經歷了一年的低谷與徘徊,中國核電再一次來到啟程的前夜。盡管未來的戰略日漸明晰,但三足鼎立格局之下,技術標準的主導者并未確立,中國核電依然在爭議中前行。
這里是四月中旬的三門核電站。早晨不到七點,潮水尚未退去,所有工人都全副武裝,戴著頭盔、手套、護目鏡,踏著內置鋼板的防護鞋,在海霧中的安檢門前排起長隊。接下來的一天,他們將在密如長蒿的鋼架工地里,一直工作到晚潮的到來。
其中的一部分工人,會進入整個工地最核心的部位,一個有著20多層樓高的巨大鋼制安全殼。如今,這座4厘米厚的核島主建筑,內部已被各種模塊分割成潛艇船艙一般的大小空間。到本期《能源》雜志付梓時,這個被編為三門一號的機組已完成主泵、底封頭、爆破閥和壓力容器等關鍵設備的安裝,第一臺由斗山重工制造的蒸汽發生器也已從韓國運抵工地。
現在,三門一號只待接收第二臺蒸汽發生器并吊裝進入安全殼內,便可將與底封頭形狀相同的直徑40米、高達14米半球形頂封頭扣蓋。最遲到今年6月,這座外形酷似蠶蛹或者膠囊的核島主建筑,就將矗立在距離海邊不到100米的地方。當然,它很快會被規模更為龐大、可防商業飛機沖撞的混凝土外殼所包裹。
數百米外,還有同時興建的2號機組,它的工期稍晚半個節拍,但也相隔不遠。三門核電站的業主和設計施工方正竭力將進度控制在預定的軌跡內,以確保全球首座采用AP1000機組的三代頭名不致旁落。按當前節奏,大約到2013年11月,三門一期首臺機組便可投產發電。
在此之前,這片海岸崎嶇、缺少沙灘的土地以船舶制造和飼養青蟹在繁華形勝的浙東擁有一席之地。隨著核電站的開建,三門正贏得整個世界的關注。關注的背景,是中國正在開展一場全球最大規模的核電興建運動——如果放在福島事故后世界萬核齊喑的背景來看,中國大陸當前31臺共計3328萬千瓦的在建項目,無疑會讓這種觀感更為深刻。
而三門牽動業界目光的緣由還在于,它與山東海陽規模相當的項目(工期稍晚)一道,是目前采用美國西屋公司AP1000三代技術僅有的兩個已經動工項目。2008年1月1日,在經歷前期基建準備之后,三門核電站核島部分正式開工,迄今已逾四年。
即便未曾發生日本大震,核電在中國也是項充滿爭議的話題。不過,與福島核泄漏帶來的世界毀滅恐慌情緒相比,原本集中在中國業界的討論,更為重要的議題是核電技術路徑的發展方向。簡單地講,是需要在自主研發和引進吸收之間做出決定性的選擇。
至少在國家戰略層面,到2006年底,隨著歷時兩年有余的中國第三代核電廠核島供貨國際招標塵埃落地,這項議題戛然而止。據當年親歷者回憶,經由中共政治局常委層面拍板后,2007年5月22日,以受讓消化西屋AP1000技術、實施相關工程設計、項目管理和研發更為先進的CAP1400/1700專項工程為職責的國家核電技術公司(國核技)正式成立。這個從龐大的中國核電體系中抽調骨干人員和單位成立的高規格央企,極大地改變了原有的核電版圖。中國三個在建的第三代核電站中,除廣東臺山外,浙江三門和山東海陽兩個項目均由國核技擔綱工程設計與項目管理方。
福島事故對中國的影響在于,不僅喚起普通民眾對核電的廣泛關注(這也意味著更為嚴苛的輿論環境和需要更加詳盡的信息發布體系),還讓業已沉寂的技術開發路徑分歧舊題重現——這一議題反饋到產業層面,便是內陸核電選址、開發的停滯和有關各類三代核電站安全性的空前討論。
[page]
三代俱樂部
2002年,俄羅斯關閉了莫斯科附近的奧布寧斯克核電站,結束了它48年的歷史使命。6年后,這座世界上第一個向工業電網送電的核電站被改造成為一座博物館,成為緬懷美蘇爭霸時期軍工民用榮光的歷史陳跡。在俄國人關閉這座電站之前,美國已先于1989年讓世界第一座商用核電站希平港電站(1957年并網)退役。在那個年代,兩大陣營除了充實自己的核武庫外,也在核能民用領域展開時間競爭,希平港核電站的壓水反應堆從核潛艇而來,而奧布寧斯克核電站配備的甚至是一臺二手的蒸汽輪機。
在這波幾乎算作史前核電站競爭潮之后,歐美各國從謹慎試驗開始了初步的第一代商業化運作,并很快進入第二代的大型商用核電機組的標準化應用,中國在這個階段的收尾階段趕上了末班車——1991年建成的采用CNP300堆型的秦山一期,以自主化科技典型(關鍵設備實際國產率約為70%),成為中學歷史教科書的常識段落。
此后的整個90年代,因第三代核電技術業已在全球發酵成型,改進型第二代技術亦風頭正勁,貫穿中國核電界的自主派與引進派爭論由此拉開,其間隱約浮現原核工業部(中核總)和國家計委兩大體系的認知差異,并延續到兩大部委各自拆分改組后的相當一段時間。2003年,湯紫德、徐連義、林誠格和郁祖勝等六人聯名上書國務院(后被稱為“引進派六君子”),力陳引進優勢,并于當年杭州會議上獲中央高層首肯,自此奠定了引進吸收的技術發展基調。
嗣后,在引進過程中,除西屋AP1000外,還同時引進法國阿?,mEPR技術,這被強調應以自主研發為主的核電專家譏為“花開兩朵,各表一枝”。截至當前,在建的三座三代核電站中,浙江三門和山東海陽采用西屋AP1000,廣東臺山采用的是法國EPR,而這三個核電站的控股業主分別為中核集團、中電投與中廣核公司。
夾雜在新世紀頭十年的各種分歧中二代加(二代改進技術)與三代之間的市場競爭亦短暫存在,因三代技術尚未取得讓世人信服的長期運營業績,二代加也因此取得其中的大部分份額,截至當前,仍有24臺二代機組在建。
原國家核安全局副局長兼總工程師林誠格向本刊如此評述:“原本所謂擔心三代技術不穩,導致了二三代市場之爭?,F在你看,誰還在說二代?技術的演進你不能不承認。”這位當年的六君子之一,現為國核技專業委員會專家,向來是三代引進吸收派主將。
所謂核電三代技術,其相對二代技術在安全性與經濟性上均能獲得大幅提升。具體指標仍由歐美傳統核電強國制定。概要而言,是能滿足《美國用戶要求文件(URD)》或《歐洲用戶要求文件(EUR)》。美國西屋、通用、法國阿?,m、日本三菱以及韓國電力,是具有全球三代市場競爭力的代表企業。
國核技因主導AP1000技術的引進吸收并掌有三門、海陽兩個項目的工程設計和項目管理權限,無疑率先進入中國核電三代俱樂部。中廣核雖引進法國EPR技術建設臺山項目,但據業內消息,并未與法方簽署技術轉讓合同。不過,其所改進的ACPR1000,也已達至三代門檻。
作為中國核電的傳統巨頭,脫胎于中國核工業總公司的中核集團,亦不會自外于三代之外。“中廣核的ACPR1000,實際上是中核ACP1000的變種。”中核集團一位不愿具名的核電專家告訴《能源》記者,“ACP1000是我們自主研發的三代技術,計劃在福建福清核電站5、6號機組采用,現在已通過能源局的論證,快的話明年底便可開工建設。”
巨頭會盟
今年1月18日,孫勤、王炳華、賀禹、陸啟洲和穆占英這五位中國核電界最有權勢的人在北京舉行今年首次碰頭會——作為中核、國核技、中廣核、中電投與中核建五家公司的一把手,他們每半年都通過這種非公開“會盟”方式,了解彼此關切,并盡可能協調步驟,消弭爭端。
這五大核電巨頭企業,各有制霸一方的“封邑”:中核集團脫胎于中國核工業總公司,承襲原核工業部正脈;國核技風華正茂,是核電技術世代更替中由中央欽定的第三代引進消化主角;中廣核以大亞灣和嶺澳兩大二代項目起家,自來便領有中國核電站半壁江山;中電投在2002年廠網分開時繼承原國家電力公司全部核電資產,并成為五大發電企業中唯一擁有核電項目控股權的業主;中核建則在基礎線上流水作業,攬有中國大陸所有在建核電站核島部分的建造份額。
事實上,除去偶爾因技術分歧所產生的不愉快,五家巨頭之間大體相處還算融洽。眼下,他們更緊要的任務,是合力推動《核電中長期發展規劃》盡早公布,并實現新項目審批解凍。今年五巨頭北京會盟的重要議題,便是對項目審批解凍保持樂觀預判時,如何協調相互間可能有的合作與利益分配。
多位受訪人士告訴《能源》雜志記者,在2014年9月三門核電站一期全部投產之前,同樣確定采用AP1000技術的湖南桃花江、江西彭澤與湖北大畈首批內陸項目,取得“路條”可能性不大。據上述中核人士介紹,福島事故后“國四條”出臺,已投資20億的桃花江項目被迫停工,主要人員與設備已調至遼寧葫蘆島徐大堡——一個采用M310改進堆型的二代加項目。
因未來幾年內陸項目解凍無望,各方已下調對《核電中長期發展規劃》中2020年目標裝機容量。“我們預計到時大約在7000-8000萬千瓦。”國核技總經理顧軍說。福島事故之前,業界曾普遍預判2020年裝機會在8600萬千瓦以上。另據國家能源局一位參與上述規劃起草的官員向《能源》記者透露,“規劃制定的目標在7000萬千瓦左右,現在(規劃)仍在(國家發改委)委里,尚未上報國務院。”
規劃總量的下調,也讓各家相應修正目標。不過,這個數值依然給各巨頭留下足夠寬裕的騰挪空間,考慮到民營進入的無形障礙和外資參股的謹慎態度,未來十年,中國的核電巨頭,即便沒有海外雄心,依賴本土也能成長為規模上的世界級核電巨鱷。
但巨頭的挑戰也在于此。從各自的定位來看,中電投和中核建較為明晰簡單,前者專注做業主;后者目前雖也參股、或者未來亦有控股項目的計劃,但其由國資委定位的軍民用核能工程基建主業不可偏離——同時也意味著優勢不可動搖。
真正存在變數的還是三代俱樂部成員。“國核技自己有當業主的打算,但我們希望他們把精力放在技術開發上。”原國家能源局局長張國寶曾對記者這樣說道,并表示完成西屋三代技術的消化、吸收和再創新是“國家交給國核技的任務”。
如根據國家賦予的定位,國核技是典型的NSSS(核蒸汽系統供應商)和AE(核電工程公司),在產業鏈上,這算是中游位置——上游是設備制造商,下游是業主。即便它能克制向下游拓展的沖動,但若想實現業界普遍期待的“統一圖紙、統一標準”,即在技術上完成對現有秩序的整合,能在多大程度上贏得體系完整產業橫跨中下游的中核與中廣核配合,尚存疑問。
“不同行業的眾多事例已經證明,如果本身不擁有自己專利生產的關鍵產品,自主知識產權的系統也是徒有虛名,要想出口,絕對會受到專利方的刁難。”中核科技委常委張祿慶說。而他的態度,正是兩大集團內部的一種典型態度。
[page]
聯隊合戰模式
在三門核電站遠離核島的一處組裝工地旁,一棟用白色氈布搭建、外形像是一座老式郵局的臨時工棚,在海邊滿是鋼筋和混泥土的工地上格外顯眼。這座四層樓高氈房背對海風的一側,標著大大的“BIGTOP”——大帳篷。
這是一件簡單高效的工業杰作,來自西屋合作方紹爾公司(SHAW)的作品。三門SPMO(國核技派駐三門核電站與西屋聯隊共同組建的“現場項目管理組織機構”)辦公室副經理王林說:“紹爾公司的專家指揮現場中方工人搭建。就這么個帳篷,材料從美國運來,還不讓中方看圖紙。其實它非常實用,可以在中國各類工地上推廣。”
恪守合同條款,同時也絕不慷慨的西屋聯隊,正是這波世界范圍三代潮流的最大贏家——2010年韓國贏得阿聯酋空前的400億美元大訂單,其APR1400技術不僅源自西屋,還必須給予西屋相應比例的技術轉讓回饋。
“BIGTOP”雖然簡單,但其是美國陸軍在野外扎營的基本裝備。事實上,西屋獲得國核技在三門和海陽的兩個項目,正是憑借強大的聯隊作戰力量。據知情人士透露,國核技引進西屋AP1000技術耗費大約4億美元(這由各家共享并一起分擔),其整體合同更為寬泛,包括5個技術轉讓合同和34個技術轉讓任務包。
僅在關鍵設備和管理上,國核技還需分別與紹爾、斗山重工、洛克希德?馬丁等西屋聯隊成員簽訂合作協議。這是全球化時代智慧與行動能力整合的縮影。
如張國寶所言,國核技擔負國家所賦予的特定任務,在整合三代技術及工業制造上的表現,將是考核其業績的重要指標。依據合同,三門、海陽項目一期四臺機組,隨著工期的推進,核島設備國產化比例將從30%遞升至70%以上。
國核技的計劃是,到三門二期第一臺、即整體第五臺設備時,開始實現基本國產化。在一些關鍵設備上,包括哈電、東電和上海電氣(601727,股吧)都已能部分或者完整制造。
如果不是發生日本福島事故,也許國核技在山東榮成的CAP1400示范項目已經拿到了“路條”,這個在國核技時間表中計劃2013年4月開工的項目,運用的即是消化吸收和再創新之后的三代技術,國核技稱,未來的CAP1400將從示范堆向標準堆過渡,并形成未來中國三代主導堆型。
不過,若想達至類似西屋的聯隊作戰力,中國企業尚需長途跋涉。此前,中國在海外市場的唯一表現,是中核集團旗下上海核工程研究院出口巴基斯坦的恰?,敽穗姀S。相比起步更晚的韓國同行,中國企業表現相對黯然失色。
中廣核知情人士告訴《能源》雜志記者,4月土耳其共和國總理埃爾多安訪華期間,與中方達成在土耳其建設一座核電站的意向,中廣核在國內候選單位中業已勝出,極有可能競標成功。如該項目能最終敲定,將是中國企業在韓國咄咄逼人的新興市場爭奪中難得的一場勝局。
對有志成為全球性核能項目設計與供應方的中國企業而言,土耳其、非洲或者可能潛在的阿根廷市場,以及更為緊要的全球核心市場,都需要具有類似西屋聯隊的整體競爭力。
國核技重大專項辦公室主任范霽紅告訴《能源》雜志記者:“國核技在專項中扮演著‘組織者’的角色。”從當下協同中國一重(601106,股吧)、哈電、東電參與消化吸收三代技術的體系來看,國核技至少在三代設備上,正努力將中國傳統制造骨干企業納入其中。
“聯隊模式并不意味著只能有某種類型企業必然占據主導地位。國內市場份額與職責都會在項目開展前便劃分定位,而在國際上競標,首要的依然是技術能否過關,之后才能談一攬子協議。”國核技一位專家說道。盡管協調性、統一性仍存分歧,但聯隊的組建,正成為下一階段的主導課題。
專訪顧軍
顧軍認為,待CAP1400技術完全自主化后,國核技可與相關企業組成聯隊,拓展海外市場,打造一個屬于中國的強勢品牌。
北三環中路馬甸橋附近的國家核電大樓比這家成立才五年的公司更年輕。不到兩年前,他們從金融街搬到這里,并把它打造成一個管理嚴格的總部。4月下旬的一個雨天,《能源》記者在29樓拜訪了國家核電總經理顧軍。這位曾任中核三門核電公司總經理的技術派高管,向本刊講述這個波折之后的核電繁榮時代中的國家核電,以及備受矚目的三代技術,如何消除爭議,并走向未來。
《能源》:有一種聲音認為,西屋轉讓AP1000,他們可能不會把最先進的技術轉讓給國家核電,一定有所保留?
顧軍:這是很不專業的一種說法。因為核電技術不像其它小產品那樣,可以藏一點,過兩年再推一個。核電是整體的配套技術,是一個系統性的產品,不是一年兩年就能推出,周期都在十年以上??赡艿脑?,會在裝備制造這方面有所保留,給你提供的技術可能不是最先進的。但整個核島最關鍵的技術,不存在這樣的問題。
《能源》:安全性是業界和公眾都很重視的話題。采用鋼制安全殼的AP1000技術,畢竟在此之前國際上還沒有采用過。
顧軍:我們在三門、海陽的項目,是全世界最早采用AP1000技術的核電站。不過,去年和今年,美國也已批復了幾個項目,目前他們向核安全當局申請建設許可和在建的機組已經有12臺,比我們還多。安全性和經濟性正是AP1000最突出的兩大優勢,一旦出現故障,它通過非能動的方式實現自然冷凝,外層的水箱又幫助它降溫,在事故發生后72小時內無需操縱員干預。在基本參數上,它的堆芯損壞概率為5.08×10-7/堆?年,大量放射性泄漏的概率為5.92×10-8/堆?年,比URD(《美國用戶要求文件》)和EUR(《歐洲用戶要求文件》)要求(即三代核電的標準要求),還要低15倍以上。
《能源》:但在信息披露上,核電作為一種高精尖的產業,公眾和企業明顯處于不對稱的位置。如何在這方面讓信息更為透明?
顧軍:我覺得讓每個老百姓都完全懂得核電技術,那幾乎不可能。我們要做的,是進一步完善核電安全信息披露體系,同時也需要做大量普及性的工作。其實不管是在中國還是在歐美,核電建設更多的要看政府的決心,在這方面,政府的公信力極其重要。我們做到政府層面直到村鎮一級的普及,而不是告訴每個村民核電的具體技術是什么。
《能源》:中國之前的核電工業已經有了完整的體系。AP1000引進后,對原有企業的研發體系和市場份額勢必造成一些沖擊。
顧軍:這是一個國家戰略的問題。成立國家核電便是為了讓三代核電技術能盡快趕上世界發展潮流,而不是在較低層面上強調自力更生。在行業里面爭論不休的時候,國家領導人便高瞻遠矚,拍板引進。那個時候西屋、阿?,m和其它幾家三代技術都到中國來推銷。國家也是集中了全國核電領域34位專家,經過了充分的科學決策和壓倒性的共識,最高層拍板選擇AP1000的。如果是福島事故后,安全性空前突出,中國再談引進以安全性見長的AP1000,代價可能會不一樣。
《能源》:作為一個體系,三代技術對中國核工業有何提升?畢竟目前關鍵設備都需要進口,合同中也規定必須購買西屋聯隊的廠家設備。
顧軍:我們和西屋的合同非常龐大,規定也很詳細。雖然合同中規定必須采購西屋聯隊,包括斗山重工、洛克西德?馬丁等公司的設備,但我們同時也規定,隨著工期的推進,從三門一號到海陽二號,關鍵核島設備機組的國產化比例將從30%提高到70%以上,哈電、東電、上海電氣等企業都參與其中。比如, AP1000主管道技術已由中國二重集團和渤船重工攻克后,三門和海陽的一期4臺機組的主管道都向他們采購。
[page]
《能源》:國家核電現在是一家依托引進AP1000技術成立的設計研發公司,同時也擁有核電工程公司。未來會否去控股核電項目,充當業主?
顧軍:現在我們還沒考慮那些事情,這個取決于國家的需求。我們首先需要做的,還是通過技術引進和再創新,做好技術供應和現場施工管理方角色。當然,西屋那種聯隊模式,會是我們參考的重點方向。
其實我們更多的是充當一個組織者、集成者的角色,在設備制造之外,研發上我們也盡力集中全國的智慧。像我們國核軟件中心主任是上海交大核工程學院的院長,副主任兼總工程師是華北電力大學教授,研發中心主任是清華核能研究院的教授。
《能源》:如何判斷未來中國核電發展的趨勢,國家核電有一個怎樣的發展目標?
顧軍:目前從不同渠道我們得到的消息,即將出臺的《核電中長期發展規劃》設計的是,到2020年,核電裝機規模應該在7000—8000萬千瓦這個規模。到2030年,中國運營和在建的核電機組將達到200多個,會超過美國。而國家核電作為中央專門成立的核電技術公司,技術上將在AP1000的基礎上,發展出具有完全知識產權的CAP1400/1700,并通過項目示范效應,成為中國三代核電市場的主導機型。
《能源》:中國目前在海外僅有巴基斯坦恰希瑪一個項目,相比鄰國成績較為暗淡。國家核電有海外拓展的計劃嗎?
顧軍:核電海外發展不是說明天要拓展,今天準備行李就行,它不是一個完全市場化的企業競爭行為。這其實跟外交等戰略和政策緊密相關。我們現在也在做這方面的前期工作,主要是和西屋一道,參與一些項目。以后等我們發展出CAP1400這種完全自主化技術后,也能在國家政策的支持下,和國內外相關企業一道組成聯隊,拓展海外市場,打造一個屬于中國的強勢品牌,有這個必要也完全有可能。
《能源》:內陸核電目前已經停工,那么當前內陸核電站能在多大程度上實現自主建設,如何保障其安全性?
顧軍:內陸核電從選址安全要求與環境影響評價方法、程序以及法規、導則要求等方面,與沿海核電廠并無差別,只是在放射性液態流出物排放方面嚴于沿海核電。
目前在設計方面,國家核電在AP1000技術引進消化吸收的基礎上,結合國情以及內陸廠址的特點,開展CAP1000標準設計,目前已完成了初步設計,進展到施工圖設計階段,并結合依托項目設計、建造經驗反饋,實現了大量國產化改進和優化 。
此外,CAP1000標準設計還增加了福島核事故后進一步提高安全裕度的考慮,如:防水封堵預案;72小時后補水保障措施;72小時后電源保障措施(增設移動式柴油發電機);增強乏燃料池水位監測儀;環境監測設計改進;強化應急指揮中心設計;全范圍SAMG,等。
結合依托項目建設幾年來的實踐,我國已經具備建設內陸核電的技術條件和產業基礎。
《能源》:中國核電界在第四代技術上什么準備和應對措施?
顧軍:世界核電大國積極開展第四代核能系統基礎研究和技術開發工作。俄羅斯在鉛冷(及鉛鉍冷卻)快堆領域有多年的技術和經驗積累,并將鉛鉍冷卻核動力裝置應用到破冰船和潛艇上。美國、法國、日本在鈉冷快堆領域有多年技術和實踐經驗積累。美國、英國、德國、日本在高溫氣冷堆領域有多年技術和實踐經驗積累。
我國積極參與第四代核能系統基礎研究和技術開發。清華大學核研院建成了10兆瓦高溫氣冷試驗堆,在此基礎上正在進行超高溫氣冷堆和氣冷快堆的建設研究。中國原子能科學技術研究院建成了鈉冷快堆試驗堆。在973計劃的支持下,多家單位共同開展超臨界水堆研究。
[page]
自主化三代機型的定位與優勢
未來的自主化三代機型應在滿足安全條件的基礎上,具有知識產權和競爭力,并適應國內外市場。
文 | 張祿慶
日本“3.11”福島核事故對剛剛開始復蘇的世界核電造成極大的負面影響,各國政府和公眾更加關注核電的安全。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安全檢查、落實整改措施,同時宣布將繼續堅持發展核電的能源戰略。各核電集團因勢利導,認真吸取福島事故的教訓,乘勢而上實現更大跨越,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得到應用。
2004年,我國核安全局修訂頒布了核安全法規HAF102《核動力廠設計安全規定》。規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、反應堆冷卻劑系統壓力邊界和安全殼三道包容放射性物質的屏障外,還要求核電廠必須具有5個層次的設施和規程,以防止事故或在未能防止事故時保證適當的保護,以減緩事故后果。
整個安全系統的設計邏輯是要確保第一層次,至多第二層次就能阻止假設始發事件升級為事故工況,并提供充分有效的手段使核電廠保持正常的運行狀態。一旦發生運行偏離或假設始發事件,立即做出正確的短期響應,控制反應堆迅速回到穩定的正常運行狀態,保障不會發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、公眾和環境,核安全局還對之定量規定:堆芯損壞頻度(CDF) ≤1×10-5/堆年和大量放射性物質早期釋放頻度(LERF)≤1×10-6/堆年。今后國內新建的核電機組必須滿足這兩條要求。
由于能動的糾正行動明顯更快捷有效,因此自主化三代核電技術的最佳安全設計基本思路應是:確保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安全設施;采取有效措施,加強對乏燃料儲存水池供水與冷卻的監督;利用縝密考慮的反應堆控制保護系統與能動專設安全系統,嚴防死守縱深防御5個層次的最初兩個層次;對發生概率很小的設計基準事故,具備更好的應對能力,將事故迅速制止在苗頭階段,不讓其蔓延發展;對于極其罕見的嚴重事故,利用由非能動安全系統充分支持的能動安全系統,設置完備的預防和緩解嚴重事故后果的安全措施,保證電廠人員、公眾和環境的安全。這種能動與非能動相結合的安全設計理念更符合縱深防御的宗旨,滿足最新核安全標準的要求。
此外,應嚴格遵循我國現行安全法規的明確規定,劃定構筑物、系統和設備的安全級別。一些安全相關核輔助系統,如余熱排出系統、化容系統、設備冷卻水系統,以及為能動專設安全設施提供事故交流電源的應急柴油發電機組等,仍按其功能照舊規定其相應安全等級。這符合這些物項的本來屬性,不像有的設計那樣人為降低安全等級,增加可能出現制造質量下降,安全系統失效的風險,發生不希望出現的事件升級,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,充分發揮了后發優勢,我們避免了重復國外早期在設備與系統設計、材料選擇等方面的失誤,不斷吸納各種先進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提高,運行業績一直處于世界中值以上水平,從未發生過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安全、最經濟的機型。
作為我國核電研發主力軍的中核集團,自成立之初就致力于自主化百萬千瓦級壓水堆新機型的研發,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協會組織的評審。我國核科技人員已經掌握的設計技能是自主開發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開發中應重視和正確處理好繼承、消化吸收與自主創新之間的關系,其技術可來自四個方面:
第一,在二代改進型機組上行之有效的成熟改進技術,例如18個月長換料周期、由內向外的低泄漏堆芯換料方案,以及數字化儀控系統和半速汽輪發電機組等,全都繼續采用。
第二,一些已完成研發和試驗驗證多年但尚未在工程中應用的成果,例如將堆芯燃料組件數由原先的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,以及在國內尚未普遍使用的雙層安全殼及其非能動安全殼冷卻系統等,則應鼓勵項目業主選用。
第三,通過三代核電技術招標及其后的技術轉讓,其完備的預防和緩解嚴重事故后果的安全措施,例如堆芯熔融物堆內滯留(IVR)技術、自動降壓系統、取消壓力容器下封頭貫穿件、安全殼內置換料水箱、非能動應急余熱排出系統、制定狀態導向的事故規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,例如提高核電廠抗震和防水淹能力、設置移動式應急柴油發電機組、增大蓄電池組容量、保證乏燃料水池冷卻安全、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,而且也符合最新核安全標準。
[page]
競爭力+知識產權
眾所周知,核電經濟性與設備國產化關系十分緊密。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、設備可以繼續得到沿用,國產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生產的成熟產品替代,并可達到同樣效果。這些舉措,不僅保證了安全性,而且將非常有助于降低建造成本。我國已經形成的核電設備生產能力非但不會閑置浪費,而且還會繼續得到拓展提高??梢灶A見,隨著自主化三代新機型國內外市場的開拓,其經濟競爭性會更加明顯。
我國引進三代核電技術的目的是要通過對國外技術的消化吸收、工程示范,實現我國核電技術的跨越發展,開發出有自主知識產權的中國品牌,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,不同行業的眾多事例已經證明,如果本身不擁有自己專利生產的關鍵產品,自主知識產權的系統也是徒有虛名,要想出口,絕對會受到專利方的刁難。
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,數年前就已經自籌資金圓滿完成;反應堆堆芯設計、國產化燃料組件設計與制造等自主創新和其它改進工作已獲準了數十項專利。一些綜合集成創新的系統的設計日臻完善。新采用的非能動技術的原理較為簡單,重點是用工程試驗來驗證、修改設計,這更多的是工作量問題。一套完整的國產軟件包正成為創新開發的重要支撐。所有這些均為自主化三代新機型將來打入國際核電市場掃除產權障礙。
產業鏈+內外市場
核電的產業鏈包括眾多行業,環環相扣。且不說大家熟知的機電儀、冶金材料行業對核電廠的建設不可或缺,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、人員培訓和運行經驗反饋,以及乏燃料的運輸和后處理等,就需要得到整個核工業體系的支持。顯然,自主化三代新機型的開發和國內外市場上的應用將更加有利于整個產業鏈和核工業體系的全面協調發展和實力提升。
盡管調整后的核電中長期發展規劃(2005-2020)還沒有正式公布,但2020年的目標將作大幅度調整則已成定局。本世紀中葉的核電預測則更為壯觀。福島核事故加速了自主化三代核電技術的開發,順應了核電技術升級的大趨勢,也為用這種既安全、又經濟的新機型滿足龐大的國內外核電市場需求創造了大好契機。
國外核電市場可以分成發達國家市場和發展中國家市場兩類。兩者的經濟發展階段不同,對電力乃至于對核電的需求也大不相同。
發達國家從上世紀80年代起,經濟發展速度逐步變緩。能源、電力產能基本滿足需求,需求只有少許增長。這是世界發達國家的普遍情況。從環保角度看,通過發展核電替代碳基燃料的潛力很大,但由于經濟性等原因尚未成為實際拉動力。與建設新核電機組相比,他們更加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年的調查硏究,制訂方案后再逐步實施。最為關鍵的是,美、法等國的核電技術目前還處于領先地位。他們在國際核電市場上一直竭力推銷自己的技術和產品,并從各方面圍追堵截競爭對手,特別是來自發展中國家的后起之秀。
而發展中國家則主要考慮如何滿足發展的需求、如何促進增長。更多的發展中國家為滿足經濟發展所需的電力供應,也將目光投向核電。由于經濟實力和融資方面的困難,他們希望能得到既安全又便宜的核電產品,而且在信貸條件、本土資源利用方面得到更多優惠。
因此,國外核電建設市場主要在發展中國家。顯然我國目前的政治立場和經濟實力最能理解和滿足他們的要求。我國核電技術的發展方向、市場開拓途徑、國家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完全符合發展中國家的需要和我國的出口外貿方針政策,得到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開建第一臺示范商用核電機組,用具體行動展示我們的信心和技術實力。在其基礎上進一步提高設備國產化水平,同時開拓國內外市場。充分利用我國綜合國力的優勢,用有自主知識產權的中國三代核電品牌,走出國門,進軍國際核電市場,為我國核電和國民經濟的發展做出應有貢獻。(作者為中核集團科技委常委)
責任編輯: 江曉蓓