辉煌40年 | 前进中的中国核电

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2018-10-09 08:14来源:中国电力企业管理作者:赵成昆

新中国成立以来,在党中央和国务院的亲切关怀和坚强领导下,我国的核能事业在军工领域和核能和平利用领域都得到了长足的发展,建立了较为完整的核工业体系,为国家安全提供了重要保障,为国民经济发展注入了新的动力。特别是进入新世纪,鉴于核能在增加能源供给、保障能源安全、保护生态环境等方面的明显优势,我国制定了核能发展规划,坚持安全高效的原则,积极推进核能发展,取得举世瞩目的成绩。改革开放已经40年,上世纪80年代,中国核电先后经历起步阶段、小批量建设阶段和规模化发展阶段。截至目前,共投入商运的有38台机组,在建18台,总装机5753万千瓦。可以说,中国核电的发展历程与不断扩大、不断深入的改革开放息息相关,没有改革开放,我国核电发展就不可能取得今天的巨大成就。

 

艰辛的发展历程 举世瞩目的成就

 

起步阶段

 

世界民用核电起步于上世纪60年代。1954年,前苏联奥布宁斯克核电站并网发电,开启了人类和平利用核能的时代。在上世纪60年代末和70年代,世界上一些发达国家因石油危机而引发对化石燃料供应的担忧。于是美、苏、英、法、德、日等国家大力发展核电,以支持本国快速增长的电力需求。

 

这一阶段我国正处于文化大革命之中,国民经济发展受到很大冲击。尽管如此,周恩来总理高瞻远瞩,指出“科学技术新发展中的最高峰是原子能的利用。原子能给人类提供了无比强大的新的动力源泉,给各个部门开辟了革新的远大前途”。“从长远来看,华东地区缺煤少油,要解决华东地区用电问题,要搞核电。”为落实周总理的指示,上海抽调国内技术人才,组建上海核工程研究设计院(728院),并经过10余年的技术准备和方方面面的认识统一,确立秦山一期30万千瓦压水堆(也称728工程)的项目目标。项目于1985年3月20日开工建设,1991年12月15日首次并网,1994年4月1日投入商运。在缺乏外部技术支持的条件下,工程遇到了不少困难,特别是如控制棒驱动机构等一批关键核电设备的首次研制。通过协同攻关,这些困难都得到了解决。秦山一期工程的成功建设,其意义是重大的,它不仅是我国依靠自己的力量开拓了中国核电的先河,而且为未来的中国核电发展提供了宝贵经验。

 

在上世纪70年代末,邓小平同志为加快中国核电发展步伐,提出从西方引进核电站,为中国核电站的“高起点起步”指明了方向。从法国引进的2台M310核电机组相继于1993年和1994年在大亚湾建成投产。大亚湾核电站完成了“高起点起步”建设我国首座大型商用核电站的历史重任,不仅为广东和香港提供了经济发展急需的电力,还通过工程实践,学习了大型核电站的建设和工程管理经验,以及通过技术转让,掌握了部分核电设备的制造技术,为以后的中国核电发展打下了良好基础。

 

在起步阶段,中国政府为了确保核设施的安全,1984年成立国家核安全局,对中国民用核设施进行独立监督管理,在消化吸收国际原子能机构(IAEA)安全法规的基础上,逐步建立中国的核安全法规体系。与此同时,积极开展与法国、美国核安全监管局合作,建立与国际接轨的核安全监管模式。在此期间,对秦山一期工程完成了追溯性安全审评。

 

小规模建设阶段

 

1994年秦山一期、大亚湾核电站相继进入商运,但在整个“八五”期间,国家没有批准新的核电开工项目。直到上世纪90年代中期开始,中国进入核电小规模发展阶段。在此期间,共开工建设8台机组,分别是浙江秦山二期、秦山三期(CANDU)、广东岭澳一期和江苏田湾核电站(VVER)。上述8台机组,4种堆型共建,多种技术、多种标准共存。当时业界有人打趣说,“压水堆、重水堆、沸水堆,堆堆有特点;美国人、法国人、俄国人,人人有高招”。从当时国情来说,形成这个局面是可以理解的。虽然我国建成了秦山一期和大亚湾核电站,但总的来讲还是缺乏大型核电站的设计技术,大型核电设备制造能力也不足。还有一个十分重要的原因就是核电建设资金缺乏。1985年国家计划在江苏江阴建造核电厂,并组织与德国开展谈判。笔者有幸受邀当了2个月的技术翻译,大家热情很高,但最终谈判戛然而止,原因是多方面的,其中一个重要原因就是资金问题,德国核电技术是好,但价格也高。只可惜江阴这个厂址没有得到很好的保护,后来欲用不能。

 

虽然当时面临很多困难,但国家发展核电的方针没有变。1986年1月,国务院决定在秦山建设2台60万千瓦压水堆机组,并明确“以我为主、中外合作”的建设方针。1989年8月,国务院核电领导小组基于当时所处的国内外环境,以及我国的实际能力,决定工程建设以大亚湾核电站为参考,开展自主设计,同时争取国外合作。秦山二期工程是在十分艰难的条件下起步,从1987年立项到1996年开工,历时10年。这期间反复论证、咨询,并经历了建设60万千瓦机组还是建设90万千瓦机组的争论。从国家核电长远发展出发,当时国家十分强调自主化和设备国产化。有一种说法是,考虑到当时国内只具备制造60万千瓦汽轮机的能力,最终决定建设60万千瓦核电机组。这样将参考电站90万千瓦、三回路改成60万千瓦二回路,导致参考电站的参考作用大打折扣,使整个电站设计增加了难度。特别是核电站的核心部分反应堆和反应堆冷却剂系统,从系统到设备全部重新设计,这在当时来讲困难是不小的。同时,由于上世纪90年代初期国内筹资困难而不得不引入国际信贷来购买部分设备,导致多国采购、标准转换、设备接口复杂,给工程带来额外困难。其间在参考电站选择问题上还考虑过日本北海道的泊1号,它是采用西屋技术的60万千瓦级压水堆。

 

当时承担反应堆和一回路系统和设备设计的中国核动力院,在国家有关政府部门和业主公司的大力支持下,各方筹划资金建造了反应堆物理、热工水力、化学、大型震动台、控制棒驱动线等一批大型试验台架,完成了设计和工程验证的全部试验,确保了工程质量。这批台架还在后来的二代改进、“华龙一号”的建造中发挥了重要作用。2002年秦山二期建成投产,历时6年,其间经历了大大小小无数困难,特别是来自于设备方面的困难,最终顺利建成投产,造价低、运行业绩良好。通过采用与国外厂家联合设计、设计咨询等形式,把国外先进的设计有效地转化成自己的技术,在蒸汽发生器、堆内构件、汽轮机组、发电机组和主变压器等56项定点设备中,有47项可基本实现国产化,为今后核电发展打下了良好的基础。

 

岭澳一期工程的2台百万千瓦机组是以建成的大亚湾核电站为参考电站,工程以中方为主、外方咨询,结合法国核电站10年大修计划及大亚湾核电站运行经验反馈,通过37项重大技术改进,进一步提高了机组的安全水平和经济性,总体性能达到20世纪90年代国际上在运核电机组的领先水平。秦山三期采用的是从加拿大引进的2台重水堆机组。当时核电业界有部分人不甚理解,认为这与我国走压水堆技术路线不符。一次笔者与一位领导谈起此事时,他无不感慨地说,“我们是负责核电发展的,但那时我们既缺乏技术又缺乏资金,当时美国又禁止核电向中国出口。加拿大愿意同中国合作,等于我们在美国后院放了一把火,烧它一下,有何不可?”世界上有许多国家都有两种,甚至三种堆型(如韩国既有压水堆又有重水堆),形成互补。况且重水堆有一个很大的特点,可烧低浓铀、连续换料,系统相对简要、建造周期短。适当建几台重水堆,不会影响走压水堆的技术路线。两台重水堆机组一直运行良好,前几年还通过自主创新技术,用它来生产Co60,满足国内工业应用需求。

 

田湾核电站2台俄罗斯VVER AES—91型百万千瓦级压水堆机组是中俄两国在能源领域合作的最大项目。该机组设计先进,采用全数字化控制保护系统,具有完善的严重事故预防和缓解措施,总体指标基本符合三代标准。虽然建造过程中发生了一系列设备质量问题,但在中俄双方的共同努力下,都一一得到解决,运行良好、经济效益好。田湾一期及其后的VVER型核电项目主要是扩充容量,而非作为技术路线来发展。

 

规模化、批量化发展阶段

 

自2006年开始,我国核电进入了规模化、批量化的发展阶段。在“九五”(1996~2000)期间,国家对核电发展的提法一直是“适度发展核电”。何为适度?业界有不同的理解,但总体趋向保守。事实也说明,在“十五”(2001~2005)期间,除“九五”开工的8台机组继续在建以外,国家只批准岭澳二期的一台机组开工建造。但在2002年后,中央领导对核电的提法发生了明显的变化,先后出现“加快核电发展”、“积极推进核电发展”、“大力发展核电”等。2003年国务院领导多次召开专门会议,研究核电发展问题,将核电发展纳入整个电力发展规划之中。这种形势的变化反映了当时国家对电力增长的迫切需求,以及国家核电建设能力的整体提升。

 

这期间发生了一些涉及核电发展的重要事件。

 

其一,2004年国家发改委发文成立15人核电专家组。之后不久,时任国务院副总理曾培炎在国务院召开专家组会议,专门研究秦山二期扩建和岭澳核电站扩建问题。这是加快核电发展的重要信号。

 

其二,三代核电技术招标。为了加快核电高水平发展,我国决定采用三代核电技术,并通过国际招标,选择一种先进技术和合作对象。为此,国务院专门成立招标工作组(国家核电技术公司筹备组),在国务院核电领导小组的直接领导下,具体负责招投标的领导和组织工作。小组由6人组成,组长为陈兆博副部长,还有4位副组长和一位顾问。参加投标的有西屋联队的AP1000、法国的EPR,以及俄罗斯的VVER2006,均属三代核电技术。在提交投标书之前,西屋联队的Bechted退出,Shaw来填补。从2005年开始,经过2年的评标谈判,最后确定西屋联队AP1000中标,同时决定以企业行为向法方购买2台EPR。至此,三代核电国际招标落下大幕。其后成立国家核电技术公司,上海核工程研究设计院负责AP1000技术的消化、吸收、再创新。从2007年开始经过2年多的项目谈判和前期准备,4台AP1000花落两家,三门和海阳核电厂各得2台,2009年正式开始首台机组建设。同年,中广核台山核电厂的2台EPR也相继开工建设。

 

其三,国家确立大型先进压水堆及高温气冷堆核电站专项,并于2008年开始实施。大型压水堆核电专项除全面掌握以非能动技术为标志的第三代核电技术以外,要求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。高温气冷堆也设立了包括高性能燃料元件批量制备技术等一批攻关内容,并建成具有自主知识产权的20万千瓦级模块式高温气冷堆商业化示范电站。据相关资料显示,目前除个别项目外,攻关内容均按计划得到有效实施。CAP1400设计已获国家核安全局审查通过,具备开工条件;高温堆示范电站也可望明后年建成发电,为我国核电注入新的动力。

 

其四,2011年3月11日的日本福岛核事故。该事故不仅重创日本核电,对世界及我国核电发展都产生重大影响。国家领导人非常重视日本核事故对我国的影响,在国务院常务会议上作出四项决定,要求国家核安全局会同有关政府部门对我国核设施组织安全大检查,以高标准进行整改,暂停审批新的核电项目,制订核安全规划等。事后国家核安全局发布了福岛核事故后安全技术改进要求,要求核电企业分期分批整改落实。虽然2012年底国家重启新的核电项目,但福岛核事故后,公众对核电的接受度有所下降,恐核和反核心理增强,核电开发的压力日益增大,重建公众核安全信心将是一项长期而艰巨的任务。福岛核事故后,我国强调“安全高效发展核电”,速度明显放缓。

 

“十一五”(2006~2010)期间国家批准了29个核电机组开工,我国核电建设进入黄金时期。其中除AP1000和EPR共6台以外,其余20多台均为二代改进型机组,均已建成投产,安全性好、造价低(12000元/千瓦)、设备国产化率80%以上。试想,如没有这一批核电机组建成投产,我国现在的核电将是另一番景象。

 

其五,华龙一号。2014年8月21~22日,国家能源局、国家核安全局在北京组织召开自主创新三代压水堆核电技术“华龙一号”总体技术方案专家评审会,推出了“华龙一号”技术融合方案。该方案是由中核和中广核两个近乎同源同宗的技术方案融合而成。专家评审会的《纪要》表明:“华龙一号”技术方案基于我国30余年核电科研、设计、建设和运行经验,充分借鉴国际三代核电先进理念,吸收福岛核事故经验反馈,采用国际最高安全标准,具有完善的严重事故预防和缓解措施,成熟性、安全性和经济性可满足三代核电技术要求。随后,国家于2015年将福清核电站和防城港核电站作为示范工程,各安排2台“华龙一号”,目前工程进展顺利。“华龙一号”和可望近期开工的CAP400都具有自主知识产权,在我国核电“走出去”的大战略中将承担重要角色;出口巴基斯坦卡拉奇的2台“华龙一号”也正在建设之中。

 

在这个阶段,一共有46台核电机组开工建设。其中二代改进型占30多台,三代技术核电机组有10台。我国核电不仅实现了规模化发展,而且技术上实现了由二代向三代的跨越,这应归功于前面二个发展阶段的技术和能力的积累,也与国家保护环境,调整能源结构的大政策、大环境有关,更与我国经济实力壮大有关。

 

铸就我国核电发展基础

 

我国30余年的核电发展成就不仅建成了一批技术先进、安全可靠、经济性良好的核电站,其规模列全球第三,而且形成了完整的核电发展产业链和保障能力,为我国核电安全高效发展打下了坚实基础。

 

第一,我国已形成了完整的核电产业链,涵盖了铀资源、工程设计、工程管理、设备制造、建设安装、运行维护、核燃料制造和放射性废物处理设施等。

 

第二,形成了较强的创新和设计能力,建立了一大批实验研究设施,为“华龙一号”和CAP1400等三代核电技术开发创造了条件。

 

第三,经过30多年核电建设的能力沉淀,已经形成一批技术精湛、工程建设管理先进的建安队伍。30多年,来我国不间断地开展了从30万千瓦到170万千瓦商用核电厂的建设,覆盖二代、三代压水堆及具有四代特征的高温气冷堆的建造技术和管理模式,具有同时建造30台机组的工程建造能力。

 

第四,形成了核电设备制造的综合实力。已经形成以中国一重、中国二重、上海重工为产业龙头的大型铸锻件和反应堆压力容器的生产制造基地,以上海、四川、东北为代表的三大核电装备制造基地,以及一批泵阀和核电配套设备制造厂家,数字化仪控设计和制造技术也基本具备国产化能力。整体上达到每年制造8~10套核电的能力,满足国内核电发展和“走出去”的需求。

 

第五,培养造就了一支核电科技人才队伍,相关高等院校也按照国家核电发展规划培养了一批优秀人才,为我国核电可持续发展奠定了人才基础。

 

第六,建立了适应核电发展需要的核安全监管机构,机构职责明确,独立监管,监管人员数量和业务素质能够满足监管需要。核安全监管法规基本完备并与国际接轨。2018年1月1日开始实施的《核安全法》与2003年发布的《放射性污染防治法》构成了核能领域核安全和辐射安全的顶层法律,为核电健康发展提供了法律保障。除了两部法律以外,还有7个国务院条例,一系列部门规章、标准和技术导则,构成了国家核能发展和核安全监管的法规基础。

 

难得的历史机遇

 

十九大报告提出,到2050年把我国建成富强、民主、文明、美丽的现代化强国,核电等清洁能源将迎来难得的历史机遇。根据有关方面预测,到2030年前后,我国一次能源需求将达到60亿吨标煤左右,电力装机规模接近30亿千瓦,人均电力装机水平达到2000瓦左右。按照国家生态文明建设战略布局以及大气污染防治和应对气候变化目标,考虑到后续水能、风能、太阳能等可再生能源开发的资源和环境条件,以及季节性和间歇性发电的特点,核电作为低碳、安全、稳定、经济的非化石能源可有效替代一部分煤电承担的基本电力。当前条件下,核电在我国是一种最现实、最可取的能源。有研究机构预测,2030年核电需求的装机规模为1.3~1.5亿千瓦左右。广阔的市场空间为我国核电发展提供了历史性机遇。我们应顺应形势,抓住机遇,发扬大力协同和创新精神,努力促进我国核电安全有效发展,为国民经济建设注入更强的动力。

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