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您的位置:中国核电信息网 >  > 目前开工新建AP1000机组仍然为时尚早
 

张禄庆

      2014年全国能源工作会议上,国家能源局长吴新雄提出“安全高效发展核电、适时启动核电重点项目建设”后,又引起业内人士关于能不能开建AP1000新项目的讨论。本文将分析国内已开建的4台AP1000机组的现状及存在问题,继2009年、2011年后,第3次阐述笔者这期间一贯的观点,即目前就新建AP1000机组为时仍然过早。当前工作的重中之重应是加强领导、全力以赴保证AP1000在建项目调试顺利开展。

1. 未固化的设计施工文件并不成熟

      三门1号机组开工时, AP1000还只是个“概念股”,许多设计验证试验因经费困难未能开展。美国核管会(NRC)突出了一把政治,赶在中国招标不能再次延期的2005年底,匆忙批准了西屋公司递交的设计控制文件(DCD)第15版,使之形式上具备了投标资质。但这版设计文件只适用于建在中国的AP1000。直到6年后的2011年底,NRC重新修正批准了多次升版后的第19版DCD文件,美国电力企业才获准在本土建造AP1000机组。去年3月,美国两个厂址上4台机组开工后,因工程质量问题,造成工期拖延、预算大幅超支。美国国内其它拟建的AP1000项目均被业主撤销或长期搁置。在世界核电市场上,AP1000也因报价太高、首批工程业绩不佳等原因,曾多次参加国际招投标,除中国外毫无斩获。2009年4月三门开工依照的设计文件实际上并不完全符合NRC最后批准的第19版,谈不上成熟。

      三门开工时,美国已经30年没有新建核电厂了。西屋公司应提供的施工图数量远远赶不上施工现场的需要,窝工等图成为常态。朝令夕改的设计,使得设计修改已逾2万份。工期拖延两年以上,已是不争的事实。业主为此需多支付数十亿贷款利息。如果按照2009年和2011年少数人的一再忽悠,真的在2011年建设一批AP1000机组,现在的损失将更加惨重。

2. AP1000总体性能有待调试与试运行实际验证

      或许有人会认为,今后施工图慢慢齐全了,就不会再拖期了。遗憾的是现实并不如此简单。调试的目的是全面检验核电工程建设继设计、设备制造、建筑安装三阶段的质量,确认核电厂功能满足设计和使用要求,使得核电厂能在设计规定的运行工况下安全运行。经验证明,调试是一项头绪繁杂、耗时费力的系统工程。而AP1000机组的调试将更麻烦,因为目前发现的超大量的设计修改,只是在建安阶段发现错误后赶工修改的。谁也无法担保,这些修改在系统单独调试和多系统联调阶段不会发现新问题。

      这种确实存在的风险源自于AP1000设计没有得到完全的试验验证。AP600研发期间,西屋公司曾开展过许多非能动安全试验研发工作,得到NRC的最终设计批准,但始终未能得到上工程的机会。AP1000增大单机功率,也因此产生一系列重要的非能动安全试验验证课题。由于缺乏资金支持,AP1000研发进展缓慢,主要进行了AP600原理试验的理论拓展和程序计算,许多应该在大型台架上进行的试验研究并未完成甚至一直未开展,无法提交试验结果来验证AP1000的设计计算,更不用说提出设计修改了。在NRC审批设计文件19版和美国电厂建设运行联合许可证(COL)申请时,核管会主席曾因此投了反对票。但是 NRC最终还是没有坚持必须完成所有涉及验证才能批准COL的原则,采纳了西屋公司的建议,将涉及非能动安全功能设计的台架试验及需要时的设计修改,以及大型台架的检查、测试、分析、验收标准(ITAAC)等工作,改为用中国首堆和首三堆的调试过程中的实堆测量结果替代。这样不仅省去了由西屋公司自建大型试验台架的大笔资金,而且将台架试验验证的全部风险转嫁到中国商用核电厂上。中国首批商用核电厂调试阶段的工程验证,已不再是通常理解的设计确认,而转变成为实实在在的设计开发,存在重新设计与安装返工的风险。

      对西屋公司的动机,我们还可以从国核技隆重推出的林诚格先生专著——《非能动安全先进压水堆核电技术》一书中,有关电厂调试的第20章20.3.1和20.3.2等节的叙述,领略到不能更直白的表述。只是需要提请注意,2010年该书出版时,NRC尚未做决定,林先生已经出书实际上认账,至少中国的首三台机组将用于AP1000的非能动性功能设计验证与工艺检测试验。“周瑜打黄盖,一个愿打,一个愿挨”,NRC干嘛不顺水推舟呢?

      林先生在书中写道,“超出AP600设计证书以外的、且不随厂址不同而改变的、AP1000所要求的那些试验仅在首堆和首三堆上进行。而这些试验的目的是用于进一步确认符合AP1000设计特性的性能参数”。这类仅安排在首堆和首三堆做的试验共有8项,涉及稳压器波动管、不调硼负荷跟踪,以及实现非能动安全功能的安全壳内置换料水箱、堆芯补水箱和整个自动降压系统等重要系统设备部件,以便进行设计验证。“一旦这些试验已证实与非能动系统功能相一致,今后核电厂不需再做类似试验。进行该类试验会引起核1级设备,包括一回路设备的显著的热瞬态,因而宜加以适当限制”。但林先生没好意思挑明,如果发现试验结果与设计偏差超过限值,则必须对已安装好的系统动手术修改,并重做验证试验。这样的系统设计修改,原本应该在台架试验时解决掉,对于商用堆完全不存在这样的风险。现在,中国的首批4台AP1000就要撞大运了,而美国的后续电厂则将坐享其成、安然无事。中国花高价建设的首批商用核电厂就这样糊里糊涂、不明不白地成了西屋技术的试验田。可是,我们未能因此共享到一点点AP1000知识产权。我们不禁要问:这样的技术转让协议保护了谁的利益?

3. 尚未打结的屏蔽式主泵研制

      最令人揪心的是俗称为核电厂“心脏”的屏蔽式主泵,简称屏蔽泵原型样机的研制。首先,我们来重温一下2009年3月9日出版的新华社《瞭望东方》周刊刊登的国核技董事长接受该刊采访,就批量推广AP1000问题的讲话实录:“我觉得在这方面还得讲究科学。在AP1000的技术当中,变化最大的就是泵,就是在以往全球核电站建设过程当中,都是采用的轴封泵,那么在三代核电当中采用的是更加先进的、终身免检修的屏蔽电机泵。这种屏蔽泵目前美国EMD公司正在研制。我刚从美国回来,在西屋开完年会之后,我去匹兹堡在EMD待了一天时间,对整个泵的研制过程,做了一个检查和评估,结论就是目前进展非常顺利。第一台泵要在今年的7月29号正式上台架做实验。所有工作都调整完之后,这台泵要在这个台架上满负荷运行500小时。所谓满负荷就是流量、压力、温度,要和平常运行的参数完全一样,然后连续运行500小时这个泵如果没有任何问题,就算实验验证通过了。这台泵一过,我们这三代的AP1000在技术层面上的问题就解决了,我认为就可以启动中国后批AP1000建设的项目”。

      这里董事长传达出几个非常重要的信息:① 以前的商用压水堆和其它三代压水堆机组均采用轴封泵,只有AP1000为了实现其全非能动(All passive,AP)安全,不得不采用同等功率下效率低、流量小的屏蔽泵,不仅谈不上先进,反倒成为事关AP1000成败的核心问题之一;② EMD从未制造过这么大功率、带两个惰转飞轮的核电屏蔽泵,故需要首先研制一台样机泵;③ 这台样机泵在台架上满负荷连续运转500小时后,就算研制成功,就可以60年免维修。然而没人会真的相信这个神话。④ 董事长业已敏锐地觉察到主泵之重要。因此他科学、清晰地指出,屏蔽泵问题不完全解决,就不能批量推广AP1000

      必须指出,为了满足美国国会禁止军用屏蔽泵的高科技出口中国的限制,西屋公司承诺,另行设计、制造用于中国AP1000机组的屏蔽泵。在技术转让谈判时,西屋公司明确表示,不转让主泵结构设计的5个关键源程序,只给二进制代码。这就是说,没有源程序,就如同给你一个“黑匣子”。中方无从知道程序结构及其中经验参数的数值及其适用范围。也就是说既不知其然,又不知其所以然,更不可能在其基础上再创新。

      此外,屏蔽泵用到较多第三方制造的关键部件和材料,诸如石墨自润滑轴承,陶瓷密封端子、屏蔽套薄钢板、主泵转轴和铸造不锈钢泵外壳等。西屋公司指出,这些不在技术转让之列。没有这些材料和部件,设备国产化将受很大限制。一有风吹草动,美国控制住某些独门配套材料的对华出口,就卡住了西屋屏蔽泵国产化,也就掌控住中国发展AP1000机组的命脉。它再次证明核心技术是根本买不来的。国核技个别领导鼓吹的西屋公司答应“100%保证AP1000技术转让的完整性、100%实现AP1000关键设备国产化”,完全是一张空头支票。
 
      屏蔽泵样机第一次台架试验,比董事长预告日期晚了40多天。另行设计的屏蔽泵试验结果并不“非常顺利”,连个流畅和动力需求都未算对。据发表的有关文章透露,由于主泵出力低于设计值、电机温度偏高、飞轮和屏蔽套与推力盘等关键部件相继受损、变频器故障等原因,屏蔽泵设计数度修改,台架试验多次中断,研制周期拉长了一年多。董事长认定的“500小时满负荷连续运行”的验收指标,本来已短得不像话,不知怎么就变成了完全不是一个概念的“累计运行500小时”。这样用几次试验一分摊,样机泵最长连续运行也只有一、二百小时左右。如果核电厂装上生来就得带“起搏器”(变频器)的“心脏”(主泵),过个十天半个月,再给你来次停跳,这样的核电厂还有安全性和经济性可言吗?据人民网报道, 2012年4月16日台架试验完成仪式上,西屋总裁称,这台样机泵可以运行许多年,根本不提什么60年。出席仪式的国核技董事长对这两项改动没有表示诧异,似乎早有预料。听说美国人早就否认了“60年免维修”一说,指出这是中国人自己忽悠的,合同中没有这个承诺。至今没有任何人能从完成区区500小时试验合乎逻辑地演绎出可“终生免维修”。

      事情远没有到此结束。与我国大多数工程实践不同,这台样机泵将用于电厂运行。首批主泵自2012年年中运抵现场后一直不顺,只得不止一次返厂修理。屏蔽泵的研制与鉴定,特别是其长期连续运行性能与失电惰转性能等,至今都没能有各方均认可的结论。既然屏蔽泵研制并未完结,怎么能再开工新项目呢?

      据悉,因涉及材料和工艺等重大修改,尽管西屋公司无理反对,国家核安全局已决定,等主泵今年下半年再次返厂后,将用一台产品泵重做性能鉴定试验,根据试验结果判定是否对屏蔽泵放行。笔者十分赞赏并坚决拥护国家核安全局坚持自主执法、确保核电安全的执法行动,把好核安全监管最后关口。

4. 保证顺利开展AP1000机组调试是重中之重

      目前的AP1000工程可说是处于“设计难以固化、风险难以预计、成本难以承受”的困难境地,主泵研制还无最后定论,一台机组都未调试,离商用化批量推广还有很长的路要走。笔者建议,为了扭转形象,尽可能减少企业经济损失,尽快验证AP1000机组性能,摆在业主集团面前重中之重的任务应是:加强领导,专人负责组织和协调各方面的力量,科学编制调试大纲和制定各种预案,全力以赴,尽可能保证调试顺利开展,完成后转入试运行。在此期间,国家有关部门更好地履行核安全和行政监管职责。

      国内外核电厂成功运行经验表明,调试过程中的高功率运行时间不长,总体性能考验还主要靠首台机组至少试运行一年,根据经验反馈进行整治后,再批量推广最为科学合理。今年就开工建设新的AP1000机组,为时实在太早。如果企业迫于无奈,决定并得到政府有关部门核准开工新的AP1000项目,即使能按期建成发电,那也难以应对0.43元/千瓦时核电标杆电价的严峻挑战,决策和核准的责任风险太大,建议慎重考虑。

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