1、基于計(jì)算機(jī)和航天工程的核電站對比分析看升級換代問題關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī); 航天工程; 核電站; 升級換代;Realizing Nuclear Power Plant Generation Progress through Computer and Spaceflight EngineeringWang YuanlongScience and Technology Laboratory on Reactor System Design, Nuclear Power Institute of China National Energy Pressurized Water Reactor Technolo

2、gy Research CenterAbstract：Generation progress is the actual problem that all of industry enterprise products must face. It is also the objective law shown clearly in the market competition. The apparent feature of this law is that it often is thrown away by itself. The new product is developed by s

3、elf. So, to the old product of the enterprise, its market area will be pressed and shrinks gradually, or seriously withdraws from the market. If the product is international, it means that the same as the problem faced like the internal market. Here, the realization is that if the product is not dis

4、carded by itself, will be thrown away by others. This paper will discuss the generation progress problem of nuclear power plant through the description of computer and spaceflight engineering generation progress.Keyword：computer; spaceflight engineering; nuclear power plant; generation progress;0 引言

5、升級換代是所有工業(yè)企業(yè)產(chǎn)品都必須面臨的實(shí)際問題。換代就是以新?lián)Q舊。新舊之間的替換意味著舊有的產(chǎn)品面臨市場被壓縮甚至被淘汰的現(xiàn)實(shí)。這是市場競爭凸顯出的一種客觀規(guī)律, 不以人們是否愿意接受的主觀意志為轉(zhuǎn)移。工業(yè)領(lǐng)域這種特定的客觀規(guī)律有一個(gè)顯著特點(diǎn), 就是自己淘汰自己。新產(chǎn)品是自己開發(fā)出來的。如此, 對企業(yè)舊有的產(chǎn)品而言, 輕者, 市場空間開始受到壓縮;重者, 不得不退出整個(gè)市場。當(dāng)然, 如果產(chǎn)品本身是國際化的, 也就意味著新產(chǎn)品是對國際同類已有產(chǎn)品的市場壓縮或淘汰。這里也見到, 以新?lián)Q舊的產(chǎn)品競爭的確帶有所謂的殘酷性。從中也可以體會到如果自己不淘汰自己則很可能就意味著被淘汰。1 計(jì)算機(jī)和航天工程升

6、級換代產(chǎn)品升級換代是企業(yè)必須作為發(fā)展戰(zhàn)略來重點(diǎn)考慮的重要課題。要實(shí)現(xiàn)升級換代, 就必須有新舊區(qū)別的具體技術(shù)指標(biāo)。升級換代是圍繞著這種具體指標(biāo)展開的技術(shù)改進(jìn)或創(chuàng)新的活動過程。這個(gè)過程具有牽一發(fā)而動全身;的特征。下面通過中國國內(nèi)的計(jì)算機(jī)和航天工程的升級換代兩個(gè)典型實(shí)例來分別進(jìn)行討論。計(jì)算機(jī)特別是超級計(jì)算機(jī)是影響國家許多方面的戰(zhàn)略性支撐產(chǎn)品。航天工程則是一個(gè)國家外太空或空天競爭能力的具體表現(xiàn)。1.1 計(jì)算機(jī)升級換代2014年11月, 在美國新奧爾良市召開的世界超級計(jì)算機(jī)大會上, 國際TOP100組織發(fā)布了超級計(jì)算機(jī)最新排行榜, 中國國防科技大學(xué)研制的天河二號;超級計(jì)算機(jī), 以每秒33.86千萬億次的

7、浮點(diǎn)運(yùn)算速度獲得四連冠1,2。每秒33.86千萬億次的運(yùn)算速度是個(gè)什么概念。計(jì)算機(jī)發(fā)展的歷史告知3,4:1946年1956年, 世界上出現(xiàn)第一代電子管式計(jì)算機(jī), 運(yùn)算速度范圍從每秒幾千到上萬次;1956年1962年, 世界上出現(xiàn)第二代晶體管式計(jì)算機(jī), 運(yùn)算速度在每秒幾萬到幾十萬次;1962年1970年, 世界上出現(xiàn)第三代集成電路計(jì)算機(jī), 運(yùn)算速度每秒可達(dá)上百萬次以上;1970年以后, 世界上出現(xiàn)了第四代超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī), 運(yùn)算速度從每秒幾千萬次到千億次不等。進(jìn)入21世紀(jì)后, 以美國為代表的計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度已經(jīng)達(dá)到每秒千萬億次。中國大陸的計(jì)算機(jī)研制始于1956年5, 1958年1959年相繼

8、研制成功了小型晶體管和大型晶體管電子計(jì)算機(jī);1965年, 出現(xiàn)運(yùn)算速度為每秒5萬次的晶體管電子計(jì)算機(jī);1973年, 研制成功運(yùn)算速度為每秒100萬次的集成電路計(jì)算機(jī), 用它解算一個(gè)200階的代數(shù)方程組僅用十幾秒鐘, 而人工則大約需要100人算一年;1983年, 每秒億次的超高速計(jì)算機(jī)誕生;1992年, 每秒10億次的并行計(jì)算機(jī)也研制成功, 并被用于氣象、核能、石油、航天航空等有大數(shù)據(jù)量處理需求的行業(yè)部門;到了2008年, 中國首臺運(yùn)算速度為每秒萬億次的計(jì)算機(jī)研制成功6;2009年, 國產(chǎn)萬億次桌面超級計(jì)算機(jī)的峰值計(jì)算能力高達(dá)每秒4萬億次, 其計(jì)算能力相當(dāng)于200臺個(gè)人電腦, 體積卻與普通計(jì)算機(jī)

9、相仿7;同年, 國產(chǎn)每秒千萬億次的計(jì)算機(jī)面世8,9,10天河一號采用并行結(jié)構(gòu), 持續(xù)運(yùn)算性能每秒2507萬億次, 運(yùn)算1h, 相當(dāng)于全國13億人同時(shí)計(jì)算340年以上或相當(dāng)于1臺高性能家用電腦運(yùn)算620年, 它被TOP100發(fā)布的2010年度世界超級計(jì)算機(jī)100強(qiáng)排行榜列在榜首位置, 一舉超越美國成為當(dāng)年世界計(jì)算速度最快的計(jì)算機(jī)10。中國還在考慮研制萬萬億次及十億億次的超級計(jì)算機(jī)11,12。從上面羅列的數(shù)據(jù)看到, 計(jì)算機(jī)升級換代主要的代際特征指標(biāo)是它的運(yùn)算速度。從每秒幾千次到每秒千萬億次, 時(shí)間跨度不過70年 (19462015) 。有人認(rèn)為超級計(jì)算機(jī)性能的發(fā)展遵循千倍定律, 即每隔10年性能就

10、會提高1000倍。不管這話準(zhǔn)確性如何, 起碼說, 計(jì)算機(jī)的發(fā)展速度是非常驚人的。超級計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力是一個(gè)國家綜合國力最具代表性的體現(xiàn)之一。計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的提高本身就是微電子、軟件、材料等行業(yè)共同發(fā)展及眾多行業(yè)發(fā)展需求推動的結(jié)果。它對一個(gè)國家產(chǎn)業(yè)鏈的形成與帶動以及多學(xué)科和技術(shù)的進(jìn)步舉足輕重。它更反映出一個(gè)國家的綜合系統(tǒng)集成能力。這種系統(tǒng)集成能力的強(qiáng)弱關(guān)乎國家的興衰。1.2 航天工程的升級換代中國探月工程分繞;落;回;3個(gè)階段。作為深空探測的第一步, 計(jì)劃在2007年發(fā)射第一顆探月衛(wèi)星嫦娥一號;, 實(shí)現(xiàn)繞月飛行的目標(biāo), 爭取分別在2010年前和2020年前實(shí)現(xiàn)落;和回;的目標(biāo)13。2007年,

11、嫦娥一號發(fā)射成功14。2013年, 嫦娥三號探測器在月面成功軟著陸15。探月工程三期的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)無人自動采樣返回, 嫦娥五號將于2017年左右發(fā)射, 2020年前帶回月球樣品16。探月工程還將實(shí)現(xiàn)載人登月的目標(biāo)17。載人航天方面:2008年, 神舟七號載人飛船發(fā)射成功18。2011年, 神舟八號和中國首艘空間試驗(yàn)站天宮一號相繼發(fā)射成功, 并成功實(shí)現(xiàn)首次無人空間交會對接19,20,21。2012年則成功實(shí)現(xiàn)有人對接22。這些為后續(xù)實(shí)現(xiàn)有人值守空間站打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)23。這里看到, 中國探月工程和空間站工程也有自己的主要特征指標(biāo), 即將人送上月球和實(shí)現(xiàn)有人值守空間站。比較看到, 計(jì)算機(jī)的升級換

12、代的運(yùn)算速度特征指標(biāo)是一個(gè)階梯式的階段目標(biāo)值。航天工程則把將人送上月球和留在空間站作為終極目標(biāo)。人上月球后及人在空間站后又該做什么, 則需要另外的特征指標(biāo)來規(guī)定了。航天工程所涉及的行業(yè)與計(jì)算機(jī)一樣廣泛。它也需要超強(qiáng)的綜合系統(tǒng)集成能力作為支撐。而這兩者結(jié)合的產(chǎn)品中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng);, 無論軍用、民用還是為國際服務(wù), 都有著不可替代的巨大作用。2 核電站的升級換代作為核電強(qiáng)國的美國, 如圖1所示, 劃分核電站的代際24,25。圖1中升級換代的立足點(diǎn)是在核反應(yīng)堆本身 (包括:電功率多少與體積大小和環(huán)路個(gè)數(shù)) 。這符合核電站的特點(diǎn)。原型堆是核電站早期的實(shí)驗(yàn)性堆型 (電功率一般1×105K

13、W以下) 。原型意味著原創(chuàng), 原創(chuàng)的特征就是先進(jìn)性 (先進(jìn)性指:首創(chuàng)或時(shí)間不長, 前后相繼出現(xiàn)) 加不完善性 (如:發(fā)電功率不大) 。中國人常說一步先, 吃遍天。;美國核電的發(fā)展可作為例證。盡管20世紀(jì)80年代后, 美國極少再建新的核電站, 但還是設(shè)計(jì)出了在世界上具有典型代表性的第三代改進(jìn)型核電站AP1000 (電功率1000MW或1×106KW, 雙環(huán)路) , 并且被中國引進(jìn)作為自己核電站升級換代的樣板。特別是AP1000的非能動 (passive的翻譯語) 技術(shù), 已經(jīng)成為了中國自己推出的三代核電站華龍一號;的特征性技術(shù)。AP1000 (前身是AP600) 在美國并無建成的核電

14、站。它顯然是在沒有工程任務(wù)背景下的研究設(shè)計(jì)結(jié)果。這正好說明升級換代并非是以建成的核電站作為標(biāo)志的。特別是圖1中的第四代核電站, 連原型都談不上, 充其量是基于既有成熟經(jīng)驗(yàn)的新概念研究設(shè)計(jì)。這些表明, 基礎(chǔ)研發(fā)是行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵所在。美國之所以能長期引領(lǐng)核電發(fā)展的世界潮流, 其強(qiáng)大的綜合基礎(chǔ)研發(fā)能力發(fā)揮著決定性的作用。圖1 核電站代際劃分Fig.1 Nuclear power plant generation classification基礎(chǔ)研發(fā)能力不足就極難清晰地提出升級換代的技術(shù)指標(biāo), 更難以說引領(lǐng)世界核電發(fā)展方向。由于歷史原因, 中國在核電領(lǐng)域是采用引進(jìn)翻版改進(jìn);的發(fā)展模式25。國內(nèi)發(fā)展核電

15、的立足點(diǎn)是基于引進(jìn)技術(shù)的成熟性加實(shí)用性, 且把這兩性與安全性相關(guān)聯(lián)。實(shí)際上, 這樣的核電發(fā)展理念是有明顯缺陷的。中國的核電發(fā)展沒有經(jīng)歷完整的過程, 有先天不足。秦山一期300MW核電站是中國大陸第一個(gè)探索性的原型實(shí)驗(yàn)核電站。它之前沒有第一代原型堆25。當(dāng)然, 也可以把中國從20世紀(jì)60年代開始建設(shè)的核動力裝置作為原型堆看待, 但兩者間彼此沒有繼承性和延續(xù)性 (有人員交流) 。秦山一期核電站借鑒了國外二代商用核電站的成熟技術(shù)有人說這是跨越式發(fā)展, 但這種跨越是先天不足的, 并且還受到以工程任務(wù)為導(dǎo)向的人為制約而影響其發(fā)展進(jìn)程。華龍一號;的推出是個(gè)實(shí)例。它是在引進(jìn)美國AP1000和歐洲EPR三代核

16、電技術(shù)后出現(xiàn)的, 且環(huán)路不是AP1000的兩環(huán)而是沿用大亞灣的三環(huán)。AP1000樣板工程工期一再推遲是又一個(gè)實(shí)例。如果中國國內(nèi)自己的基礎(chǔ)研發(fā)能力能夠支持的話, 延誤工期的事件就不會發(fā)生。受制于人是因自己的能力掣肘所致。秦山一期是模仿, 大亞灣是法國法馬通交鑰匙工程, 秦山二期是仿大亞灣減環(huán)路降功率, 嶺澳、紅沿河等又是復(fù)制大亞灣。秦山三期、田灣等均取自國外。這里的問題是, 中國的核電站的特征性指標(biāo)究竟是什么, 升級換代的特色當(dāng)在何處26,27,28。3 后續(xù)好消息的啟發(fā)作用中國的超級計(jì)算機(jī)能讓美國人心生嫉妒2,29中央電視臺 (央視) 2015年7月14日晚19:00新聞聯(lián)播報(bào)道, 中國國防科

17、技大學(xué)的天河二號;計(jì)算機(jī)獲得了世界超級計(jì)算機(jī)五連冠;。2016年11月15日又有報(bào)道, 中國神威·太湖之光;超級計(jì)算機(jī)列在年度全球500強(qiáng)榜單首位;它的運(yùn)算速度為天河二號;的兩倍以上, 約為排名第三的美國同類計(jì)算機(jī)的5倍。2017年6月19日央視晚19:00新聞聯(lián)播又報(bào)道, 神威·太湖之光;再次蟬聯(lián)全球超級計(jì)算機(jī)冠軍。2017年5月3日晚, 央視新聞聯(lián)播披露中國量子計(jì)算機(jī)研究在國際上率先獲得重大突破。中國的航天工程能讓世界耳目一新央視新聞聯(lián)播報(bào)道, 2017年4月27日19時(shí)07分, 天舟一號;貨運(yùn)飛船與天宮二號;空間實(shí)驗(yàn)室成功完成首次推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加試驗(yàn)。該項(xiàng)重大技

18、術(shù)突破, 為我國空間站組裝建造和長期運(yùn)營掃清了能源供給上的障礙, 使我國成為世界上第三個(gè)獨(dú)立掌握這一關(guān)鍵技術(shù)的國家。此外, 中國高鐵也贏得海外青睞從技術(shù)到標(biāo)準(zhǔn)再到服務(wù)等成建制化體系跨出國門。又訊, 在2017年首屆中國三亞國際水稻論壇;上, 袁隆平院士透露了關(guān)于第五期超級雜交稻培育的最新進(jìn)展。中國超級稻已經(jīng)分別實(shí)現(xiàn)了單季畝產(chǎn)700Kg、800 Kg、900Kg、1026.7Kg和1067Kg的目標(biāo), 目前正在攻關(guān)畝產(chǎn)1130 Kg。所有這些, 都源于綜合基礎(chǔ)研發(fā)能力的長期、持續(xù)不斷地扎實(shí)提升。前不久央視還報(bào)道, 中國正式整合研發(fā)資源組建了國家航空發(fā)動機(jī)公司。這理應(yīng)可以為核電特別是核反應(yīng)堆的技術(shù)

19、研發(fā)和關(guān)鍵技術(shù)突破提供直接參照。中國超級計(jì)算機(jī)通過一代代努力有了超越世界的超強(qiáng)計(jì)算速度。中國航天從神州;到嫦娥;進(jìn)而到天宮;再到天舟;, 每一次發(fā)射都實(shí)現(xiàn)一次重要關(guān)鍵技術(shù)的重大突破, 躍上一個(gè)新的臺階。這一個(gè)個(gè)臺階就構(gòu)成了中國航天躍上世界之巔實(shí)現(xiàn)星際宇航的云梯。中國核電站的升級換代也需要有技術(shù)指標(biāo)明確, 發(fā)展階段清晰的技術(shù)路線圖, 一代一代地推陳出新, 讓新能源之光普照中華大地。像現(xiàn)在各個(gè)核電公司采用同一技術(shù)模式或借引進(jìn)技術(shù)模式自立門戶的做法, 除了能畫地為牢、變現(xiàn)地盤戰(zhàn)略外, 不太容易真正做到核電站本身的升級換代。核電站的核心是核, 核的核心是核反應(yīng)堆的堆芯。堆芯升級換代是核電站升級換代的關(guān)

20、鍵所在。就如同計(jì)算機(jī), 核心部件從電子管、晶體管, 集成電路, 再到如今小荷才露尖尖角;的量子計(jì)算機(jī), 沒有核心的突破, 相關(guān)的一切就只能是望洋興嘆30,31。4 結(jié)束語計(jì)算機(jī)是信息處理大師, 航天工程是新材料的集大成者, 核電站則是無碳能源的生產(chǎn)商。世界三大資源:信息、材料和能源。能源是基礎(chǔ), 沒有能源, 信息處理與傳輸和材料研發(fā)與加工就無從做起。三者要能發(fā)揮各自優(yōu)勢, 產(chǎn)生工程和社會綜合效應(yīng), 則需要科學(xué)研究作為先導(dǎo)來引領(lǐng)技術(shù)開發(fā)。從基礎(chǔ)科學(xué)到技術(shù)科學(xué)再到工程科學(xué), 是一個(gè)需要長時(shí)間甘于把冷板凳坐熱;的堅(jiān)守才能有所真實(shí)收獲的過程。在中國, 核電站建設(shè)走著一條引進(jìn)翻版改進(jìn);的道路, 搶占市場

21、是核電公司的首要目標(biāo), 本身有著基礎(chǔ)研發(fā)能力難于同步、跟不上的先天不足缺陷, 升級換代顯得目標(biāo)不清晰、后勁不足。如今, 中國核電又在國家戰(zhàn)略層面被要求走出去;開拓海外市場。這就要求核電行業(yè)要把基礎(chǔ)研發(fā)能力盡快提升上來, 通過技術(shù)創(chuàng)新帶動產(chǎn)業(yè)升級換代, 以適應(yīng)面向未來的要求。參考文獻(xiàn)1新華網(wǎng).中國天河二號;獲全球超級計(jì)算機(jī)四連冠N.2014-11-17.2第一財(cái)經(jīng)日報(bào).美國禁止向中國出口超算芯片N.2015-04-09.3潘永祥.自然科學(xué)發(fā)展簡史M.北京:北京大學(xué)出版社, 1984.4高興.計(jì)算機(jī)詳解EB/OL.2014-10-14.5有林, 鄭新立, 王瑞璞.中華人民共和國國史通鑒第三卷第五冊

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