大國(guó)工匠精神，宣傳核能行業(yè)創(chuàng)新工程、創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、創(chuàng)新人物，展示核能行業(yè)篤行務(wù)實(shí)、追求卓越的精神，協(xié)會(huì)《中國(guó)核能》雜志從2021年第一期開始對(duì)核能科技獎(jiǎng)部分獲獎(jiǎng)的創(chuàng)新集體和創(chuàng)新個(gè)人進(jìn)行綜合報(bào)道，以饗讀者。
2020年12月，中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)2020年科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)名單出爐，76個(gè)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目中，國(guó)家核電（上海核工院）（以下簡(jiǎn)稱“上海核工院”）的“全范圍PSA分析體系和先進(jìn)分析工具的開發(fā)及應(yīng)用”榮獲科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，這也是國(guó)內(nèi)PSA專業(yè)獲得的第一個(gè)省部級(jí)一等獎(jiǎng)。
全面拓展 填補(bǔ)空白
PSA，即Probabilistic Safety Assessment，概率安全評(píng)價(jià)(亦稱概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)PRA)。不同于用確定論方法對(duì)核電廠設(shè)計(jì)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，PSA是一種定量評(píng)價(jià)事故發(fā)生概率及其潛在后果的系統(tǒng)性方法。
通過對(duì)核電廠設(shè)計(jì)特點(diǎn)、運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、運(yùn)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(duì)環(huán)境和健康的影響等各種因素進(jìn)行全面評(píng)估分析, PSA計(jì)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(yùn)行。在核電廠設(shè)計(jì)階段,可以找出設(shè)計(jì)薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提升核電廠安全性；而在核電廠運(yùn)行階段，可評(píng)估電廠風(fēng)險(xiǎn)水平狀態(tài)，優(yōu)化運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管控，在保障安全水平的情況下提升電廠經(jīng)濟(jì)性。
對(duì)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(guó)國(guó)家航空航天局）的阿波羅登月計(jì)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(yàn)反饋，PSA以其全面平衡安全性和經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)和先進(jìn)性，越來越成為行業(yè)共識(shí)，成為電廠設(shè)計(jì)安全審評(píng)必不可少的內(nèi)容。
國(guó)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(guó)家核安全局、設(shè)計(jì)院、業(yè)主及各相關(guān)高校的聯(lián)合推進(jìn)下，摸索中取得了一些進(jìn)展，但也存在一些不足，主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面：一是相關(guān)研究和應(yīng)用相對(duì)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(jìn)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(duì)PSA的摸索和積累并取得階段性成果的基礎(chǔ)上，依托國(guó)家科技大型先進(jìn)壓水堆核電站重大專項(xiàng)中的“CAP1400關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)研究”課題，開展“全范圍PSA分析體系和先進(jìn)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(shí)現(xiàn)PSA技術(shù)新的跨越。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(gè)重點(diǎn)方向，過程中及時(shí)總結(jié)工作經(jīng)驗(yàn)提煉支撐行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)研究，不僅固化成果，同時(shí)反哺提升實(shí)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(dú)立的PSA技術(shù)體系，解決了前述痛點(diǎn)，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(tuán)隊(duì)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(gè)不同類型設(shè)備的易損度分析是核心技術(shù)挑戰(zhàn)，針對(duì)巖石地基的分析國(guó)內(nèi)業(yè)界已基本掌握，而我國(guó)首個(gè)出口核電站巴基斯坦恰希瑪項(xiàng)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(guó)內(nèi)尚無先例。作為恰?，旐?xiàng)目的設(shè)計(jì)總包單位，上海核工院組成以PSA團(tuán)隊(duì)為主、多專業(yè)協(xié)同的核心團(tuán)隊(duì)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(jì)算，合理確定非彈性吸收系數(shù)，進(jìn)而得到易損度，同時(shí)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(jì)算效率，解決了地震PSA模型定量化中的多重卷積計(jì)算問題。這些問題的解決，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白并使得地震PSA的整體水平達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
PSA安全評(píng)價(jià)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)
面對(duì)浙江三門新建機(jī)場(chǎng)距離核電廠僅有7.2km的情況，PSA團(tuán)隊(duì)迎難而上，通過廣泛調(diào)研，結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際的航空數(shù)據(jù)，形成了一套精細(xì)化的飛機(jī)撞擊PSA方法，攻克了飛機(jī)撞擊具體核島構(gòu)筑物可能性計(jì)算以及構(gòu)筑物飛機(jī)撞擊易損度分析的難題，有效填補(bǔ)了國(guó)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(xiǎn)分析以及三級(jí)PSA等相關(guān)方法的開發(fā)，均填補(bǔ)了多個(gè)國(guó)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(xiǎn)評(píng)價(jià)的全范圍PSA技術(shù)體系。
與國(guó)內(nèi)外其他PSA技術(shù)團(tuán)隊(duì)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(diǎn)突出。十年磨一劍，團(tuán)隊(duì)綜合全面調(diào)研，成功開發(fā)了基于先進(jìn)算法的高性能計(jì)算引擎SPACal，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了涵蓋設(shè)計(jì)建模、運(yùn)行服務(wù)和安全監(jiān)管等各個(gè)方面的PSA軟件體系，實(shí)現(xiàn)核心算法和軟件代碼完全自主。
在性能方面，與國(guó)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(gè)實(shí)際工程項(xiàng)目模型對(duì)比，SPACal計(jì)算引擎在計(jì)算精度和計(jì)算速度上優(yōu)勢(shì)明顯，同時(shí)還實(shí)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(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平，目前已進(jìn)入商業(yè)化和全面推廣應(yīng)用階段。
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(dòng)AP系列、高溫堆等多個(gè)堆型，關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用于國(guó)家核安全局的核電廠安全運(yùn)行性能指標(biāo)監(jiān)管以及重大專項(xiàng)的兩個(gè)示范工程，同時(shí)包括出口的巴基斯坦恰希瑪核電站系列項(xiàng)目。
其中，田灣VVER電廠風(fēng)險(xiǎn)指引型在役檢查項(xiàng)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(xiàng)，一個(gè)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(shí)間窗口20小時(shí)（約2000萬電價(jià)收益），大大提升了電廠的經(jīng)濟(jì)效益。截至目前該技術(shù)已累計(jì)實(shí)現(xiàn)服務(wù)合同額達(dá)千萬元。近5年，團(tuán)隊(duì)各項(xiàng)技術(shù)開發(fā)及服務(wù)累積合同額超2億元。
PSA團(tuán)隊(duì)在全面總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，參與了國(guó)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(guó)內(nèi)PSA領(lǐng)域最完整的標(biāo)準(zhǔn)體系，有力推動(dòng)了行業(yè)進(jìn)步。同時(shí)，還形成了3項(xiàng)發(fā)明專利，獲得13項(xiàng)軟件著作權(quán)，13項(xiàng)成果鑒定中有1項(xiàng)被評(píng)為國(guó)際領(lǐng)先，另外12項(xiàng)均為國(guó)際先進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了PSA從“設(shè)計(jì)后分析論證”到“全面風(fēng)險(xiǎn)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(dòng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，為后續(xù)進(jìn)一步發(fā)展和全面應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)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(mèng)為馬，不負(fù)韶華。不期的未來，奮楫爭(zhēng)先，勇立潮頭。（作者：上海核工院 銀漢）
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