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您的位置:中国核电信息网 >  > 自主化三代机型的定位与优势
 

       未来的自主化三代机型应在满足安全条件的基础上,具有知识产权和竞争力,并适应国内外市场。

  日本“3.11”福岛核事故对刚刚开始复苏的世界核电造成极大的负面影响,各国政府和公众更加关注核电的安全。中国政府立即组织对所有投运和在建核电机组进行严格的安全检查、落实整改措施,同时宣布将继续坚持发展核电的能源战略。各核电集团因势利导,认真吸取福岛事故的教训,乘势而上实现更大跨越,力争尽快完成自主化三代核电机型,并在今后的核电新项目中得到应用。

  2004年,我国核安全局修订颁布了核安全法规HAF102《核动力厂设计安全规定》。规定坚持要求根基纵深防御原则,除了大家熟知的燃料棒包壳、反应堆冷却剂系统压力边界和安全壳三道包容放射性物质的屏障外,还要求核电厂必须具有5个层次的设施和规程,以防止事故或在未能防止事故时保证适当的保护,以减缓事故后果。

  整个安全系统的设计逻辑是要确保第一层次,至多第二层次就能阻止假设始发事件升级为事故工况,并提供充分有效的手段使核电厂保持正常的运行状态。一旦发生运行偏离或假设始发事件,立即做出正确的短期响应,控制反应堆迅速回到稳定的正常运行状态,保障不会发生反应堆堆芯的任何重大损坏。为了防止严重事故危及工作人员、公众和环境,核安全局还对之定量规定:堆芯损坏频度(CDF) ≤1×10-5/堆年和大量放射性物质早期释放频度(LERF)≤1×10-6/堆年。今后国内新建的核电机组必须满足这两条要求。

  由于能动的纠正行动明显更快捷有效,因此自主化三代核电技术的最佳安全设计基本思路应是:确保极端外部事件合理叠加情况下的应急电源与水源供应,设置性能完备的能动与非能动相结合的专设安全设施;采取有效措施,加强对乏燃料储存水池供水与冷却的监督;利用缜密考虑的反应堆控制保护系统与能动专设安全系统,严防死守纵深防御5个层次的最初两个层次;对发生概率很小的设计基准事故,具备更好的应对能力,将事故迅速制止在苗头阶段,不让其蔓延发展;对于极其罕见的严重事故,利用由非能动安全系统充分支持的能动安全系统,设置完备的预防和缓解严重事故后果的安全措施,保证电厂人员、公众和环境的安全。这种能动与非能动相结合的安全设计理念更符合纵深防御的宗旨,满足最新核安全标准的要求。

  此外,应严格遵循我国现行安全法规的明确规定,划定构筑物、系统和设备的安全级别。一些安全相关核辅助系统,如余热排出系统、化容系统、设备冷却水系统,以及为能动专设安全设施提供事故交流电源的应急柴油发电机组等,仍按其功能照旧规定其相应安全等级。这符合这些物项的本来属性,不像有的设计那样人为降低安全等级,增加可能出现制造质量下降,安全系统失效的风险,发生不希望出现的事件升级,甚至蔓延成重大事故。

已掌握技术+自主设计

  我国核电起步虽晚、但起点较高,充分发挥了后发优势,我们避免了重复国外早期在设备与系统设计、材料选择等方面的失误,不断吸纳各种先进技术与核电厂运行管理上的改进,使得我国投运核电机组性能持续提高,运行业绩一直处于世界中值以上水平,从未发生过2级及以上事件。我国的在建二代改进型机组成为当今二代机组中最安全、最经济的机型。

  作为我国核电研发主力军的中核集团,自成立之初就致力于自主化百万千瓦级压水堆新机型的研发,集众家之长,“十年磨一剑”,完成了进一步改进的二代设计,并通过了中国核能行业协会组织的评审。我国核科技人员已经掌握的设计技能是自主开发三代核电机型的宝贵财富和重要基础。

  自主化三代核电新机型开发中应重视和正确处理好继承、消化吸收与自主创新之间的关系,其技术可来自四个方面:

  第一,在二代改进型机组上行之有效的成熟改进技术,例如18个月长换料周期、由内向外的低泄漏堆芯换料方案,以及数字化仪控系统和半速汽轮发电机组等,全都继续采用。

  第二,一些已完成研发和试验验证多年但尚未在工程中应用的成果,例如将堆芯燃料组件数由原先的157盒增加到177盒,以降低堆芯平均线功率密度等自主设计、单堆布置方式,以及在国内尚未普遍使用的双层安全壳及其非能动安全壳冷却系统等,则应鼓励项目业主选用。

  第三,通过三代核电技术招标及其后的技术转让,其完备的预防和缓解严重事故后果的安全措施,例如堆芯熔融物堆内滞留(IVR)技术、自动降压系统、取消压力容器下封头贯穿件、安全壳内置换料水箱、非能动应急余热排出系统、制定状态导向的事故规程与严重事故管理导则、2和3级概率风险评价(PSA)程序的实际运用,以及模块化设计建造等,已为中国核科技人员普遍了解、逐步掌握,并参考借鉴、集成创新,用于具体设计。

  第四,总结福岛核事故教训,提出设计改进,例如提高核电厂抗震和防水淹能力、设置移动式应急柴油发电机组、增大蓄电池组容量、保证乏燃料水池冷却安全、综合考虑厂址应急水源的设置,以提高机组应对极端外部事件叠加的能力等,均应实施。

  目前已完成的自主化三代核电设计工作业已显示,这种新机型不仅满足美国电力公司要求文件(URD)的要求,而且也符合最新核安全标准。

竞争力+知识产权

  众所周知,核电经济性与设备国产化关系十分紧密。上述的自主化三代核电技术的闪光点之一就是,许多二代改进型机组上采用的系统、设备可以继续得到沿用,国产化程度可以在较高的水平上起步。一些尚待在引进的三代工程项目上验证的设备或技术,在自主化三代核电工程设计中已改用国内生产的成熟产品替代,并可达到同样效果。这些举措,不仅保证了安全性,而且将非常有助于降低建造成本。我国已经形成的核电设备生产能力非但不会闲置浪费,而且还会继续得到拓展提高。可以预见,随着自主化三代新机型国内外市场的开拓,其经济竞争性会更加明显。

  我国引进三代核电技术的目的是要通过对国外技术的消化吸收、工程示范,实现我国核电技术的跨越发展,开发出有自主知识产权的中国品牌,由核电大国成长为核电强国,而不是要建造多少引进型机组。此外,不同行业的众多事例已经证明,如果本身不拥有自己专利生产的关键产品,自主知识产权的系统也是徒有虚名,要想出口,绝对会受到专利方的刁难。

  上述的自主化三代新机型已具备相当好的基础:有关堆芯扩大的物理设计和长周期换料的堆芯燃料管理工作已相当深入;两项关键的水力试验,即反应堆整体水力模拟和流致振动,数年前就已经自筹资金圆满完成;反应堆堆芯设计、国产化燃料组件设计与制造等自主创新和其它改进工作已获准了数十项专利。一些综合集成创新的系统的设计日臻完善。新采用的非能动技术的原理较为简单,重点是用工程试验来验证、修改设计,这更多的是工作量问题。一套完整的国产软件包正成为创新开发的重要支撑。所有这些均为自主化三代新机型将来打入国际核电市场扫除产权障碍。

产业链+内外市场

  核电的产业链包括众多行业,环环相扣。且不说大家熟知的机电仪、冶金材料行业对核电厂的建设不可或缺,核电机组建成后的运行技术支持,如核燃料供应、技术整改、在役检查和大修服务、人员培训和运行经验反馈,以及乏燃料的运输和后处理等,就需要得到整个核工业体系的支持。显然,自主化三代新机型的开发和国内外市场上的应用将更加有利于整个产业链和核工业体系的全面协调发展和实力提升。

  尽管调整后的核电中长期发展规划(2005-2020)还没有正式公布,但2020年的目标将作大幅度调整则已成定局。本世纪中叶的核电预测则更为壮观。福岛核事故加速了自主化三代核电技术的开发,顺应了核电技术升级的大趋势,也为用这种既安全、又经济的新机型满足庞大的国内外核电市场需求创造了大好契机。

  国外核电市场可以分成发达国家市场和发展中国家市场两类。两者的经济发展阶段不同,对电力乃至于对核电的需求也大不相同。

  发达国家从上世纪80年代起,经济发展速度逐步变缓。能源、电力产能基本满足需求,需求只有少许增长。这是世界发达国家的普遍情况。从环保角度看,通过发展核电替代碳基燃料的潜力很大,但由于经济性等原因尚未成为实际拉动力。与建设新核电机组相比,他们更加注重在役核电机组的延寿。

  福岛事故后,美国在役机组的延寿增容又取得重大进展。截至2011年12月底,美国核管会(NRC)又先后批准了10台机组延寿至60年。延寿机组总数达72台。与此同时,美国政府决定推动在役机组的二次延寿,即将反应堆使用寿期延长至80年的调查硏究,制订方案后再逐步实施。最为关键的是,美、法等国的核电技术目前还处于领先地位。他们在国际核电市场上一直竭力推销自己的技术和产品,并从各方面围追堵截竞争对手,特别是来自发展中国家的后起之秀。

  而发展中国家则主要考虑如何满足发展的需求、如何促进增长。更多的发展中国家为满足经济发展所需的电力供应,也将目光投向核电。由于经济实力和融资方面的困难,他们希望能得到既安全又便宜的核电产品,而且在信贷条件、本土资源利用方面得到更多优惠。

  因此,国外核电建设市场主要在发展中国家。显然我国目前的政治立场和经济实力最能理解和满足他们的要求。我国核电技术的发展方向、市场开拓途径、国家扶持政策等均要适应这种形势。

  上述的我国自主化三代新机型完全符合发展中国家的需要和我国的出口外贸方针政策,得到了政府有关部门的高度赞扬和支持。当务之急是要首先在国内开建第一台示范商用核电机组,用具体行动展示我们的信心和技术实力。在其基础上进一步提高设备国产化水平,同时开拓国内外市场。充分利用我国综合国力的优势,用有自主知识产权的中国三代核电品牌,走出国门,进军国际核电市场,为我国核电和国民经济的发展做出应有贡献。

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