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《中国核能行业智库丛书(第二卷)》市场推介圆满完成。这是一本发产业先声的智慧文萃,是行业专家们从不同角度、不同深度对产业前途命运进行思考的思想文库,近期小编将精选部分观点文章与广大读者共同品鉴。今天,和您分享的是系列文章之十四:从全寿期管理之技术要素看核电厂延寿的决策基础。

作者简介

戴忠华,苏州热工研究院党委书记、总经理、正研级高工,中国核能行业协会评奖委员会委员、核能行业协会防人因失误小组组长,长期从事核设施与核技术等方面的研究,是我国核电关键敏感设备管理(CCM)技术开拓者之一。

文章摘要

在役核电厂在满足安全要求的条件下延寿(国内称为“运行许可证延续”)是核电行业的重要趋势,影响核电厂延寿决策的因素包括政治、经济、技术等多方面。核电厂系统、构筑物、部件(SSCs)的范围界定与筛选、老化管理组合项及管理大纲的建立与审查、关键部件的时限老化分析等工作是开展核电厂延寿论证的主要内容,其结果也是核电厂延寿可行性决策的重要技术基础。上述内容也是核电厂全寿期管理的重要技术要素,结合日常管理和定期安全审查进行的不断更新与完善,必将提升核电机组的安全运行水平。本文介绍了中广核集团在核电厂延寿论证与全寿期管理方面的经验,探讨了两者技术要素之间的关联和逻辑,以指导国家能源技术创新“十三五”规划中核电机组延寿论证示范工程的管理与实施工作。

全文赏析

从全寿期管理之技术要素看核电厂延寿的决策基础

前 言

核电厂延寿(国内称为“运行许可证延续”)是指在审查核电厂状态与安全水平并考虑限制系统、构筑物和部件(SSCs)寿命的管理程序和状态基础上,核电厂超出原设计或许可证规定的时间继续运行。2017年9月1日,经第十二届全国人民代表大会常务委员会第二十九次会议通过并发布的《中华人民共和国核安全法》第二十八条对我国核电厂的延寿进行了阐述,从而在法理上确定了我国核电厂延寿的可行性。

核电厂延寿具有重要的价值:一方面,可以充分利用厂址,2011年日本福岛事故后,国家核安全监管力度进一步加强,对新堆的审批更为谨慎,新建核电厂面临可用厂址越来越少、公众舆论等条件限制,在役核电厂延寿可以充分利用已有厂址及配套设施;另一方面,通过延寿论证,可以及时发现技术短板,提出并实施技术改造和升级,有效提升核电关键技术能力和管理水平;此外,核电厂延寿还可以带来巨大的经济效益,按当前我国百万千瓦核电机组的建设成本,两台核电机组延续20年运行相当于新建一台机组运行40年,从而能够节约约200亿元的建设成本,并带动核电产业链发展。

因而,核电厂延寿是当前核电行业的重要趋势,截至2019年2月底,全球在役的450台核电机组中,有97台服役时间达到或超出了40年(一般核电设计寿期40年),美国在核电厂延寿方面走在了世界前列,其在役的99台核电机组中,已有94台的首次延寿(执照期限由40年延长至60年)申请获得了美国核管会(NRC)批准,有6台机组在2018年向NRC提交了第二次延寿(执照期限由60年延长至80年)申请。我国早期的秦山核电厂已向国家核安全局(NNSA)提交了延寿申请,大亚湾核电厂正在开展延寿论证工作,计划2019年具备提交延寿申请的条件。

为提高核电的安全可靠性,保障机组具备延寿的条件,各核电国家均开展了多种管理措施,全寿期管理是其中极为有效的管理措施之一。如何协调全寿期管理与延寿论证的关系,在保障安全的前提下,利用最小的付出获得更大利益是各核电厂应考虑的问题。本文从影响核电厂延寿的决策因素出发,分析了其中的技术因素与全寿期管理技术要素之间的关联性,并结合中广核的实践提出了相关建议。

1 延寿决策因素

1.1影响核电厂延寿决策的因素

通过对国外核电发展现状的研究,政治、经济和技术等方面是影响核电厂延寿决策的主要因素,德国的弃核行动主要是由于政治因素所导致的。另外,对美国部分核电厂在NRC批准了首次延寿申请后又决定关闭的原因进行分析(见表1)可以看出,技术因素是影响核电厂延寿决策的重要方面,因此,通过延寿论证,检验和评估技术的可行性是核电厂延寿决策的关键步骤。

表1 美国已批准延寿机组关闭原因分析

1.2 延寿论证的策略

目前国际通行的延寿论证策略主要有两种:一种是以美国为代表的执照更新(LR)策略,根据该策略,核电业主向监管当局申请执照更新,每次执照更新20年;另一种是加强型PSR(IPSR),在该策略下,核电业主每十年对电厂进行安全审查,并在第4个十年安全审查中采用加强型PSR对核电厂进行超出设计寿期的论证,韩国和匈牙利采用该策略。

执行LR策略时,需要开展范围界定与筛选、老化管理审查、时限老化分析和环境影响评价等分析和论证工作;执行IPSR策略时,在常规PSR的基础上,需要增加延寿相关的安全审查,主要包括:SSCs的详细寿命评价、时限老化分析、老化管理大纲审查、运行经验反馈审查、最新国际技术标准审查以及现场检查等工作。

1.3 中国核电厂延寿论证内容

2015年底,在广泛调研的基础上,NNSA参考LR策略发布了《<核电厂运行许可证>有效期限延续的技术政策(试行)》(以下简称“技术政策”),用以指导核电业主开展延寿论证以及监管部门对延寿申请的审查,根据技术政策,中国核电厂在延寿论证时,主要内容包括:安全论证基准确定、范围界定与筛选、老化管理审查、时限老化分析、环境影响增补评价、最终安全分析报告(FSAR)升版以及工程改进计划制定,其中主要的技术内容是范围界定与筛选、老化管理审查、时限老化分析,论证所得出的结果是核电厂延寿可行性决策的重要技术基础。

范围界定与筛选主要是依据相关原则,确定在延寿论证范围内的系统和构筑物,并确定需要进行老化管理审查的构筑物和部件,通过范围界定与筛选可以确定在延寿论证范围内的系统和构筑物清单,形成含“部件-材料-预定功能-环境”的物项组,以作为老化管理审查的对象,以便后续开展老化管理审查工作。

老化管理审查主要是识别并评价老化管理审查对象的老化效应、审查电厂管理老化效应的活动有效性,并提出改进建议,其主要目的是使老化管理审查对象在延寿运行期间能够执行其预定功能。通过老化管理审查,可以对电厂含“部件-材料-预定功能-环境-老化机理-老化管理大纲”的组合项给出明确的审查结论,同时提出相关改进建议。

时限老化分析主要是对老化相关、需确定服役时间、影响电厂重大决策的部件进行评估,确定能否安全服役至延寿期末。通过时限老化分析,可以对时限老化分析项给出明确的评估结论及相关的改进建议。

2 全寿期管理价值

2.1 全寿期管理的含义

全寿期管理是指通过下述活动将核电厂的运行、维修、工程、管理、延寿以及经济计划融合为一个整体的过程:

(1)管理电厂的设备状态(例如SSCs的老化和降级);

(2)优化运行时间(包括选择延寿和提前退役);

(3)在保证安全的同时使电厂价值最大化。

为更好地管理核电厂设备的老化问题,美国核电运营者协会(INPO)编制了“AP-913:设备可靠性管理”,其将全寿期管理作为可靠性管理的重要内容。AP-913的总体实施流程见图1所示,首先按照一定的设备分类准则对电厂设备进行分类及识别,对不同类的设备分别进行性能监测与持续改进管理;根据性能监测的结果分别进行持续改进与纠正行动管理;根据纠正行动管理结果分别对性能监测及持续改进进行反馈;持续改进的结果输入到预防性维修管理;预防性维修管理的结果反馈至性能监测管理;性能监测、持续改进、纠正行动管理的结果同时输入到全寿期管理中。通过全寿期管理可以综合优化性能监测、持续改进、预防维修、纠正行动,最终实现在保障安全运行的前提下利益最大化。


图1 设备可靠性管理内容及流程

2.2 全寿期管理的内容及对延寿的价值

图2是全寿期管理的执行流程,从该流程可以看出,范围界定、设备和部件筛选、设备部件寿命评估以及寿期管理备选方案是全寿期管理的重要技术内容,其中设备部件寿命评估与延寿论证中的时限老化分析在内容和方法论上是相似的,寿期管理备选方案与延寿论证中的老化管理审查在本质上是相同的。由此可见,全寿期管理中的重要技术要素也是延寿论证的主要内容。但从时间轴上看,全寿期管理是一项长期的管理活动,应贯穿于设计、建造、运行、退役等核电厂全生命周期的各阶段,属于“线”上的长期工作,而延寿论证更主要的是“点”上的阶段性工作。有效的全寿期管理对延寿有重大价值,主要体现在:

(1)技术要素,全寿期管理的主要技术要素可以为延寿论证奠定技术基础;

(2)持续改进,全寿期管理中持续改进可提升机组的运行,包括延寿期的运行安全水平;

(3)合理方案,通过全寿期管理所制定和优化的管理方案可以使机组延寿的效益最大化。

图2 全寿期管理执行流程

3 实践与探索

3.1 大亚湾核电厂延寿论证项目简介

大亚湾核电厂拥有两台百万千瓦级压水堆核电机组,是中广核集团首座核电厂,也是中国大陆首座大型商用核电厂,1994年正式投入商运,从2013年开始进行延寿的预可行性研究,计划于2019年底具备向NNSA提交延寿申请的条件。

在2016年底国家能源局发布的《能源技术创新“十三五”规划》中,大亚湾核电厂的延寿论证工作被列入为延寿论证领域的示范项目,该项目的成果将有助于完善电厂日常管理措施,提升机组的安全水平,同时也有助于推动行业规范的建立。

3.2 主要工作

围绕大亚湾核电厂的设备安全管理以及延寿论证,“长期”以全寿期管理为手段,建立了老化数据库、开展了界定与筛选、老化管理审查、寿命评估和管理方案制定等工作;“短期”以延寿论证为契机,充分利用全寿期管理成果,并开展了安全论证基准确定、时限老化分析、环境影响评价、文件升版和工程改进计划编制等工作;同时开展科研攻关,以解决全寿期管理以及延寿论证中遇到的技术难点,三者相互关系见图3所示。从图3可以看出,延寿论证中所需开展的界定与筛选、老化管理审查工作可以直接利用全寿期管理产生的成果,从而避免重复投入。

图3 全寿期管理、延寿论证和科研攻关的内容与关联性

4 结束语

本文从延寿论证的要求出发,梳理了延寿决策的技术要素,并分析了全寿期管理的技术内容,确定了两者的关联性,可以得出以下结论:

(1)技术要素是影响延寿决策的重要方面,延寿论证的主要技术内容包括范围界定与筛选、老化管理审查和时限老化分析等工作;

(2)全寿期管理对核电厂长期安全运行及延寿具有重要价值,且延寿论证的技术内容也是全寿期管理的重要方面,在进行延寿论证时可充分利用全寿期管理的成果,避免重复投入;

(3)全寿期管理是“线”上的长期管理,而延寿论证是“点”上的阶段性工作,电厂应加强全寿期管理工作。(本文刊载结束)

 
 
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