1 我国核电的现状、发展背景与至2020年的发展目标
1.1 我国核电的现状与发展背景
1.1.1 能源发展的需求
为了保证实现党的"十六大"所提出的在2020年之前使全国人民的生活达到"全面小康"这一宏伟目标,我国的国民生产总值GDP的年平均增长率必须大于7%。据有关方面测算,为保持经济的持续、高速增长,能源的平均年增长率必须大于5%。这就意味着到2020年我国的发电装机总容量需要由目前的3.2亿kW增长到8亿kW,净增加4.8亿kW。目前我国运行和在建的核电装机总容量仅0.087亿kW(8.7 GW),占发电总容量的2.7%。为加强能源结构的多样性、提高能源安全,到2020年,核电的比例应至少提高到4%,即0.32亿kW(32 GW)。如要实现这一目标,即从现在算起到2020年的18年间要增加23.3 GW的核电容量,相当于新建23.3台百万千瓦的核电机组,这是一个很大的核电市场。即使以平均1100美元/kW的造价估算,其总投入将达到256.3亿美元(近2200亿人民币)。我国是一个大国,为拉动内需,保证经济的可持续发展,核电的发展不能完全依靠进口,面对如此大的核电市场,必须培育和建立我国自主的核电产业,以满足能源发展的需求。
1.1.2 发达国家核能发展的新动向
(1)先进核能技术的发展,使核电的安全性和经济性得以统一。近20年来,国际核能界在总结美国三哩岛核事故和前苏联切尔诺贝利核事故经验教训的基础上,就如何进一步提高核电的安全性方面开展了大量的研究工作,取得了重要成果,在核电技术的安全性与经济性的统一方面取得重大突破,可以保证新建核电厂的风险概率(反应堆堆芯熔化概率和放射性物质大量释放的概率)在现有基础上再降低一个数量级。在经济性方面通过简化系统和向大容量(单机容量为1000~1400 MW)发展已可使其成本(综合考虑建造成本、运行成本和环境影响)低于传统的煤电、油电、燃气透平发电和水电,使核电在能源市场上更具竞争力,目前在核能发达国家(如美国),实现这一目标的技术已经成熟。
(2)国际核安全标准进一步提高。近年来,在国际原子能机构(IAEA)的组织下,各成员国之间经过合作研究、反复讨论、协商,一致通过了对用于核电厂的安全标准的修订。新的国际核安全标准已通过IAEA陆续颁布。新标准增加了"纵深防御"的层次;要求将核电厂的"风险概率"在原要求的基础上再降低一个数量级;在设计中必经考虑对严重事故的预防和缓解;强调了概率风险评价技术的应用并进一步提高了防火要求……;等等。
(3)由于运行管理水平的不断提高,特别是基于风险评价的运行管理技术的应用,使得核电厂的运行业绩大幅度提高,运行成本低于其它所有类别的发电厂。例如,美国103座核电机组的年度平均可利用率从原来1990年的低于65%提高到目前的90%以上,发电的生产成本仅1.83美分/kWh,低于煤电。103座核电机组平均每年非计划停堆数从1.2次降至0次。(4)由于新一代的核能技术已具备与常规能源竞争的优势,以及近年来核电厂良好的运行业绩提高了公众和投资者对进一步发展核电的信心,在发达国家,以美国为首进一步发展核能的高潮可能提前到来。近年来,美国加州缺电的现实使得电力公司纷纷准备投资建造新的核电厂,预计今后3~5年内美国将有一批新的核电项目上马,这一举动必将刺激西方的核电市场,使其注入新的活力。
1.1.4 进一步发展的技术基础
1.1.4.1 对我国当前核电设计能力的评估
(1)通过我国核工业40余年的发展和压水堆核电厂20多年设计工作的实践,总体而言,基本上具备了开展设计工作所必须的分析计算和实验验证的条件和能力。但是,如按国际上称之为"第三代或三代+"核电技术为目标,开发能符合国际新的安全标准并具有能与传统能源相竞争的经济性的核电厂来评价,则由于经验和技术贮备不足,分析计算和实验验证的条件还有较大的差距。
(2)由于近20年来我国所完成的秦山300 MW核电厂、和在此基础上经改进的出口巴基斯坦的恰希玛核电厂以及秦山600 MW核电厂的设计是分别比照和参考国外70年代和80年代初的技术完成的,基本上还处于"模仿"、"仿制"的知其然而不完全知其所以然的阶段。总体而言,可以认为我国当前已基本具备了"模仿"国外70年代末和80年代初技术水平核电厂(第二代核电技术)的设计能力。3)如果以"第三代或三代+"核电技术为尺度来评估我国的现有设计能力,则不得不承认还存在着相当大的差距,需要大量的投入,以便在完成众多项目的研究和实验验证后可以完成新电厂的设计,这一过程至少需要5~8年或更长的时间。但是,如果在我国现有的设计能力的基础上,抓住时机采取中外合作,联合设计,以较小的代价用3年左右的时间学习和掌握外方的先进技术,共同完成"第三代或三代+"技术的核电厂设计是可能的。
1.1.4.2 对我国目前核电设备制造能力的评估
(1)我国已完成的秦山300 MW核电厂、巴基斯坦恰希玛核电厂和秦山600 MW核电厂有关设备的制造表明:针对300 MW核电厂,包括核岛和常规岛设备的国产化能力可达70%或更高。针对600 MW核电厂就制造能力而言应不低于60%,在核岛的主泵、核安全一级阀门、主蒸汽隔离阀的制造能力等方面尚不足,核设备制造的质量保证和管理能力还需狠下功夫提高。由此可见,我国现有的核电设备制造能力对于第二代核电技术而言,已有相当好的基础。
(2)如果以"第三代或三代+"核电技术要求,即制造出能符合国际新的安全标准和能与传统能源相竞争的经济性的核电厂为尺度来评估我国的核电设备制造能力,可以看出:
核电厂安全性的提高主要涉及到电厂核岛系统设计的改进,总体而言并未对设备制造技术提出更高的要求,而核电厂单机容量的增加则与设备制造能力直接相关。若以单机容量为1000~1400 MW为目标考虑,下列能力尚有不足:
-核岛主泵/屏蔽泵、反应堆压力容器、单环路功率大于300 MW的蒸汽发生器、核一级阀门、主蒸汽隔离阀等;
-数字化控制保护系统的大部分元器件;
-常规岛汽轮机和发电机的转子、部分叶片、主给水泵等。
这些能力的不足可先采取进口并采取有选择的引进技术、合作生产方式逐步国产化。
对于采用"第三代或三代+"核电技术的核电厂而言,国内现有的制造能力估计第一个双堆机组应能达到30%~40%,然后逐步提高。设备采购可依照质量、进度、价格的要求公开招标,组织国内外设备供货商提供。因此国内现有的设备制造能力不应成为采用新技术的制约因素。
1.1.4.3 对我国目前核电项目建造和运行管理能力的评估
国内广东大亚湾核电厂和岭澳核电厂项目的建造和运行管理实践表明,以广东核电合营有限公司的管理模式和能力为"样本"进行评估,可以说明该公司的项目管理模式是与国际接轨的、高效率的,符合国际和我国核安全标准的要求。因此,可以说目前我国已具备采用"第二代核电技术"的大型核电项目自主建造和运行的管理能力。
如果以"第三代或三代+"核电技术为目标进行评估,由于采用国际上先进的"模块式"建造技术,则需引进相应的组织管理技术。为此,第一个双堆的建造和调试管理可采用"共同管理,外方负责"的方式,从第二个双堆开始则采取"以我为主,外方咨询,中方负责"的方式进行。电厂的运行管理方面可以采取"以我为主,外方咨询,中方负责"的方式进行。
1.1.5 我国电力工业体制改革对核电发展的影响
实行"厂网分开、竞价上网"的电力工业体制改革已在推进,形势迫使核电必须进入电力市场,参与竞争。目前对核电上网电价的优惠政策仅是临时性的措施。核电要在电力市场中有立足之地,就必须在保证安全的前提下,具有可竞争的经济性,这也是进一步发展核电的重要前提。
1.2 至2020年我国核电发展的目标
综上所述,我国核电发展的目标应当是:(1)发展核电,促进我国能源结构的多样化,提高我国能源的安全性。
(2)尽快形成完整的、与国际合作的、具有市场竞争能力的我国自主核电产业体系,以满足国民经济持续发展对能源的需求(占领国内核电市场)。
(3)通过国际合作实现我国核电技术的跨越式发展,力争在国际核电产业链的技术高端占有一席之地,为我国的核电产业走向国际市场创造条件。
2 我国新建核电厂的核安全要求
世界核电数十年的发展历史以及中国核电近30年的开发经验表明,核电是一种安全、清洁的能源。迄今为止核电厂运行安全记录是良好的,这一现实已被国际社会所接受。然而美国三哩岛核电厂事故和前苏联切尔诺贝利核电厂事故也表明,尽管核电厂发生严重事故的频度极低,由于其后果相当严重,仍然不能忽视它的风险。
目前,国际核工业界和核安全管理部门已形成共识并正在做出巨大的努力,使未来核电厂在提高经济性的同时具有更高的核安全水平。达成这一共识的基础是:
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