中國核電產業(yè)國產化發(fā)展分析

楊已顥， 劉建全， 徐佩佩， 趙柏陽

(上海電力大學 能源與機械工程學院， 上海 200090)

1984年至今中國大陸核電經歷了四次建設熱潮，分別在1985年-1990年，1997年-2002年，2006年-2011年，2012年開始至今。截至2019年7月，全國目前投入商業(yè)運行的核電機組共計45臺，裝機容量4 590萬千瓦；在建的核電機組共計11臺，裝機容量1 218萬千瓦；籌備中的核電機組共計15臺，裝機容量1 660萬千瓦。全國累計投運核電機組達45臺。[1]

目前我國在運的45臺核電機組在技術層面，有40個屬于“二代”或者“二代+”，5個屬于“三代”技術分別為海陽1號、2號AP1000機組，三門核電1號、2號AP1000機組，臺山1號EPR-1750機組；在建的11臺機組中，5臺屬于“第三代”技術，包括4臺華龍一號、1臺EPR機組，5臺“二代+”機組，以及一臺“四代”技術高溫氣冷堆。而今后新建的機組將全部采用“第三代”技術，我國核電已經實現了由“二代”向“三代”的技術跨越。

在長期的核電項目建設過程中，我國核電產業(yè)不斷推進國產化工作，形成了成套供應核電設備的完整核電產業(yè)鏈。大型鑄鍛件、核島大型主設備、常規(guī)島設備、核級泵閥、控制系統(tǒng)等絕大多數已經實現國產化研制。通過重大專項的實施、工程設計經驗的實踐及積累，我國三代核電綜合國產化率[2]從2008年依托項目的30%提高到85%以上。

核電設備的國產化之路，推動了國家核電制造業(yè)的升級，推動了核電相關企業(yè)的發(fā)展。中國核電設備的制造工藝與不斷提高的核電技術一起成長，不斷突破技術難關，從追趕者向領跑者的角色轉換。

1 中國核工業(yè)發(fā)展歷程

1.1 自主研發(fā)與引進技術起步階段

相比于美國用了12年、前蘇聯2年、英國6年、法國8年，我國第一座軍用堆1966年10月啟動，至第一座秦山核電站1991年12月15日首次并網，共經歷了25年。中國核電站的發(fā)展起步不晚，但是依靠自身實力發(fā)展核電的速度緩慢。[3]

秦山一期[4]采用自主設計的CNP300二代核電技術，從1985年開工建設到1991年投產，標志著大陸無核電站歷史的終結。中國成為世界上為數不多的能夠自主設計建造的核電站的國家。秦山核電一期綜合國產化率高于70%，其中除反應堆壓力容器由三菱重工提供，大型主設備如汽輪機、蒸汽發(fā)生器、堆內構件、控制棒組件均由上海電氣供貨，實現國產化制造。

廣東大亞灣核電站引進法國M310二代核電技術，遵循“以我為主，中外合作”的方針，實現了我國大陸大型商用核電站的起步，為我國核電事業(yè)發(fā)展奠定基礎，同時為廣東和香港的發(fā)展作出了貢獻。大亞灣核電采用合資經營的方式，打破了國家重大項目由國家投資的模式，嘗試了“借貸建設、售電還錢”[5]的全新模式，成就了“零資本裂變”的奇跡。

我國在核電發(fā)展的初始階段(1966—1994年)缺少清晰明確的核電發(fā)展路線，最初將核電定義為除火電、水電外的第三個可靠穩(wěn)定能源支柱。后來將核電又定義為火電和水電能源的補充能源，直到1990年后，將“以我為主，掌握核心技術”作為發(fā)展重點。[6]這個時期核電建設規(guī)模小，雖然我國已掌握30萬千瓦時自主設計建造技術，但是相對于大型商用核電站，發(fā)電功率在百萬千萬時以上的技術匱乏，無法滿足經濟發(fā)展的需要。

1.2 適度小批量發(fā)展核電階段

“九五”計劃期間共開工4項重點核電建設工程，8個機組，其中秦山二期項目兩臺機組采用自主知識產權的CNP650技術，嶺澳一期兩臺機組首次采用自主創(chuàng)新、探索研發(fā)形成的百萬千瓦級核電技術路線CPR1000。秦山三期核電站，采用加拿大CANDU重水技術，是我國首座商用重水堆核電站工程。田灣一期兩個機組采用了俄羅斯AES-91(VVER-1000)二代技術，是兩國間迄今最大的技術經濟合作項目。

1996年我國第一座自主設計、自主建造、自主管理、自主運營的2×65萬千瓦商用壓水堆核電站秦山核電二期[7]的建設，大幅提升了我國核電設備制造的能力。在55項關鍵設備中，有47項基本實現了國產化，設備國產化率達到了55%。

嶺澳項目作為中廣核集團(簡稱中廣核)成立以來第一個核電項目，堅持“以核養(yǎng)核，滾動發(fā)展”方針，實現了部分設計自主化和部分設備制造國產化，整體國產化率達到30%，國內180余家企業(yè)參與了工程建設和設備制造。嶺澳核電設備國產化是實現中廣核核電國產化分階段的第一步。我國在核電建設上堅持“以我為主，中外合作”，重點實現核電國產化工作，核電設備國產化正是核電國產化目標之一。田灣核電和秦山核電雖然引進國外技術，但是在前期經過快速消化，兩個項目的綜合國產化率分別達到了70%和50%。

經過“九五”重點工程的建設，我國具備了自主設計30萬千瓦和60萬千瓦壓水堆核電站的能力，以及具備“以我為主、中外合作”設計建設百萬千瓦級壓水堆商用核電站的能力，但是不具備獨立設計、制造百萬千瓦級先進壓水堆的能力。1994年至2005年階段，為小批量化發(fā)展核電階段[6，8]，核電目前不具備商業(yè)化發(fā)展條件，經濟性不如煤電。

1.3 核電快速發(fā)展階段

隨著中國經濟的發(fā)展，傳統(tǒng)火電、水電能源已經無法滿足日益增長的能源需求。核電作為高效、清潔、穩(wěn)定的非常規(guī)能源，能夠為中國能源的發(fā)展提供持續(xù)支持，填補能源缺口?！逗穗娭虚L期發(fā)展規(guī)劃》(2005-2020年)，明確核電運行裝機容量將由目前的700萬千瓦爭取提高到2020年的4 000萬千瓦，為實現上述目標，在未來10年中，我國每年要開工建設3臺以上核電機組。我國核電發(fā)展正式從“小批量、適度發(fā)展”進入“積極發(fā)展核電”階段[4]，堅持“以我為主，中外合作”的方針，遵循“統(tǒng)一堆型”、“統(tǒng)一思想”、“統(tǒng)一組織”、“統(tǒng)一行動”，以政府主導型原則，盡快實現核電國產化。

2006年至2011年間，共有30個核電機組陸續(xù)投入建設。中國核工業(yè)集團有限公司(簡稱中核)建設的項目，除采用自主研發(fā)的CNP650技術外，進行吸收、消化、創(chuàng)新，形成M310改，實現了百萬千瓦機組的突破。中核項目CNP/M310(改)綜合國產化率如圖1，國產化率依托項目不斷提高，其中秦山二期3/4、昌江1/2機組采用CNP650技術。中廣核在大亞灣引進M310核電技術后，結合自身的經驗，自主創(chuàng)新，研發(fā)了中國改進型百萬千瓦級壓水堆技術CPR1000。中廣核CPR1000項目綜合國產化率如圖2，從建設初期大亞灣的不到1%，到嶺澳一期的30%，中廣核依托CPR1000項目，不斷推進國產化工作，防城港二期國產化率已達85%。

在吸收創(chuàng)新引進的M310二代技術的同時，我國也在積極引進三代核電技術EPR和AP1000。中廣核引進歐洲EPR技術在臺山核電應用，中核和國電投在浙江三門、山東海陽核電站采用AP1000技術，國產化在三門1號機組只有30%，在三門2號機組以及海陽項目中提升至62%，三代核電國產化率進一步提高。

圖1 中核項目CNP/M310(改)綜合國產化率

圖2 中廣核CPR1000項目綜合國產化率

1.4 核電重啟道路

2011年5月11日，日本福島核電站地震發(fā)生了核泄漏，促使世界各國對核電發(fā)展策略做出調整。中國從快速發(fā)展核電階段，進入安全高效可持續(xù)發(fā)展核的新時期。2012年5月，《核安全與防輻射污染防治“十二五”規(guī)劃及20120年遠景目標》[9]中提出，要提高我國核安全與放射性污染防治手段，推動核能利用事業(yè)安全、健康、可持續(xù)發(fā)展。

圖3 核電產業(yè)鏈

2012年10月，國務院發(fā)布《核電中長期發(fā)展規(guī)劃(2011-2020)》[10]明確規(guī)定至2015年，在運機組達4 000萬千瓦、在建機組容量達2 000萬千瓦，2020年在運機組5 800萬千瓦、在建3 000萬千瓦的建設目標。11年后我國核電項目審批陷入停滯，國務院提出要對核設備、所有在建項目進行安全審查，僅田灣二期CNP1000項目在2012年12月獲批。

2014年1月，國家能源局發(fā)布《2014年能源工程指導意見》[11]，指出要安全高效發(fā)展核電，明確將適時重啟核電重點項目審批。2015年3月10日，國家發(fā)改委發(fā)布文件，確定中廣核紅沿河核電二期項目兩臺百萬千瓦核電機組獲批準，也是4年來我國真正意義上新批的核電項目。2015年12月國務院常務會議核準了田灣5、6號CNP1000項目以及防城港3、4號機組HPR1000。2016年《電力發(fā)展“十三五規(guī)劃”》[12]，指出要堅持安全發(fā)展核電，加大自主核電示范工程建設力度、著力打造核心競爭力，加快沿海核電項目建設。2015年至2019年三年內無核電項目獲批，直到國家能源局2019年7月25日會議上，核準山東榮成CAP1400、福建漳州HPR1000、廣東太平嶺HPR1000項目開工。此次新建機組均采用自主研發(fā)的三代核電技術，中國核電已經走向正式重啟道路，發(fā)展自己的核技術、共同研發(fā)形成了一條完整的三代核電工業(yè)供應鏈體系。

華龍一號是由中核在CNP1000基礎上自主研發(fā)的ACP1000和中廣核在ACPR1000三代壓水堆技術上按照最新法規(guī)標準完善形成的ACPR1000+，在2013年進行融合，聯合開發(fā)而形成的。目前華龍一號(HPR1000)全球首個示范項目福清核電5號機組國產化率達85%。

自2006年引進AP1000技術后，依托項目建設，國家重點專項等累積的經驗，在福島核電事故后，CAP1000標準設計完成，實現了關鍵設備自主化。在2014年底，在突破大型先進非能動壓水堆關鍵設計技術、關鍵設備和制造技術、重大試驗驗證技術后，國家核電完成了具備自主知識產權的三代核電國家品牌CAP1400研制工作。三代核電自主化型號“國和一號”(CAP1400)設備研制基本完成，示范工程設備國產化率達85%以上。[13]

2 國產化遇到的問題

2.1 設備國產化現狀

我國核電事業(yè)經過長期的發(fā)展，已經形成了完整的成套核電產業(yè)鏈，如圖3。核電產業(yè)中處于上游的企業(yè)有鑄鍛件、有色金屬、核原料等原材料和零部件廠商；核島、常規(guī)島、輔助廠房設備三個領域的制造企業(yè)在核電產業(yè)中位于中游；核電站的設計、建設及運營商處于核電產業(yè)的下游位置。

我國二代核電技術國產化率從大亞灣不到1%，提升到防城港二期85%以上。引進的AP1000技術從三門一號機組的30%提升到了72%。我國自主設計研發(fā)的華龍一號、國和一號示范工程國產化率都在85%以上，并且在后續(xù)依托項目批量化建設，能夠將國產化率提高到90%以上。

目前核電制造業(yè)形成了上海電氣、東方電氣、哈爾濱電氣三大常規(guī)島、核島設備大型制造基地。國內大量原材料制造廠成為核電原材料備選的供應商。三代核電產業(yè)競爭體系呈現出國有大中型企業(yè)為主，民營企業(yè)在細分領域競爭的格局。在原材料和零件自主化研發(fā)方面，蒸汽發(fā)生器用U形管、核島設備用焊接材料、密封件等都取得重大突破。在大型材料和設備制造研制方面，大型鑄鍛件、核島大型主設備、常規(guī)島設備、核級泵閥、控制系統(tǒng)等絕大多數已經實現國產化研制。

2.2 國產化過程中遇到的問題

2.2.1 采購設備多樣化

業(yè)主在工程項目管理上存在不同的合同方式[14-15]，按照合同范圍通常分為三大類：即交鑰匙/總承包方式、少合同/分島方式和多合同散件方式。不同的合同方式將極大程度上影響技術轉讓與經驗反饋的獲得和國產化計劃的執(zhí)行。設備采購模式可按合同不同的方式分為少合同/分島方式中的成套采購模式，多合同/散件方式中的部件采購模式，成套采購與部件采購結合的模式、委托專業(yè)公司采購模式。

在我國引進商業(yè)核電廠技術前期階段，業(yè)主主要選擇整島采購方式如嶺澳項目[16]。核島、常規(guī)島的設備分別由法國法馬通公司、英國通用電氣/阿爾斯通公司成套供應。電站配套設施(BOP)被分成若干合同包，由業(yè)主在工程服務承包商的技術支持下自行分包采購。大量設備采購由于采購方式不同，國外設備采購公司傾向于國外的核電設備制造商。

其次，核電項目各系統(tǒng)的設備約有48 000多套件，其中機械設備約6 000套件，電器設備5 000多套件，儀器儀表25 000余套件，總重約6.7萬噸。如此龐大的設備數量，技術路線的差異，導致核電設備的要求不同。要針對不同的設計標準，不同設計要求，設備開展國產化工作阻力極大。并且在建設初期的供貨商都是國外為主，國內沒有消化能力。

2.2.2 國內核電設備競爭力不足

核電國外設備供應商運行業(yè)績多，出于核安全考慮，運行業(yè)績是很大的考量供應商的標準。國內核電工程，優(yōu)先用有核電業(yè)績的國外設備供應商，在引進技術初期，選擇技術引進方提供的供應商，同時占領了國內核電業(yè)績。另一方面，國內發(fā)展核電起步晚，國內制造商運行業(yè)績少、產能低，產品停留在多品種小批量的生產模式上。面對不斷審批建設的核電項目，核電設備制造業(yè)面臨著全面國產化的挑戰(zhàn)。[17]

在一些關鍵工藝、關鍵技術、關鍵材料國外存在技術壟斷，國內對這些技術研發(fā)周期長，國內制造能力和技術處于成長階段。國外技術相對成熟，在沒有達到技術標準的情況下，只能依靠進口。這些高技術含量關鍵工藝、技術材料，是核電設備技術消化的重點，在有限的項目中，不斷磨煉高技術含量的設備制造能力，對于國內設備制造商來說是個挑戰(zhàn)。

2.2.3 國產化工作需要多方力量支撐

國產化工作的開展，需要核電產業(yè)各部門共同承擔風險，單靠個別的企業(yè)推進國產化工作是不切實際的。核電產業(yè)作為一個重大裝配生態(tài)鏈，上游材料零件生產商、中游設備制造商、下游核電站的設計、建設及運營商之間的合作對于中國核電國產化工作的推進至關重要。關鍵重大設備完全從國外進口，無法滿足國內建設核電的需要。在國產化攻堅工作中，重大設備的研制周期直接決定整個核電項目的建設進度。目前采用的是將引進的國外先進技術同國內國產化力量結合起來，集中突破關鍵設備國產化工作。國產化工作在研發(fā)和推廣階段，離不開政府的協調和組織，用戶單位的支持參與。國產化工作在實踐階段，需要依托有限的項目建設，不斷驗證國產化各部門協同工作能力，檢驗核電產業(yè)國產化的有效性程度。核電關鍵設備大多數是單臺小批量設備，研發(fā)制造周期長，對于我國核電設備制造業(yè)的生產能力也是一個巨大的考驗。對于重大設備的制造過程，需要各部門把關設備生產的每一個階段，對于部門質量管理能力也是一個重大的考驗。我國核電產業(yè)在推進國產化工作中承擔風險的同時，也在推進各裝備制造業(yè)升級突破。

3 核電國產化必由之路

3.1 提高核電競爭力的重要途徑

核電國產化的戰(zhàn)略，是我國發(fā)展核電產業(yè)中必須選擇的途徑。在國產化戰(zhàn)略的影響下，核電設備制造商不斷提高產能，降低設備制造成本，具備成套供貨能力，才能在全球競爭的大環(huán)境下，提高競爭力。核電設備國產化不單單是為了降低設備造價，還有發(fā)展我國核工業(yè)供應鏈的效應。核電產業(yè)鏈是一個極其龐大的系統(tǒng)，國產化戰(zhàn)略，有利于提高國家核工業(yè)技術水平。我國核電引進的核電技術從二代到三代核電，為了滿足更高要求的技術要求，我國核電制造商從引進技術到創(chuàng)新不斷攻堅、突破，核工業(yè)供應鏈不斷完善。立足于國產化，將會驅動核電產業(yè)升級。

高品質的產業(yè)協同體系是在國產化合作中催生而形成的體系。高效的核電設備產業(yè)聯盟、產業(yè)基地的發(fā)展，有利于推動技術革新，是核電技術不斷進步創(chuàng)新的源動力。核電設備制造安全質量要求高，需要嚴格的質量保證體系。依托核電項目，核電設備制造商，學習國外先進管理方式，形成符合核電體系的管理系統(tǒng)，形成成熟的生產工藝，確保產品性能的穩(wěn)定性。核電設備國產化，將對制造商原材料、零部件等備件庫存管理提出更高的要求。如何形成高效、標準化、模塊化、專業(yè)化的核電體系，對我國核電事業(yè)的后期發(fā)展至關重要。核電產業(yè)未來能否結合先進數字化制造技術，將所有核電設備進行全生命周期的從設計到生產制造的數據管理。

3.2 先進核電技術設備的需求

當我國沒有需求制造技術能力時，國外企業(yè)和政府會提出不合理要求，并且可能拒絕開放出口，限制出口核電技術。由于沒有相關技術研發(fā)或未達到國產化要求，導致我們在政治方面、市場方面是處于弱勢，業(yè)主只能選擇國外供應商。在協商過程中，存在增加采購周期，提高采購成本，拖延工期的風險。

即使是國外供應商，沒有足夠的三代核電機組設備制造經驗，無法到達關鍵設備的技術要求。西屋公司首次制造的主泵，原來的屏蔽泵設計軟件或許根本不能涵蓋AP1000大功率、高流量的屏蔽主泵設計。在國家大型核電壓水堆重大專項的支持下，沈鼓核電和哈電動裝在引進、消化、吸收AP1000屏蔽電機主泵基礎商，開展了多項關鍵制造技術的國產化攻堅，為后續(xù)CAP系列電站主泵國產化供貨提高保障。[13]

對于核電技術的研發(fā)，我國已經從引進技術的初期階段走向核電創(chuàng)新的領航者，先進核電技術的研發(fā)設計，都將是以項目為依托，而是否具備設備國產化能力，直接影響著未來先進核電設備批量化建設。將核心關鍵設備的制造技術掌握在手中，不受制于國外供應商、變化不定的國際形勢，提高國內核電供應鏈的先進性和穩(wěn)定性，才能為后續(xù)要求更高的核電技術路線的設備制造鋪平道路。只有掌握先進制造技術，開發(fā)符合標準的國內供應商，才能降低采購風險。

3.3 國產化是核電走出去的前提

《核電中長期發(fā)展規(guī)劃(2005—2020年)》提出“積極推進核電建設，統(tǒng)一發(fā)展技術路線，堅持以我為主，形成批量化建設中國品牌先進核電站的綜合能力，提高核電所占比重”的目標，是對于核電走出去策略的布局。中國火電依托“一帶一路”走出去的主要基礎，是火電產業(yè)充足完整的國產化設備供貨能力。在核電工程中設備占總投資的50%左右，核電設備國產化制造將對降低工程造價產生至關重要的作用。核電走出去[12]的前提是，擁有一條完整的核電設備供應鏈，具備充足的設備成套供貨能力。目前國內核電設備產業(yè)鏈不斷國產化升級，為核電工程建設提供堅實基礎。國內需要形成一條較為完整的自主化核電工業(yè)體系，形成核電標準化體系，將中國核電品牌打上國家舞臺。而標準化體系的建立基礎是基于強大的設備制造能力，為海外市場成套供貨提供重要保障。

4 結論

1)核電發(fā)展初期多技術路線、設備類型多，核電發(fā)展初期階段國產化推動比較緩慢，由于核電設備國產化很大程度上依托于項目的建設，初級建設的核電站主要是以引進、消化國外先進二代技術為目標，核電設備國產化的訴求不強烈。其中大亞灣核電站M310機組的國產化率不到1%，中國自主設計的CNP300技術國產化率70%，核電發(fā)展尚未具備商業(yè)化條件。

2)核電發(fā)展步入小批量發(fā)展和快速發(fā)展階段后，核電發(fā)展依托項目的建設，M310技術依托中廣核的項目設備國產化率不斷提高，并且對M310技術進行再創(chuàng)新，形成CPR1000二代加技術，核電設備國產化率從1%提升到防城港二期的85%以上。我國核電產業(yè)在核電項目的建設中不斷成長，已經逐漸形成了二代核電設備產業(yè)體系，并且積極引入先進三代核電技術。

3)我國設計自主的核電技術路線華龍一號、國和一號設備國產化率高達85%。三代核電產業(yè)體系的建立，離不開政府、業(yè)主、設計院、設備制造商等協同合作，形成三代核電技術產業(yè)聯盟，促進三代核電設備的研發(fā)制造。我國實現三代核電機組首堆的運行業(yè)績，離不開核電產業(yè)中各方的努力推進。國產化核電設備在其中扮演重要角色。

4)對于未來先進核電技術、新堆型的要求，我國的核電產業(yè)面臨的不僅是更高難度的核電技術要求帶來的挑戰(zhàn)，更需要形成高效、標準化、模塊化、數字化的生產運營體系，對核電設備進行全生命周期的管理。先進的核電設備管理體系是實現核電產業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。