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攻克核电厂模拟仿真技术难题 助力“国和一号”全面自主化——国家电投集团科学技术研究院非能动压水堆全范围模拟机技术研发团队

2021-07-13

 

      全范围模拟机是保证核电厂人因安全性的关键设备,国际市场上的核电厂模拟仿真技术长期掌握在美国、加拿大等国的少数几家企业手中。国内企业早在20多年前就开始研发核电厂模拟仿真技术,但以往仿真的核电堆型没有设置自然循环流体系统,导致国内原有技术无法覆盖“国和一号” (CAP1400)等大型非能动压水堆的模拟仿真需求。国家电投集团在大型非能动压水堆技术引进消化吸收和“国和一号”自主化堆型研发初期不得不采用进口技术。2017年,国家有关部门和国家电投集团提出基于针对大型非能动压水堆工程特性刚刚完成自主化研发的COSINE软件包开发完全国产化的CAP1400全范围模拟机,并将这一研究任务交付给国家电投集团科学技术研究院非能动压水堆全范围模拟机技术研发团队。                                                           
       核电厂全范围模拟仿真是一项复杂的系统工程,要对数以百计的核电厂系统仿真,并且在仿真每个系统时都要开展复杂的多学科耦合模拟。对非能动压水堆特有的自然循环流体系统模拟仿真时需要开展相比强迫循环流体系统模拟仿真更为精确和复杂的计算,该计算技术长期被国际同行作为商业秘密保护。因此,许多专家对非能动压水堆全范围模拟机技术研发团队可以在几年时间内赶上国外同行表示怀疑,在行业调研过程中有些专家认为“即使实现了非实时的自然循环流体系统热工水力计算,要应用在实时的模拟仿真场景中也是很难的”“软件的计算效率和计算精度互相掣肘,追求效率后计算精度难以保证”。                  
       非能动压水堆全范围模拟机技术研发团队深知任务的艰巨性,但他们没有在质疑声中放慢脚步,而是夜以继日地调查文献、推导理论、编写代码。研发团队对算法进行了数十次改进,最终使得程序在保留精度可用的同时,效率提升了一个量级。                                               
      2020年9月15日,国家电投集团科学技术研究院非能动压水堆全范围模拟机技术研发团队承担的“CAP1400全范围模拟机自主化核心技术研究”重大专项课题顺利通过验收。在项目验收时,对于解决方案他们解释道:“把耗费资源、精度要求高、非核心可离线的计算剥离出来,在做核心在线计算前花在线计算千万倍的时间,把所有可能的结果离线计算出来作为核心在线计算的输入,那么核心在线计算就可以快速高精度的开展,就好像平时认真学习和思考数千小时,在考试的几个小时里就可以快速准确地答题”。
      非能动压水堆全范围模拟机技术研发团队攻克非能动压水堆自然循环流体系统模拟仿真技术难题,创新研发出顺应当代先进软件架构技术发展趋势的全新仿真平台软件包cosMuse,为我国大型非能动压水堆全范围模拟机开发提供了核心自主化技术支撑,将助力“国和一号”基于完全自主化技术开展控制系统验证和操纵员培训。