2025年11月14日，华能核能技术研究院有限公司堆工所副所长刘伟在深圳核博会先进核能论坛发表《球床式高温气冷堆专用软件包HUAPONE研发与应用》主旨报告。
报告介绍了华能核能技术研究院围绕球床式高温气冷堆研发的华鹏一体化核工程分析平台，覆盖核设计、热工水力、事故分析、多尺度分析和源项分析等需求。演讲强调该软件在借鉴示范工程和德国软件经验基础上进行了自主模型、架构和功能改进，并已用于石岛湾示范工程日常跟踪、装换料大纲、温度分布和功率提升过程分析，后续将推进全面验证确认和安全审评应用。
关键点
1. 报告主题与分享范围（00:00）
刘伟博士介绍华能核能技术研究院在球床式高温气冷堆专用设计软件方面的研发与应用情况，重点围绕华鹏设计软件展开。
2. 华能核电产业与研究院定位（00:44）
华能集团被介绍为我国电力工业的重要企业，具有发电、供热、水电、煤炭和大型压水堆建设资质等方面的布局。华能核能技术研究院于2020年在上海注册成立，是集团核电产业科技研发和技术支持平台，并承担核应急事故分析诊断和技术支持职责。
3. 高温气冷堆示范工程的战略意义（03:07）
石岛湾高温气冷堆示范工程属于国家重大科技专项，由中核集团、华能集团和清华大学联合设计、建造和运行。该工程于2023年12月6日实现商运发电，被视为全球首座具有第四代特征的示范工程，未来发展方向包括更高温度、多用途和普适化应用。
4. 华鹏软件包的提出背景（04:52）
报告对比了国内第三代核电设计软件包以及清华大学面向第四代高温气冷堆的软件体系，说明华能核能技术研究院自2022年开始研发高温气冷堆一体化核工程分析平台华鹏。华鹏包括华坤、华鹏、华凤、华齐、华鹤等多个软件，其中部分已取得软件著作权，部分仍处于研发阶段。
5. 软件研发总体规划（07:12）
华鹏平台面向堆芯物理、热工水力、事故分析和源项分析等设计需求开展研发。总体思路是在示范工程采用的德国软件包基础上，利用后发优势优化关键模型、采用先进编码语言和软件架构，并通过第三方测试验证、实验平台和示范工程运行数据逐步推进验证，计划在2030年前后推动认证。
6. 华坤核设计软件的特点（08:54）
华坤用于堆芯物理设计和不停堆换料分析，针对高温气冷堆高温热散射、高泄漏率、球形燃料动态堆芯、大量空腔、外围控制棒等特点建立自主模型。报告称该软件已利用示范工程、HTR-10和国外实验堆数据进行验证，在示范工程起堆和刻棒等物理数据计算中结果优于当时使用的德国软件。
7. 华凤热工水力设计软件的能力（11:34）
华凤建立了高温气冷堆堆芯和一回路实时耦合稳态计算能力，将原本作为物理软件反馈模块的热工功能独立并扩展，加入一回路系统、主氦风机和蒸汽发生器模型。该软件使用HTR-10、PBMR以及国外实验数据验证，报告称最大偏差小于5%。
8. 华齐事故分析软件的改进（13:16）
华齐面向高温气冷堆事故分析，重点考虑蒸汽发生器传热管破裂后水进入堆芯并与石墨反应产生氢气、一氧化碳等复杂现象，也关注极限水室、室温室压等卡关事故。软件模型包括流动计算、传热计算和混合计算，并在原德国软件基础上增加自动控制、主氦风机和蒸汽发生器等更真实的物理模型。
9. 华鹤多尺度分析软件的目标（16:07）
针对高温气冷堆堆芯内约43万个球、控制体平均温度难以反映单球和颗粒最高温度的问题，华鹤用于从球床、球床单元、单个燃料球到燃料球内包覆颗粒的多尺度温度分析。报告称该软件将堆芯分析尺度从厘米级提升到微米级，并结合国内外软件、导热实验和运行数据进行了验证。
10. 软件应用与后续计划（18:39）
华鹏相关软件已获得五款软件著作权，并与安审中心签订高温气冷堆合作战略框架协议，可用于第三方独立校核计算。华鹏已应用于石岛湾示范工程日常跟踪、装换料大纲、控制棒价值和反应性分配、换料方案优化、重要参数预量分析、堆内温度分布和升降功率过程模拟；后续将继续研发、开展全面验证确认，并推动提交安审用于设计。
时间线
00:00 - 开场介绍报告人和主题，说明分享内容聚焦球床式高温气冷堆系统设计软件华鹏的研发与应用。
00:44 - 报告先介绍华能集团、华能核电产业布局以及华能核能技术研究院的成立背景、定位和组织职责。
03:07 - 随后回顾高温气冷堆示范工程的国家重大专项背景、建设运行主体、示范工程商运成果和未来多用途发展方向。
04:52 - 报告进入软件主题，对国内核电设计软件现状进行对比，并引出华能研发华鹏一体化核工程分析平台的背景和软件组成。
07:12 - 中段说明华鹏软件的总体研发路线、技术来源、模型改进、验证安排、研发进度和面向未来认证的规划。
08:54 - 随后依次介绍核设计、热工水力、事故分析和多尺度分析等核心软件的功能定位、关键技术特点、验证依据和相对改进。
18:39 - 最后总结华鹏软件的著作权、合作与工程应用情况，并提出继续研发、全面验证确认、服务示范工程运行维护及推进安全审评应用的下一步计划。
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华能核能技术研究院发布球床式高温气冷堆专用软件包HUAPONE研发应用进展
华能核能技术研究院有限公司堆工所副所长刘伟围绕“球床式高温气冷堆专用软件包HUAPONE研发与应用”介绍了华鹏高温气冷堆设计软件的研发背景、总体规划、核心软件能力及工程应用情况。作为我国最早成立的发电集团之一，华能集团目前是我国最大的民生供热企业，装机容量位居全球前列，也是中央企业中重要的水电、煤炭和核电建设主体。在核电产业方面，华能形成了“一个核电公司/核电事业部、一个华能核能技术研究院、三大核电基地”的“一二三”布局，其中石岛湾、昌江、霞浦等基地共同支撑集团核电发展，昌江核电基地综合版华龙一号机组也预计进入装料阶段。
华能核能技术研究院于2020年在上海注册成立，是华能集团核电产业科技研发和技术支持平台，具备国家高新技术企业、专精特新企业等资质，并挂牌国家核应急反应堆事故分析诊断中心，承担华能集团核应急技术支持中心职能。研究院采用“三部、两中心、六所”的组织体系运行，为高温气冷堆、压水堆以及核应急等方向提供研发与技术支撑。
高温气冷堆是我国先进核能技术发展的重要方向。石岛湾高温气冷堆示范工程属于国家重大科技专项“06专项”，与C919大飞机、载人航天、芯片等重大科技专项同批推进，由中核集团、华能集团、清华大学联合设计、建造和运行。华能集团自2004年进入核电领域以来，持续参与高温气冷堆工程建设。2023年12月6日，石岛湾高温气冷堆示范工程实现商运发电，成为全球首座具有第四代核能系统特征的高温气冷堆示范工程。
面向未来，高温气冷堆将进一步向更高温度和更多用途拓展，运行温度有望从当前高温水平逐步向750℃、950℃等更高温区间发展，并可服务于海水淡化、供暖、供汽、制氢、内陆核电和燃煤替代等场景。不过，由于高温气冷堆反应堆体量较大、重量较高，浮动式应用仍面临一定困难。随着工程规模扩大，建立自主化、专业化、可审评的高温气冷堆设计分析软件体系，成为支撑后续工程设计、运行和安全审评的重要基础。
目前，国内第三代核电设计软件已形成较多自主成果，例如中核集团的NESTOR、中广核集团的“蓝亭”、国家电投的“和弦”等，多款软件正在国家核安全审评中心开展认证，部分软件已获得批准并可用于工程设计。相比之下，第四代高温气冷堆软件体系仍处于发展完善阶段。清华大学已形成物理软件“盘古”、燃料管理软件“伏羲”、热工水力与事故分析软件“大禹”“大禹3D”以及源项分析软件包“女娲”等基础成果，其中盘古软件已与国家核安全局开展相关对话，女娲软件包中的源项分析软件也已提交核安全局，但其他软件尚未全面进入审评流程。
在此背景下，华能核能技术研究院启动了高温气冷堆一体化核工程分析平台“华鹏”的研发工作，英文名称为HUAPONE。该软件包定位于服务石岛湾高温气冷堆示范工程正常运行维护，支撑后续工程设计、分析、验证与审评，并逐步建立自主化高温气冷堆专用设计软件体系。目前，华鹏体系中已有多款核心软件获得软件著作权，包括核设计软件“华鲲”、相关蒙特卡罗软件、热工水力软件“华凤”、事故分析软件“华麒麟/华齐”以及多尺度耦合分析软件“华鹤”。同时，“华虹”“华口”“华泽”等软件也处于第二阶段研发过程中。
华鹏软件包的研发思路是在充分吸收已有工程经验的基础上开展自主优化。石岛湾示范工程早期采用了德国相关软件包，华能核能技术研究院在参考其工程应用经验的同时，针对关键模型进行优化和改进，并利用后发优势采用更先进的编码语言和软件架构。研发过程中，团队强调第三方测试验证、示范工程运行数据校核以及标准化验证确认工作，计划在2030年前推动软件认证。自2022年启动研发以来，物理、热工、事故分析等软件已进入研发验收阶段，后续还将启动和完善源项软件研发，建设实验平台与台架，利用示范工程独有运行数据开展验证，并推动软件进入核安全审评认证流程。
在华鹏软件包中，“华鲲”核设计软件主要服务高温气冷堆堆芯物理计算、不停堆换料分析、运行跟踪和设计优化。高温气冷堆与压水堆在核设计上差异显著：高温环境下存在特殊热散射问题，高泄漏率需要在线修正，球形燃料连续运动形成动态堆芯，球与球、球与堆内构件之间存在大量空腔，控制棒则插入堆芯外围石墨碳砖，而非燃料组件内部。由于高温气冷堆采用不停堆换料方式，燃料球在堆芯内持续循环，每天约有数千个燃料球参与循环，因此软件必须能够模拟燃料球流动和堆芯状态演化。
围绕这些特点，“华鲲”建立了从核数据库加工、截面制作，到燃料扩散、动力学模型、输运方程求解等完整的自主化模型体系。验证数据来源包括石岛湾示范工程、HTR-10实验堆以及国外AVR等实验堆数据。相关计算结果显示，“华鲲”在示范工程起堆、刻棒等物理数据计算中表现良好，部分结果优于示范工程原设计采用的德国VSOP软件，并在组件计算、均匀化截面计算、扩散与控制棒模拟、球流模拟和堆芯导热计算等方面展现出改进优势。
“华凤”热工水力设计软件则用于建立高温气冷堆堆芯及一回路瞬态响应计算能力，支持核热耦合水力状态模拟。与原德国热工软件主要作为物理软件反馈模块的方式不同，“华凤”将热工模块独立化，并增加了一回路系统模型、主氦风机模型和蒸汽发生器模型，从而实现堆芯与一回路的统一模拟。软件验证数据来自HTR-10、PBMR相关基准题以及SANA等国外实验数据，主要验证偏差小于5%，表明其计算准确性能够满足当前研发阶段需求。相较于德国THERMIX类软件，“华凤”在堆芯与一回路耦合、中子动力学耦合、关键部件建模以及系统响应模拟完整性方面具有更强能力。
事故分析软件“华齐”面向高温气冷堆典型事故工况开展建模和计算。相比压水堆，高温气冷堆事故序列总体复杂度较低，但蒸汽发生器传热管破裂事故、极限失冷、失压等工况仍具有重要安全分析意义。例如蒸汽发生器传热管破裂后，水可能进入堆芯并与石墨发生化学反应，产生氢气、一氧化碳等气体，因此需要对流动、传热、化学反应、腐蚀、多组分气体分压等过程进行综合模拟。“华齐”的核心计算包括流动计算、导热/对流换热/辐射换热等传热计算，以及化学反应和多组分混合计算，同时能够处理石墨球与燃料球并存、不同富集度燃料球功率不同、燃料中心温度和表面温度分布等高温气冷堆特有问题。其验证数据来自示范工程安全分析数据、德国Model 200数据以及NACOC等国外实验数据。相较于德国TINTE软件，“华齐”增加了自动控制功能，可通过Trip逻辑触发系统动作，并新增主氦风机和蒸汽发生器物理模型，使部件表示更真实、系统分析更完整。
“华鹤”多尺度耦合软件的研发则瞄准传统控制体尺度分析的局限。高温气冷堆堆芯约有43万个燃料球，堆芯直径约3米、高度约11米，传统分析通常只能给出控制体平均温度，而一个控制体内可能包含数百至数千个燃料球，难以识别最热燃料球及其内部最热包覆燃料颗粒。为支撑燃料颗粒破裂和放射性释放分析，“华鹤”建立了从球床尺度、球床单元尺度、单个燃料球尺度到包覆燃料颗粒尺度的多尺度分析能力，将堆芯分析尺度从厘米级提升至微米级，分析精度提升约三个数量级，并集成点堆中子动力学模块，可模拟部分核物理特性。该软件对标美国相关多尺度软件经验和清华大学多尺度软件成果，并结合SANA导热实验、HTR-10运行数据和PBMR基准题开展验证。
源项分析软件在华鹏体系中启动相对较晚，主要原因是其需要依赖物理软件、热工水力软件和事故分析软件提供稳定接口和输入数据。随着前三类软件基本定型，源项软件研发已启动，后续将与华鹏平台其他软件形成完整耦合体系，用于支持放射性源项、燃料颗粒失效及释放行为等安全分析需求。
在工程应用方面，华鹏软件已取得阶段性成果。华能核能技术研究院已获得五款核心软件的软件著作权，并与核安全审评中心签署高温气冷堆合作战略框架协议，可提供第三方独立校核计算服务。其中，“华鲲”核设计软件已用于石岛湾示范工程日常跟踪计算，每日跟踪实际堆芯状态，并支持装换料大纲编制与优化。相关装换料大纲已获得国家核安全局批准，软件还被用于控制棒价值计算、反应性分配分析、过渡过程换料方案优化以及堆芯重要参数预测分析等工作。
热工水力方面，“华凤”软件已用于堆内温度分布计算，并与实测温度测点数据进行对比，获得了堆芯内部类似“火球”或“火焰”形态的温度分布结果。该软件还可模拟反应堆升降功率过程，分析高温气冷堆提升功率时的一回路瞬态特性，为运行维护和安全评估提供支持。随着新安、徐圩等高温气冷堆项目开工建设，未来一个机组可能包含多座反应堆，若按反应堆数量统计，华鹏软件的应用规模将进一步扩大。软件基本研发完成后，还可面向工程项目开展培训、技术转让和工程服务。
目前，华鹏软件包已覆盖高温气冷堆设计中的主要分析需求，包括物理分析、热工水力分析、事故分析、源项分析和多尺度分析，初步解决了高温气冷堆自主设计软件“有无”的问题，并在新功能、新架构、新语言和专用化开发方面形成特色。下一阶段，华能核能技术研究院将继续推动未完成软件研发，完善各软件之间的数据接口和耦合能力，按照相关导则要求开展验证与确认，对照标准验证矩阵使用实验数据、基准题和示范工程运行数据提升软件可信度，并持续服务石岛湾示范工程日常运行维护，支撑其他高温气冷堆工程校核计算，推动软件提交核安全审评并用于工程设计与审评支持。
