核工業(yè)一體化模式對核能未來發(fā)展至關重要

馬識路

EDF Group Chief Representative in China

核工業(yè)一體化模式對核能未來發(fā)展至關重要

馬識路

EDF Group Chief Representative in China

核電運營商的責任不同于其他。作為一個發(fā)電公司，法國電力集團(EDF)肩負著給大眾輸送電力的重要使命，及時保障人們的日常需求。除提供這種公共服務外，作為一個核電運營商，EDF還肩負著確保核設施安全的重大責任。維護利益相關者的信任，尤其是公眾輿論對EDF來說是至關重要的。盡管這一觀點也適用于很多其他工業(yè)領域，如航空、汽車和建筑領域，但筆者相信這對核工業(yè)會更加重要。事實上，核安全是目前保證核工業(yè)在全球發(fā)展的關鍵。

1.運行是核安全的關鍵

如何保證核設施的安全？這個問題對核工業(yè)的未來至關重要。回顧核電發(fā)展史上的重大事故——三英里島核事故、切爾諾貝利核事故和福島核事故——顯然，在每起核事故中，運行都是事故發(fā)生的根源。福島核事故引起了全球的核工業(yè)企業(yè)、政府和公眾輿論對核電站安全裝置及其失誤的激烈討論。世界各地的核安全意識正逐步提高，設備也不斷得到升級。核反應堆制造商用更高水平的核安全設備推進了“第三代”核反應堆的設計，以此來防止類似福島核事故的事件再次發(fā)生。但是，把核安全問題僅歸結為技術問題是一種誤導。事實上，福島核事故是由工業(yè)組織的缺失和核反應堆運行過程中的失誤導致的。當然，為了緩解嚴重事故所造成的后果，核設施有必要采用最高“技術安全”水平的設備。然而，如果不能把這些技術設備的運用合理地融入安全運行理念中，那么它們能發(fā)揮的作用也是有限的。技術不能解決所有問題，尤其是不能解決各種由人為處理不當和過失導致的問題。

福島核事故的教訓告訴我們，核設施的安全取決于運營商。這個事實在過去幾十年里一直被忽視，因為核反應堆制造商一味推銷和升級他們的技術，宣稱自己新研發(fā)的技術比過去的及其競爭者的技術更安全。這場全球競爭已經導致核工業(yè)“過度技術化”。雖然它帶來了一些有意義的創(chuàng)新，但同時也傳播了一個錯誤的觀念，即技術是核安全問題的最終解決方案。過度技術化帶來了昂貴的額外費用，使檢查過程更復雜，且提高了承建公司的建造難度。技術創(chuàng)新十分重要且應得到大力支持；然而，它不能作為整個核工業(yè)發(fā)展的唯一驅動力。為了實現安全的和有競爭力的運行記錄，技術的發(fā)展必須符合實際的運行需求。因此，筆者認為核電運營商應該是技術創(chuàng)新的主要驅動力，而且應該把核工業(yè)推向非常安全的水平。

2.掌控核工業(yè)工具的三個要素

為了實現上述高安全水平和良好的運行性能，核電運營商必須掌握他們的生產工具。因此，核電運營商必須注重核工業(yè)事務的三個具體方面：生產工具的設計；對供應商和(構成生產工具的)設備的全面了解；最重要的是，在使用這些工具的過程中獲得的深入的實踐經驗。這三個方面的相互作用決定了整個核工業(yè)體系的質量和安全水平。在這種組織體系的三個要素中，實踐經驗是該體系的驅動力。許多工業(yè)企業(yè)的成功就建立在實踐經驗的反饋上。勞斯萊斯就是一個著名的案例。勞斯萊斯以制造豪華汽車而聞名，它同時也是世界上第二大飛機發(fā)動機制造商。他們生產的所有發(fā)動機都帶有傳感器，能夠在飛機飛行時傳輸數據(油量、壓力等)。因此，勞斯萊斯積累了有關發(fā)動機運行期間行為特性的深入而廣泛的知識，使他們能夠不斷修正發(fā)動機的缺陷，從而提升發(fā)動機性能。

通過完整了解核工業(yè)工具的知識來全面控制運行是每一個負責任的核工業(yè)企業(yè)的目標。法國的核電工業(yè)也不例外。EDF收集了數十年的核反應堆運行的經驗數據，這些數據如今已經成為其工業(yè)管理模式建立和運行的基礎。為了能夠運用這些大量的數據，并將其作為掌控核工業(yè)工具的一種杠桿，EDF建立了一種新穎的工業(yè)一體化模式。這種組織模式與EDF戰(zhàn)略的最初目標是一致的，包括三個組成部分：設計、供應商和運行經驗反饋。在法國建設核電站的初期，即20世紀70年代初，EDF就把一支工程師隊伍置于公司業(yè)務的核心位置，其任務是根據經驗數據建立持續(xù)的改進循環(huán)。如今，這支隊伍包括約5000名工程師，他們正在輔助20 000名運行人員的工作。這些工作人員是確保EDF從它的學習曲線中獲益的關鍵因素，他們能夠挑戰(zhàn)現有的習慣和流程，并適應和改進管理方案；所有這一切都是為了實現核工業(yè)最佳的運行水平和安全標準。

3.成為核工業(yè)總體工程師

為了使一體化模式變得持續(xù)且有效，它的應用范圍不應該被局限在核電站的運行上。掌控核工業(yè)工具需要將改進循環(huán)延伸到核電站的設計和運行設備的制造過程中。這就要求EDF作為運營商在其與供應商之間建立起強大聯系。工程師和制造商之間在設備(如閥門、泵和管道等)標準上要保持對話溝通，并且這種溝通貫穿于核電站設計和建設過程中的每一個環(huán)節(jié)。這種從運行中獲得的經驗反饋會使整個行業(yè)都受益，同時也符合整個行業(yè)實現最佳運行性能和安全記錄的共同目標。

運營商是這個工業(yè)一體化模式的核心，作為整個系統(tǒng)的引擎和驅動力，扮演著非常獨特的角色——“總體工程師”?；谶@個核心地位，EDF全面掌控了它的工業(yè)生產工具并且開發(fā)了自己的核反應堆。EDF能夠實施一種清晰的工業(yè)策略：它決定了如何拆分合同包，如何制定競爭規(guī)則，以及如何監(jiān)督本國和外國供應商的認證?？傮w工程師能把運營商的需求和制造商的能力聯系起來，并督查設備制造過程和監(jiān)控合同要求的細節(jié)?？傮w工程師和設備供應商之間的關系是工業(yè)掌控的關鍵部分。這種組織模式要求運營商對整個工業(yè)的背景情況有全面的了解。

4.通過標準化提高安全水平和運行性能

EDF的工業(yè)模式旨在提高核工業(yè)的安全性和運行性能，同時穩(wěn)步提高核工業(yè)設施的效率，從而不斷降低核電站的建造成本。這種模式與工業(yè)工具的標準化相一致。工業(yè)一體化模式和標準化互相促進，共同推動工業(yè)組織朝同一個方向發(fā)展。的確，標準化是另一個能夠提高經驗反饋價值的因素。例如，一個運營商若采用相同的工業(yè)技術和標準來發(fā)展它的工業(yè)設施，那么其改進循環(huán)的范圍也會擴大。在法國，對EDF來說，在公司運營的58個反應堆中，即使其中一個反應堆出現了一個極小的問題，我們的工程師都會對其進行分析反饋，并將該反饋信息用于升級其他反應堆的運行性能，從而避免再次發(fā)生同樣的問題。標準化能夠提高學習曲線的效率，而學習曲線的基礎是運行經驗反饋的分享，這種分享既可以在同一個運營商內部進行，也可以在世界各地不同的運營商之間進行，即使他們使用的技術不同。

標準化在法國核工業(yè)發(fā)展的初期階段是一個明智的選擇。法國核工業(yè)的發(fā)展歷程顯示了標準化的很多優(yōu)點。除通過增加經驗反饋數據量來更好地掌控工業(yè)設施外，標準化還能夠帶來非常重要的“系列化效應”。這種效應對于資本密集型的核電工業(yè)來說至關重要。通過標準化，法國核電站的建造成本和運營成本比世界上其他任何國家的都要低40 %~70 %。為了充分利用標準化的良性循環(huán)，EDF推動建立和發(fā)展了一個全面的技術參照體系：核工業(yè)的“規(guī)范和標準”。這些規(guī)范由法國的核電標準化組織機構AFCEN①法國核島設備設計、建造及在役檢查規(guī)則協(xié)會。牽頭制定，吸取了EDF豐富的知識和經驗，是非常全面的技術參考標準。第一個設計和建造規(guī)范形成于20世紀80年代，之后其范圍逐步覆蓋核工業(yè)的每一個領域：材料的化學成分、材料的制造工藝、設備投入使用前必須進行的測試和焊接等。這些嚴密且結構清晰的文件逐漸地被安全監(jiān)管機構和設備供應商嚴格執(zhí)行。現在，這些規(guī)范和標準是用來監(jiān)督工業(yè)組織正確性和設施與設備匹配性的最好的工具。它們?yōu)闃藴驶秃斯I(yè)內部改進循環(huán)的實施提供了非常堅實的基礎。

整個法國核工業(yè)就是在吸取經驗反饋的基礎上形成的。這樣的組織模式具有很好的安全和運行性能記錄。法國在近40年的核電運營史上都沒有發(fā)生核事故(即沒有發(fā)生超過國際核能事件分級表中2級以上的事故)，而且法國核電機組的使用率非常高，在冬季用電高峰時可達90 %。得益于一體化總體工程師模式，EDF可以通過對核設施進行定期的全面檢查來不斷提升其安全等級，并根據經驗反饋不斷改進。由此，我們現在可以說，即便是最老的核電站也可以達到最高的安全水平。

5.核工業(yè)受益于國際合作

筆者認為，一體化模式不僅適用于EDF和法國，而且應該被推廣到全世界的核工業(yè)領域。發(fā) 展核工業(yè)最積極的國家，即法國、俄羅斯和中國，已經采用了這種一體化模式來發(fā)展核電項目。推廣一體化總體工程師模式有益于整個核電工業(yè)的安全和運行性能。從這一點來說，我們應該加強全球合作并促進不同運營商之間的交流，從而共享經驗反饋。在某種程度上，法國和中國的核工業(yè)已經在身體力行了。早在30年前，EDF和中國廣核集團(CGN)就在中國廣東省大亞灣共同建設了中國的第一座核電站——大亞灣核電站。法國將其在核電站運行過程中積累的最好的實踐和經驗反饋帶到了中國，使中國核電工業(yè)的發(fā)展節(jié)省了10年的時間。如今，法國和中國的核反應堆標準的融合以及EDF和中國合作伙伴的長期合作，已經擴大了經驗反饋收集的范圍，實現了互利 共贏。作為進一步的合作，EDF還邀請了中國的合作伙伴，即CGN和中 國核工業(yè)集團公司(CNNC)，在開發(fā)第三國市場上進行合作。這樣的合作能夠使中國核電企業(yè)避免花費很長的時間和很高的學習成本來應對外國安全監(jiān)管機構的要求，而EDF則可以從中國核電企業(yè)強大的工業(yè)生產能力中獲益。我們在英國的EPRTM項目就是采用這樣的合作方式。筆者認為應該深入并廣泛推廣這樣的合作。EDF通過發(fā)起成立世界核電運營者協(xié)會(WANO)已經朝這個方向邁進了一步。該協(xié)會旨在共享運營經驗，從而加強所有參與國的核安全。

在全球核電站運行經驗數據分享框架形成以前，EDF就已經開始學習別人的經驗了。EDF采用與法國核電機組群內相同的改進循環(huán)模式，從核事故的歷史中汲取教訓。例如，在1979年的三英里島核事故發(fā)生后，法國的核電機組就在技術上(如氫氣復合器和砂濾器)和運行上(在非正常工況下運行反應堆的試點方案，即狀態(tài)導向應急操作規(guī)程)做了一些改進。同樣，在福島核事故后，300名EDF的工程師用了6個月的時間來研究該事故；為了提高核反應堆的安全水平，他們提出了大量的改進措施。法國目前仍然在繼續(xù)實施這個全面的升級計劃，計劃在安全設備和儀器上投入大量資金。

我們必須承認，目前主導全球核工業(yè)發(fā)展的更多的是競爭而不是合作。反應堆供應商推崇的“交鑰匙”模式更加劇了這一狀況。美國和日本都采用這樣的模式，由建造方主導整個工業(yè)項目的組織，并在設計和施工階段與安全監(jiān)管機構和分包商保持溝通。運營商除了參加調試和負責最后買單，在整個項目建設過程中的關鍵階段參與非常少。然而，在核電站的運行期間，運營商要獨立承擔安全責任。核工業(yè)和汽車工業(yè)不同：核電運營商必須能夠掌控其工業(yè)工具以防止發(fā)生任何事故，而司機則不需要為了避免撞車而對汽車的內部運作進行深入的了解。

6.核工業(yè)發(fā)展需要什么？

福島核事故發(fā)生在一個具有很高技術水平和先進科技的國家，這表明核安全的關鍵不是技術而是工業(yè)組織模式。例如，日本運營商的弱點之一就是他們與設備制造商之間缺少對運營經驗的交流。因此，由于沒有吸取之前的教訓，設備上一個同樣的問題導致發(fā)生了兩次同樣的事故。另一個不利因素是分地域管理。例如，在德國，各個州建立了不同的安全標準和規(guī)范，導致核電站的組織形式各不相同。在這種情況下，如果不能共享經驗知識將會對核安全造成威脅。核電項目的“交鑰匙”模式導致了這種情況的發(fā)生，已經造成了非常嚴重的安全后果。除此以外，以技術為導向的整個體系也使核工業(yè)發(fā)展陷入僵局。供應商之間激烈的競爭導致形成了一種不正確的觀念，即最復雜的技術就是核設施安全的保障，而且這種觀念掩蓋了運行實踐的重要性。出于商業(yè)目的，供應商不斷推銷新的機型，這就導致了工業(yè)體系的支離破碎，降低了學習曲線的效率。

從更廣泛的角度來看核工業(yè)，我們可以看到在確保核安全的過程中，還有其他起著關鍵作用的方面。運營商作為一體化總體工程師成為了核工業(yè)組織的核心，這是必要的但還不夠。為了保證核工業(yè)穩(wěn)定平衡的發(fā)展并達到一個良好的安全水平，另外兩個方面也發(fā)揮著至關重要的作用：一個是國家，它負責制定能源政策；另一個是安全監(jiān)管機構，它通過與運營商和制造商的溝通，負責檢查和鞏固安全標準。根據經驗，核工業(yè)的健康發(fā)展需要有長遠的眼光。通過建立一個長期、明確的框架，政府可以讓運營商發(fā)揮一體化總體工程師的作用。例如，這個框架包括明確的能源結構長期發(fā)展的原則，適宜的定向補貼，以及一個配套的教育計劃來支撐核工業(yè)的發(fā)展。正如上文所述，安全取決于運營商的工程能力。一名工作人員需要經過多年的培訓才能具備這樣的技能，才可以進行實際操作并且有一定的效率。而且，安全不僅是一個技能問題，也是一個文化問題。即使已經開始從事運行工作，操作員仍需要很多年的培訓才能完全實現核安全文化的實踐。另外，核能投資巨大且歷時幾十年：建設階段需要5~6年，運行階段需要40~60年，退役至少需要20年——幾乎是一個世紀的事業(yè)！然而，每個國家的電力需求變化較快，核電企業(yè)面臨巨大的財務壓力，需要短期的投資收益。從這一點來說，時間的跨度給核電企業(yè)提出了挑戰(zhàn)，可能會給核電安全帶來影響。國家應該發(fā)揮作用，幫助核工業(yè)企業(yè)來應對這一挑戰(zhàn)。

7.關于核反應堆未來發(fā)展的幾點原則

中國的核工業(yè)已經進入了高速發(fā)展的階段，為了促進核電健康發(fā)展并保持較高的核安全水平，盡早確定一體化工業(yè)模式至關重要。在法國，我們注重運營經驗的反饋，工程師們努力工作以不斷改進核工業(yè)工具，從而給未來核反應堆的發(fā)展提供指導方針。時至今日，這些指導方針意味著什么呢？我們堅持我們的原則：收集經驗反饋并將其運用到改進過程中，同時要求供應商參與核電站的設計，以便在設計中更好地將制造方面的限制因素考慮進來。這種一體化過程和核工業(yè)不同參與方之間的積極合作并不意味著沒有市場規(guī)則。例如，如果核電運營商之間有很好的合作，那么設備供應商之間的競爭就會很好地激發(fā)創(chuàng)新，從而提升整個行業(yè)的績效。筆者認為，中國的火力發(fā)電市場就很好地體現了這種合作和競爭的良性平衡。一方面，中國的發(fā)電企業(yè)基于相似的技術建設出了幾乎相同的發(fā)電設施；另一方面，制造商之間的激烈競爭使中國設備制造商具有很強的競爭力，在全球贏得了很多合同。

當談到核工業(yè)的未來時，我們必須考慮到客戶的需求，還要考慮到和其他能源的競爭。從這一點來說，每個核電從業(yè)者都必須找到最好的設計，在保證最高安全標準的同時使成本保持在合理的范圍內。標準化是降低成本的一個好方法，同時可以增強改進循環(huán)效果。目前，即使在法國和歐洲都沒有大規(guī)模建設核電項目的計劃，我們也必須繼續(xù)發(fā)揮好標準化的作用。怎樣做呢？在核電站的設計中應該避免使用那些尚未投入工業(yè)化生產的設備。這種做法使我們在替換設備時能節(jié)省時間和成本。例如，決定開發(fā)一種只用于某一類核設施的專用龍頭(或者甚至只是用于實現這個設施里的某個功能)可能會帶來沉重的后勤負擔和大量的額外費用。我們在做這種決定的時候必須兼顧其可行性。在可以滿足核電特殊標準的前提下，必須從現有的工業(yè)產品中選擇核設備。這是未來一種大的趨勢，開發(fā)一種設計的時候必須要符合工業(yè)的現實情況。

與很多其他產業(yè)一樣，核工業(yè)正在踐行“按費用設計”的原則，以避免不必要的復雜技術和由此帶來的額外成本。安全規(guī)則的積累和適用于特定廠址的一些特殊設備在后續(xù)項目上的推廣，導致核電站在設計中存在大量的細節(jié)要求和設備要求。面對日益復雜的設計，我們必須將常規(guī)自檢與平衡工作相結合：工程師必須質疑設計的選擇，省去不必要的設備。這個質疑過程也是持續(xù)改進循環(huán)的一個組成部分。另外，由于工程設計是我們產業(yè)組織的基石，我們也必須不斷提高其效率。

遵循這些原則，我們就能夠指導核電站設計朝著正確的方向發(fā)展，從而達到不斷優(yōu)化的目的。這種戰(zhàn)略為核電站未來的發(fā)展做好了準備，工程設計和運行之間的緊密聯系，成本控制和能達到的最高的安全水平都會使核電的發(fā)展受益匪淺。目前，核能是唯一一種穩(wěn)定且豐富的低碳能源。從這方面來說，核工業(yè)在應對全球氣候變化進程中有著獨有的突出貢獻。核工業(yè)領域的從業(yè)者有責任提供適合的生產工具來完成這個歷史使命。

2095-8099/? 2016 THE AUTHORS.Published by Elsevier LTD on behalf of Chinese Academy of Engineering and Higher Education Press Limited Company.This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

英文原文: Engineering 2016, 2(1): 55—58

Hervé Machenau d.The Future of Nuclear Energy Relies on Integrated Reactor Development Processes.Engineering,

http://dx.doi.org/10.1016/J.ENG.2016.01.021