1.1全球能源市場深刻變化
進(jìn)入新世紀(jì)以來,國際能源市場發(fā)生了深刻的變化。傳統(tǒng)的能源需求中心正在被快速增長的新興市場超越;與此同時,在技術(shù)進(jìn)步和環(huán)境保護(hù)意識不斷增強(qiáng)的背景下,全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變不斷加快,能源結(jié)構(gòu)趨向低碳化,能源技術(shù)趨向多樣化。未來全球能源行業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)是:在滿足日益增長的能源需求的同時,減少全球溫室氣體排放量。發(fā)展可再生能源與核電是應(yīng)對這兩大挑戰(zhàn)的重要選擇。
1.1.1 能源消費需求繼續(xù)增長,新興市場增速超過傳統(tǒng)消費中心
當(dāng)前,全球能源消費需求的增速放緩,但需求總量仍在增長。
根據(jù)國際能源署(IEA)、美國能源情報署(EIA)、英國石油公司(BP)等國際著名機(jī)構(gòu)和企業(yè)對世界能源需求預(yù)測的統(tǒng)計結(jié)果,2035年以前,全球一次能源消費將繼續(xù)增長,預(yù)期年平均增速維持在1.4%~1.7%之間。
1998年以來,全球97%的新增能源消費來自新興經(jīng)濟(jì)體。2015年,非經(jīng)合組織國家的能源消費總量已超過經(jīng)合組織國家。據(jù)《世界2017年能源展望(the energy international outlook 2017)》預(yù)測,2015-2040年世界能源平均消費水平將增長28%,其中非經(jīng)合組織(non-OECD)國家的能源消費增長41%,經(jīng)合組織(OECD)國家僅增長9%。到2040年,非經(jīng)合組織國家的能源消費占比將超過七成。其中,中國和印度占全部增長的一半左右,非洲和中東地區(qū)能源消費增長率將分別達(dá)到51%和45%。
1.1.2能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型加快,能源結(jié)構(gòu)低碳化,能源技術(shù)多樣化
全球范圍內(nèi)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型加快,能源結(jié)構(gòu)低碳化、能源技術(shù)多樣化的趨勢日益明顯,包括核能在內(nèi)的低碳清潔能源將迎來新的發(fā)展機(jī)遇。
《巴黎氣候協(xié)定》簽署后,為了實現(xiàn)減排溫室氣體的目標(biāo),世界各國能源結(jié)構(gòu)低碳化進(jìn)程不斷加快。預(yù)期到2035年,全球非化石能源的占比將增加到25%左右。
在化石能源中,天然氣成為增速最快能源,預(yù)期年均增長1.6%,2030 年有望超過煤炭成為第一大能源品種。
非化石能源中,太陽能和風(fēng)能等可再生能源成為增速最快的能源,預(yù)期年均增長7.1%,可再生能源的比重將從2015年的3%增長到2035年的10%。在新增能源中,預(yù)計可再生能源與核能將占一半以上。
能源結(jié)構(gòu)低碳化是一個漫長而復(fù)雜的過程。展望未來,全球能源系統(tǒng)將呈現(xiàn)多種能源形式并存的局面。化石能源、可再生能源、核能、新能源等不同能源并存互補,各自發(fā)揮自己的優(yōu)勢,為全球經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展提供充足的能源保障。而核電因其獨具的低碳清潔、高效穩(wěn)定發(fā)電等特點,適應(yīng)電網(wǎng)基荷電源的要求,能大規(guī)模代替煤炭等化石能源,未來將繼續(xù)成為能源系統(tǒng)的重要組成部分。
圖1-1 為《國際能源展望2017》報告對到2040年全球各類能源增長趨勢的預(yù)測。從圖1-1可以清晰地看出:
(1) 除煤炭以外,所有能源在預(yù)測期內(nèi)都呈現(xiàn)增長的趨勢。煤炭消費量在2020年左右達(dá)到最大值,此后將出現(xiàn)一定程度的下降,2040年消費水平與2015年基本持平或有所下降。
(2) 可再生能源與天然氣的消費將持續(xù)走高,2040年與2015年相比將增長40%以上。
(3) 全球核電發(fā)展將維持低速增長的局面。福島核事故使全球核電發(fā)展速度放慢,但并沒有改變核電繼續(xù)增長的發(fā)展趨勢。
1.2.1 世界核電發(fā)展進(jìn)程
上世紀(jì)50年代以來,全球核電發(fā)展歷程大體上可以分為四個階段。
第一階段是試驗示范階段。上世紀(jì)50年代,美國先后建成了60MW(6萬千瓦)的希平港壓水堆核電站和200MW(20萬千瓦)的德累斯頓沸水堆核電站;前蘇聯(lián)于同一時期建成了奧布寧斯克石墨水堆核電站;英國和法國于稍晚一點時間建成了天然鈾石墨氣冷堆核電站,加拿大建成了重水堆核電站。這些不同類型核電站的建設(shè)成功,為核電技術(shù)的后續(xù)發(fā)展和全球推廣提供了良好的示范作用。
第二階段是高速推廣階段。上世紀(jì)六十年代,西方國家經(jīng)濟(jì)快速增長,對能源和電力需求急速上升,七十年代出現(xiàn)的兩次石油危機(jī)引發(fā)了石油價格上漲和各國對化石燃料供應(yīng)的擔(dān)憂,全球核電進(jìn)入高速發(fā)展期。其中,僅美國本土簽約、計劃建造的核電合同就達(dá)到170 Gwe(1.7億千瓦)。法國、日本、韓國等國家通過引進(jìn)美國技術(shù)建立了本國的核電工業(yè)體系。1966年到1980年,全球核電裝機(jī)容量的年增長率達(dá)26%,1980年全球核電總裝機(jī)容量達(dá)到133Gwe(1.33億千瓦)。
第三階段為滯緩發(fā)展階段。上世紀(jì)八十年代以后,西方主要國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入平穩(wěn)期,對電力增長的需求明顯下降。1979年,美國發(fā)生了三里島核電站事故,提高了對核電項目的審管要求,核電建設(shè)項目的工期普遍拉長、造價提高。與此同時,發(fā)電成本相對低廉的天然氣電站的建設(shè)開始興起。出于經(jīng)濟(jì)原因,投資大、建設(shè)周期長的核電項目大幅減少。從1979年到2009年的30年時間里,美國本土沒有一個核電新項目開工。但從全球范圍看,核電發(fā)展并沒有停止。法國、韓國、日本以及俄羅斯等國家根據(jù)自己的國情繼續(xù)推進(jìn)本國核電建設(shè),在引進(jìn)技術(shù)、消化吸收的同時,通過批量建設(shè)核電機(jī)組的實踐和自主創(chuàng)新,形成了本國的核電品牌,成長為世界核電大國和核電強(qiáng)國。中國的核電建設(shè)也在上世紀(jì)八十年代隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而起步。
第四階段為復(fù)蘇發(fā)展階段。進(jìn)入新世紀(jì)以來,由于經(jīng)濟(jì)回暖,對電力供應(yīng)的需求增加,特別是對溫室氣體排放等環(huán)境問題的高度關(guān)注,包括核電在內(nèi)的低碳清潔能源的發(fā)展,受到世界許多國家的青睞。21世紀(jì)頭10年,全球一批新的核電項目開工,包括幾種不同類型的三代核電機(jī)組。2010年,當(dāng)年新開工的核電機(jī)組數(shù)量達(dá)到16臺,全球核電發(fā)展出現(xiàn)了復(fù)蘇的跡象。
2011年3月11日,在九級大地震和14米高強(qiáng)海嘯的雙重打擊下,日本福島第一核電站發(fā)生了嚴(yán)重核事故。福島核事故給剛剛復(fù)蘇的世界核電造成巨大沖擊。德國等少數(shù)國家在輿論的影響下,做出“棄核”的政治決定。與事故前的2010年相比,2011年全球核電發(fā)電量下降了5%,2012年又進(jìn)一步下降了6%以上(見圖1-2)。
圖1-2 1997-2016年世界核電發(fā)電量情況(單位:TWh,10億千瓦時)
面對外部極端事故引發(fā)的嚴(yán)重核事故, 各國政府和全球核電界采取了強(qiáng)有力的應(yīng)對措施。各國核安全監(jiān)管部門全面加強(qiáng)了核電站安全監(jiān)管工作,對核電站進(jìn)行了全面的安全檢查和“壓力測試” , 查找和排除各種安全隱患。在此基礎(chǔ)上,核電企業(yè)吸取福島核事故的經(jīng)驗教訓(xùn),采取了一系列針對性措施,確保在極端事故情況下也不會發(fā)生放射性大規(guī)模釋放,大大提高了核電站緩解和消除嚴(yán)重事故的能力。
經(jīng)過各國政府和核電界的共同努力,對核電安全的信心逐步得到恢復(fù)。2012年以來,全球核電發(fā)電量呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(見圖1-2)。
目前,全球核電發(fā)展有兩個鮮明的特點:
一是核電發(fā)展的重心從傳統(tǒng)的核電大國轉(zhuǎn)向新興經(jīng)濟(jì)體國家。對亞洲、東歐、南美、非洲等許多新興經(jīng)濟(jì)體國家來說,核電是清潔低碳發(fā)展的重要選擇,特別是亞洲已經(jīng)成為全球核電發(fā)展最快的地區(qū)。
二是核電技術(shù)升級改造的步伐加快,三代核電機(jī)組已成為全球在建核電的主要機(jī)型。發(fā)展安全性更高、經(jīng)濟(jì)性更好的三代核電,已經(jīng)是許多國家保證電力供應(yīng)、應(yīng)對氣候變化的一個重要選擇。
1.2.2 世界核電機(jī)組運行與建設(shè)現(xiàn)狀
2017年,全球在運核電機(jī)組448臺,總裝機(jī)容量391.74 GWe(3.9174億千瓦),分布在30個國家和地區(qū)。全球核電機(jī)組已經(jīng)積累了17415堆?年的運行經(jīng)驗,總體情況是好的,核電行業(yè)被美國安全機(jī)構(gòu)和媒體評價為“安全狀況最好的行業(yè)”。
世界各國核電機(jī)組數(shù)量及裝機(jī)容量(MWe)情況見圖1-3所示。
擁有在運核電機(jī)組的主要是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家,其中一半以上集中在美國和西歐。擁有在運機(jī)組最多的分別是美國(99臺)、法國(58臺)和日本(42臺)。截止到2017年底,中國在運機(jī)組37臺(根據(jù)我國核電行業(yè)統(tǒng)計慣例,并網(wǎng)但未投入商業(yè)運行的機(jī)組屬于在建機(jī)組,田灣核電3號機(jī)組于2017年12月30日首次并網(wǎng),未計入在運機(jī)組內(nèi)。此外,此數(shù)據(jù)不包含臺灣地區(qū)核電機(jī)組數(shù)量),總裝機(jī)容量35.8 GWe (3581萬千瓦),已位列世界第四。
圖1-3世界在運核電機(jī)組情況(2017年12月,IAEA)
2016年,全球核電發(fā)電量為2476 TWh(24760億千瓦時),在世界電力結(jié)構(gòu)中的占比為10.6%。
世界主要核電國家的核發(fā)電量占比都保持在較高水平,其中,法國的核電占比達(dá)到72.3%,烏克蘭達(dá)到52.3%,韓國為30.3%,英國為20.4%,美國為19.7%,俄羅斯為17.1%,加拿大為15.6%。中國2016年的核發(fā)電量占比僅為3.6%,不僅在所有核電大國中最低,而且遠(yuǎn)低于世界10.6%的平均水平。
2017年,全球在建核電機(jī)組57臺,分布在16個國家,總裝機(jī)容量接近60 GWe (6000萬千瓦)。中國是目前全球在建機(jī)組最多的國家,在建核電機(jī)組20臺,其中三代機(jī)組10臺,包括4臺AP1000、2臺EPR、4臺華龍一號,占世界全部在建三代核電機(jī)組的三分之一。排在中國后面的是俄羅斯和印度,在建核電機(jī)組分別是8臺和6臺。
1.2.3 世界主要三代核電技術(shù)概況
半個多世紀(jì)以來,全球核電發(fā)展經(jīng)歷了三次大的核事故,雖然事故均發(fā)生在一個國家、一臺核電機(jī)組,但事故的影響卻是全球性的,每一次事故都對全球核電發(fā)展造成巨大沖擊。與此同時,核事故也加深了人們對核電技術(shù)的改進(jìn)與創(chuàng)新,通過對事故的分析研究和對核電技術(shù)及管理方面的持續(xù)改進(jìn),提高了核電技術(shù)的安全性、可靠性。美國三里島事故后,為了應(yīng)對社會對核電機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性的擔(dān)憂,進(jìn)一步振興核電市場,美歐核工業(yè)界在政府和電力企業(yè)支持下,于上世紀(jì)八十年代末先后制定了“先進(jìn)輕水堆用戶要求文件”(URD,utility requirementsdocument)和“歐洲用戶對輕水堆核電站的要求”(EUR,European utility requirementsdocument),滿足URD、EUR要求的“先進(jìn)(Advanced)核電技術(shù)”被稱為“第三代核電技術(shù)”。
從上世紀(jì)80年代以來,全球已經(jīng)開發(fā)的三代核電技術(shù)包括以下幾種堆型:
——美國同日本聯(lián)合開發(fā)的先進(jìn)沸水堆ABWR;
——美國西屋公司開發(fā)的先進(jìn)壓水堆AP1000;
——俄羅斯原子能公司開發(fā)的先進(jìn)壓水堆VVER;
——法國和德國聯(lián)合開發(fā)的歐洲壓水堆EPR;
——韓國開發(fā)的先進(jìn)壓水堆APR-1400;
——中國自主研發(fā)的三代核電技術(shù)“華龍一號”、CAP1400。
1.3世界三代核電發(fā)展面臨的形勢
1.3.1核電與可再生能源優(yōu)勢互補,全球核電仍有較大發(fā)展空間
近年來,可再生能源技術(shù)進(jìn)步日新月異,全球可再生能源發(fā)展勢頭迅猛。2016年全球風(fēng)能發(fā)電量增長16%(增長132 TWh,即1320億千瓦時),太陽能發(fā)電量增長30%(增長77 TWh,即770億千瓦時),可再生能源發(fā)電量占全球新增發(fā)電量的62%。隨著技術(shù)進(jìn)步和批量化規(guī)模化發(fā)展,可再生能源的發(fā)電成本和上網(wǎng)電價也大幅降低,對核電發(fā)展帶來巨大壓力。盡管如此,出于對能源供給的穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)性等多方面的綜合考慮,相當(dāng)多的國家仍然堅持發(fā)展核電,把核電視作能源結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。
在現(xiàn)有的低碳能源中,風(fēng)能發(fā)電、太陽能發(fā)電都具有間歇性,水力發(fā)電需要統(tǒng)籌兼顧上游來水、航運、防洪、沿途用水和遠(yuǎn)距離調(diào)水等,設(shè)備利用小時數(shù)受到汛期和枯水期自然條件的限制。有研究結(jié)果表明,當(dāng)間歇性能源在電力結(jié)構(gòu)中的比重超過30%時,將會給電網(wǎng)帶來安全風(fēng)險,增加電力供應(yīng)成本。因此,隨著電網(wǎng)中可再生能源比例的增加,必須有可靠的可調(diào)節(jié)電源及穩(wěn)定、高效的基荷電源來配套。我國核電均布局在東部負(fù)荷中心,而核電設(shè)備利用小時數(shù)高、連續(xù)穩(wěn)定發(fā)電的特性正好彌補了可再生能源的不足,并能有效替代燃煤發(fā)電。
目前全球電力生產(chǎn)主要依賴化石燃料,特別是依賴煤炭。要實現(xiàn)全球溫室氣體減排的近中期目標(biāo),必須大力發(fā)展低碳清潔能源,建設(shè)綠色低碳的能源體系。核電在電網(wǎng)中承擔(dān)基荷電源可以最大化的發(fā)揮其無溫室氣體排放的優(yōu)勢,是綠色低碳能源體系的重要組成部分。
圖1-4是國際主要能源機(jī)構(gòu)對2030~2050年全球核電裝機(jī)容量的預(yù)測結(jié)果。
圖1-4世界重要能源機(jī)構(gòu)對全球核電裝機(jī)容量的預(yù)測
國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)的預(yù)測顯示,在高發(fā)展情況下,2050年全球核電裝機(jī)容量可能達(dá)到871 Gwe(8.71億千瓦),比2015年增長123%;在低發(fā)展情況下,2030~2035年核電裝機(jī)容量會有所下降(約下降12~13%),到2050年又恢復(fù)到目前的水平。
世界核協(xié)會(WNA)預(yù)計,到2050年世界核電裝機(jī)容量將達(dá)到1000 Gwe(10億千瓦),比2015年增長163.85%。
經(jīng)合組織核能署(OECD-NEA)和國際能源署(IEA)預(yù)測, 2030年世界核電裝機(jī)容量543 Gwe(5.43億千瓦),比2015年增長43.76%;2040年核電裝機(jī)容量624 Gwe(6.24億千瓦),比2015年增長65.21%;2050年世界核電將達(dá)到930 Gwe(9.3億千瓦),比2015年增長146.22%。
美國能源信息署(EIA)預(yù)計,2040年全球核電裝機(jī)將達(dá)到557 Gwe(5.57億千瓦),比2015年增長45.64%。
從上述預(yù)測結(jié)果可以看出,不同機(jī)構(gòu)的預(yù)測數(shù)據(jù)有較大的差別,但總體上都是積極的,認(rèn)為未來全球核電的裝機(jī)容量會繼續(xù)增長。
1.3.2主要核電國家和新興經(jīng)濟(jì)體國家堅持發(fā)展核電
福島核事故后,各國重新審視自己的能源政策,對本國能源規(guī)劃和核電發(fā)展計劃進(jìn)行了修改。從最終結(jié)果看,堅持發(fā)展核電仍然是大多數(shù)核電國家的戰(zhàn)略選擇。目前全球建設(shè)新核電站的國家有10多個,還有40多個國家計劃新建核電站或者考慮發(fā)展核電。
美國堅持發(fā)展核電技術(shù)。
美國新總統(tǒng)特朗普當(dāng)選后,在美國能源部發(fā)表了主題為“能源主導(dǎo)權(quán)”的演講,提出“要開始重振和擴(kuò)大核能部門”,在確保技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢下繼續(xù)發(fā)展核能并向海外推銷,為實現(xiàn)“美國的能源統(tǒng)治地位”鋪路。2017年1月,美國眾議院通過了《先進(jìn)核技術(shù)發(fā)展法案》和《能源部創(chuàng)新法案》,重申對先進(jìn)核能技術(shù)研究開發(fā)和核電的支持。2017年6月20日,美國眾議院通過了旨在擴(kuò)大核電站稅收優(yōu)惠的法案,提出要促進(jìn)下一代核反應(yīng)堆技術(shù)發(fā)展,保持和擴(kuò)大美國在核能技術(shù)上的優(yōu)勢。
英國、法國等多數(shù)歐洲國家堅持發(fā)展核電。
在德國宣布將逐步退出核電以后,2013年3月12日,英國、法國、西班牙、保加利亞、捷克、芬蘭、匈牙利、立陶宛、荷蘭、波蘭、羅馬尼亞及斯洛文尼亞等12個歐盟國家簽署部長級聯(lián)合宣言,表示“今后將繼續(xù)維持作為重要低碳能源之一的核能發(fā)電”。根據(jù)對歐洲能源市場未來發(fā)展的趨勢分析,歐洲要實現(xiàn)2020年20%的碳減排目標(biāo)和2050年80%的碳減排目標(biāo),離開核能發(fā)展是不可想象的。
英國發(fā)布了《核能發(fā)展技術(shù)路線圖》,提出了自己的核電發(fā)展路徑,計劃通過一系列核電機(jī)組的建設(shè),重振核電雄風(fēng),同時謀求全球低碳發(fā)展領(lǐng)先地位和核能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的領(lǐng)先地位作為其重要戰(zhàn)略。
法國目前的核電占比世界第一,今后將逐步降低核能發(fā)電的比例(下降到50%左右),但仍然維持目前的核電總裝機(jī)容量,并留有建新代舊的安排。
俄羅斯、芬蘭、波蘭、捷克等國明確表示堅持發(fā)展核電。
日本堅持將核電作為重要的電網(wǎng)基荷電源。
日本在福島核事故以后相當(dāng)長一段時間內(nèi),核能發(fā)電受到極大質(zhì)疑,政府的態(tài)度也搖擺不定。經(jīng)過幾年的思考和比較,日本政府于2014年4月制定了新的《能源基本計劃》,堅持在安全前提下,兼顧經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境適應(yīng)性,形成多層次、多樣化的柔性能源供給結(jié)構(gòu)。該計劃把核電確定為能源結(jié)構(gòu)中起穩(wěn)定作用的重要基荷電源。目前日本正在逐步重啟國內(nèi)核電機(jī)組。
亞洲、非洲多國積極推進(jìn)本國的核能發(fā)展計劃。
印度作為核電起步較晚的國家,堅持積極發(fā)展核電,把核電作為保證能源安全的重要手段。目前印度正在積極尋求俄羅斯、法國、美國等核電強(qiáng)國的支持,在國家財力有限的情況下,規(guī)劃了龐大的核電發(fā)展計劃。未來有可能繼中國之后成為核電快速發(fā)展的國家。印度同時努力開發(fā)和獨立自主地掌握自己的核技術(shù),為印度的核大國夢想提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。
孟加拉、土耳其、埃及與俄羅斯簽署了首座核電站合同,越南、印尼、泰國、南非、埃塞俄比亞、尼日利亞等國都在研究制定和推進(jìn)本國核能發(fā)展政策。
1.3.3三代核電技術(shù)在國際市場的競爭態(tài)勢
目前,三代核電國際市場呈現(xiàn)如下特點:
(1)在國際市場上,三代核電技術(shù)主要是壓水堆技術(shù)。三代壓水堆有多種型號,其中俄羅斯AES-2006占據(jù)絕對優(yōu)勢。俄羅斯Rosatom總裁基里延科表示,2017年該公司收入的50%來自海外業(yè)務(wù),計劃2030年前至少在海外建設(shè)運行28臺核電機(jī)組,在核電國際市場上占有的份額最多。
(2)目前大多數(shù)第三代壓水堆技術(shù)處于示范驗證階段,而且首堆建造普遍出現(xiàn)延期。美、法等國國際著名的核蒸汽系統(tǒng)供應(yīng)商(西屋公司、AREVA)均因工程延期、成本劇增而陷入困境,并影響到其生存及后續(xù)市場開發(fā)。
(3)海外核電市場競爭激烈。一些傳統(tǒng)核電大國的國內(nèi)市場空間有限,而國際核電市場的總需求也不旺,競爭激烈。
(4)組隊聯(lián)合開發(fā)第三方市場成為一種趨勢。韓水原公司(KHNP)與西屋簽訂諒解備忘錄,合作開發(fā)美國及海外市場。法國EDF與俄羅斯簽署協(xié)議,在反應(yīng)堆運行、延壽、退役及核廢料管理方面進(jìn)行合作。
自1991年秦山30萬千瓦壓水堆核電站投運、1994年大亞灣 100萬千瓦壓水堆核電站商運開始,中國核電產(chǎn)業(yè)歷經(jīng)30多年的努力,已經(jīng)躋身世界核電大國行列。2017年底,我國大陸在運核電機(jī)組37臺,裝機(jī)容量3581萬千瓦,位列世界第四;在建核電機(jī)組20臺,裝機(jī)容量2287萬千瓦,已經(jīng)多年保持世界第一。繼美國、法國、俄羅斯以后,我國成為又一個擁有自主三代核電技術(shù)和全產(chǎn)業(yè)鏈的國家,三代核電發(fā)展的比較優(yōu)勢基本形成。就在建規(guī)模和發(fā)展前景而言,我國已成為全球三代核電發(fā)展的中心,具備了從“核電大國”向“核電強(qiáng)國”邁進(jìn)的條件。
2.1我國核電技術(shù)實現(xiàn)了二代向三代跨越
目前,我國大陸在運的37臺核電機(jī)組在技術(shù)層面都屬于“二代”或者“二代加”,在建的20臺機(jī)組中,有10臺屬于“第三代”技術(shù),包括4臺華龍一號、4臺AP1000以及2臺EPR機(jī)組,而且今后新建的機(jī)組也將全部采用“第三代”技術(shù),我國核電已經(jīng)實現(xiàn)了由“二代”向“三代”的技術(shù)跨越。
在技術(shù)研發(fā)方面,隨著“華龍一號”開工建設(shè)和CAP1400具備開工建設(shè)的條件,我國成為又一個擁有獨立自主三代核電技術(shù)的國家。在高溫氣冷堆與小堆技術(shù)領(lǐng)域,我國自主研發(fā)的成果走在世界前列。
我國已形成了完整先進(jìn)的核電產(chǎn)業(yè)鏈,涵蓋核電工程設(shè)計與研發(fā)、工程管理、裝備制造、核燃料供應(yīng)、運行維護(hù)等各個環(huán)節(jié),核電設(shè)備制造能力和核電工程建造能力世界第一。
在核電“走出去”方面,“華龍一號”已在海外開工建設(shè),與阿根廷、英國、羅馬尼亞、土耳其、南非等國開展了進(jìn)一步深入合作。
2.1.1我國自主三代核電優(yōu)勢
一是全產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)勢。
中國核工業(yè)創(chuàng)立已經(jīng)超過60年,擁有從鈾地質(zhì)勘查、鈾礦采冶、鈾純化轉(zhuǎn)化、鈾濃縮、元件制造、反應(yīng)堆設(shè)計制造到后處理的完整核科技工業(yè)體系,具有很強(qiáng)的系統(tǒng)競爭優(yōu)勢和比較優(yōu)勢。我國已形成了完整的核電產(chǎn)業(yè)鏈,自主化能力與核心競爭力不斷提升,有效控制了核電建設(shè)周期和建造成本,具有較強(qiáng)的國際競爭力。
二是不斷創(chuàng)新發(fā)展,掌握核科技核心技術(shù)。
我國核科技創(chuàng)新體系致力于世界核能領(lǐng)域前沿科學(xué)技術(shù)的研究和突破,在自主三代核電技術(shù)的自主創(chuàng)新、快堆技術(shù)研究及工程化推廣、地浸采鈾技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用、核燃料循環(huán)技術(shù)領(lǐng)域等均取得了大量的創(chuàng)新成就,具有很好的基礎(chǔ)。
三是擁有核電發(fā)展良好的工程實踐和人才基礎(chǔ)。
上世紀(jì)80年代以來,我國開展了從30萬至170萬千瓦商用核電站的建設(shè),建設(shè)范圍覆蓋二代壓水堆、三代壓水堆、重水堆、高溫氣冷堆及快堆等不同類型,也多次走出國門建造核電站和其他核工程。三十多年不間斷的核電建設(shè)實踐是世界上絕無僅有的。中國在建造核電站方面的良好實踐為培育形成強(qiáng)大的核電工程建設(shè)能力,形成經(jīng)驗豐富的核電工程管理與建設(shè)團(tuán)隊提供了堅強(qiáng)保證,已經(jīng)具有同時建造30臺以上核電機(jī)組的工程建造能力。
中國核電20多年良好的安全運行紀(jì)錄,豐富的群堆管理經(jīng)驗,在國際同行的業(yè)績排名中居于前列。隨著科研和工程項目建設(shè)的進(jìn)展,一大批首席專家、科技帶頭人、首席技師、重大專項總指揮、總設(shè)計師等不斷涌現(xiàn),為我國核電發(fā)展和“走出去”奠定了人才基礎(chǔ)。
四是形成了強(qiáng)大的核電裝備制造能力。
我國已建成了以東北、上海和四川為代表的三大核電裝備制造基地,累計投資規(guī)模超過200億人民幣。目前已經(jīng)形成以中國一重、中國二重和上重鑄鍛為產(chǎn)業(yè)龍頭的大型鑄鍛件制造基地;以東方電氣、哈爾濱電氣和上海電氣為產(chǎn)業(yè)龍頭的大型核電設(shè)備制造基地;以沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)、中核蘇閥、上海電氣凱士比核泵和大連大高閥門為代表的核級泵閥制造基地;這些基地都具有國際先進(jìn)水平的核電裝備制造能力,成為我國奠定高端裝備制造業(yè)大國地位的重要體現(xiàn)。
通過消化吸收國外先進(jìn)技術(shù),大力推進(jìn)自主創(chuàng)新,我國核電關(guān)鍵設(shè)備和材料自主化、國產(chǎn)化取得了重大突破,掌握了核島和常規(guī)島關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計、制造核心技術(shù),發(fā)展壯大了一批為核電配套的裝備和零部件生產(chǎn)企業(yè)。壓力容器、蒸汽發(fā)生器、堆內(nèi)構(gòu)件、控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)、主泵、主管道、數(shù)字化儀控等關(guān)鍵設(shè)備實現(xiàn)自主設(shè)計、自主制造,過去長期依賴進(jìn)口的大型鍛件、蒸汽發(fā)生器管材(690合金)、核級鋯材、核級焊材等核心材料實現(xiàn)了國產(chǎn)化,形成了每年8至10臺套核電主設(shè)備制造能力。百萬千瓦級三代核電機(jī)組關(guān)鍵設(shè)備和材料的國產(chǎn)化率已達(dá)85%以上,核電裝備制造能力達(dá)到國際先進(jìn)水平,在保證質(zhì)量前提下具有明顯的成本優(yōu)勢,為我國三代核電規(guī)?;?、批量化建設(shè)和“走出去”奠定了堅實的基礎(chǔ)。
2.1.2我國自主三代核電技術(shù)安全性和經(jīng)濟(jì)性
安全性:我國自主研發(fā)的華龍一號與CAP1400均按照第三代核電技術(shù)的要求設(shè)計建造,安全水平達(dá)到國際公認(rèn)的最高核安全標(biāo)準(zhǔn)。
華龍一號以“177組燃料組件堆芯”、“多重冗余的安全系統(tǒng)”和“能動與非能動相結(jié)合的安全措施”等技術(shù)改進(jìn)為主要技術(shù)特征。CAP1400在AP1000引進(jìn)、消化、吸收基礎(chǔ)上,通過優(yōu)化非能動安全系統(tǒng)配置、提高關(guān)鍵設(shè)備可靠性等系統(tǒng)性優(yōu)化和創(chuàng)新措施,增加了安全裕度。華龍一號和CAP1400兩種機(jī)型不僅滿足我國新建核電廠的安全要求,也能滿足國際原子能機(jī)構(gòu)的安全要求和美歐的三代技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),達(dá)到三代核電技術(shù)國際先進(jìn)水平。
經(jīng)濟(jì)性:經(jīng)濟(jì)性是國際市場競爭的決定性因素之一。從以往經(jīng)驗看,俄羅斯的VVER、韓國的APR1400在國際競爭中勝出的一個主要原因是造價相對較低。韓國的阿聯(lián)酋核電項目(APR1400)價格200億美元,固定價比投資約為3500美元/千瓦。而法國AREVA、美國GE、西屋等一些老牌NSSS供應(yīng)商在競爭中失利,也往往是因為造價過高。例如,美國佐治亞州Vogtle核電項目比投資為6360美元/千瓦;法國弗拉芒維爾3號機(jī)組總投資60億歐元,固定價比投資為5200美元/千瓦;英國計劃2025年建成2500萬千瓦新的核電機(jī)組,估計新建核電總投資1100億英鎊(1700億美元),估算綜合比投資6800美元/千瓦。
我國自主三代核電技術(shù)擁有自主知識產(chǎn)權(quán),具有完整的產(chǎn)業(yè)鏈與強(qiáng)大的核電工程建設(shè)能力,主要設(shè)備制造基于國內(nèi)成熟的裝備制造基礎(chǔ),有利于保證工程進(jìn)度,降低建設(shè)成本。
預(yù)期我國在建的華龍一號福清項目和防城港項目的比投資有望控制在16000元/千瓦左右(不到2500美元/千瓦),CAP1400示范工程的比投資預(yù)期也在16000元/千瓦左右。特別是批量化建設(shè)和設(shè)計優(yōu)化以后,華龍一號和CAP1400國內(nèi)造價還會進(jìn)一步下降,這是參與國際核電市場競爭的有利條件。
華龍一號技術(shù)是在中核集團(tuán)ACP1000和中國廣核集團(tuán)ACPR1000+基礎(chǔ)上融合而成的。經(jīng)過有關(guān)部門的協(xié)調(diào)和華龍技術(shù)團(tuán)隊的共同努力,形成了華龍一號堆型設(shè)計方案。中核集團(tuán)與中國廣核集團(tuán)聯(lián)合組建的華龍國際核電技術(shù)有限公司,實現(xiàn)了平臺的統(tǒng)一。融合后的華龍一號統(tǒng)一采用“177堆芯”和“能動加非能動”安全技術(shù),統(tǒng)一了主參數(shù)、主系統(tǒng)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和主要設(shè)備的技術(shù)要求。目前在建項目有福清核電站二期(5、6號),防城港核電站二期(3、4號),并成功出口巴基斯坦。
華龍一號借鑒了國際三代核電技術(shù)的先進(jìn)理念,充分吸收了我國現(xiàn)有壓水堆核電廠的設(shè)計、建造、調(diào)試、運行經(jīng)驗,以及近年來針對福島核事故所做的一系列技術(shù)改進(jìn),不僅滿足我國最新核安全法規(guī)要求,也符合國際最先進(jìn)的安全標(biāo)準(zhǔn)和三代核電技術(shù)的要求。此外,華龍一號采用的系統(tǒng)和主要設(shè)備都是經(jīng)過驗證的成熟技術(shù),設(shè)備供應(yīng)立足于我國已有的裝備制造業(yè)體系,技術(shù)成熟并擁有自主知識產(chǎn)權(quán),可以自主參與國際核電市場競爭。
2.2.1華龍一號技術(shù)
華龍一號采用的“能動與非能動相結(jié)合”的設(shè)計理念,安全性和先進(jìn)性已通過國家能源局組織的專家評審,各項技術(shù)指標(biāo)滿足最新核安全法規(guī)要求,與國際最高安全標(biāo)準(zhǔn)保持一致。
華龍一號充分利用了現(xiàn)有的設(shè)計技術(shù)和裝備制造體系,約95%的設(shè)備采用成熟的設(shè)計和制造工藝,壓力容器、主泵、蒸汽發(fā)生器、堆內(nèi)構(gòu)件、控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)、數(shù)字化儀控系統(tǒng)(DCS)等關(guān)鍵設(shè)備均采用經(jīng)過驗證的成熟產(chǎn)品,制造進(jìn)度、質(zhì)量和可靠性可以得到充分保障。新開發(fā)和采用的5%新設(shè)備已全部完成試驗驗證,技術(shù)難度、產(chǎn)品質(zhì)量及制造進(jìn)度可控。
華龍一號針對反應(yīng)堆堆芯設(shè)計變化、能動與非能動結(jié)合的新理念、更高的抗震要求、以及預(yù)防和緩解嚴(yán)重事故下放射性物質(zhì)釋放等技術(shù)改進(jìn)項,開展了大量驗證試驗,試驗結(jié)果完全滿足設(shè)計要求,可以有效提高機(jī)組的安全和運行性能。
在華龍一號研發(fā)過程中,國家能源局、國家核安全局組織進(jìn)行了多次技術(shù)評審及安全評價,并邀請國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)、行業(yè)協(xié)會及國內(nèi)外同行專家對設(shè)計進(jìn)行咨詢和評價,為確保設(shè)計質(zhì)量提供了重要的技術(shù)支持。
華龍一號主要技術(shù)特征如下:
? 177個12英尺燃料組件堆芯;
? 能動與非能動相結(jié)合的安全措施;
? 堆芯熱功率3180 MWt,機(jī)組額定功率不小于1200MWe;
? 概率安全指標(biāo):CDF<1×10-6/堆?年、LRF<1×10-7/堆?年;
? 堆芯熱工裕量≥15%;
? 單堆布置;
? 安全停堆地震0.3g;
? 大自由容積雙層安全殼;
? 抗大型商用飛機(jī)撞擊;
? 60年設(shè)計壽命;
? 18個月?lián)Q料周期;
? 電廠平均可利用率≥90%;
? 操縱員不干預(yù)時間不低于30分鐘;
? 完善的嚴(yán)重事故預(yù)防和緩解措施;
? 全數(shù)字化儀控系統(tǒng);
? 堆芯測量從堆頂引入,取消反應(yīng)堆壓力容器下封頭貫穿件;
? 安全殼內(nèi)置換料水箱;
? 破前漏(LBB)技術(shù);
? 放射性廢物離堆處理,固體廢物年產(chǎn)生量小于50 m3/堆?年;
? 職業(yè)照射集體劑量小于0.6人?Sv/堆?年。
2.2.2華龍一號技術(shù)的自主知識產(chǎn)權(quán)
華龍一號在設(shè)計技術(shù)、專用設(shè)計軟件、燃料技術(shù)、運行維護(hù)技術(shù)等方面具有完全自主知識產(chǎn)權(quán),形成了華龍一號專利集群,并通過建立知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)體系有效保護(hù)了創(chuàng)新成果,可以滿足我國核電“走出去”的需要。
據(jù)不完全統(tǒng)計,中核集團(tuán)在國內(nèi)已經(jīng)獲得629項專利,已形成125項軟件著作權(quán),對反應(yīng)堆專用設(shè)計與分析軟件進(jìn)行了自主創(chuàng)新開發(fā),涉及核設(shè)計、源項及輻射安全設(shè)計、熱工水力與事故分析、燃料元件設(shè)計、設(shè)備與系統(tǒng)設(shè)計等專業(yè)領(lǐng)域,形成8個軟件包。中國廣核集團(tuán)共計申請知識產(chǎn)權(quán)920項,覆蓋了設(shè)計、燃料、設(shè)備、建造、運行、維護(hù)等領(lǐng)域,同時還在海外申請了65項專利。
大型先進(jìn)壓水堆核電站重大專項是國家16個重大專項之一,《總體實施方案》在2008年2月國務(wù)院常務(wù)會議上得到批準(zhǔn)。根據(jù)文件,國家核電技術(shù)公司是AP1000三代核電技術(shù)引進(jìn)消化吸收的主體,也是重大專項的實施主體,上海核工程研究設(shè)計院是大型先進(jìn)壓水堆核電站重大專項的技術(shù)總負(fù)責(zé)單位,國內(nèi)有關(guān)單位將全面參與研發(fā)設(shè)計工作。
大型先進(jìn)壓水堆重大專項的總體目標(biāo),是在AP1000技術(shù)引進(jìn)和自主化依托項目建設(shè)的基礎(chǔ)上,通過國產(chǎn)化AP1000自主設(shè)計,實現(xiàn)AP1000技術(shù)的消化、吸收,全面掌握以非能動技術(shù)為標(biāo)志的第三代核電技術(shù)。進(jìn)一步研究開發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的大型先進(jìn)壓水堆核電技術(shù),建成CAP1400示范工程,形成具有國際先進(jìn)水平的核電技術(shù)研發(fā)體系、先進(jìn)核電試驗驗證體系、關(guān)鍵設(shè)備制造技術(shù)體系和先進(jìn)核電標(biāo)準(zhǔn)體系;擁有一批高水平的知識產(chǎn)權(quán)成果,使我國核電設(shè)計、制造、建造和運行技術(shù)實現(xiàn)跨越式發(fā)展,2020年進(jìn)入核電技術(shù)先進(jìn)國家行列。
經(jīng)過全體參研人員共同努力,已經(jīng)完成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的CAP1400核電型號研發(fā),實現(xiàn)了25項重大技術(shù)創(chuàng)新成果,安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境相容性均處于世界領(lǐng)先水平。特別是完成了CAP1400六大關(guān)鍵試驗全部17個試驗項共887個驗證試驗工況的任務(wù)。
重大專項采用新型舉國機(jī)制下的協(xié)同創(chuàng)新體系,其中參研單位200多家,參研人員超過20000人,有效發(fā)揮了“政產(chǎn)學(xué)研用”合作,促進(jìn)了科研大合作、技術(shù)大集成、創(chuàng)新大集聚。通過專項的實施,帶動整個核電行業(yè)實現(xiàn)了從二代向三代的整體跨越,形成了持續(xù)的創(chuàng)新能力,打造了我國自主的先進(jìn)核電自主設(shè)計體系、先進(jìn)核電設(shè)計分析軟件體系、先進(jìn)核電標(biāo)準(zhǔn)體系、先進(jìn)核電試驗驗證體系、先進(jìn)核電安全審評體系、先進(jìn)核電裝備供應(yīng)鏈體系,促進(jìn)了綜合國力的提升。
目前,山東石島灣CAP1400示范工程已具備開工建設(shè)條件。
2.3.2 CAP1400技術(shù)特點
CAP1400設(shè)計基于非能動安全理念,充分考慮了AP1000依托項目建設(shè)中得到的經(jīng)驗反饋,通過進(jìn)一步提升電廠容量、優(yōu)化總體設(shè)計參數(shù)、優(yōu)化非能動安全系統(tǒng)配置、提高關(guān)鍵設(shè)備可靠性、提升對地震和外部水淹等極端事件應(yīng)對能力等措施,進(jìn)一步降低了機(jī)組的堆芯損傷頻率(CDF)和大量放射性物質(zhì)釋放頻率(LRF),提高了核電廠的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
CAP1400研究設(shè)計過程中,對主要的創(chuàng)新和改進(jìn)項進(jìn)行了充分論證并開展相關(guān)試驗驗證,安全水平得到國家核安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)和國外權(quán)威機(jī)構(gòu)的認(rèn)可,2016年,先后通過了國家核安全局的安全審評和國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)的通用反應(yīng)堆安全評審。
在設(shè)備國產(chǎn)化方面,先后開展了反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器、堆內(nèi)構(gòu)件、控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)、反應(yīng)堆冷卻劑主泵、主管道、泵閥、反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)平臺、大鍛件、板材、690傳熱管、核級焊材、電纜等關(guān)鍵設(shè)備和材料的研制,設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)到85%。CAP1400的主要關(guān)鍵設(shè)備和材料都有兩家以上的企業(yè)分別進(jìn)行研制和供貨,形成了良好有序的市場競爭環(huán)境,也降低了供應(yīng)的風(fēng)險。
CAP1400主要技術(shù)特征如下:
? 堆芯熱功率4040MWt,機(jī)組額定功率約為1500 MWe;
? 操縱員可不干預(yù)時間為72小時;
? 關(guān)鍵試驗完成全部17個試驗項共887個驗證試驗工況;
? 堆芯熱工裕量≥15%;
? 安全停堆地震0.3g;
? 堆芯損傷頻率<10-6/堆年;
? 大量放射性物質(zhì)釋放頻率<10-7/堆年;
? 職業(yè)集體輻照劑量<1.0人?Sv/堆年;
? 放射性廢物最小化,固體廢物最終體積不超過50 m3/年;
? 屏蔽廠房采用鋼板混凝土結(jié)構(gòu),具備抗大型商用飛機(jī)惡意撞擊能力;
? 多樣性的數(shù)字化儀控系統(tǒng),采用基于FPGA技術(shù)的反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)平臺,提高儀控系統(tǒng)可靠性;
? 安全停堆地震(SSE)0.3g和審查級地震(HCLPF)0.5g,覆蓋高地震水平區(qū)域;
? 機(jī)組設(shè)計壽命60年;
? 機(jī)組目標(biāo)可利用率≥93%;
? 換料周期18個月,具備24個月?lián)Q料能力;
? 平均卸料燃耗≥ 50000 MWd/tU;
? 具有MOX燃料的裝載能力;
? 系統(tǒng)簡化設(shè)計,減少系統(tǒng)和部件的數(shù)量,同時降低電廠運行過程中的運維成本;
? 模塊化建造,縮短建造周期,提升施工質(zhì)量,減少建設(shè)成本;
? 堆芯功率由MSHIM控制,無需調(diào)硼,大大減少放射性廢液產(chǎn)生量。
2.3.3 CAP1400技術(shù)的自主知識產(chǎn)權(quán)
CAP1400研究開發(fā)過程中,加強(qiáng)了對創(chuàng)新技術(shù)和產(chǎn)品的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)。截至2017年底,形成知識產(chǎn)權(quán)成果3492項,申請中國專利1622項(其中發(fā)明專利700項),已獲得中國授權(quán)專利1109項(其中發(fā)明專利250項),各類標(biāo)準(zhǔn)751份,形成新產(chǎn)品、新材料、新工藝、新裝置293項,新建43個試驗臺架,改造11個試驗臺架,內(nèi)容覆蓋了工程設(shè)計、實驗驗證、燃料、軟件、設(shè)備及材料、數(shù)字化儀控、建造運行等核心技術(shù)領(lǐng)域。
2015年11月,中國專利保護(hù)協(xié)會在北京對《CAP1400知識產(chǎn)權(quán)專題報告》進(jìn)行了專家評審,專家認(rèn)為, CAP1400技術(shù)已經(jīng)超越了AP1000技術(shù)引進(jìn)合同設(shè)置的1350MWe的技術(shù)臺階,中方具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)和出口權(quán),沒有合同違約風(fēng)險,沒有發(fā)現(xiàn)專利侵權(quán)風(fēng)險。
2.4.1 AP1000自主化依托項目建設(shè)
AP1000是美國西屋公司在AP600基礎(chǔ)上開發(fā)的百萬級非能動安全壓水堆。經(jīng)過4年的招標(biāo)談判,我國與美國西屋公司于2007年簽訂協(xié)議,決定引進(jìn)AP1000技術(shù),在中國浙江三門和山東海陽各建設(shè)2臺機(jī)組,作為AP1000技術(shù)引進(jìn)和自主化國產(chǎn)化的依托項目。合同包括核島系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備設(shè)計及制造、核級鋯材制造、儀控設(shè)計及供貨、燃料設(shè)計及制造、項目管理和運行維護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域,分為34個技轉(zhuǎn)任務(wù)包(TP)。
從2009年3月29日到2010年6月20日,依托項目的4臺機(jī)組陸續(xù)實現(xiàn)核島筏基第一罐混凝土澆筑(FCD),4臺機(jī)組主體工程全部開工。
AP1000自主化依托項目建設(shè)對我國三代核電技術(shù)發(fā)展具有重要意義。它不僅可以全面檢驗引進(jìn)的AP1000技術(shù)的完整性和有效性,而且可以帶動國內(nèi)裝備制造企業(yè)的國產(chǎn)化能力建設(shè),提升我國核電工程管理能力,為我國三代核電自主化研發(fā)和能力提升提供重要平臺。
迄今為止,AP1000依托項目因西屋核島設(shè)計變更多固化晚、屏蔽電機(jī)主泵等關(guān)鍵設(shè)備研制難度大、模塊化施工工藝要求高等原因,進(jìn)度比合同工期有較大滯后。目前,問題已經(jīng)全部解決,三門、海陽1號機(jī)組也已完成所有調(diào)試,具備裝料條件,有望于2018年并網(wǎng)發(fā)電。依托項目4臺機(jī)組核島設(shè)備綜合國產(chǎn)化率約為55%,從三門1號機(jī)組到海陽2號機(jī)組,設(shè)備國產(chǎn)化比例分別為30%、50%、60%、72%。
2.4.2 AP1000技術(shù)特點
相比傳統(tǒng)核電廠,AP1000采用了非能動安全理念,利用自然界物質(zhì)固有的規(guī)律(重力、自然對流、流體的擴(kuò)散、蒸發(fā)、冷凝等)來冷卻反應(yīng)堆廠房和帶走堆芯余熱,保障緊急狀態(tài)下反應(yīng)堆的安全。其專設(shè)安全系統(tǒng)主要包括非能動堆芯冷卻系統(tǒng)(PXS)、非能動安全殼冷卻系統(tǒng)(PCS)、主控制室應(yīng)急可居留系統(tǒng)(VES)、安全殼隔離系統(tǒng)和安全殼氫氣控制系統(tǒng)、自動卸壓系統(tǒng)等相關(guān)系統(tǒng)等。
AP1000 預(yù)防和緩解嚴(yán)重事故措施包括防止高壓熔堆的自動降壓系統(tǒng)、堆腔淹沒技術(shù)、堆芯熔融物保持在壓力容器內(nèi)的(IVR)技術(shù)、設(shè)置易燃?xì)怏w氫的自動復(fù)合和燃燒系統(tǒng)以防爆和防止安全殼旁路等。在發(fā)生反應(yīng)堆堆芯熔化的嚴(yán)重事故時,設(shè)置在安全殼內(nèi)的換料水箱靠重力(非能動)自動地向堆腔注水,水經(jīng)壓力容器外壁和絕熱層之間的流道向上流動,冷卻壓力容器外壁,通過自然循環(huán)將熱量帶走,使壓力容器不被熔穿,使堆芯熔融物保持在壓力容器內(nèi)。
由于采用了非能動安全系統(tǒng),事故工況下72小時內(nèi)操縱員不必采取動作,降低了人因錯誤,提高了機(jī)組的安全性。與此同時,AP1000設(shè)計簡化了安全系統(tǒng)配置,大幅減少了安全級設(shè)備和安全廠房,取消了1E級應(yīng)急柴油機(jī)系統(tǒng)和大部分安全級能動設(shè)備,降低了對大宗材料的需求,經(jīng)濟(jì)性上也有較強(qiáng)的競爭力。
2.5.1 臺山EPR項目概況
2007年11月,中法簽署《關(guān)于合作建設(shè)廣東臺山核電項目1、2號機(jī)組的總體協(xié)議》等一系列合作協(xié)議。根據(jù)合同約定,法國電力公司以合資形式,與阿?,m、中國廣核集團(tuán)共同建設(shè)、運營臺山核電站一期工程;法方承諾向中方轉(zhuǎn)讓EPR核電技術(shù)研究成果、在建EPR核電站的經(jīng)驗反饋、以及核電項目管理及核電站運營經(jīng)驗。
臺山核電項目1、2號機(jī)組分別于2009年12月21日和2010年4月15日開工。目前工程實際進(jìn)度比計劃工期晚了將近4年,延誤主要原因是法方原先對EPR首堆建設(shè)面臨的困難估計不足,特別是輔助系統(tǒng)設(shè)計修改和重新定貨上花費了很多時間,輔助系統(tǒng)延誤的時間比主系統(tǒng)多3年。另外,由于部分設(shè)備不符合項的處理也延誤了建造周期。
與其它在建的EPR項目(芬蘭奧爾基洛托核電站3號機(jī)組OL3、法國弗拉芒維爾3號機(jī)組FA3)相比,臺山項目進(jìn)展相對順利。OL3比臺山項目早開工4年,FA3比臺山早開工2年,實際工程進(jìn)度卻不如臺山。目前,臺山1號機(jī)組處于調(diào)試階段,2號機(jī)組處于安裝階段,領(lǐng)跑全球在建EPR工程。同一種機(jī)型,同一個設(shè)計公司,中國的成就主要得益于30年來不間斷持續(xù)建設(shè)核電站的實踐,得益于中國在核電站建造管理方面的豐富經(jīng)驗和建設(shè)隊伍的強(qiáng)大實力,這些經(jīng)驗和實力對中國核電產(chǎn)業(yè)“走出去”將產(chǎn)生積極的影響。
2.5.2 EPR技術(shù)特點
上世紀(jì)九十年代末,法國Areva和德國西門子公司聯(lián)合開發(fā)新一代歐洲壓水堆 EPR。其設(shè)計綜合了法國N4核電站和德國 Konvoi核電站的優(yōu)點和運行經(jīng)驗反饋,滿足歐洲電力公司要求文件(EUR)。1998年,EPR完成了基本設(shè)計。2000年3月,法國和德國的核安全當(dāng)局完成對 EPR 基本設(shè)計的評審,于 2000 年 11 月頒發(fā)了詳細(xì)技術(shù)導(dǎo)則。
EPR總體上采用傳統(tǒng)的設(shè)計理念,主回路、主設(shè)備、安全系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)及其它主要系統(tǒng)參考成熟的有運行經(jīng)驗的設(shè)計方案,安全性的提升主要通過以下幾個方面來實現(xiàn)。
(1)增大壓力容器、穩(wěn)壓器、蒸汽發(fā)生器等主設(shè)備的水裝量和主系統(tǒng)熱慣性,延長事故情況下操縱員的允許不干預(yù)時間,減少人因失誤。
(2)采用雙層安全殼,最大限度地防止放射性物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境。
(3)專設(shè)四列獨立的安全系統(tǒng),考慮單一故障和預(yù)防性維修,確保在極端的情況下至少還有一列安全系統(tǒng)可用。
(4)在安全系統(tǒng)的供電和冷源兩個方面,通過“多樣性”設(shè)計提高機(jī)組的安全性。
(5)設(shè)計多項嚴(yán)重事故緩解措施,降低堆芯熔化概率和早期放射性大量釋放的概率。
我國在役核電機(jī)組投運以來,始終保持良好的安全狀態(tài),是國際上安全水平最高的國家之一。近年來,我國核電企業(yè)安全管理水平不斷提高,國家核安全監(jiān)管體系持續(xù)加強(qiáng),核能行業(yè)自律建設(shè)全面提升,為我國核電安全發(fā)展提供了有效保障。
3.1核電機(jī)組保持安全穩(wěn)定運行
2017年,我國37臺核電機(jī)組裝機(jī)容量358GWe(3581萬千瓦),核電發(fā)電量2481億千瓦時,比上一年增加16.3%,核電占全國總發(fā)電量的3.82%。與燃煤發(fā)電相比,核能發(fā)電相當(dāng)于少燃燒標(biāo)準(zhǔn)煤7646萬噸,減少排放二氧化碳約2億噸、二氧化硫約65萬噸、氮氧化物約57萬噸,核電為中國的綠色發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。
各運行核電廠嚴(yán)格控制機(jī)組的運行風(fēng)險,繼續(xù)保持安全、穩(wěn)定運行,未發(fā)生國際核事件分級(INES)一級及以上的運行事件。各運行核電廠未發(fā)生較大及以上安全生產(chǎn)事件、環(huán)境事件、輻射污染事件,未發(fā)生火災(zāi)爆炸事故,未發(fā)生職業(yè)病危害事故。與世界核電運營者協(xié)會(WANO)規(guī)定的性能指標(biāo)對照,在全球400多臺運行機(jī)組中,我國運行機(jī)組80%的指標(biāo)優(yōu)于中值水平,70%達(dá)到先進(jìn)值,與美國核電機(jī)組水平相當(dāng),且整體安全指標(biāo)逐年提升。
核電廠人員的個人劑量和集體劑量一直保持較低水平,放射性流出物排放總量低于國家監(jiān)管部門批準(zhǔn)排放年限值,環(huán)境空氣吸收劑量率在當(dāng)?shù)乇镜纵椛渌秸q落范圍之內(nèi),沒有發(fā)生影響環(huán)境與公眾健康的事件。
3.2核安全管理水平不斷提高
我國核電企業(yè)堅持“安全第一,質(zhì)量第一”方針,從技術(shù)、設(shè)備、管理等方面全面加強(qiáng)核安全管理,建立了風(fēng)險指引型核安全管理體系,圍繞重要業(yè)務(wù)聚焦風(fēng)險,強(qiáng)化整改,重點加強(qiáng)了對操縱員、核安全技術(shù)顧問等關(guān)鍵崗位的培訓(xùn)考核,持續(xù)提升安全管理水平。
在核安全文化建設(shè)方面,為實現(xiàn)良好的安全業(yè)績,提高安全文化水平,在政府相關(guān)部門支持下,核電企業(yè)建立了核安全文化評估體系,大力培育核安全文化,提高全員責(zé)任意識和確保核安全的自覺性。
在質(zhì)量管理方面,核電廠按照核安全法規(guī)HAF003《核電廠質(zhì)量保證安全規(guī)定》的要求,制定并實施核電廠各階段的質(zhì)量保證大綱,對核電廠各項質(zhì)量相關(guān)工作進(jìn)行規(guī)范。核電廠最高管理者對質(zhì)量保證大綱的有效實施承擔(dān)全面責(zé)任;所有從事與核電廠安全、質(zhì)量有關(guān)的工作人員都要遵守質(zhì)保大綱要求,有責(zé)任和義務(wù)報告所發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題;設(shè)立獨立的質(zhì)量保證部門負(fù)責(zé)質(zhì)保大綱的制定和管理,并通過檢查、監(jiān)督和監(jiān)查來驗證大綱實施的有效性;質(zhì)量保證部門在處理質(zhì)量問題時,不受進(jìn)度和經(jīng)費約束,直至質(zhì)量問題得到有效的處理和解決。
第三代核電的安全要求更高,三代核電的質(zhì)量保證體系在二代核電基礎(chǔ)上將進(jìn)一步升級完善。針對三代核電機(jī)組非安全相關(guān)級的構(gòu)筑物、系統(tǒng)、部件在概率安全分析中的貢獻(xiàn)較大,同時考慮到非能動特性帶來的不確定性,對重要的非安全相關(guān)部件提出了專門的質(zhì)量保證要求,以確保安全萬無一失。
在人才保障方面,在國家和高校支持下,企業(yè)進(jìn)一步完善人才培養(yǎng)體系,通過加強(qiáng)培訓(xùn)資源投入、建立專家支持體系、加強(qiáng)國際合作、拓寬人才培養(yǎng)和招聘途徑等措施,有效滿足了核電安全管理所需的人力資源,保證了核電的安全。
3.3 國家核安全監(jiān)管體系持續(xù)加強(qiáng)
我國從核工業(yè)發(fā)展初期開始,就對核與輻射安全予以特別的重視。1984年10月,為適應(yīng)核電的發(fā)展,國務(wù)院專門成立國家核安全局,對我國核電廠和民用核設(shè)施的核與輻射安全實施統(tǒng)一監(jiān)管。三十多年來,國家核安全監(jiān)管體系持續(xù)加強(qiáng),核安全法規(guī)體系和技術(shù)裝備手段不斷完善,核安全監(jiān)管水平不斷提高。
目前,民用核能領(lǐng)域的安全監(jiān)管業(yè)務(wù)由環(huán)境保護(hù)部內(nèi)設(shè)的三個司負(fù)責(zé),其中,一司負(fù)責(zé)研究堆和核設(shè)施的安全監(jiān)管,二司負(fù)責(zé)核電的安全監(jiān)管,三司負(fù)責(zé)輻射源的安全監(jiān)管。另外,還有600多人編制的環(huán)境保護(hù)部核與輻射安全中心提供技術(shù)支持。環(huán)境保護(hù)部在全國設(shè)立了6個地區(qū)級核與輻射安全監(jiān)督站,負(fù)責(zé)向核電站及重要核設(shè)備制造廠派出安全監(jiān)管人員,對核電站的建造質(zhì)量、設(shè)備質(zhì)量、人員資質(zhì)、運行安全等進(jìn)行安全檢查,對核電廠設(shè)計、制造、建造、運營的所有重要節(jié)點進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)督。
在廣泛調(diào)研世界各國核安全法律法規(guī)基礎(chǔ)上,我國參照國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)的核安全導(dǎo)則及規(guī)定,建立了自己的核安全法規(guī)體系,并在實踐的基礎(chǔ)上不斷完善。
核安全監(jiān)管的主要法規(guī)是1986年10月國務(wù)院頒布的《民用核設(shè)施安全監(jiān)督管理條例》(以下簡稱《條例》)及《條例》的實施細(xì)則-----《核電廠安全許可證件的申請和頒發(fā)》(1993年修訂)。
《條例》規(guī)定,國家頒發(fā)相應(yīng)的安全許可證件,包括:建造前期階段的《核電廠環(huán)境影響報告批準(zhǔn)書(選址階段)》、《核電廠廠址選擇審查意見書》,核電廠建造階段的《核設(shè)施建造許可證》,核電站裝料前的《核電廠首次裝料批準(zhǔn)書》,以及核電站運行階段的《核電廠運行許可證》等。在退役階段還有《核電廠退役批準(zhǔn)書》。
《條例》還規(guī)定,只有持操縱員執(zhí)照的人員方可擔(dān)任操縱核設(shè)施控制系統(tǒng)的工作。國家核安全局負(fù)責(zé)頒發(fā)操縱員執(zhí)照,反應(yīng)堆操縱員的執(zhí)照有效期為兩年,每兩年重新審查和換發(fā)新執(zhí)照。
2003年6月,《中華人民共和國放射性污染防治法》頒布實施。該法規(guī)定營運單位在建造、運行和退役前需向環(huán)境保護(hù)部提交環(huán)境影響報告書,經(jīng)審查批準(zhǔn)后方可進(jìn)行下一階段工作。國家環(huán)境保護(hù)部對所有在運核電廠的輻射水平進(jìn)行監(jiān)督,每日向全社會公布核電廠周圍環(huán)境空氣吸收劑量率。
福島核事故后,為進(jìn)一步加強(qiáng)核安全監(jiān)管,國家核安全局相繼制定了《福島核事故后核電廠改進(jìn)行動通用技術(shù)要求》和《新建核電廠安全要求》等文件,對我國在運、在建核電廠提出了技術(shù)改進(jìn)要求,對新建核電廠設(shè)計提出了更高的安全標(biāo)準(zhǔn)。
2017年9月1日,人大十二屆常務(wù)委員會第二十九次會議通過了《中華人民共和國核安全法》,自2018年1月1日起施行,進(jìn)一步加強(qiáng)了核安全監(jiān)管工作的法律地位,為核電安全提供了法律保障。
總體上看,我國核安全監(jiān)管體系與國際接軌,采用了國際最高的安全標(biāo)準(zhǔn),安全監(jiān)管的水平位居世界前列,得到國際同行的一致肯定。
在政府主管部門指導(dǎo)下,中國核能行業(yè)協(xié)會于2008年成立了核電廠運行評估與經(jīng)驗交流委員會,圍繞核電安全問題開展同行評估和經(jīng)驗交流,為促進(jìn)核電廠運行業(yè)績提升、提升核電工程建設(shè)管理水平發(fā)揮了重要作用。
核電廠同行評估及經(jīng)驗交流委員會按照“平等自愿、合作開放、規(guī)范有序、共享經(jīng)驗、持續(xù)改進(jìn)”的方針,堅持行業(yè)自律屬性,突出同行評價特色,關(guān)注行業(yè)共性問題,深化經(jīng)驗交流。成立以來,同行評估及經(jīng)驗交流委員會組織同行專家先后對我國大亞灣、秦山、田灣、海陽、陽江、昌江、福清、石島灣等核電基地的運行機(jī)組及在建項目實施了各類評估活動50多場,查找和發(fā)現(xiàn)了一批待改進(jìn)的項目和問題,為核電廠運行和核電工程建設(shè)改進(jìn)工作、提升能力、消除隱患、堵塞漏洞提供了有力的幫助,受到核電廠的一致好評。
同行評估及經(jīng)驗交流委員會還定期召開全國性核電廠經(jīng)驗交流研討會,建立了中國核電營運信息網(wǎng)(CINNO),編制了《運行核電廠生產(chǎn)季報》《中國核電廠關(guān)鍵業(yè)績指標(biāo)報告》《中國運行核電廠事件經(jīng)驗反饋報告》和《中國核電運行與建設(shè)年度報告》等各類經(jīng)驗反饋報告,受到社會的關(guān)注和好評。
目前委員會已經(jīng)建立了應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)、大型變壓器、在役檢查與無損檢驗、核風(fēng)險管理、防人因失誤、質(zhì)量管理、老化與設(shè)備可靠性等19個專題工作組,組織行業(yè)內(nèi)專家和第一線工作人員共同研究核電廠運行及建設(shè)領(lǐng)域的共性問題,編制專題領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,加強(qiáng)行業(yè)自律。