上海地区核能科研设施现状及发展对策研究

朱军民

曾在上钢五厂从事技术岗位工作，2002 年进入上海市经济委员会，长期从事装备产业管理服务工作（期间在工信部装备工业司挂职一年），2016 年调任上海市核电办公室，先后担任核电产业处副处长、处长和办公室副主任。曾参与制定上海装备制造业的“十一五”“十二五”和 “十三五”发展规划等政府文件，具有推进上海核电产业发展的丰富经验。

前言

习近平总书记多次阐明中国碳达峰、碳中和宏伟目标，核能作为一种低碳、稳定、可靠、高效的绿色能源，将在构建新型电力系统和能源转型发展中发挥重要作用。党中央提出实现国家科技高水平自强自立的要求，进一步加强原创性引领科技攻关和基础研究，整合优化科技资源。核能产业是战略高技术产业，上海地区具备优越的核能产业发展基础，科研设施作为科技创新的重要支撑，需进一步优化提升完整性和先进性、及相关的管理体制机制，以有力支撑核能技术创新和核能产业长期可持续高质量发展。

1上海地区核能科研设施现状研究

1.1核能科研设施研究范畴

核能科研设施研究对象为“支撑核能科研创新活动，独立设计、不批量生产的整套设施系统”。综合考虑科研设施的主要用途、对不同堆型的支撑性等方面因素，分为基础研究、工程设计和设备研制三类。

1.2核能科研设施现状调研研究

本文从上海市核能相关企业、科研院所、高校等中选取了 20 余家典型代表，开展核能科研设施调研研究，范围覆盖了基础科研、堆型研发设计、工程建设、装备制造、运维服务等核能全产业链的相关单位。各类科研设施分布情况详见图 1。

图 1 核能科研设施分布情况

依托核电重大专项和熔盐堆先导专项带动作用，上海市各科研院所、高校和企业建设了一批高水平科研设施，全面支撑了核能产业基础研究、试验验证、材料测试、设备测试等方面的发展。

（1）科研设施的主体机构最完整。上海是目前国内核能科研创新主体和创新资源最为完备的地区，核能科研设施的集聚发展推动了整体科研创新能力的提升。

（2）科研设施对型号研发的支撑力强。上海地区的科研设施全面支撑了第三代核电技术研发。部分设备制造相关科研设施可覆盖第三代、第四代，大、小不同堆型的需求。

（3）科研设施整体水平高。面向工程应用领域，核能科研设施普遍达到国内领先水平，且多为大中型科研设施。

（4）科研设施投入渠道多样化。不同类型主体的设施投入主要来源不同。当前主要以建设经费结余经费和企业自身的投入支持设施维护工作。

（5）共享使用差异化。通用性强和专业性强的科研设施在共享使用方面市场化表现差异明显，通用性强的设施共享程度高。

此外，作为支撑核能领域科研创新的重要部分，上海地区科研机构利用其他地区优势资源，主导建设了一批先进科研设施，确保充分满足科研需求。

此外，研究发现：上海市核能相关科研设施发展还需进一步加强顶层设计和统一规划。在核能科研资源投入方面，由于各大集团间的壁垒，各创新主体自主投入开展设施建设和研发工作，存在不同程度的资源重复投入问题。在基础研究领域缺少大型科研设施的布局。科研设施分散在各个单位，需要进一步完善集成“一站式”验证或鉴定服务能力。当前国内科研设施、鉴定台架在资质认定方面参差不齐，需要进一步统一专业性的设施能力、资质方面授权，以支撑设施共享使用标准化、规范化。

2上海地区核能科研设施对标研究

本文从目前国内核能研发、设计、建设、运行、退役等全周期及核能综合利用等方面，对上海市核能科研设施的布局完整性、技术先进性等进行对标评价。基础研究方面主要包括核能物理基础研究、核燃料循环前端研究和关键共性技术研究等。工程设计方面主要包括关键技术、综合利用和运维技术等。设备研制方面主要包括关键设备和关键材料等。对标评价的结果详见图 2（图中各项满分为 5 分）。

图 2 上海地区核能科研设施对标结果

（1）在支撑堆型研发科研设施方面，依托核电压水堆重大专项和钍基熔盐堆先导专项，建成了一批高水平的科研设施，支撑完全掌握了非能动安全技术。

（2）在支撑装备制造科研设施方面，整体科研设施在国内拥有领先优势，以上海电气为引领的上海核能装备制造企业承接了“国和一号”、“华龙一号”、高温堆等三代和四代堆型的主设备、泵阀等关键设备的研制和供货，并实现成功出口。在已有支撑运维技术高水平科研设施基础上，中核、华能布局上海，极大提升了在上海地区核电运维、高温堆等领域的能力。

（3）在前端的核物理基础研究、后端的废物处理技术等方面，设施支撑能力不足，研究堆、加速器、核聚变等基础研发设施尚不完善，小堆应用落地相对滞后。

3上海核能科研设施发展目标和需求研究

3.1发展目标

对接国家核能发展形势和中长期发展趋势，“全力做强创新引擎，打造自主创新新高地”“发挥科技创新策源功能”，为满足上海市核能产业“十四五”和中长期发展目标的要求，建设成为“国内领先的核电产业发展中心”，核能科研设施发展需满足“制度完善、布局合理、长效支撑”的目标。

（1）形成有效支撑核能产业长期可持续发展的科研设施布局。进一步完善支撑核能技术基础研究、工程设计、装备制造各方面的科研设施建设，满足原创技术研究、先进型号研发、核电装备制造、运维技术支持、核能综合利用、核技术和核环保、智慧核电等需求。

（2）形成覆盖科研设施全生命周期管理的体制机制。基于目前上海市的设施评议、共享开放等机制，加强顶层设计，全面完善决策、建设、运行、退役等各阶段科研设施管理的制度，有序持续投入，推动统筹协调，促进优化配置。

（3）形成全方位核能科技创新的有力保障。匹配科技创新和科研设施需求， 开展有力的政策支持和资源投入。构建多层次科研人才体系，支撑科技创新主体和科研设施运行等各方面保障能力。

3.2发展需求

综合考虑上海市核能产业发展目标和国内核能科研设施发展现状情况，从支撑上海地区核能产业发展的技术创新需求角度（对接上海核电产业“十四五”规划重点方向和任务）和当前科研设施的先进性和完整性（对标评价情况）角度， 可将科研设施情况分为四种类型（见图 3），有针对性地提出后续发展需求，以全面支撑核能产业长期可持续发展。

图 3 上海市核能科研设施发展需求分析

Ⅰ类为紧迫性高、先进性和完整性高，重点对关键需求领域做优化完善，以满足最新的发展需求；Ⅱ类为紧迫性高、先进性和完整性低，需重点布局投入，全面建设支撑性科研设施；Ⅲ类为紧迫性低、先进性和完整性高，持续跟进发展情况，根据需要进行局部优化，以确保先发优势；Ⅳ类为紧迫性低、先进性和完整性低，根据后续发展需要进行布局。

（1）支撑基础研究方面

作为支撑核科学基础研究、核能技术应用（如燃料辐照考验等）和核技术应用（如同位素生产等）的基础，需考虑布局研究堆、加速器等支撑性大科学装置，以支撑发挥重要技术策源功能，促成核能领域形成一批原始创新成果。需聚焦核电标准化、型谱化发展，持续完善在热工流体机理、反应堆严重事故现象学研究等方面的科研设施体系，以支撑满足更高安全标准、更好经济性需求。在核聚变领域，面向当前国内外研究现状和形势，上海地区没有重复建设已有聚变实验研究装置的必要性，可考虑充分发挥上海地区综合优势，开展工程验证和配套方面的研究工作，包括如建设聚变中子源，开展相关材料、装备等方面的性能验证研究等。

（2）支撑工程设计方面

对于堆型研发，在三代核电自主化发展基础上，推进小型模块化反应堆和四代堆的研发。小型堆方面，面向陆用、海用等方向，布局反应堆堆芯关键性能、安全性能验证，及海洋条件下专有技术研究平台的建设。四代堆方面，重点支持满足钍基熔盐堆、热管堆、铅基堆等特定堆型研发试验验证台架设施的建设。

对接核能综合利用应用场景，核能供热方面，需布局支撑居民生活供暖、工业供热、供冷等方面可行性和工程应用验证相关模拟仿真平台、试验验证平台的建设；核能制氢方面，对接当前主流制氢路线，开展利用核能进行碱性电解水（AEL）、质子交换膜（PEM）、固体氧化物电解水（SOEC）等技术研究和装备研制。基于不同堆型特点（压水堆、高温气冷堆等）与不同制氢技术路线的匹配性，从模拟仿真、试验验证、样机制备等方面布局相关研发设施；海水淡化方面，布局开展核能与反渗透法、耗热工艺等相结合开展海水淡化技术研究，同步开展工艺和装备的研制工作。

（3）支撑设备制造方面

基于上海市已有先发优势，面向三代核电设备国产化需求，综合考虑在关键材料、零部件、整机等设备研制和性能验证方面已有设施对整体工作支撑的全面性， 并对特定领域的设施进行补强完善。针对小型堆、四代堆等先进核电装备制造方面需求，完善在海上平台、一体化供热堆、钍基熔盐堆、热管堆、铅基堆等堆型专有设备研制方面设施建设。针对不同堆型先进燃料研发需求，布局相应的工程验证试验平台。同时对接上海市先进制造发展布局，开展 3D 打印、智能材料等前沿技术在核能装备制造领域的应用研究。

4上海地区核能科研设施发展对策建议

4.1上海地区核能科研设施发展建议

对接上海市核能产业定位，瞄准“十四五”和中长期核能技术发展新方向和新趋势，充分考虑当前核能科研设施的基础，分阶段有序开展设施建设，补齐短板、锻造长板、布局未来，支撑核能技术研发和创新，布局形成满足“多代际、多用途、多型号”研发需求的核能科研设施体系。

（1）补齐短板，全面支撑产业发展需求

重点关注小型模块化反应堆堆型研发需求，开展包括专有试验机理研究、整体性能试验研究、特殊条件下（如海基条件）性能验证研究等方面科研设施的建设。以科研设施支撑设计验证，推动工程项目尽快落地。

核能综合利用是核能与通用技术的交叉耦合的领域，需全面布局核能供热、制氢、海水淡化等相关技术研发和装备制造科研设施。在核能技术侧，建议形成以政府投入为引导、企业投入为主体的发展模式，以重点专项、课题等支撑在核能综合利用模拟仿真、关键技术研发方面设施的建设。在通用技术侧（包括如供热/  制冷、制氢、海水淡化等），强化核能与通用技术的耦合，充分利用通用技术领域技术研发基础（如利用高温蒸汽制氢的 SOEC 技术等）和市场化合作资源，开展支撑集成性技术创新科研设施的建设。

长期来看，考虑主导或参与研究堆、加速器等大科学装置建设。一方面可考虑采用当前钍基熔盐堆外部合作思路，由上海地区科研单位牵头、与条件适合地区协同开展大科学装置的建设，充分满足支撑相关基础研究和产业发展的需求。另一方面，可结合上海科创中心建设、国家实验室建设、世界级重大科技基础设施集群建设，争取在如在张江综合性国家科学中心、临港片区等布局重大科技基础设施落地的可能性。

（2）锻造长板，持续保持先发优势

《上海市建设具有全球影响力的科技创新中心“十四五”规划》中明确，“科技创新策源功能明显增强”是发展主要目标之一。对接上海市综合性国家科学中心建设目标，全力争取核能领域国家原创技术策源地建设方面政策支持。

围绕“国和一号”和“华龙一号”国产化攻关任务，补链、固链、强链，完善三代核电关键设备、部件和材料的功能、性能验证设施体系和功能，争取产业链链长建设，整合产业链资源，集中优势资源、开展关键技术攻关。布局小堆、四代堆主设备、仪器仪表、大型锻件（及相关的关键材料、零部件等）等功能和性能验证台架。

建议优先在上海电气集团等装备企业现有三代核电自主化装备制造相关设施台架基础上，充分论证，根据后续设备研制需求（先进燃料、主泵、主管道、仪控系统、阀门等），对现有台架进行功能完善或适应性改造，以满足多种堆型（特别是小型堆、四代堆）需求。

充分对接核电厂、核能业主需求，以企业自主投入或与业主联合研发的形式， 根据需要布局新堆型特有设备维修及验证设施，机器人、智能检修等新技术研发和设备研制验证实验室。

长期来看，要以型号为牵引，各大核电集团投入为主开展堆型研发相关关键科研设施的建设，同时顶层出发从资源协同、优化配置方面推进各研发主体共建共用技术试验设施。

（3）布局未来，支撑核能可持续发展

对接在先进燃料循环、热工流体机理、严重事故现象学等基础研究方面研发创新需求，在上海市科研计划项目方面给予必要的支持。

紧密对接国家重点专项、重点研发计划等支持方向，根据发展需求布局先进核反应堆堆型（微小堆（如热管堆）、四代堆（钍基熔盐堆、铅基堆）等方面）研发相关的关键技术验证试验设施。

从支持长期发展的角度，还需积聚各企业、院所、高校技术能力，促进联合技术攻关和大数据、智能化等新技术应用，推动资源和技术的有机结合，进一步提升上海地区的运维技术水平。结合上海市支持重点产业发展和先进制造业发展政策， 在核能相关新材料、新技术（如 3D 打印、智能材料）等方面争取相关政策和项目支持。持续跟踪聚变堆研究进展和工程化需求，以聚变中子源为切入点，争取大型科研基础设施落地上海，支撑后续聚变堆工程化。

4.2保障举措建议

（1）强化顶层设计，推进科研设施协同发展，优化研发资源配置，提升标准化和规范化

紧密对接国家核能设施发展规划，全面梳理现有核能科技资源，强化上海地区核能科研设施发展的统一布局、优化配置，避免重复建设和多头投入。推动长三角、长江经济带等区域性的科研资源协同发展，统筹规划、建设和运行，聚合设施共享平台，提升平台跨区域整体服务效能。建立核能科研设施领域的标准，提升行业的标准化和规范化。

（2）加强政策引导和支持，拓展科研设施支持渠道，提升科研设施利用效能

对接上海市科研创新、产业发展定位，作为战略新兴产业，进一步加强对核能研发创新的支持力度，拓宽项目、课题等方面渠道。加快布局一批公共研发平台和大型试验基地，促进中小企业在内的主体参与创新活动。建设上海市核能重点实验室等核能科技创新平台，围绕上海科创中心建设，鼓励各科研创新主体联合，推动相关核能科研试验中心 / 基地建设科研创新平台，申报国家级高层次创新平台，争取国家层面的政策和资源，申报原创技术策源地建设、强化科技创新策源功能。加大科研政策支持力度，加强投入渠道引导，形成以中央和地方财政引导、企业 / 社会投入协同的投入机制，保障持续稳定的资源投入，在科研设施用地、用电、用水等多方面给予充分的政策支持，多方面满足上海地区科研机构在沪建设科研设施的需求。推动科研设施集群式布局，企业、高校、科研院所组建联合实验室或研究院或产业联盟，联合建设新型研发机构，促进部市合作、院地合作、央地合作等，以大型核能科研基地为目标，新建或搬迁科研设施，促进学科、技术交叉促进不同创新主体间的交流、学科交叉，提供一站式、规范化服务。

（3）完善科研设施全生命周期管理体制机制

完善核能领域科技设施规划论证、组织建设、运行管理、退役退出等各环节的全生命周期制度，加强全过程的管控和指导，做好相关配套支持和开放共享工作。论证阶段强化评估机制，充分考虑设施通用性和可重复使用性，推动各需求方（研发主体）共建共用科研设施。建设阶段加强过程的管控和评价，确保设施满足原定目标和功能。运行阶段采用分级管理制度，推动核能科研设施的共享使用，给予一定的设施维护支持，统一资质和认定体系。退役阶段建立完善的科研设施退役或退出机制，对科研设施实行闭环管理，及时释放科研资源。

（4）完善核能领域人才培养体系，支撑核能产业高质量发展

优化人才培养体系，强化核电科技人员的保障力度。引导、强化核能专业人员的培养，持续充实科研人才队伍和团队，创造条件（先进实验室等）、吸引和培养高层次人才，牵引整体科研水平的提升，提升行业影响力。培养专业化科研设施运维人员队伍，保障科研设施的有效运转，激发开展科研设施开放共享的积极性，提升科研设施软实力。

（本文刊载结束）