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我国三代核电发展政治社会经济生态战略价值研究报告(上篇)
时间:2018年09月29日 来源:本站 作者:黄峰 点击量:2414 分享:

我国三代核电发展

政治社会经济生态战略价值

研究报告(上篇)

1 世界核电面临的形势与发展趋势

1.1全球能源市场深刻变化

进入新世纪以来,国际能源市场发生了深刻的变化。传统的能源需求中心正在被快速增长的新兴市场超越;与此同时,在技术进步和环境保护意识不断增强的背景下,全球能源结构转变不断加快,能源结构趋向低碳化,能源技术趋向多样化。未来全球能源行业面临的最大挑战是:在满足日益增长的能源需求的同时,减少全球温室气体排放量。发展可再生能源与核电是应对这两大挑战的重要选择。

1.1.1 能源消费需求继续增长,新兴市场增速超过传统消费中心

当前,全球能源消费需求的增速放缓,但需求总量仍在增长。

根据国际能源署(IEA)美国能源情报署(EIA)英国石油公司(BP)等国际著名机构和企业对世界能源需求预测的统计结果,2035年以前,全球一次能源消费将继续增长,预期年平均增速维持在1.4%1.7%之间。

1998年以来,全球97%的新增能源消费来自新兴经济体。2015年,非经合组织国家的能源消费总量已超过经合组织国家。据《世界2017年能源展望(the energy international outlook 2017)》预测,2015-2040年世界能源平均消费水平将增长28%,其中非经合组织(non-OECD)国家的能源消费增长41%,经合组织(OECD)国家仅增长9%2040年,非经合组织国家的能源消费占比将超过七成。其中,中国和印度占全部增长的一半左右,非洲和中东地区能源消费增长率将分别达到51%45%

1.1.2能源结构转型加快,能源结构低碳化,能源技术多样化

全球范围内能源结构转型加快,能源结构低碳化能源技术多样化的趋势日益明显,包括核能在内的低碳清洁能源将迎来新的发展机遇。

《巴黎气候协定》签署后,为了实现减排温室气体的目标,世界各国能源结构低碳化进程不断加快。预期到2035年,全球非化石能源的占比将增加到25%左右。

在化石能源中,天然气成为增速最快能源,预期年均增长1.6%2030 年有望超过煤炭成为第一大能源品种。

非化石能源中,太阳能和风能等可再生能源成为增速最快的能源,预期年均增长7.1%,可再生能源的比重将从2015年的3%增长到2035年的10%。在新增能源中,预计可再生能源与核能将占一半以上。

能源结构低碳化是一个漫长而复杂的过程。展望未来,全球能源系统将呈现多种能源形式并存的局面。化石能源、可再生能源、核能、新能源等不同能源并存互补,各自发挥自己的优势,为全球经济和社会发展提供充足的能源保障。而核电因其独具的低碳清洁、高效稳定发电等特点,适应电网基荷电源的要求,能大规模代替煤炭等化石能源,未来将继续成为能源系统的重要组成部分。

1-1 为《国际能源展望2017》报告对到2040年全球各类能源增长趋势的预测。从图1-1可以清晰地看出:

(1)    除煤炭以外,所有能源在预测期内都呈现增长的趋势。煤炭消费量在2020年左右达到最大值,此后将出现一定程度的下降,2040年消费水平与2015年基本持平或有所下降。

(2)    可再生能源与天然气的消费将持续走高,2040年与2015年相比将增长40%以上。

(3)    全球核电发展将维持低速增长的局面。福岛核事故使全球核电发展速度放慢,但并没有改变核电继续增长的发展趋势。

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1-1 世界能源分类增长预测

 

1.2世界核电发展概况

1.2.1 世界核电发展进程

上世纪50年代以来,全球核电发展历程大体上可以分为四个阶段。

第一阶段是试验示范阶段。上世纪50年代,美国先后建成了60MW6万千瓦)的希平港压水堆核电站和200MW20万千瓦)的德累斯顿沸水堆核电站;前苏联于同一时期建成了奥布宁斯克石墨水堆核电站;英国和法国于稍晚一点时间建成了天然铀石墨气冷堆核电站,加拿大建成了重水堆核电站。这些不同类型核电站的建设成功,为核电技术的后续发展和全球推广提供了良好的示范作用。

第二阶段是高速推广阶段。上世纪六十年代,西方国家经济快速增长,对能源和电力需求急速上升,七十年代出现的两次石油危机引发了石油价格上涨和各国对化石燃料供应的担忧,全球核电进入高速发展期。其中,仅美国本土签约、计划建造的核电合同就达到170 Gwe1.7亿千瓦)。法国、日本、韩国等国家通过引进美国技术建立了本国的核电工业体系1966年到1980年,全球核电装机容量的年增长率达26%1980年全球核电总装机容量达到133Gwe1.33亿千瓦)

第三阶段为滞缓发展阶段。上世纪八十年代以后,西方主要国家经济发展进入平稳期,对电力增长的需求明显下降。1979年,美国发生了三里岛核电站事故,提高了对核电项目的审管要求,核电建设项目的工期普遍拉长、造价提高。与此同时,发电成本相对低廉的天然气电站的建设开始兴起。出于经济原因,投资大、建设周期长的核电项目大幅减少。从1979年到2009年的30年时间里,美国本土没有一个核电新项目开工。但从全球范围看,核电发展并没有停止。法国、韩国、日本以及俄罗斯等国家根据自己的国情继续推进本国核电建设,在引进技术、消化吸收的同时,通过批量建设核电机组的实践和自主创新,形成了本国的核电品牌,成长为世界核电大国和核电强国。中国的核电建设也在上世纪八十年代随着经济的发展而起步。

第四阶段为复苏发展阶段。进入新世纪以来,由于经济回暖,对电力供应的需求增加,特别是对温室气体排放等环境问题的高度关注,包括核电在内的低碳清洁能源的发展,受到世界许多国家的青睐。21世纪头10年,全球一批新的核电项目开工,包括几种不同类型的三代核电机组。2010年,当年新开工的核电机组数量达到16台,全球核电发展出现了复苏的迹象。

2011311日,在九级大地震和14米高强海啸的双重打击下,日本福岛第一核电站发生了严重核事故。福岛核事故给刚刚复苏的世界核电造成巨大冲击。德国等少数国家在舆论的影响下,做出弃核的政治决定。与事故前的2010年相比,2011年全球核电发电量下降了5%2012年又进一步下降了6%以上(见图1-2)。

 

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1-2 1997-2016年世界核电发电量情况(单位:TWh10亿千瓦时

面对外部极端事故引发的严重核事故, 各国政府和全球核电界采取了强有力的应对措施。各国核安全监管部门全面加强了核电站安全监管工作,对核电站进行了全面的安全检查和压力测试” , 查找和排除各种安全隐患。在此基础上,核电企业吸取福岛核事故的经验教训,采取了一系列针对性措施,确保在极端事故情况下也不会发生放射性大规模释放,大大提高了核电站缓解和消除严重事故的能力。

经过各国政府和核电界的共同努力,对核电安全的信心逐步得到恢复。2012年以来,全球核电发电量呈现逐年上升的趋势(见图1-2)。

目前,全球核电发展有两个鲜明的特点:

一是核电发展的重心从传统的核电大国转向新兴经济体国家。对亚洲东欧南美非洲等许多新兴经济体国家来说,核电是清洁低碳发展的重要选择,特别是亚洲已经成为全球核电发展最快的地区。

二是核电技术升级改造的步伐加快,三代核电机组已成为全球在建核电的主要机型。发展安全性更高经济性更好的三代核电,已经是许多国家保证电力供应应对气候变化的一个重要选择。

1.2.2 世界核电机组运行与建设现状

2017年,全球在运核电机组448台,总装机容量391.74 GWe(3.9174亿千瓦),分布在30个国家和地区。全球核电机组已经积累了17415年的运行经验,总体情况是好的,核电行业被美国安全机构和媒体评价为安全状况最好的行业

世界各国核电机组数量及装机容量(MWe)情况见图1-3所示。

拥有在运核电机组的主要是经济发达国家,其中一半以上集中在美国和西欧。拥有在运机组最多的分别是美国(99台)、法国58台)和日本(42台)。截止到2017年底,中国在运机组37台(根据我国核电行业统计惯例,并网但未投入商业运行的机组属于在建机组,田湾核电3号机组于20171230日首次并网,未计入在运机组内。此外,此数据不包含台湾地区核电机组数量),总装机容量35.8 GWe 3581万千瓦),已位列世界第四。

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1-3世界在运核电机组情况(201712月,IAEA

2016年,全球核电发电量为2476 TWh24760亿千瓦时),在世界电力结构中的占比为10.6%

世界主要核电国家的核发电量占比都保持在较高水平,其中,法国的核电占比达到72.3%,乌克兰达到52.3%,韩国为30.3%,英国为20.4%,美国为19.7%,俄罗斯为17.1%,加拿大为15.6%。中国2016年的核发电量占比仅为3.6%,不仅在所有核电大国中最低,而且远低于世界10.6%的平均水平。

2017年,全球在建核电机组57台,分布在16个国家,总装机容量接近60 GWe 6000万千瓦)。中国是目前全球在建机组最多的国家,在建核电机组20台,其中三代机组10台,包括4AP10002EPR4台华龙一号,占世界全部在建三代核电机组的三分之一。排在中国后面的是俄罗斯和印度,在建核电机组分别是8台和6台。

1.2.3 世界主要三代核电技术概况

半个多世纪以来,全球核电发展经历了三次大的核事故,虽然事故均发生在一个国家、一台核电机组,但事故的影响却是全球性的,每一次事故都对全球核电发展造成巨大冲击。与此同时,核事故也加深了人们对核电技术的改进与创新,通过对事故的分析研究和对核电技术及管理方面的持续改进,提高了核电技术的安全性、可靠性。美国三里岛事故后,为了应对社会对核电机组安全性和经济性的担忧,进一步振兴核电市场,美欧核工业界在政府和电力企业支持下,于上世纪八十年代末先后制定了先进轻水堆用户要求文件URDutility requirementsdocument)和欧洲用户对轻水堆核电站的要求EUREuropean utility requirementsdocument),满足URDEUR要求的先进(Advanced)核电技术被称为第三代核电技术

从上世纪80年代以来,全球已经开发的三代核电技术包括以下几种堆型:

——美国同日本联合开发的先进沸水堆ABWR

——美国西屋公司开发的先进压水堆AP1000

——俄罗斯原子能公司开发的先进压水堆VVER

——法国和德国联合开发的欧洲压水堆EPR                    

——韩国开发的先进压水堆APR-1400

——中国自主研发的三代核电技术华龙一号CAP1400

1.3世界三代核电发展面临的形势

1.3.1核电与可再生能源优势互补,全球核电仍有较大发展空间

近年来,可再生能源技术进步日新月异,全球可再生能源发展势头迅猛。2016年全球风能发电量增长16%(增长132 TWh,即1320亿千瓦时),太阳能发电量增长30%(增长77 TWh,即770亿千瓦时),可再生能源发电量占全球新增发电量的62%。随着技术进步和批量化规模化发展,可再生能源的发电成本和上网电价也大幅降低,对核电发展带来巨大压力。尽管如此,出于对能源供给的稳定、经济、可持续性等多方面的综合考虑,相当多的国家仍然坚持发展核电把核电视作能源结构中的重要组成部分。

在现有的低碳能源中,风能发电、太阳能发电都具有间歇性,水力发电需要统筹兼顾上游来水、航运、防洪、沿途用水和远距离调水等,设备利用小时数受到汛期和枯水期自然条件的限制。有研究结果表明,当间歇性能源在电力结构中的比重超过30%时,将会给电网带来安全风险,增加电力供应成本。因此随着电网中可再生能源比例的增加,必须有可靠的可调节电源及稳定、高效的基荷电源来配套。我国核电均布局在东部负荷中心,而核电设备利用小时数高、连续稳定发电的特性正好弥补了可再生能源的不足,并能有效替代燃煤发电

目前全球电力生产主要依赖化石燃料,特别是依赖煤炭。要实现全球温室气体减排的近中期目标,必须大力发展低碳清洁能源,建设绿色低碳的能源体系。核电在电网中承担基荷电源可以最大化的发挥其无温室气体排放的优势,是绿色低碳能源体系的重要组成部分。

1-4是国际主要能源机构对20302050年全球核电装机容量的预测结果。

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1-4世界重要能源机构对全球核电装机容量的预测

国际原子能机构(IAEA)的预测显示,在高发展情况下,2050年全球核电装机容量可能达到871 Gwe8.71亿千瓦),比2015年增长123%在低发展情况下,20302035年核电装机容量会有所下降(约下降1213%),到2050年又恢复到目前的水平。

世界核协会(WNA)预计,到2050年世界核电装机容量将达到1000 Gwe10亿千瓦),比2015年增长163.85%

经合组织核能署(OECD-NEA)和国际能源署(IEA)预测, 2030年世界核电装机容量543 Gwe5.43亿千瓦),比2015年增长43.76%2040年核电装机容量624 Gwe6.24亿千瓦),比2015年增长65.21%2050年世界核电将达到930 Gwe9.3亿千瓦),比2015年增长146.22%

美国能源信息署(EIA)预计,2040年全球核电装机将达到557 Gwe5.57亿千瓦),比2015年增长45.64%

从上述预测结果可以看出不同机构的预测数据有较大的差别但总体上都是积极的认为未来全球核电的装机容量会继续增长。

1.3.2主要核电国家和新兴经济体国家坚持发展核电

福岛核事故后,各国重新审视自己的能源政策,对本国能源规划和核电发展计划进行了修改。从最终结果看,坚持发展核电仍然是大多数核电国家的战略选择。目前全球建设新核电站的国家有10多个,还有40多个国家计划新建核电站或者考虑发展核电。

美国坚持发展核电技术

美国新总统特朗普当选后,在美国能源部发表了主题为能源主导权的演讲,提出要开始重振和扩大核能部门,在确保技术和经济优势下继续发展核能并向海外推销,为实现美国的能源统治地位铺路。20171月,美国众议院通过了《先进核技术发展法案》和《能源部创新法案》,重申对先进核能技术研究开发和核电的支持。2017620日,美国众议院通过了旨在扩大核电站税收优惠的法案,提出要促进下一代核反应堆技术发展,保持和扩大美国在核能技术上的优势。

英国、法国等多数欧洲国家坚持发展核电

在德国宣布将逐步退出核电以后,2013312日,英国、法国、西班牙、保加利亚、捷克、芬兰、匈牙利、立陶宛、荷兰、波兰、罗马尼亚及斯洛文尼亚等12个欧盟国家签署部长级联合宣言,表示今后将继续维持作为重要低碳能源之一的核能发电。根据对欧洲能源市场未来发展的趋势分析,欧洲要实现202020%的碳减排目标和205080%的碳减排目标,离开核能发展是不可想象的。

英国发布了《核能发展技术路线图》,提出了自己的核电发展路径,计划通过一系列核电机组的建设,重振核电雄风,同时谋求全球低碳发展领先地位和核能产业发展的领先地位作为其重要战略。

法国目前的核电占比世界第一,今后将逐步降低核能发电的比例(下降到50%左右),但仍然维持目前的核电总装机容量,并留有建新代旧的安排。

俄罗斯、芬兰、波兰、捷克等国明确表示坚持发展核电。

日本坚持将核电作为重要的电网基荷电源。

日本在福岛核事故以后相当长一段时间内,核能发电受到极大质疑,政府的态度也摇摆不定。经过几年的思考和比较,日本政府于20144月制定了新的《能源基本计划》,坚持在安全前提下,兼顾经济效益和环境适应性,形成多层次、多样化的柔性能源供给结构。该计划把核电确定为能源结构中起稳定作用的重要基荷电源。目前日本正在逐步重启国内核电机组。

亚洲非洲多国积极推进本国的核能发展计划。

印度作为核电起步较晚的国家,坚持积极发展核电,把核电作为保证能源安全的重要手段。目前印度正在积极寻求俄罗斯、法国、美国等核电强国的支持,在国家财力有限的情况下,规划了庞大的核电发展计划。未来有可能继中国之后成为核电快速发展的国家。印度同时努力开发和独立自主地掌握自己的核技术,为印度的核大国梦想提供强有力的技术支持。

孟加拉、土耳其、埃及与俄罗斯签署了首座核电站合同,越南印尼、泰国、南非、埃塞俄比亚、尼日利亚等国都在研究制定和推进本国核能发展政策。

1.3.3三代核电技术在国际市场的竞争态势

目前,三代核电国际市场呈现如下特点:

1)在国际市场上,三代核电技术主要是压水堆技术。三代压水堆有多种型号,其中俄罗斯AES-2006占据绝对优势。俄罗斯Rosatom总裁基里延科表示,2017年该公司收入的50%来自海外业务,计划2030年前至少在海外建设运行28台核电机组,在核电国际市场上占有的份额最多。

2)目前大多数第三代压水堆技术处于示范验证阶段,而且首堆建造普遍出现延期。美、法等国国际著名的核蒸汽系统供应商(西屋公司、AREVA)均因工程延期、成本剧增而陷入困境,并影响到其生存及后续市场开发。

3)海外核电市场竞争激烈。一些传统核电大国的国内市场空间有限,而国际核电市场的总需求也不旺,竞争激烈。

4)组队联合开发第三方市场成为一种趋势。韩水原公司(KHNP)与西屋签订谅解备忘录,合作开发美国及海外市场。法国EDF与俄罗斯签署协议,在反应堆运行、延寿、退役及核废料管理方面进行合作。


 

2 我国三代核电建设和发展现状

1991年秦山30万千瓦压水堆核电站投运、1994年大亚湾 100万千瓦压水堆核电站商运开始,中国核电产业历经30多年的努力,已经跻身世界核电大国行列。2017年底,我国大陆在运核电机组37台,装机容量3581万千瓦,位列世界第四;在建核电机组20台,装机容量2287万千瓦,已经多年保持世界第一。继美国、法国、俄罗斯以后,我国成为又一个拥有自主三代核电技术和全产业链的国家,三代核电发展的比较优势基本形成。就在建规模和发展前景而言,我国已成为全球三代核电发展的中心,具备了从核电大国核电强国迈进的条件。

2.1我国核电技术实现了二代向三代跨越

目前,我国大陆在运的37台核电机组在技术层面都属于二代或者二代加,在建的20台机组中,有10台属于第三代技术,包括4台华龙一号、4AP1000以及2EPR机组,而且今后新建的机组也将全部采用第三代技术,我国核电已经实现了由二代三代的技术跨越。

在技术研发方面,随着华龙一号开工建设和CAP1400具备开工建设的条件,我国成为又一个拥有独立自主三代核电技术的国家。在高温气冷堆与小堆技术领域,我国自主研发的成果走在世界前列。

我国已形成了完整先进的核电产业链,涵盖核电工程设计与研发、工程管理、装备制造、核燃料供应、运行维护等各个环节,核电设备制造能力和核电工程建造能力世界第一。

在核电走出去方面,华龙一号已在海外开工建设,与阿根廷、英国、罗马尼亚、土耳其、南非等国开展了进一步深入合作。

2.1.1我国自主三代核电优势

一是全产业链的优势。

中国核工业创立已经超过60年,拥有从铀地质勘查、铀矿采冶、铀纯化转化、铀浓缩、元件制造、反应堆设计制造到后处理的完整核科技工业体系,具有很强的系统竞争优势和比较优势。我国已形成了完整的核电产业链,自主化能力与核心竞争力不断提升,有效控制了核电建设周期和建造成本,具有较强的国际竞争力。

二是不断创新发展,掌握核科技核心技术。

我国核科技创新体系致力于世界核能领域前沿科学技术的研究和突破,在自主三代核电技术的自主创新、快堆技术研究及工程化推广、地浸采铀技术工业化应用、核燃料循环技术领域等均取得了大量的创新成就,具有很好的基础。

三是拥有核电发展良好的工程实践和人才基础。

上世纪80年代以来,我国开展了从30万至170万千瓦商用核电站的建设,建设范围覆盖二代压水堆、三代压水堆、重水堆、高温气冷堆及快堆等不同类型,也多次走出国门建造核电站和其他核工程。三十多年不间断的核电建设实践是世界上绝无仅有的。中国在建造核电站方面的良好实践为培育形成强大的核电工程建设能力,形成经验丰富的核电工程管理与建设团队提供了坚强保证,已经具有同时建造30台以上核电机组的工程建造能力。

中国核电20多年良好的安全运行纪录,丰富的群堆管理经验,在国际同行的业绩排名中居于前列。随着科研和工程项目建设的进展,一大批首席专家、科技带头人、首席技师、重大专项总指挥、总设计师等不断涌现,为我国核电发展和走出去奠定了人才基础。

四是形成了强大的核电装备制造能力。

我国已建成了以东北、上海和四川为代表的三大核电装备制造基地,累计投资规模超过200亿人民币。目前已经形成以中国一重、中国二重和上重铸锻为产业龙头的大型铸锻件制造基地;以东方电气、哈尔滨电气和上海电气为产业龙头的大型核电设备制造基地;以沈阳鼓风机集团、中核苏阀、上海电气凯士比核泵和大连大高阀门为代表的核级泵阀制造基地;这些基地都具有国际先进水平的核电装备制造能力,成为我国奠定高端装备制造业大国地位的重要体现。

通过消化吸收国外先进技术,大力推进自主创新,我国核电关键设备和材料自主化、国产化取得了重大突破,掌握了核岛和常规岛关键设备设计、制造核心技术,发展壮大了一批为核电配套的装备和零部件生产企业。压力容器、蒸汽发生器、堆内构件、控制棒驱动机构、主泵、主管道、数字化仪控等关键设备实现自主设计、自主制造,过去长期依赖进口的大型锻件、蒸汽发生器管材(690合金)、核级锆材、核级焊材等核心材料实现了国产化,形成了每年810台套核电主设备制造能力。百万千瓦级三代核电机组关键设备和材料的国产化率已达85%以上,核电装备制造能力达到国际先进水平,在保证质量前提下具有明显的成本优势,为我国三代核电规模化、批量化建设和走出去奠定了坚实的基础。

2.1.2我国自主三代核电技术安全性和经济性

安全性:我国自主研发的华龙一号与CAP1400均按照第三代核电技术的要求设计建造,安全水平达到国际公认的最高核安全标准。

华龙一号以“177组燃料组件堆芯多重冗余的安全系统能动与非能动相结合的安全措施等技术改进为主要技术特征。CAP1400AP1000引进、消化、吸收基础上,通过优化非能动安全系统配置、提高关键设备可靠性等系统性优化和创新措施,增加了安全裕度。华龙一号和CAP1400两种机型不仅满足我国新建核电厂的安全要求也能满足国际原子能机构的安全要求和美欧的三代技术标准,达到三代核电技术国际先进水平。

经济性:经济性是国际市场竞争的决定性因素之一。从以往经验看,俄罗斯的VVER、韩国的APR1400在国际竞争中胜出的一个主要原因是造价相对较低。韩国的阿联酋核电项目(APR1400)价格200亿美元,固定价比投资约为3500美元/千瓦。而法国AREVA、美国GE、西屋等一些老牌NSSS供应商在竞争中失利,也往往是因为造价过高。例如,美国佐治亚州Vogtle核电项目比投资为6360美元/千瓦;法国弗拉芒维尔3号机组总投资60亿欧元,固定价比投资为5200美元/千瓦;英国计划2025年建成2500万千瓦新的核电机组,估计新建核电总投资1100亿英镑(1700亿美元),估算综合比投资6800美元/千瓦。

我国自主三代核电技术拥有自主知识产权,具有完整的产业链与强大的核电工程建设能力,主要设备制造基于国内成熟的装备制造基础,有利于保证工程进度,降低建设成本。

预期我国在建的华龙一号福清项目和防城港项目的比投资有望控制在16000/千瓦左右(不到2500美元/千瓦),CAP1400示范工程的比投资预期也在16000/千瓦左右。特别是批量化建设和设计优化以后,华龙一号和CAP1400国内造价还会进一步下降,这是参与国际核电市场竞争的有利条件。

2.2 华龙一号

华龙一号技术是在中核集团ACP1000和中国广核集团ACPR1000+基础上融合而成的。经过有关部门的协调和华龙技术团队的共同努力,形成了华龙一号堆型设计方案。中核集团与中国广核集团联合组建的华龙国际核电技术有限公司,实现了平台的统一。融合后的华龙一号统一采用“177堆芯能动加非能动安全技术,统一了主参数、主系统、技术标准和主要设备的技术要求。目前在建项目有福清核电站二期(56号),防城港核电站二期(34号),并成功出口巴基斯坦。

华龙一号借鉴了国际三代核电技术的先进理念,充分吸收了我国现有压水堆核电厂的设计、建造、调试、运行经验,以及近年来针对福岛核事故所做的一系列技术改进,不仅满足我国最新核安全法规要求,也符合国际最先进的安全标准和三代核电技术的要求。此外,华龙一号采用的系统和主要设备都是经过验证的成熟技术,设备供应立足于我国已有的装备制造业体系,技术成熟并拥有自主知识产权,可以自主参与国际核电市场竞争。

2.2.1华龙一号技术

华龙一号采用的能动与非能动相结合的设计理念,安全性和先进性已通过国家能源局组织的专家评审,各项技术指标满足最新核安全法规要求,与国际最高安全标准保持一致。

华龙一号充分利用了现有的设计技术和装备制造体系,约95%的设备采用成熟的设计和制造工艺,压力容器、主泵、蒸汽发生器、堆内构件、控制棒驱动机构、数字化仪控系统(DCS)等关键设备均采用经过验证的成熟产品,制造进度、质量和可靠性可以得到充分保障。新开发和采用的5%新设备已全部完成试验验证,技术难度、产品质量及制造进度可控。

华龙一号针对反应堆堆芯设计变化、能动与非能动结合的新理念、更高的抗震要求、以及预防和缓解严重事故下放射性物质释放等技术改进项,开展了大量验证试验,试验结果完全满足设计要求,可以有效提高机组的安全和运行性能。

在华龙一号研发过程中,国家能源局、国家核安全局组织进行了多次技术评审及安全评价,并邀请国际原子能机构(IAEA)、行业协会及国内外同行专家对设计进行咨询和评价,为确保设计质量提供了重要的技术支持。

华龙一号主要技术特征如下:

Ÿ   17712英尺燃料组件堆芯;

Ÿ   能动与非能动相结合的安全措施;

Ÿ   堆芯热功率3180 MWt,机组额定功率不小于1200MWe

Ÿ   概率安全指标:CDF<1×10-6/年、LRF<1×10-7/年;

Ÿ   堆芯热工裕量15%

Ÿ   单堆布置;

Ÿ   安全停堆地震0.3g

Ÿ   大自由容积双层安全壳;

Ÿ   抗大型商用飞机撞击;

Ÿ   60年设计寿命;

Ÿ   18个月换料周期;

Ÿ   电厂平均可利用率90%

Ÿ   操纵员不干预时间不低于30分钟;

Ÿ   完善的严重事故预防和缓解措施;

Ÿ   全数字化仪控系统;

Ÿ   堆芯测量从堆顶引入,取消反应堆压力容器下封头贯穿件;

Ÿ   安全壳内置换料水箱;

Ÿ   破前漏(LBB)技术;

Ÿ   放射性废物离堆处理,固体废物年产生量小于50 m3/年;

Ÿ   职业照射集体剂量小于0.6•Sv/年。

2.2.2华龙一号技术的自主知识产权

华龙一号在设计技术、专用设计软件、燃料技术、运行维护技术等方面具有完全自主知识产权,形成了华龙一号专利集群,并通过建立知识产权保护体系有效保护了创新成果,可以满足我国核电走出去的需要。

据不完全统计,中核集团在国内已经获得629项专利,已形成125项软件著作权,对反应堆专用设计与分析软件进行了自主创新开发,涉及核设计、源项及辐射安全设计、热工水力与事故分析、燃料元件设计、设备与系统设计等专业领域,形成8个软件包。中国广核集团共计申请知识产权920项,覆盖了设计、燃料、设备、建造、运行、维护等领域,同时还在海外申请了65项专利。

2.3 CAP1400

2.3.1 先进压水堆重大专项进展

大型先进压水堆核电站重大专项是国家16个重大专项之一,《总体实施方案》在20082月国务院常务会议上得到批准。根据文件,国家核电技术公司是AP1000三代核电技术引进消化吸收的主体,也是重大专项的实施主体,上海核工程研究设计院是大型先进压水堆核电站重大专项的技术总负责单位,国内有关单位将全面参与研发设计工作。

大型先进压水堆重大专项的总体目标,是在AP1000技术引进和自主化依托项目建设的基础上,通过国产化AP1000自主设计,实现AP1000技术的消化、吸收,全面掌握以非能动技术为标志的第三代核电技术。进一步研究开发具有我国自主知识产权的大型先进压水堆核电技术,建成CAP1400示范工程,形成具有国际先进水平的核电技术研发体系、先进核电试验验证体系、关键设备制造技术体系和先进核电标准体系;拥有一批高水平的知识产权成果,使我国核电设计、制造、建造和运行技术实现跨越式发展,2020年进入核电技术先进国家行列。

经过全体参研人员共同努力,已经完成了具有自主知识产权的CAP1400核电型号研发,实现了25项重大技术创新成果,安全性、经济性和环境相容性均处于世界领先水平。特别是完成了CAP1400六大关键试验全部17个试验项共887个验证试验工况的任务。

重大专项采用新型举国机制下的协同创新体系,其中参研单位200多家,参研人员超过20000人,有效发挥了政产学研用合作,促进了科研大合作、技术大集成、创新大集聚。通过专项的实施,带动整个核电行业实现了从二代向三代的整体跨越,形成了持续的创新能力,打造了我国自主的先进核电自主设计体系、先进核电设计分析软件体系、先进核电标准体系、先进核电试验验证体系、先进核电安全审评体系、先进核电装备供应链体系,促进了综合国力的提升。

目前,山东石岛湾CAP1400示范工程已具备开工建设条件。

2.3.2 CAP1400技术特点

CAP1400设计基于非能动安全理念,充分考虑了AP1000依托项目建设中得到的经验反馈,通过进一步提升电厂容量、优化总体设计参数、优化非能动安全系统配置、提高关键设备可靠性、提升对地震和外部水淹等极端事件应对能力等措施,进一步降低了机组的堆芯损伤频率(CDF)和大量放射性物质释放频率(LRF),提高了核电厂的安全性和经济性。

CAP1400研究设计过程中,对主要的创新和改进项进行了充分论证并开展相关试验验证,安全水平得到国家核安全监管机构和国外权威机构的认可,2016年,先后通过了国家核安全局的安全审评和国际原子能机构(IAEA)的通用反应堆安全评审。

在设备国产化方面,先后开展了反应堆压力容器、蒸汽发生器、堆内构件、控制棒驱动机构、反应堆冷却剂主泵、主管道、泵阀、反应堆保护系统平台、大锻件、板材、690传热管、核级焊材、电缆等关键设备和材料的研制,设备国产化率达到85%CAP1400的主要关键设备和材料都有两家以上的企业分别进行研制和供货,形成了良好有序的市场竞争环境,也降低了供应的风险。

CAP1400主要技术特征如下:

Ÿ   堆芯热功率4040MWt,机组额定功率约为1500 MWe

Ÿ   操纵员可不干预时间为72小时;

Ÿ   关键试验完成全部17个试验项共887个验证试验工况;

Ÿ   堆芯热工裕量≥15%

Ÿ   安全停堆地震0.3g

Ÿ   堆芯损伤频率<10-6/堆年;

Ÿ   大量放射性物质释放频率<10-7/堆年;

Ÿ   职业集体辐照剂量<1.0•Sv/堆年;

Ÿ   放射性废物最小化,固体废物最终体积不超过50 m3/年;

Ÿ  屏蔽厂房采用钢板混凝土结构,具备抗大型商用飞机恶意撞击能力;

Ÿ  多样性的数字化仪控系统,采用基于FPGA技术的反应堆保护系统平台,提高仪控系统可靠性;

Ÿ  安全停堆地震(SSE0.3g和审查级地震(HCLPF0.5g,覆盖高地震水平区域;

Ÿ   机组设计寿命60年;

Ÿ   机组目标可利用率≥93%

Ÿ   换料周期18个月,具备24个月换料能力;

Ÿ   平均卸料燃耗≥ 50000 MWd/tU

Ÿ   具有MOX燃料的装载能力;

Ÿ  系统简化设计,减少系统和部件的数量,同时降低电厂运行过程中的运维成本;

Ÿ   模块化建造,缩短建造周期,提升施工质量,减少建设成本;

Ÿ  堆芯功率由MSHIM控制,无需调硼,大大减少放射性废液产生量。

2.3.3 CAP1400技术的自主知识产权

CAP1400研究开发过程中,加强了对创新技术和产品的知识产权保护。截至2017年底,形成知识产权成果3492项,申请中国专利1622项(其中发明专利700项),已获得中国授权专利1109项(其中发明专利250项),各类标准751份,形成新产品、新材料、新工艺、新装置293项,新建43个试验台架,改造11个试验台架,内容覆盖了工程设计、实验验证、燃料、软件、设备及材料、数字化仪控、建造运行等核心技术领域。

201511月,中国专利保护协会在北京对《CAP1400知识产权专题报告》进行了专家评审,专家认为, CAP1400技术已经超越了AP1000技术引进合同设置的1350MWe的技术台阶,中方具有完全自主知识产权和出口权,没有合同违约风险,没有发现专利侵权风险。

2.4 AP1000

2.4.1 AP1000自主化依托项目建设

AP1000是美国西屋公司在AP600基础上开发的百万级非能动安全压水堆。经过4年的招标谈判,我国与美国西屋公司于2007年签订协议,决定引进AP1000技术,在中国浙江三门和山东海阳各建设2台机组,作为AP1000技术引进和自主化国产化的依托项目。合同包括核岛系统设计、设备设计及制造、核级锆材制造、仪控设计及供货、燃料设计及制造、项目管理和运行维护等关键技术领域,分为34个技转任务包(TP)。

2009329日到2010620日,依托项目的4台机组陆续实现核岛筏基第一罐混凝土浇筑(FCD),4台机组主体工程全部开工。

AP1000自主化依托项目建设对我国三代核电技术发展具有重要意义。它不仅可以全面检验引进的AP1000技术的完整性和有效性,而且可以带动国内装备制造企业的国产化能力建设,提升我国核电工程管理能力,为我国三代核电自主化研发和能力提升提供重要平台。

迄今为止,AP1000依托项目因西屋核岛设计变更多固化晚、屏蔽电机主泵等关键设备研制难度大、模块化施工工艺要求高等原因,进度比合同工期有较大滞后。目前,问题已经全部解决,三门、海阳1号机组也已完成所有调试,具备装料条件,有望于2018年并网发电。依托项目4台机组核岛设备综合国产化率约为55%,从三门1号机组到海阳2号机组,设备国产化比例分别为30%50%60%72%

2.4.2 AP1000技术特点

相比传统核电厂,AP1000采用了非能动安全理念,利用自然界物质固有的规律(重力、自然对流、流体的扩散、蒸发、冷凝等)来冷却反应堆厂房和带走堆芯余热,保障紧急状态下反应堆的安全。其专设安全系统主要包括非能动堆芯冷却系统(PXS)、非能动安全壳冷却系统(PCS)、主控制室应急可居留系统(VES)、安全壳隔离系统和安全壳氢气控制系统、自动卸压系统等相关系统等。

AP1000 预防和缓解严重事故措施包括防止高压熔堆的自动降压系统、堆腔淹没技术、堆芯熔融物保持在压力容器内的(IVR)技术、设置易燃气体氢的自动复合和燃烧系统以防爆和防止安全壳旁路等。在发生反应堆堆芯熔化的严重事故时,设置在安全壳内的换料水箱靠重力(非能动)自动地向堆腔注水,水经压力容器外壁和绝热层之间的流道向上流动,冷却压力容器外壁,通过自然循环将热量带走,使压力容器不被熔穿,使堆芯熔融物保持在压力容器内。

由于采用了非能动安全系统,事故工况下72小时内操纵员不必采取动作,降低了人因错误,提高了机组的安全性。与此同时,AP1000设计简化了安全系统配置,大幅减少了安全级设备和安全厂房,取消了1E级应急柴油机系统和大部分安全级能动设备,降低了对大宗材料的需求,经济性上也有较强的竞争力。

 

2.5 EPR

2.5.1 台山EPR项目概况

200711月,中法签署《关于合作建设广东台山核电项目12号机组的总体协议》等一系列合作协议。根据合同约定,法国电力公司以合资形式,与阿海珐、中国广核集团共同建设、运营台山核电站一期工程;法方承诺向中方转让EPR核电技术研究成果、在建EPR核电站的经验反馈、以及核电项目管理及核电站运营经验。

台山核电项目12号机组分别于20091221日和2010415日开工。目前工程实际进度比计划工期晚了将近4年,延误主要原因是法方原先对EPR首堆建设面临的困难估计不足,特别是辅助系统设计修改和重新定货上花费了很多时间,辅助系统延误的时间比主系统多3年。另外,由于部分设备不符合项的处理也延误了建造周期。

与其它在建的EPR项目(芬兰奥尔基洛托核电站3号机组OL3、法国弗拉芒维尔3号机组FA3)相比,台山项目进展相对顺利。OL3比台山项目早开工4年,FA3比台山早开工2年,实际工程进度却不如台山。目前,台山1号机组处于调试阶段,2号机组处于安装阶段,领跑全球在建EPR工程。同一种机型,同一个设计公司,中国的成就主要得益于30年来不间断持续建设核电站的实践,得益于中国在核电站建造管理方面的丰富经验和建设队伍的强大实力,这些经验和实力对中国核电产业走出去将产生积极的影响。

2.5.2 EPR技术特点

上世纪九十年代末,法国Areva和德国西门子公司联合开发新一代欧洲压水堆 EPR。其设计综合了法国N4核电站和德国 Konvoi核电站的优点和运行经验反馈,满足欧洲电力公司要求文件(EUR)。1998年,EPR完成了基本设计。20003月,法国和德国的核安全当局完成对 EPR 基本设计的评审,于 2000 11 月颁发了详细技术导则。

EPR总体上采用传统的设计理念,主回路、主设备、安全系统、辅助系统及其它主要系统参考成熟的有运行经验的设计方案,安全性的提升主要通过以下几个方面来实现。

1)增大压力容器、稳压器、蒸汽发生器等主设备的水装量和主系统热惯性,延长事故情况下操纵员的允许不干预时间,减少人因失误。

2)采用双层安全壳,最大限度地防止放射性物质进入环境。

3)专设四列独立的安全系统,考虑单一故障和预防性维修,确保在极端的情况下至少还有一列安全系统可用。

4)在安全系统的供电和冷源两个方面,通过多样性设计提高机组的安全性。

5)设计多项严重事故缓解措施,降低堆芯熔化概率和早期放射性大量释放的概率。

3 我国核电机组的安全状况

我国在役核电机组投运以来,始终保持良好的安全状态,是国际上安全水平最高的国家之一。近年来,我国核电企业安全管理水平不断提高,国家核安全监管体系持续加强,核能行业自律建设全面提升,为我国核电安全发展提供了有效保障。

3.1核电机组保持安全稳定运行

2017,我国37台核电机组装机容量358GWe(3581万千瓦),核电发电量2481亿千瓦时,比上一年增加16.3%,核电占全国总发电量的3.82%。与燃煤发电相比,核能发电相当于少燃烧标准煤7646万吨,减少排放二氧化碳约2亿吨、二氧化硫约65万吨、氮氧化物约57万吨,核电为中国的绿色发展做出了重要贡献。

各运行核电厂严格控制机组的运行风险,继续保持安全、稳定运行,未发生国际核事件分级(INES)一级及以上的运行事件。各运行核电厂未发生较大及以上安全生产事件、环境事件、辐射污染事件,未发生火灾爆炸事故,未发生职业病危害事故。与世界核电运营者协会(WANO)规定的性能指标对照,在全球400多台运行机组中,我国运行机组80%的指标优于中值水平,70%达到先进值,与美国核电机组水平相当,且整体安全指标逐年提升。

核电厂人员的个人剂量和集体剂量一直保持较低水平,放射性流出物排放总量低于国家监管部门批准排放年限值,环境空气吸收剂量率在当地本底辐射水平正常涨落范围之内,没有发生影响环境与公众健康的事件。

 

3.2核安全管理水平不断提高

我国核电企业坚持安全第一,质量第一方针,从技术、设备、管理等方面全面加强核安全管理,建立了风险指引型核安全管理体系,围绕重要业务聚焦风险,强化整改,重点加强了对操纵员、核安全技术顾问等关键岗位的培训考核,持续提升安全管理水平。

在核安全文化建设方面,为实现良好的安全业绩,提高安全文化水平,在政府相关部门支持下,核电企业建立了核安全文化评估体系,大力培育核安全文化,提高全员责任意识和确保核安全的自觉性。

在质量管理方面,核电厂按照核安全法规HAF003《核电厂质量保证安全规定》的要求,制定并实施核电厂各阶段的质量保证大纲,对核电厂各项质量相关工作进行规范。核电厂最高管理者对质量保证大纲的有效实施承担全面责任;所有从事与核电厂安全、质量有关的工作人员都要遵守质保大纲要求,有责任和义务报告所发现的质量问题;设立独立的质量保证部门负责质保大纲的制定和管理,并通过检查、监督和监查来验证大纲实施的有效性;质量保证部门在处理质量问题时,不受进度和经费约束,直至质量问题得到有效的处理和解决。

第三代核电的安全要求更高,三代核电的质量保证体系在二代核电基础上将进一步升级完善。针对三代核电机组非安全相关级的构筑物、系统、部件在概率安全分析中的贡献较大,同时考虑到非能动特性带来的不确定性,对重要的非安全相关部件提出了专门的质量保证要求,以确保安全万无一失。

在人才保障方面,在国家和高校支持下,企业进一步完善人才培养体系,通过加强培训资源投入、建立专家支持体系、加强国际合作、拓宽人才培养和招聘途径等措施,有效满足了核电安全管理所需的人力资源,保证了核电的安全。

3.3 国家核安全监管体系持续加强

我国从核工业发展初期开始,就对核与辐射安全予以特别的重视。198410月,为适应核电的发展,国务院专门成立国家核安全局,对我国核电厂和民用核设施的核与辐射安全实施统一监管。三十多年来,国家核安全监管体系持续加强,核安全法规体系和技术装备手段不断完善,核安全监管水平不断提高。

目前,民用核能领域的安全监管业务由环境保护部内设的三个司负责,其中,一司负责研究堆和核设施的安全监管,二司负责核电的安全监管,三司负责辐射源的安全监管。另外,还有600多人编制的环境保护部核与辐射安全中心提供技术支持。环境保护部在全国设立了6个地区级核与辐射安全监督站,负责向核电站及重要核设备制造厂派出安全监管人员,对核电站的建造质量、设备质量、人员资质、运行安全等进行安全检查,对核电厂设计、制造、建造、运营的所有重要节点进行现场监督。

在广泛调研世界各国核安全法律法规基础上,我国参照国际原子能机构(IAEA)的核安全导则及规定,建立了自己的核安全法规体系,并在实践的基础上不断完善。

核安全监管的主要法规是198610月国务院颁布的《民用核设施安全监督管理条例》(以下简称条例)及条例的实施细则-----《核电厂安全许可证件的申请和颁发》(1993年修订)。

《条例规定,国家颁发相应的安全许可证件包括:建造前期阶段的《核电厂环境影响报告批准书(选址阶段)》、《核电厂厂址选择审查意见书》,核电厂建造阶段的《核设施建造许可证》,核电站装料前的《核电厂首次装料批准书》,以及核电站运行阶段的《核电厂运行许可证》等。在退役阶段还有《核电厂退役批准书》。

《条例》还规定,只有持操纵员执照的人员方可担任操纵核设施控制系统的工作。国家核安全局负责颁发操纵员执照,反应堆操纵员的执照有效期为两年,每两年重新审查和换发新执照。

20036月,《中华人民共和国放射性污染防治法》颁布实施。该法规定营运单位在建造、运行和退役前需向环境保护部提交环境影响报告书,经审查批准后方可进行下一阶段工作。国家环境保护部对所有在运核电厂的辐射水平进行监督,每日向全社会公布核电厂周围环境空气吸收剂量率。

福岛核事故后,为进一步加强核安全监管,国家核安全局相继制定了《福岛核事故后核电厂改进行动通用技术要求》和《新建核电厂安全要求》等文件,对我国在运、在建核电厂提出了技术改进要求,对新建核电厂设计提出了更高的安全标准。

201791日,人大十二届常务委员会第二十九次会议通过了《中华人民共和国核安全法》,自201811日起施行,进一步加强了核安全监管工作的法律地位,为核电安全提供了法律保障。

总体上看,我国核安全监管体系与国际接轨,采用了国际最高的安全标准,安全监管的水平位居世界前列,得到国际同行的一致肯定。

3.4 核能行业自律能力全面提升

在政府主管部门指导下,中国核能行业协会于2008年成立了核电厂运行评估与经验交流委员会,围绕核电安全问题开展同行评估和经验交流,为促进核电厂运行业绩提升、提升核电工程建设管理水平发挥了重要作用。

核电厂同行评估及经验交流委员会按照平等自愿、合作开放、规范有序、共享经验、持续改进的方针,坚持行业自律属性,突出同行评价特色,关注行业共性问题,深化经验交流。成立以来,同行评估及经验交流委员会组织同行专家先后对我国大亚湾、秦山、田湾、海阳、阳江、昌江、福清、石岛湾等核电基地的运行机组及在建项目实施了各类评估活动50场,查找和发现了一批待改进的项目和问题,为核电厂运行和核电工程建设改进工作、提升能力、消除隐患、堵塞漏洞提供了有力的帮助,受到核电厂的一致好评。

同行评估及经验交流委员会还定期召开全国性核电厂经验交流研讨会,建立了中国核电营运信息网(CINNO),编制了《运行核电厂生产季报》《中国核电厂关键业绩指标报告》《中国运行核电厂事件经验反馈报告》和《中国核电运行与建设年度报告》等各类经验反馈报告,受到社会的关注和好评

目前委员会已经建立了应急柴油发电机大型变压器在役检查与无损检验核风险管理防人因失误质量管理老化与设备可靠性等19个专题工作组,组织行业内专家和第一线工作人员共同研究核电厂运行及建设领域的共性问题,编制专题领域标准规范,加强行业自律。


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