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关于核电堆型、机型、技术路线的讨论

作者 温鸿钧


        国家能源局1月24日公布《能源工作指导意见》,提出要安全高效发展核电。《意见》明确了今年核电发展思路,提出了一些重要意见,释放了诸多信息,有针对性的提出了我国核电发展面临的问题和如何解决的意见。要加强在运核电站安全管理,确保核电站安全运行。加快完成设计固化、主设备定型,推动AP1000自主化依托工程建设。适时启动重点项目审批,稳步推进沿海地区核电建设,做好内陆地区核电厂址的保护。加快推进国内自主三代的研发和工程验证,重点做好重大科技专项示范工程建设,加快融合技术的论证,避免多种堆型重复建设。制订核燃料技术总体战略规划,保障核电安全高效可持续发展。这些意见,无疑会对我国今后核电的发展产生重大影响。另外,最近媒体还出现了关于我国核能发展和核电“走出去”的一些评论,涉及对核电发展的堆型、机型和技术路线的看法。笔者为贯彻执行好能源局的《意见》,对有关问题作解读、讨论,供有关方面参考。


一、核电的堆型、机型、技术路线
        《意见》中提出要加快融合技术论证,避免多种堆型重复建设。讨论这个问题,首先要澄清堆型、机型等的概念。
        1、堆型。目前国际上有那些堆型?按国际原子能机构的分类统计,在美国大量的是压水堆PWR和沸水堆BWR。极亇别的有快堆FBR、气冷堆GCR、加压重水堆PHWR,都已永久关闭。在上世纪50-60年代早期开发时,曾提出过很多堆型,在实践过程中都已淘汰。在核电产业化发展中出现的西屋电气的压水堆、燃烧工程公司CE的压水堆、B&W公司的压水堆,及其它们各代改进,都是属于压水堆堆型范围内的不同机型。通用电气GE的各代沸水堆,都是属沸水堆堆型范围内的不同机型。2008-2010年美国一些电力公司向美国核管会NRC申请建造许可证的有18亇项目共31台机组,有西屋电气的AP1000、法国Areva的US-EPR、日本三菱的US-APWR、GE-H的ESBW和ABWR、日本东芝的ABWR,五种机型分属压水堆和沸水堆两种堆型。原苏联的核电站,有压水堆和石墨水冷堆LWGR两种堆型,LWGR因发生切尔诺贝利事故后,已停止建设。法国早期的气冷堆GCR都已停机退役,后大量建设的3环路、4环路的各种机型,M310、N4以及达到3代要求的EPR和Atmea1等都是压水堆。加拿大发展的堆型是天然铀加压重水堆PHWR。
        堆型是按核电站核反应堆的慢化剂、冷却剂、核燃料、结构型式的不同,划分为不同的堆型。不同堆型核电站产业化发展,对工业体系,基础结构的要求,会有很大差别。例如,采用低浓铀燃料的核电站,就要求有铀浓缩工厂等许多环节组成的核燃料循环工业体系相配套,天然铀作燃料的核电站,则可大为简化,不需要铀浓缩工厂。但加拿大的天然铀加压重水堆,则需要建设以重水生产为核心的工业体系。不同堆型,其核燃料工业体系、核设备材料制造工业体系、核科学研究体系都会有很大的差别,因此,核电产业化发展,堆型不能多了,不能建设多亇体系,大量消耗财力物力。一般都是1亇,最多2亇,这样可集中全国资源,高效的发展。
        2、机型。在同一堆型范围内,核电站供应商,为满足不同要求,按不同设计理念,设计出不同的机型。属同一堆型的不同机型,对核电工业体系和基础条件基本一致,增加机型不会增加很多投入,而可得到很多好处。手中多掌握几亇机型,有利于适应市场不同用户的要求,在市场竞争中也可灵活出牌,提高竞争力。按市场经济规律,核电站供应商,可像其他生产商一样,为适应客户多种需求提供多种产品那样,提供多种机型,让客户自由选择。所以堆型不能多,但机型应在力能所及条件下,多一点好,多比少好。例如俄罗斯就建立了同属压水堆的AES机型系列,包括91型、92型、2006型、2010型等。法国在阿联酋投标失败后,萨科齐总统要求,法国不能只有1亇EPR,要有亇机型包,包含EPR、Atmea1、SWR等。日本手中也有多亇机型,有135万千瓦ABWR,160万千瓦ABWR、APWR、Atmea1以及AP1000等。
        3、技术路线。发展核电,要确定核电发展的技术方向和获得技术的道路,这就是核电的技术路线。核电发展先行国,都是自主研发,在发展过程中自然形成,某种堆型成为技术发展的方向,如美国的压水堆和沸水堆,俄罗斯的压水堆和石墨水泠堆,英国、法国的气冷堆、加拿大的重水堆等。后起国家一般都走引进技术消化吸收和自主改进发展的道路。德国、日本引进美国压水堆和沸水堆两种堆型,法国引进美国压水堆。在自主硏发和引进基础上,改进发展形成不同的有各自特色的机型,随着技术进步和单机容量规模扩大,形成不同的型号。国际上所说的技术路线,指的都是堆型,不是机型,一般对在同一堆型内,包容多亇不同机型。少堆型,多机型,是普遍情况。
        国外核电发展的实践证明,允许多种机型发展,并不会必然引起企业之间的内斗。如俄罗斯的AES-91和AES-92是分别由在莫斯科的和在圣彼得堡的两个设计院分别设计的,没有听说他们的内斗。他们在领导机构Rosatom统一领导下,领导机构主动带领他们共同开发市场,取得很多成果,在内部一碗水端平。日本建立了企业联盟(9亇电力公司3亇核电站供应商),统一对外,内部统一和谐协调发展。


二、我国核电的堆型、机型和技术路线 
        1、我国核电的堆型
        我国建成运行的21台机组,除2台重水堆机组、1台快堆外,全部是压水堆。在建的28台机组,除1台高温气冷堆外,其余都是压水堆。另出口巴基斯坦,建成2台,在建2台,都是压水堆。
        2、我国核电的机型
        运行的18台压水堆机组有1台30万千瓦的CNP300,4台60万千瓦的CNP600, 2台重水堆是加拿大的CANDU-6,2台俄罗斯的AES-91,其余为法国M310或我国二代改进的CP1000或CPR1000。共有7亇机型。在建的27台压水堆机组,有2台是CNP600,4台是AP1000,2台俄罗斯的AES-91,2台法国的EPR,其余为CP1000或CPR1000。
        另出口巴基斯,建成2台,在建2台,均为CNP300。
        3、我国早期的发展压水堆技术路钱
上世纪80年代初,为核电起步做好技术政策准备,按国务院总理指示,由原国家计委、国家科委联合召开了由所有相关政府机构、企事业单位、大专院校方方面面专家代表参加的核电技术政策论证会,充分发扬民主,在世界核电堆型中,选定压水堆作我国核电发展的堆型。后经国务院批准颁布实施,这就是我国首次确定的核电发展的技术路线。在当时世界上存在的多种核电堆型中(压水堆、沸水堆、重水堆、石墨水冷堆、气冷堆等)选定发展压水堆,而对同属压水堆的多种核电机型(美国西屋的、燃烧工程的、B&W的,俄罗斯的、法国的、德国的),未作选择规定,允许各种机型共存发展。
        为什么对机型不作规定呢?当时会议大家倾向的是法国的压水堆,但专家代表认为,技术还会发展,有不确定性,人们的认识有局限性,规定不宜太细,要留有余地,技术路线定到堆型为宜。还认为在一种堆型下,多种机型发展,可能会增加投入,但只要在同一堆型范围内,属相同的核工业体系,增加不会太多,而多种机型有可灵活适应于不同客户的不同需求的好处。从现在来看,要参与国际市场竞争,在手里掌握多亇机型,还有有利于让用户选择,竞争中也可灵活出牌的好处。其实当时,大家想的也就是自主研究建造秦山30万千瓦机组和广东大亚湾进口法国90万千瓦机组。
        后来,在压水堆技术路线指引下,我国核电建成自主研发、自主设计、自主建造、自主运营的30万千瓦的我国第1台核电机组;建成了从法国进口的第1坐M310机组的大型商用核电厂;又在消化吸收法国M310机组核心技术基础上,改进设计建成了CNP600和岭澳百万千瓦机组,掌握了M310机组的核心技术,中核和广核两大核电企业分别建成了一批二代改进型CP1000和CPR1000两亇二代改进机型,具备了批量规模推广建设60万、百万千瓦机组的能力,以后又继续研发了满足三代要求的ACP1000和ACPR1000两亇自主三代机型。
实践证明,1983年制定技术路线,一亇堆型、容纳多种机型的技术路线是符合我国国情和国内外核电发展形势的正确政策。
        4、2006年的AP1000技术路线
        2006年在引进三代核电技术的技术路线招标中,选定引进AP1000技术之后,修改了技术路线,由压水堆路钱变成了AP1000路线,把允许支持范围,由压水堆堆型压缩为压水堆型内的一种机型AP1000。把属压水堆具备自主建设能力的机型,二代改进和自主三代ACP1000和ACPR1000等都排除出允许支持的范围。其实,当时要引进AP1000技术,AP1000也属压水堆,与当时的压水堆技术路线是相容的,可以不作修改。


三、问题讨论
        1、关于AP1000的工作
        《意见》要求,“加快完成设计固化、主设备定型,推动AP1000自主化依托工程建设”。对AP1000的工作指出了,设计固化、设备定型、工程建设三亇重点是非常正确的。在工程建设、示范验证工作完成后推广建设,首先要有一套标准设计,实现设计的标准化。我们建造4台机组,其设计与西屋公司的设计15版不同,也与19版不同,由我们设计院做了大量的深化、完善、补充,施工中又有大量设计变更,设计固化尚需做一些方案选择论证和必要的试验验证。原设计是按美国条件设计的,还需按中国条件作中国化的修改。还需对设计做出性能、水平等的总体评价,通过权威机构评定,实现品牌化。一些重大关键设备必须定型,试验考验不充分的还需继续完成。工程建设进入到安装调试阶段,是各种问题集中暴露的暴发期,是确保工程安全建成的关键期。从事AP1000工作的领导和工作人员,都要聚精会神的抓好工程的建设,千万不要分心轻敌,要有如履薄冰的心态抓好质量、安全管理,确保工程安全建成。
        不要急于启动AP1000新项目建设,可以做些准备。建设工程不要“加快”,加快、赶进度,分散注意力会影响工程建设质量安全。启动新项目,最早也应在工程建设完成,经过首次換料,屏蔽泵经过1万小时连续运行考验之后。
        2、关于“三条技术路线,相互竞争”问题
        现在媒体上常出现,我国“三条技术路线,相互竞争”。笔者认为,我国不存在“三条技术路线”,先后只存在两条技术路线。上世纪80年代的“发展压水堆核电”的技术路线和在2006年改成的“AP1000技术路线”。三条技术路线的说法不妥,根本不存在三条技术路线的问题。
        媒体上所说的3条技术路线,理解为指中核集团提出的ACP1000、中广核集团提出的ACPR1000,国核技推出的AP1000,把三种机型说成为是3条技术路线。3种机型不等于3条技术路线。其实3种机型都属压水堆堆型,符合早先的压水堆路线。在市场经济体制下,3个企业各自推出自己的机型产品,在市场上相互竞争,是无可指责的。问题在于2006年制订“AP1000技术路线”后,两种非AP1000机型似乎就违背技术路线了。政府机构在管理上就可能会因技术路线的原因,在对待AP和非AP两类机型的不同态度上,引起国内有关企业、单位之间的不和谐。
        媒体上有人把中核、广核两企业之间的矛盾说成是“窝里斗”,“两败俱伤”。其实在“AP1000技术路线”背景下,中核、广核面临涉及自身生存发展的问题,在一些事情上,持有不同观点,发生矛盾冲突,完全可以理解。并未发生相互拆台的恶性竞争事件,也未在项目竞标中成为对手,“窝里斗、两败俱伤”的说法,言过其实。主要是缺少国家层面的协调,形成合力,而是各自单打独斗,并未成为参与国际竞争的重大障碍。开始起步不久,受能力、经验所限,双方都取得一些成果,也都有一些失利,是正常的。
        3、关于“多种堆型重复建设”问题
        如前所述,我国已建成运行21台机组,除2台重水堆机组、1台快堆外,全部是压水堆。在建的28台机组,除1台高温气冷堆外,其余也都是压水堆。建成的非压水堆,只有2台进口加拿大的重水堆,是为了同位素生产等其他目的,且没有引进技术,不推广建设。另外已建成的1台快中子堆和1台在建的高温气冷堆,是为了发展第4代核电的技术贮备。我国核电就1种堆型,压水堆。1种堆型,何来的重复建设?媒体上说“‘多种堆型’是中国核电的‘痼疾’,也是一亇不得不解决的‘麻烦’”,与事实不符。
        我国核电机型比较多,已独立自主推广建设的有4种,CNP300,CNP600,CP1000,CPR1000。进口建设的机型有加拿大CANDU6,俄罗斯的AES-91,西屋的AP1000,法国的M310、EPR等。最新研发的CAP1000和ACPR1000两种自主三代机型,加上在CAP1000和ACPR1000基础上,技术融合而成的华龙1号,这三种机型,都源自M310,对核工业体系的要求基本一致,并与已推广建设的二代改进相一致,不存在重复建设问题。
        4、“技术融合”不要限制原机型的发展
        按国家能源局要求,中核和中广核,联合把CAP1000和CAPR1000,作技术融合,开发两家共有的新机型,龙华1号,笔者认为,这样有利于中核、中广核两家,消除矛盾,加强合作,是亇好建议。但要注意的是,千万不要影响原两机型的技术发展,应坚定不移的推进工程示范验证。对技术融合中可能出现的问题要有足够的认识,两亇设计融合为1亇,其难度可能不比新设计简单,融合中会产生许多接口问题和新的技术问题,还必须做一些试验验证,有一亇时间过程。融合的结果,也可能不如设想的那样发揚优势克服缺点,甚至反不如前。因此,千万不要因机型融合,阻滞原机型的发展,以免影响国际市场竞争进展,丧失机遇。三机型应同等列入我国自主机型系列,积极推进。
        5、AP1000技术路线,已成了我国核电“走出去”的政策障碍
        中核、中广核在对外谈判中,常遇到1亇问题,你们中国发展核电的技术路线,是发展西屋电气的AP1000,不是你们来推销的ACP1000(ACPR1000),你们自己不建,还来推销干什么?这亇问题无以回答,十分难堪。实际上,这亇问题他们不问,在他们的心里都是有的,不管他们是否直接提出,在心里总是个疙瘩。这亇问题不消除,很难接受我们推销的机型。只建AP1000的技术路线,已成了我国实施核电“走出去”战略的重要政策障碍。
        6、技术路线问题如何解决。
        鉴于目前的AP1000技术路线,成了我国核电进入国际市场的政策障碍,也是国内一些核电企业不和的原因,建议停止AP1000技术路线的宣传,亮明我国两自主三代机型,和AP1000一样,都是允许支持发展的机型,消除核电走出去的政策障碍。在适当时机恢复早期建设压水堆核电的技术路线,把允许和支持的范围,由AP1000一亇机型扩大到压水堆堆型,把目前我国已成熟推广的和基本成熟尚待工程整体验证的机型,都包括在允许和支持的范围之内,形成我国自主的机型系列。既克服目前核电机组出口的政策障碍,又给核电机型创新发展拓宽空间,又有利于形成企业间的平等竞争和和谐合作。国核技和其他AP1000的积极支持者,应该有自信,AP1000应可以在没有特殊政策保护,平等竞争条件下,把其优势显现出来。压水堆一亇堆型,容纳多种机型的技术路线,符合核电发展的客观规律,一定能促进我国核电安全有序高效的发展,也为我国核电进入国际市场,为世界核电发展做更大贡献。



        参考文献:
[1]国家能源局,《2014年能源工作指导意见》
[2]王晓岚,“能源局明确今年核电发展思路”,中国能源报2014年2月10日
[3]林春挺,“核电市场中国往往逢日必败,技术路线内斗阻碍中国核电‘走出去’”,第一财经日报2014年1月3日