AP1000核電機(jī)組本土化研究進(jìn)展

歐陽(yáng)予

AP1000核電機(jī)組本土化研究進(jìn)展

歐陽(yáng)予

編者按：AP1000核電技術(shù)作為第三代核電技術(shù)代表之一，引入了安全系統(tǒng)非能動(dòng)理念，在設(shè)計(jì)中采用了非能動(dòng)的嚴(yán)重事故預(yù)防和緩解措施，大大降低了發(fā)生人因錯(cuò)誤的可能性，進(jìn)一步提高了核電廠的安全性，同時(shí)也會(huì)降低核電機(jī)組建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的成本。針對(duì)我國(guó)AP1000核電機(jī)組本土化研究進(jìn)展，本刊專訪了核電專家歐陽(yáng)予院士。

《中國(guó)核電》：核能在當(dāng)今能源和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用，請(qǐng)您介紹一下核能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展歷程。

歐陽(yáng)予：核能發(fā)電可以分為幾個(gè)階段：1954年，蘇聯(lián)建成了電功率為5 000 kW的實(shí)驗(yàn)性核電站；1957年，美國(guó)建成了電功率為9萬(wàn)kW的希平港原型核電站，從而證明了利用核能發(fā)電技術(shù)的可行性，國(guó)際上把這種實(shí)驗(yàn)性和原型核電機(jī)組稱為第一代核電機(jī)組。

20世紀(jì)60年代后期以來(lái)，一些國(guó)家陸續(xù)建成了一些電功率30萬(wàn)kW以上的壓水堆、沸水堆、重水堆等核電機(jī)組，不僅進(jìn)一步證明了核能發(fā)電技術(shù)的可行性，也證明了核電在經(jīng)濟(jì)性上能與火電、水電相競(jìng)爭(zhēng)。目前，世界上正在商業(yè)運(yùn)行的400多臺(tái)核電機(jī)組絕大部分是在這段時(shí)期建成的，這些機(jī)組被稱為第二代核電機(jī)組。我國(guó)目前已經(jīng)運(yùn)行的核電機(jī)組都屬于第二代核電機(jī)組。

1979年和1986年分別發(fā)生的三哩島和切爾諾貝利核事故，使得人們重新重視核電的安全性。科研人員針對(duì)第二代核電機(jī)組不足之處，進(jìn)一步采用經(jīng)過開發(fā)驗(yàn)證可行的新技術(shù)，以顯著改善核電機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性，滿足美國(guó)URD文件、歐洲EUR文件和國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)NUSS建議法規(guī)（修訂第二版）的要求。國(guó)際上把滿足上述要求的核電機(jī)組稱為第三代核電機(jī)組。目前，經(jīng)核安全監(jiān)管當(dāng)局批準(zhǔn)，可以進(jìn)行商用建造的第三代核電機(jī)組有AP1000、EPR、SYSTEM80+等。我國(guó)正在建設(shè)的浙江三門核電站、山東海陽(yáng)核電站就是采用了第三代AP1000核電技術(shù)。

同時(shí)，科研人員也在積極研發(fā)第四代核能系統(tǒng)。2000年1月，在美國(guó)能源部的倡議下，10個(gè)有意發(fā)展核能利用的國(guó)家派專家聯(lián)合組成了“第四代國(guó)際核能論壇”（GIF），于2001年7月共同約定合作研究開發(fā)第四代核能系統(tǒng)（GenⅣ）。第四代核能系統(tǒng)開發(fā)的目標(biāo)是要在2030年或更早一些時(shí)間創(chuàng)新地開發(fā)出新一代核能系統(tǒng)，使其在安全性、經(jīng)濟(jì)性、可持續(xù)發(fā)展性、防核擴(kuò)散、防恐怖襲擊等方面都有顯著的先進(jìn)性和競(jìng)爭(zhēng)能力；它不僅要考慮用于發(fā)電或制氫等的核反應(yīng)堆裝置，還應(yīng)把核燃料循環(huán)也包括在內(nèi)，組成完整的核能利用系統(tǒng)。中國(guó)原子能科學(xué)研究院研發(fā)的中國(guó)試驗(yàn)快堆就屬于第四代核能系統(tǒng)。

《中國(guó)核電》：您提到了第三代核電機(jī)組比第二代更加安全，請(qǐng)具體介紹一下第三代核電機(jī)組的安全性。歐陽(yáng)予：第二代核電機(jī)組是在20世紀(jì)七八十年代根據(jù)老的安全法規(guī)設(shè)計(jì)的，沒有把嚴(yán)重事故（即堆芯熔化事故和放射性向環(huán)境大量釋放事故）作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，僅考慮有限的防范和緩解。同時(shí)，第二代核電廠的安全殼也沒有考慮對(duì)嚴(yán)重事故的負(fù)載。

第三代核電技術(shù)吸取了第二代的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和成熟技術(shù)，充分使用幾十年來(lái)的科技進(jìn)步成果，按照URD、EUR或NUSS的新安全法規(guī)設(shè)計(jì)，為提高安全性，必須要有預(yù)防和緩解嚴(yán)重事故的設(shè)施，并考慮安全殼對(duì)嚴(yán)重事故的負(fù)載。

它首先是著重于設(shè)置預(yù)防和緩解嚴(yán)重事故的措施，將出現(xiàn)堆芯熔化和安全殼失效導(dǎo)致放射性大量釋放到環(huán)境的概率降到很低的水平（現(xiàn)已分別定為不大于10-5/堆?年和10-6/堆?年）?？蒲腥藛T從兩條不同的技術(shù)路線來(lái)進(jìn)行這方面的工作：一條技術(shù)路線是在第二代基礎(chǔ)上再增加和強(qiáng)化專設(shè)安全系統(tǒng)。例如安全注射、堆芯余熱排出等系統(tǒng)由二系列增加為四系列；相應(yīng)地，應(yīng)急安全電源等支持系統(tǒng)也由二系列增加為四系列；以及增設(shè)堆芯熔融物捕捉和冷卻系統(tǒng)以防止安全殼熔穿等。另一條技術(shù)路線是從根本上革新，利用自然界固有的規(guī)律來(lái)保障安全，即利用重力、慣性，流體自然對(duì)流、擴(kuò)散、蒸發(fā)、冷凝等原理，在事故應(yīng)急時(shí)帶走堆芯余熱，確保冷卻反應(yīng)堆廠房（安全殼）完好無(wú)損。這就是以AP1000為代表的第三代核電技術(shù)所采用的“非能動(dòng)”安全系統(tǒng)的技術(shù)路線。這條路線，既簡(jiǎn)化了系統(tǒng)、減少了設(shè)備和部件，又大大提高了安全性。發(fā)生事故時(shí)，人機(jī)接口簡(jiǎn)化，人因錯(cuò)誤的可能性也相應(yīng)降低。所以，從技術(shù)上講，非能動(dòng)技術(shù)路線顯然先進(jìn)一些。

《中國(guó)核電》：我國(guó)的浙江三門核電站、山東海陽(yáng)核電站采用了AP1000核電技術(shù)，請(qǐng)您談?wù)凙P1000核電技術(shù)的成熟性。

歐陽(yáng)予：AP1000核島主系統(tǒng)的主設(shè)備，即反應(yīng)堆、主泵、穩(wěn)壓器、蒸汽發(fā)生器等，主要都是在已有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的設(shè)備基礎(chǔ)上選用或改進(jìn)設(shè)計(jì)的，所以說技術(shù)上是不用擔(dān)心的。

AP1000反應(yīng)堆堆芯是西屋公司標(biāo)準(zhǔn)的“314”型，由157件長(zhǎng)度為14英尺的燃料組件所組成，這種反應(yīng)堆堆芯已有兩套在比利時(shí)（Doel 4，Tihange 3）運(yùn)行，已有20多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。雖然西屋公司AP1000的“314”型與比利時(shí)的“314”型相比略有改進(jìn)，但都屬于同一型號(hào)在分期建造中的改良，屬于翻版加改進(jìn)的性質(zhì)。

AP1000所用的△125型蒸汽發(fā)生器與已有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的△75型（已用于V.C.SUMMER核電廠）、△94型（已用于SOUTH TEXSAS核電廠）和△109型（已用于ARKANSAS核電廠）的結(jié)構(gòu)、性能和容量大體相同而略有改進(jìn)，也屬于翻版加改進(jìn)的性質(zhì)。

關(guān)鍵是AP1000所用的屏蔽電機(jī)主泵。屏蔽泵雖然在小功率的核電站上用過，在核潛艇、核航空母艦和石化工業(yè)上大量使用過，證明了它有很多優(yōu)點(diǎn)，但在大功率核電機(jī)組上還沒使用過。所以，對(duì)AP1000大型屏蔽電機(jī)泵必須經(jīng)過充分的試驗(yàn)驗(yàn)證，鑒定合格，以證明其確已滿足工程使用的要求。西屋公司及屏蔽泵供應(yīng)商EMD公司已制訂了詳細(xì)的試驗(yàn)驗(yàn)證計(jì)劃，正在組織實(shí)施，我們必須密切加以關(guān)注。

主泵供應(yīng)商EMD公司分別在2009年9月、2010年2月做了2次中間試驗(yàn)，主泵軸承還存在一些問題。西屋公司、EMD公司正在分析、查找原因，EMD公司也在積極地進(jìn)行中間試驗(yàn)。

至于專設(shè)的核安全保障系統(tǒng)和設(shè)施，在電站運(yùn)行時(shí)一般只是“站崗放哨”的“保衛(wèi)部門”，正常發(fā)電時(shí)一般是不動(dòng)作的，只是在事故應(yīng)急時(shí)才動(dòng)作（這種情況最好不發(fā)生）。所以，衡量它們的成熟性主要不是看它陪著核電站主系統(tǒng)運(yùn)行了多長(zhǎng)時(shí)間，而是要看是否已經(jīng)過充分的論證和試驗(yàn)驗(yàn)證，鑒定合格，并經(jīng)政府主管部門和核安全當(dāng)局批準(zhǔn)。

AP1000設(shè)計(jì)控制文件（DCD）已于2004年9月經(jīng)美國(guó)核管理委員會(huì)批準(zhǔn)，已給西屋公司頒發(fā)了最終設(shè)計(jì)批準(zhǔn)書（FDA），2005年12月又頒發(fā)了設(shè)計(jì)證書，肯定了它的成熟性。

《中國(guó)核電》：請(qǐng)您談?wù)勎覈?guó)在AP1000核電技術(shù)項(xiàng)目上的歷程。

歐陽(yáng)予：對(duì)于我國(guó)來(lái)說，應(yīng)該通過自主開發(fā)與引進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，達(dá)到能自主設(shè)計(jì)和建造第三代百萬(wàn)千瓦級(jí)大型先進(jìn)壓水堆核電機(jī)組的目標(biāo)，形成先進(jìn)的、標(biāo)準(zhǔn)化的、能批量建造的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，優(yōu)質(zhì)、高速、安全地發(fā)展核電。在此基礎(chǔ)上還應(yīng)不斷改進(jìn)、創(chuàng)新，開發(fā)出具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中國(guó)品牌的先進(jìn)核電機(jī)組。

為此，國(guó)務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)決定，以浙江三門和山東海陽(yáng)兩個(gè)核電項(xiàng)目作為第三代核電自主化依托工程，引進(jìn)技術(shù)，建設(shè)4套第三代壓水堆核電機(jī)組。通過這4套機(jī)組建設(shè)和消化吸收引進(jìn)技術(shù)，使我國(guó)不僅具有獨(dú)立自主設(shè)計(jì)建造和系列發(fā)展第三代百萬(wàn)千瓦級(jí)核電機(jī)組的能力，而且具有繼續(xù)改進(jìn)、提高、創(chuàng)新、發(fā)展的后勁，能針對(duì)其不足之處和發(fā)展空間自主進(jìn)行研究開發(fā)，力爭(zhēng)在一定時(shí)期內(nèi)設(shè)計(jì)出具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第三代大型先進(jìn)核電機(jī)組，并著手建造示范機(jī)組，然后逐步推廣。

2003年9月，啟動(dòng)了三代自主化依托項(xiàng)目國(guó)際招標(biāo)，主要在AP1000和EPR二者之間選擇。2006年12月16日，中美兩國(guó)政府簽署《關(guān)于在中國(guó)合作建設(shè)先進(jìn)壓水堆項(xiàng)目及相關(guān)技術(shù)轉(zhuǎn)讓的諒解備忘錄》。2007年3月1日，國(guó)家核電技術(shù)公司會(huì)同浙江三門、山東海陽(yáng)項(xiàng)目業(yè)主與美國(guó)西屋聯(lián)合體簽署了《核島采購(gòu)框架合同》和《技術(shù)轉(zhuǎn)讓框架合同》。2007年7月24日，我國(guó)第三代核電自主化依托項(xiàng)目簽字儀式在人民大會(huì)堂舉行。國(guó)家核電技術(shù)公司、三門核電公司、山東核電公司與美國(guó)西屋聯(lián)合體及其分包商分別簽定了依托項(xiàng)目4臺(tái)機(jī)組的核島采購(gòu)合同和技術(shù)轉(zhuǎn)讓合同。按照合同規(guī)定，中方將與美方合作設(shè)計(jì)、建造4臺(tái)AP1000機(jī)組，并從美方采購(gòu)部分設(shè)備。美方轉(zhuǎn)讓AP1000設(shè)計(jì)技術(shù)、設(shè)備制造技術(shù)、建造技術(shù)及機(jī)組成套等技術(shù)。合同規(guī)定，在合作設(shè)計(jì)、建設(shè)依托項(xiàng)目和中方消化吸收轉(zhuǎn)讓技術(shù)的同時(shí)，中方將自主地、系統(tǒng)地開展“AP1000驗(yàn)證設(shè)計(jì)”，美方有責(zé)任對(duì)“驗(yàn)證設(shè)計(jì)”進(jìn)行復(fù)核，以確認(rèn)其可用于AP1000后續(xù)工程。合同還明確，我國(guó)在掌握轉(zhuǎn)讓技術(shù)的基礎(chǔ)上自主創(chuàng)新，設(shè)計(jì)建成額定電功率不小于135萬(wàn)kW的非能動(dòng)核電機(jī)組，即擁有我國(guó)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并可出口國(guó)外。

《中國(guó)核電》：請(qǐng)您談?wù)勎覈?guó)目前在AP1000核電技術(shù)上取得了哪些成果。

歐陽(yáng)予：經(jīng)過幾年的努力，我國(guó)已在世界上率先掌握了模塊預(yù)制、拼裝組焊、整體吊裝的工藝和技術(shù)，掌握了鋼制安全殼CV底封頭、筒體的鋼材研制、弧形鋼板壓制、拼裝焊接、焊材本土化生產(chǎn)和整體運(yùn)輸?shù)跹b的工藝和技術(shù)，掌握了AP1000核島筏基大體積混凝土一次性整體澆注的工藝和技術(shù)。

經(jīng)過浙江三門核電站1號(hào)機(jī)組的工程實(shí)踐，及時(shí)總結(jié)、反饋經(jīng)驗(yàn)，使其他機(jī)組相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的工期進(jìn)一步縮短，質(zhì)量進(jìn)一步提高，專業(yè)化管理的優(yōu)勢(shì)得到體現(xiàn)，為依托項(xiàng)目后續(xù)節(jié)點(diǎn)和AP1000后續(xù)項(xiàng)目建設(shè)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

目前，國(guó)內(nèi)企業(yè)在主管道、壓力容器、蒸汽發(fā)生器鍛件本土化、CV鋼板研制和底封頭、1號(hào)環(huán)的制造、安注箱、堆芯補(bǔ)水箱、余熱排出熱交換器研制等方面都取得了成功。

在技術(shù)轉(zhuǎn)讓方面，國(guó)家核電技術(shù)公司作為三代核電技術(shù)引進(jìn)消化吸收和再創(chuàng)新的主要載體和研發(fā)平臺(tái)，正在穩(wěn)步推進(jìn)AP1000的技術(shù)轉(zhuǎn)讓和消化吸收工作。據(jù)了解，目前技術(shù)轉(zhuǎn)讓進(jìn)展比較順利，第三方軟件引進(jìn)取得突破，TP3（初步安全分析報(bào)告）的所有文件已完全交付，已報(bào)送國(guó)家核安全局審查。對(duì)其余文件正在進(jìn)行檢查、整理，組織消化吸收。國(guó)家核電技術(shù)公司正在與有關(guān)部門和單位溝通，制定AP1000技術(shù)在國(guó)內(nèi)的分許可辦法。

目前，適應(yīng)于浙江三門、山東海陽(yáng)兩廠址的AP1000工程設(shè)計(jì)，由美方負(fù)責(zé)，正在美國(guó)匹茨堡進(jìn)行，我方派人參加。另有部分BOP等子項(xiàng)分包給我國(guó)設(shè)計(jì)。但是，單靠參加這些設(shè)計(jì)工作，我們并不能達(dá)到真正能獨(dú)立自主設(shè)計(jì)AP1000后續(xù)項(xiàng)目的目的。

因此，要結(jié)合消化吸收引進(jìn)技術(shù)，開展驗(yàn)證設(shè)計(jì)，從反應(yīng)堆物理、熱工、水力、堆芯及核燃料性能、結(jié)構(gòu)力學(xué)到主回路系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、安全分析等根本性能做起，做一整套完整的設(shè)計(jì)，在其中實(shí)際使用和驗(yàn)證引進(jìn)的技術(shù)，必要時(shí)還得做驗(yàn)證試驗(yàn)，做到“不僅知其然，而且知其所以然”，這樣才能早日設(shè)計(jì)制造出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第三代核電機(jī)組。

Independent Research Progress of AP1000 Nuclear Power Plant

OUYANG Yu