国和一号

国和一号（CAP1400）
CAP-1400通用布局
世代	第三代核反应堆
反应堆原理	压水反应堆
目前状态	2台商运，多台筹建
反应堆堆芯
核燃料（可裂变物质）	低浓缩铀
燃料形态	固态
中子温度	热中子反应堆
控制方式	控制棒
中子慢化剂	水
冷却剂	液体 (轻水)
反应堆用途
主要用途	发电
热功率	4040 MWt
电功率	~1533 MWe

国和一号^[1]（又名CAP1400，CAP表示China Advanced Passive压水反应堆）为中华人民共和国基于西屋公司AP1000研究发展的第三代核电站科技，毛功率1500MWe，净功率1350MWe。目前有两台国和一号机组建成运营。

国和一号由国家电力投资集团有限公司所属上海核工程研究设计院负责设计。2020年9月28日，中國具有完全自主知識產權的三代核電技術「國和一號」研發完成^[2]。2024年底，石岛湾核电站1号机组首台国和一号机组投入运营^[3][4]。

• 2006年2月9日，中华人民共和国国务院发布《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》，纲要将大型先进压水堆及高温气冷堆核电站列为十六个重大专项之一^[5]。
• 2006年5月14日，《国家“十一五”科学技术发展规划》表明攻克第三代先进压水堆核电核心技术^[6]。
• 2006年12月16日，中国宣布美国西屋电气赢得中国第三代百万千瓦级核电招标^[7]。
• 2007年5月22日，国家核电技术公司正式成立^[8][9]，国务院国有资产监督管理委员会出资60%，中国核工业集团公司、中国电力投资集团公司、中国广东核电集团有限公司和中国技术进出口总公司各按10%的比例出资。国家核电技术公司主要负责AP1000核电技术的引进消化吸收再创新。
• 2007年7月24日，国家核电技术有限公司与美国西屋联合体签署三代核电自主化依托项目合同。
• 2009年7月21日，国家核电技术公司与中国华能集团公司在北京举行战略合作框架协议签字仪式^[10]。2009年9月4日，国家核电技术公司与中国华能集团公司共同在北京举行国核示范电站有限公司出资协议签字仪式，双方将共同投资建设我国大型先进压水堆核电站国家重大科技专项示范工程^[11]，项目位于华能集团先前主导开发的石岛湾厂址。2009年12月17日，国核示范电站有限公司正式成立。
• 2011年7月4日，《国家“十二五”科学和技术发展规划》提出完成CAP1400设计和示范电站^[12]。

• 2014年9月，CAP1400示范工程初步安全分析报告通过审查。

• 2015年4月27日，CAP1400设计通过了国际原子能机构的通用反应堆安全评估^[13]。

• 2017年3月，第一台CAP1400的反應爐壓力槽通过压力试验^[14]。
• 2017年12月14日，“CAP1400关键设计技术研究”课题通过验收^[15]。

• 2022年2月28日，国和一号产业链联盟在上海成立，17家会员签约。^[16]
• 2024年9月，位于石岛湾核电站的“国和一号”示范工程1号机组实现首次并网发电 ^[17]

CAP1400（国和一号）是中国完全自主知识产权的1500兆瓦级大型先进压水堆。在AP1000基础上进一步提升了安全裕量：采用简化设计和模块化设计，用做“减法”的思路，把设备结构简单化。采用了非能动安全系统，利用物质的储能、重力、对流、蒸发、冷凝等自然力，不依赖外部电源，能确保反应堆安全和余热导出，事故后操纵员可不干预时间从“二代加”核电技术的30分钟提高到72小时；堆芯损伤频率和大量放射性物质释放频率较美国核电用户要求文件限值低一个量级；具有系统性的严重事故预防和缓解措施；屏蔽厂房采用先进的钢板混凝土结构，具备抗大型商用飞机恶意撞击的能力等。并非简单CAP1000的“放大”，而是在压力容器、蒸汽发生器、主泵等核心部件上进行了重大的结构优化，以匹配更高功率的热工要求。 ^{[18][19] [20]}

• 两回路设计，每个环路配备一台巨大的蒸汽发生器和两台屏蔽泵
• 采用反应堆系统性低压损设计，流量增加了21%，扬程降低5%；
• 堆芯规模扩大，采用与CAP1000一样的17×17方阵结构，燃料组件14 英尺 (约 4.2 米)，数量从AP1000的157个增加到193组，通过增加燃料组件的总数，反应堆可以在较低的线功率密度下实现更高的总功率，这意味着热工安全裕度更大（提升15%以上），燃料的利用效率更高。但单个燃料组件内部的设计逻辑保持了高度的延续性，以确保技术的稳定性和成熟度。
• 在CAP1000基础上进一步优化了燃料包壳材料（如采用更耐腐蚀的改进型锆合金）和燃料颗粒（Pellet）的微观结构，以支持更高的燃耗深度（Burnup），这意味着燃料在堆内放置的时间可以更长，降低了换料频率，提升了电厂的经济性。
• 换料周期从AP1000的18个月提升到18-24个月
• 压力容器：加大内径，超大型锻件制造，减少了焊缝，整体锻造顶封头管嘴和一体化底封头。
• 主冷却剂泵 (RCP) ，升级“屏蔽泵”，泵体更大，改进了轴承系统与密封设计，确保在更高的额定转速、更大的冷却剂流量与更大的系统压力下，屏蔽电机的冷却效果和转子系统的稳定性。
• 蒸汽发生器：高达26米，重达850吨左右，换热面积增27% (管子数由10025增至12606)，防振性能优化，自主设计了汽水分离装置和新型蒸汽限流器。改进在于传热管材料的优化与支撑板设计，以防止在高流速下产生流体弹性不稳定振动（FIV）。这不仅增加了换热面积，还进一步提高了应对饱和蒸汽的干度要求。
• 堆内构件：堆芯支承板、堆芯围筒等结构重新设计，优化了水流分布，减少了水力振动，增强抗震稳定性。
• 主管道：横截面增加约30%，适应更大流量的冷却剂循环
• 钢制安全壳 (SC)：外层是混凝土屏蔽楼，内层是钢制安全壳，中间留有风道用于自然循环冷却，直径从AP1000的39.6米增加至43米
• 防撞击能力：在设计源头即强化了对大型商用飞机恶意撞击的防护设计
• 设备国产率：从2019年85%以上到2023年实现100%设备国产化 ^[21][22]
• 整体反应堆压力容器O型密封环，完全国产
• 与二代核电相比，国和一号/CAP1400的阀门数量减少了80.4%、泵的数量减少92.3%、管道数量减少58.5%、电缆数量减少了48.6%
• 数字化仪控系统（DCS）使用中国产“龙鳍”、“和睦系统”FirmSys国产化版
• CPU/主控芯片： 采用了国产高性能工业级处理器（如龙芯、飞腾或中电科定制芯片），替代了此前依赖的西门子或西屋套件。
• 核心芯片国产化率达到 100%，主控板卡整体国产化率超过 90%。
• 专用芯片（ASIC/FPGA）： 针对核电特殊环境（如抗辐射要求）设计的专用集成电路已实现完全自主设计，并由国内成熟工艺晶圆厂代工。
• 模拟芯片（如高精度 ADC/DAC）、核级芯片全部国产
• 基于国产实时操作系统（RTOS）确保了对核反应堆控制的毫秒级响应速度。
• 进一步优化了模块化建造技术，批量化建造后核电项目的建造周期可至48个月

AP1000系统的最佳单机功率似乎低于120万千瓦，功率的提升会带来技术和成本问题^[23][24]。西屋电气提出中国基于AP1000研发的核电技术如果功率大于135万千瓦，那么中国将拥有相应产品的知识产权，因此初始版外贸型CAP的功率定为140万千瓦。西屋公司之后又提出技术转让协议中的135万千瓦是净功率而非毛功率，因此国和一号的毛功率和净功率分别上调至150万千瓦和135万千瓦。

浙江台州三门核电站和山东烟台海阳核电站是AP1000技术的依托项目，建设过程碰到了设计频繁变更、部分核心关键组件（特别是屏蔽主泵^[25]，其他还有爆破阀、仪器和控制系统等）难产等问题，使得发电厂在延期五年之后才开始并网^[26][27]。更糟的是三门核电站2号机组在运营后发生主泵故障造成近一年的停机^[28][29][30]，目前机组已经恢复运营^[31][32] 。这些也给国和一号的应用推广蒙上阴影。另一方面，首台国产AP1000主泵已经制造成功^[33]。

2006年，东芝高价收购西屋电气，计划以此大量占领三代核电市场^[34][35]。然而，福岛第一核电站2011年遭遇地震海啸发生严重核事故，各国核电站发展速度骤减，因此西屋公司的经营大幅受挫。随后，东芝又爆出虚增利润达12亿多美元的会计丑闻，多位高管引咎辞职^[36]。2017年3月29日，西屋电气因为在美国4台机组采用固定价格问题，项目多次因监管要求、设计变更、缺乏近期施工经验、制造缺陷、复杂的物流管理而延期造成约110亿美元亏损，依据美国破产法第11章正式申请破产重组^[37]，国家电力投资集团有限公司表示西屋电气申请破产对第三代核电自主化不会产生实质性影响^[38]。

位于山东石岛湾核电站，1号机组于2024年12月16日商用，2号机组于2025年7月商用。

白龙核电站规划6台机组，1号机组与2号机组采用CAP1000技术；3号机组、4号机组、5号机组、6号机组已经规划采用国和一号(CAP1400)技术。项目正处于稳步推进过程中。

• 土耳其：目前正在与土耳其分别位于锡诺普与色雷斯地区的两座核电站谈判，与俄罗斯、韩国及加拿大四国竞标。^{[46] [47]}

• AP1000
• EPR
• 华龙一号
• 第三代反应堆