
我國的核電技術
日本“3.11”福島核事故對剛剛開始復蘇的世界核電造成的影響,各國政府和公眾關注核電的。中國政府立即組織對所有投運和在建核電機組進行嚴格的檢查、落實整改措施,同時宣布將繼續(xù)堅持發(fā)展核電的能源戰(zhàn)略。各核電集團因勢利導,認真吸取福島事故的教訓,乘勢而上實現(xiàn)跨越,力爭盡快完成自主化三代核電機型,并在今后的核電新項目中應用。
2004年,我國核局修訂頒布了核法規(guī)HAF102《核動力廠設計規(guī)定》。規(guī)定堅持要求根基縱深防御原則,除了大家熟知的燃料棒包殼、反應堆冷卻劑系統(tǒng)壓力邊界和殼三道包容放射性物質(zhì)的屏障外,還要求核電廠具有5個層次的設施和規(guī)程,以防止事故或在未能防止事故時適當?shù)谋Wo,以減緩事故后果。
整個系統(tǒng)的設計邏輯是要層次,至多層次就能阻止假設始發(fā)事件升級為事故工況,并提供充分的手段使核電廠保持正常的運行狀態(tài)。一旦發(fā)生運行偏離或假設始發(fā)事件,立即做出正確的短期響應,控制反應堆回到穩(wěn)定的正常運行狀態(tài),不會發(fā)生反應堆堆芯的任何重大損壞。為了防止嚴重事故危及工作人員、公眾和環(huán)境,核局還對之定量規(guī)定:堆芯損壞頻度(CDF) ≤1×10-5/堆年和大量放射性物質(zhì)早期釋放頻度(LERF)≤1×10-6/堆年。今后國內(nèi)新建的核電機組滿足這兩條要求。
由于能動的糾正行動明顯捷,因此自主化三代核電技術的設計基本思路應是:極端外部事件合理疊加情況下的應急電源與水源供應,設置性能完備的能動與非能動相結合的專設設施;采取措施,加強對乏燃料儲存水池供水與冷卻的監(jiān)督;利用縝密考慮的反應堆控制保護系統(tǒng)與能動專設系統(tǒng),嚴防死守縱深防御5個層次的最初兩個層次;對發(fā)生概率很小的設計基準事故,具備的應對能力,將事故制止在苗頭階段,不讓其蔓延發(fā)展;對于罕見的嚴重事故,利用由非能動系統(tǒng)充分支持的能動系統(tǒng),設置完備的預防和嚴重事故后果的措施,電廠人員、公眾和環(huán)境的。這種能動與非能動相結合的設計理念更符合縱深防御的宗旨,滿足核標準的要求。
此外,應嚴格遵循我國現(xiàn)行法規(guī)的明確規(guī)定,劃定構筑物、系統(tǒng)和設備的級別。一些相關核輔助系統(tǒng),如余熱排出系統(tǒng)、化容系統(tǒng)、設備冷卻水系統(tǒng),以及為能動專設設施提供事故交流電源的應急柴油發(fā)電機組等,仍按其功能照舊規(guī)定其相應等級。這符合這些物項的本來屬性,不像有的設計那樣人為降低等級,增加可能出現(xiàn)制造質(zhì)量下降,系統(tǒng)失效的風險,發(fā)生不希望出現(xiàn)的事件升級,甚至蔓延成重大事故。
已掌握技術+自主設計
我國核電起步雖晚、但起點較高,充分發(fā)揮了后發(fā)優(yōu)勢,我們避免了重復早期在設備與系統(tǒng)設計、材料選擇等方面的失誤,不斷吸納各種技術與核電廠運行管理上的改進,使得我國投運核電機組性能持續(xù)提高,運行業(yè)績一直處于世界中值以上水平,發(fā)生過2級及以上事件。我國的在建二代改進型機組成為當今二代機組中最、的機型。
作為我國核電主力軍的中核集團,自成立之初就致力于自主化百萬千瓦級壓水堆新機型的,集眾家之長,“十年磨一劍”,完成了進一步改進的二代設計,并通過了中國核能行業(yè)協(xié)會組織的評審。我國核科技人員已經(jīng)掌握的設計技能是自主三代核電機型的寶貴財富和重要基礎。
自主化三代核電新機型中應重視和正確處理好繼承、消化吸收與自主創(chuàng)新之間的關系,其技術可來自四個方面:
,在二代改進型機組上行之的成熟改進技術,例如18個月長換料周期、由內(nèi)向外的低泄漏堆芯換料方案,以及數(shù)字化儀控系統(tǒng)和半速汽輪發(fā)電機組等,全都繼續(xù)采用。
,一些已完成和試驗驗證但尚未在工程中應用的成果,例如將堆芯燃料組件數(shù)由原先的157盒增加到177盒,以降低堆芯平均線功率密度等自主設計、單堆布置方式,以及在國內(nèi)尚未普遍使用的雙層殼及其非能動殼冷卻系統(tǒng)等,則應鼓勵項目業(yè)主選用。
第三,通過三代核電技術招標及其后的技術轉讓,其完備的預防和嚴重事故后果的措施,例如堆芯熔融物堆內(nèi)滯留(IVR)技術、自動降壓系統(tǒng)、取消壓力容器下封頭貫穿件、殼內(nèi)置換料水箱、非能動應急余熱排出系統(tǒng)、制定狀態(tài)導向的事故規(guī)程與嚴重事故管理導則、2和3級概率風險評價(PSA)程序的實際運用,以及模塊化設計建造等,已為中國核科技人員普遍了解、逐步掌握,并參考借鑒、集成創(chuàng)新,用于具體設計。
第四,總結福島核事故教訓,提出設計改進,例如提高核電廠和淹能力、設置移動式應急柴油發(fā)電機組、增大蓄電池組容量、乏燃料水池冷卻、綜合考慮廠址應急水源的設置,以提高機組應對極端外部事件疊加的能力等,均應實施。
目前已完成的自主化三代核電設計工作業(yè)已顯示,這種新機型不僅滿足美國電力公司要求文件(URD)的要求,而且也符合核標準。
競爭力+知識產(chǎn)權
眾所周知,核電經(jīng)濟性與設備國產(chǎn)化關系緊密。上述的自主化三代核電技術的閃光點之一就是,許多二代改進型機組上采用的系統(tǒng)、設備可以繼續(xù)沿用,國產(chǎn)化程度可以在較高的水平上起步。一些尚待在引進的三代工程項目上驗證的設備或技術,在自主化三代核電工程設計中已改用國內(nèi)生產(chǎn)的成熟產(chǎn)品替代,并可達到同樣效果。這些舉措,不僅了性,而且將非常有助于降低建造成本。我國已經(jīng)形成的核電設備生產(chǎn)能力非但不會閑置浪費,而且還會繼續(xù)拓展提高??梢灶A見,隨著自主化三代新機型市場的開拓,其經(jīng)濟競爭性會明顯。
我國引進三代核電技術的目的是要通過對技術的消化吸收、工程示范,實現(xiàn)我國核電技術的跨越發(fā)展,出有自主知識產(chǎn)權的中國,由核電大國成長為核電強國,而不是要建造多少引進型機組。此外,不同行業(yè)的眾多事例已經(jīng)證明,如果本身不擁有自己生產(chǎn)的關鍵產(chǎn)品,自主知識產(chǎn)權的系統(tǒng)也是徒有虛名,要想出口,會受到方的刁難。
上述的自主化三代新機型已具備相當好的基礎:有關堆芯擴大的物理設計和長周期換料的堆芯燃料管理工作已相當深入;兩項關鍵的水力試驗,即反應堆整體水力模擬和流致振動,數(shù)年前就已經(jīng)自籌資金圓滿完成;反應堆堆芯設計、國產(chǎn)化燃料組件設計與制造等自主創(chuàng)新和其它改進工作已獲準了數(shù)十項。一些綜合集成創(chuàng)新的系統(tǒng)的設計日臻完善。新采用的非能動技術的原理較為簡單,是用工程試驗來驗證、修改設計,這的是工作量問題。一套完整的國產(chǎn)軟件包正成為創(chuàng)新的重要支撐。所有這些均為自主化三代新機型將來打入核電市場掃除產(chǎn)權障礙。
產(chǎn)業(yè)鏈+內(nèi)外市場
核電的產(chǎn)業(yè)鏈包括眾多行業(yè),環(huán)環(huán)相扣。且不說大家熟知的機電儀、冶金材料行業(yè)對核電廠的建設,核電機組建成后的運行技術支持,如核燃料供應、技術整改、在役檢查和大修服務、人員培訓和運行經(jīng)驗反饋,以及乏燃料的運輸和后處理等,就需要整個核工業(yè)體系的支持。顯然,自主化三代新機型的和市場上的應用將有利于整個產(chǎn)業(yè)鏈和核工業(yè)體系的協(xié)調(diào)發(fā)展和提升。
盡管調(diào)整后的核電中長期發(fā)展規(guī)劃(2005-2020)還沒有正式公布,但2020年的目標將作大幅度調(diào)整則已成定局。本世紀中葉的核電預測則壯觀。福島核事故加速了自主化三代核電技術的,順應了核電技術升級的大趨勢,也為用這種既、又經(jīng)濟的新機型滿足龐大的核電市場需求創(chuàng)造了大好契機。
核電市場可以分成發(fā)達市場和發(fā)展中市場兩類。兩者的經(jīng)濟發(fā)展階段不同,對電力乃至于對核電的需求也大不相同。
發(fā)達從上世紀80年代起,經(jīng)濟發(fā)展速度逐步變緩。能源、電力產(chǎn)能基本滿足需求,需求只有少許增長。這是世界發(fā)達的普遍情況。從環(huán)保角度看,通過發(fā)展核電替代碳基燃料的潛力很大,但由于經(jīng)濟性等原因尚未成為實際拉動力。與建設新核電機組相比,他們注重在役核電機組的延壽。
福島事故后,美國在役機組的延壽增容又取得重大進展。截至2011年12月底,美國核管會(NRC)又先后批準了10臺機組延壽至60年。延壽機組總數(shù)達72臺。與此同時,美國政府決定推動在役機組的二次延壽,即將反應堆使用壽期延長至80年的調(diào)查硏究,制訂方案后再逐步實施。關鍵的是,美、法等國的核電技術目前還處于地位。他們在核電市場上一直竭力推銷自己的技術和產(chǎn)品,并從各方面圍追堵截競爭對手,特別是來自發(fā)展中的后起之秀。
而發(fā)展中則主要考慮如何滿足發(fā)展的需求、如何增長。的發(fā)展中為滿足經(jīng)濟發(fā)展所需的電力供應,也將目光投向核電。由于經(jīng)濟和融資方面的困難,他們希望能既又便宜的核電產(chǎn)品,而且在信貸條件、本土資源利用方面優(yōu)惠。
因此,核電建設市場主要在發(fā)展中。顯然我國目前的政治立場和經(jīng)濟最能理解和滿足他們的要求。我國核電技術的發(fā)展方向、市場開拓途徑、扶持政策等均要適應這種形勢。
上述的我國自主化三代新機型符合發(fā)展中的需要和我國的出口外貿(mào)方針政策,了政府有關部門的高度贊揚和支持。當務之急是要首先在國內(nèi)開建臺示范商用核電機組,用具體行動展示我們的信心和技術。在其基礎上進一步提高設備國產(chǎn)化水平,同時開拓市場。充分利用我國綜合國力的優(yōu)勢,用有自主知識產(chǎn)權的中國三代核電,走出,進軍核電市場,為我國核電和國民經(jīng)濟的發(fā)展做出應有貢獻。