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谈谈核电历史上的“大跃进”

2019-03-26 20:03  来源:贤集网    核电  华龙一号  中核集团  中广核集团  反应堆  核燃料  核燃料  中核集团  中广核集团  华龙一号  乏燃料  核电设备  核反应堆  国和一号

工业从过于贫瘠向前发展,很容易随着各种因素的影响而出现大跃进现象,这在我国六十年代时就出现过,那么核电呢,是否也出现过类似现象,让我们了解一下。


先从四个玩家了解起,1960年代,控制美国核电反应堆市场的,是四家大公司:西屋电气公司、通用电气公司、巴布科克?威尔科克斯公司(简称巴威公司)、燃烧工程公司。

这四家公司有什么奥妙之处呢?先从西屋公司讲起,二战结束后,在“海军核动力之父”里科夫的说服下,西屋公司成立了核能开发部门,进入神秘的核技术领域。

在1948年,因为里科夫的大力支持,西屋公司获得了原委会新成立的贝蒂斯原子能实验室的运营管理权,地点就在其公司总部匹兹堡的城郊。在海军和几个国家实验室的通力合作下,贝蒂斯实验室研发了压水反应堆,并应用在世界第一艘核潜艇“鹦鹉螺”号上。

在“鹦鹉螺”号核潜艇反应堆的研制过程中,西屋公司进行了不少创新性工作,突破了许多技术瓶颈,对后来的核电技术走向影响重大,比如燃料元件包壳材料锆合金的应用、耐高温高压容器等特殊设备的研制等。

正是由于在第一艘核潜艇项目上的成功,坚定了里科夫走压水堆技术路线的信心,随后支持、选择西屋公司设计、制造了美国第一座大型核电厂——希平波特核电厂——的反应堆及主蒸汽供应系统。

在此基础上,西屋公司趁热打铁,又往前走了一步,设计供应了扬基核电厂的140MWe反应堆,并于1960年8月正式投运。紧接着在1962年,卖出了两个功率更大的核电反应堆,一举成为初生的核电市场的先行者和领导者。

另一位“带头大哥”通用电气公司,进入核领域的时间更早。1946年,公司高层就预见到核技术未来发展的趋势,遂说服曼哈顿工程的负责人格罗夫斯将军,获得了汉福特基地的钚生产反应堆的运营合同。

作为交换,随后成立的原委会,同意在通用电气公司总部纽约州斯克内克塔迪附近建立一个核能开发中心和一座实验反应堆,并由其负责运营。这个核能开发中心,就是诺尔斯原子能实验室。

到1950年代中期的时候,通用电气公司主席认为,“在未来,原子是电力,电力是通用电气的业务。”

基于在军用反应堆上获得的核工程经验,通用电气与爱达荷国家实验室合作,开发了商用沸水反应堆,在1957年建成投运示范性质的瓦列西托斯沸水堆核电厂。

1960年初,通用电气设计的180MWe的德累斯登核电厂1号机组投运,成为美国第一个完全商业化的核电厂。

1959年底的时候,财大气粗的通用电气公司核能部门,雇佣的员工超过14000人,用于核能研发的资金超过2000万美元,超出当时任何一家美国公司。

这使得它在沸水堆技术方面进步神速,很快就与西屋公司起驾并驱,成为美国乃至世界核电市场上的两大巨头。

随后进入核电市场的巴威公司和燃烧工程公司,都是老牌的火电厂锅炉和配套设备制造商,走的都是西屋公司的压水堆技术路线。

巴威公司第一次跟核技术打交道,是为海军反应堆研制大型关键设备。1953年,公司也成立了核能部门,为爱迪生联合电气公司设计、制造的印第安纳角核电厂1号机组,在1962年建成投运。

和巴威公司类似,燃烧工程公司也是通过给海军制造反应堆大型设备和燃料元件,踏入核行业的。1950年代中期,公司收购了阿贡国家实验室的一个反应堆专家创立的通用核工程公司,开始涉足核电市场。1966年,和密歇根州的消费者电力公司签订合同,卖出了第一个商用反应堆,即帕里萨德斯核电厂。

1968年底,西屋和通用两大公司基本主导了美国的商用反应堆供应,占据了77%的市场份额,巴威公司和燃烧工程公司则紧随其后,瓜分了剩余的市场份额,形成了“两大两小”的格局。

核电市场的喷发和硝烟,主要是由两家大公司引起来的。

知道这四家公司,接着我们来看,一个核电项目主要涉及到两大市场主体:一是反应堆供应商,作为卖方,设计、制造反应堆和配套设施;二是电力公司,作为买方,购买反应堆,并配置到电力供应体系中。

此外,还有诸如铀矿开采、冶炼、元件制造和废物处理等领域,提供必要的配套服务。

作为反应堆供应商,主要是提供行内称之为“核蒸汽供应系统(Nuclear Steam Supply System)”的关键设备,也就是反应堆一回路系统设备,包括反应堆和配套设备,如压力容器、泵、管道、蒸汽发生器、安全和控制系统等。当时的几家反应堆供应商,都能提供设计和制造核蒸汽供应系统在内的一揽子服务,虽然有些设备是分包给其他公司制造,但对整个一回路系统承担质量责任。

在核电的起步阶段,由于核技术的军用背景和高度复杂性,电力公司对之非常陌生,再加上美国电力工业没有实行国有化,都是由私营公司运营,经济性考量非常重要,所以没有建造核电厂的内在动力。

在此情况下,美国核电成了一个买方市场,掌握了反应堆和关键设备设计、制造技术的供应商,不得不使出浑身解数,说服电力公司购买反应堆新建核电厂,而不是继续上马火力或水力发电厂。

进入1960年代后,随着第一批原型核电厂陆续建成投运,美国核电由实验示范阶段迈入快速发展阶段。西屋和通用两大公司认为,在原型堆基础上进行技术改进后的第二代核电厂,已经可以和美国东北部和加州的火电厂经济性不相上下了,因为那些州的煤炭价格高。

为了鼓励电力公司购买反应堆,通用电气公司大胆采用了一种名为“交钥匙”工程的市场营销策略,给缺乏生机的核电市场打了一剂强心针。所谓交钥匙工程,就是反应堆供应商不只是提供核蒸汽供应系统,而是作为总承包商,提供从核电厂设计、采购、建造和调试在内的整个服务,直至交给电力公司一个可以直接运行的核电厂。

1963年,通用电气公司与泽西中央电力与电灯公司签订了史上第一单交钥匙工程合同,为后者建造一座515 MWe的牡蛎湾沸水堆核电厂。作为条件,电力公司只需支付6600万美元的固定费用即可,其他完全不用管,通用电气甚至承诺可以代为申请取得建造批准和运行许可证。平均每千瓦129美元的单位造价,比当时橡树岭新建的900MWe的奔牛火电厂还低20美元。

接下来的1964年,通用电气在它的产品目录中,列出了反应堆功率范围从50MWe到1000MWe各种容量的核电厂,而且造价低得惊人。

牡蛎湾合同,开启了美国核电厂交钥匙商业模式的大门,标志着核技术的竞争属性正式登上市场舞台。面对老对手使出的杀手锏,西屋公司沉不住气了,也开始提供交钥匙工程服务,双方开始了激烈的反应堆市场价格战。无奈之下,巴威公司和燃烧工程公司不得不加入这场市场争夺战,也相继开出了类似的反应堆价目表。

1966年6月,不堪经济重负的通用电气率先宣布停止交钥匙工程服务,恢复到原初的提供核蒸汽供应系统商业模式。随后,其他三家公司也纷纷步其后尘。事实上,交钥匙工程合同给几家公司造成了巨大的财务亏损,但对电力公司起到了很好的催化效应,纷纷相信核电是一项明智的投资。

事后来看,以盈利为目标的核电供应商,之所以纷纷开出看上去难于收回成本的极低造价,合理的推测是所谓的“规模经济效应”,即“愈大愈便宜”:利用低廉的固定造价,作为招揽生意的“入门券”,急切地推动电力公司从火电转向核电;等到电力公司熟悉并愿意大量采购核电厂后,他们相信很容易从以后改进的反应堆上,捞回这笔损失。

为了解决核电厂的经济性问题,反应堆供应商想出来的办法,是把反应堆功率增大,如此就可以降低每千瓦核电的估算建造成本了。

1960年代中期以前,通过“设计外推”的方式增大功率,已经被西屋和通用及其他公司广泛用在火电机组上,而且似乎行之有效。自然而然地,他们将这种实践推广到核电机组的设计上。

于是,核电厂的设计电功率,从500MW上升到800MW,甚至1000MW,而同时期运行的核电厂尚停留在200MW的阶段。整个1960年代,反应堆设计一直处于改进变化当中,各个反应堆供应商总是力图使反应堆功率更大。比如,1963年—1969年原委会颁发的38个核电机组建造许可证当中,其中28个反应堆功率超过800MW。

没有两个核电厂设计是相同的,甚至同一个核电厂的两个反应堆机组也不尽相同。各个公司竞争的经济压力如此之大,以致于还不等前一个反应堆建成,后续更大功率的反应堆便匆匆开工。

也是在1966年6月,田纳西流域管理局宣布,准备在阿拉巴马州的田纳西河畔,建造一座布朗斯费里核电厂。田纳西流域管理局服务范围位于传统的产煤区,煤炭价格历来较低,所以不建火电而上马核电项目的决定,在电力市场上造成的冲击,比牡蛎湾合同的影响还大,标志着美国核电发展大浪潮的正式来临。当时的《财富》杂志,对此评论道:“田纳西流域管理局的决定,相当于在煤地里引爆了一颗原子弹。”

布朗斯费里核电厂采用通用电气的沸水堆技术,包括两台机组,电功率各1063MW,成为当时世界上反应堆功率最大的核电厂,震惊了整个电力市场和煤炭行业。煤业公司不得不纷纷降低煤价,来应对核电的蚕食,此举刺激西屋和通用电气进一步降低反应堆卖价、增大反应堆功率。整个美国电力市场,一时狼烟四起,竞争非常激烈。

电力公司巴不得遇到这种局面。再加上1963年末通过的《清洁空气法案》,火电厂成为首当其中的整治对象,联邦政府强制要求加装脱硫处理设施,火电运营成本一下子飙升了许多,电力公司便纷纷将核电作为替代能源,与四家反应堆供应商签订核电机组采购订单。

种种因素作用下,轻水堆核电厂在美国如雨后春笋般地发展起来,并在1966—1967年和1972—1973年间分别达到顶峰。1966年,电力公司共购买了20台核电机组,其中通用电气9台、西屋公司6台、巴威公司3台、燃烧工程公司2台,占当年电力供应量的36%;1967年,各核电供应商卖出31台核电机组,西屋公司13台、通用电气8台、巴威公司和燃烧工程各5台,占当年订货电力容量的49%;1968年,订货量降至17台,但所占比例仍然高达47%。

1973年,因阿拉伯国家石油禁运而爆发能源危机,美国出现了第二次核电厂订货高潮。当年就签订了41台机组订单,创造了全世界核电销售的纪录;而1973年美国核电的装机容量,也占到全世界的62%。到1974年,美国已有54台核电机组投运,另有197个订单待建。

1974年,也是美国核电的“分水岭”。从这一年开始,美国核电订单呈“断崖”式下降,不但未签订有新的订单,而且很多电力公司开始纷纷暂缓原订单的建设,最后很多订单甚至干脆被取消了(大多数是三里岛事故后取消的),从此进入漫长的停滞期。

尽管如此,得益于在1965—1975年“黄金十年”的高速发展,美国奠定了在世界核电行业的霸主地位,时至今日核电运行机组数量仍然超过100台,长期高居世界第一。

在这股核电发展浪潮中,反应堆数量的快速增加和功率的不断增大,给安全监管带来了巨大的压力,公众开始担忧与质疑核电的安全性。在此过程中,几个重大核安全问题的提出与解决,引起了旷日持久的讨论与争议。

说完国际,说我国,关于我国核电的发展,在小编看来,一直是以一个合理的速度发展着,我国核电发展主要经过三个阶段,一是起步阶段,二是积极发展阶段,三是现阶段(自主自强和加快出口阶段)。

起步阶段:

我国大陆核电从上世纪70年代初开始起步。1984年第一座自主设计和建造的核电站--秦山核电站破土动工,至1991年12月15日并网成功。期间,还分别建成了浙江秦山二期核电站、浙江秦山三期核电站、广东大亚湾核电站、广东岭澳一期核电站和江苏田湾一期核电站等。

积极发展阶段:

进入新世纪,中国核电迈入批量化、规模化的积极发展阶段。截止2010年10月,国家已核准34台核电机组,总装机容量达3692万千瓦,其中已开工在建机组26台,装机容量为2881万千瓦,在建规模居世界第一。

现阶段:

中国核电从自行设计、建造第一座30万千瓦秦山核电站起,目前已建成浙江秦山、广东大亚湾和江苏田湾三个核电基地,建成投运核电机组13台,装机容量1080万千瓦。

总之,核电发展的边际条件正在发生变化,而固有优势依旧稳固。

一、核电发展边际条件变化

中央重提持续扩大内需,核电为代表的高端装备制造业是发展重点。因为核电产业链长且投资额大,核电建设能够拉动内需和抵御外贸波动,一台百万千瓦机组可带动近200亿投资。

我国已开发出自主三代核电技术,安全性较二代技术提高一个量级,设计寿命由40年提升至60年,国产化率已提升到85%以上。

全社会用电需求回暖为核电发展打开了空间。今年1-4月份,全社会用电量同比增长9.3%,较去年同期提高2.6个百分点。

二、核电的固有优势

核电是唯一同时具备基荷电源和清洁能源属性的发电方式。

核电初期投资较大,但运行阶段排放物少、燃料消耗小,全寿期成本竞争性非常强。利用平准化度电成本计算,核电经济性优于火电、光伏、风电。

而近期台山、三门1号装料完成标志着核电新项目核准即将拉开序幕。

核电作为我国能源战略中的重要组成部分。”国家能源局监管总监李冶在大会上表示,面向2035年,核电要在保障国家能源安全、促进能源结构优化调整和低碳转型、深化能源供给侧结构性改革等方面,承担更加重要的任务和责任。

李冶表示,党的十八大以来,核电已成为东部沿海地区清洁能源的主力之ー。截至目前,我国大陆地区在运核电机组38台、装机容量约3700万千瓦,在建18台、装机容量约2100万千瓦,全部布局在沿海地区的电力负荷中。“北部的风、西北的光、西南的水、东部的核”的非化石能源多元开发格局正在形成。

核电技术实现从二代到三代的转型升级。广东台山EPR和浙江三门AP1000全球首堆成功装料,开发出自主品牌的华龙一号、CAP1400等三代核电技术,示范工程全面启动,三代核电产业链基本形成。高温气冷堆、实验快堆、小型堆等先进核能系统研发应用也走在世界前列,形成了梯次推进、持续发展的技术布局。

同时,核电走出去及国际产能合作形成新格局。华龙一号自主技术实现整套出口,海外投资建设核电机组达到8台、670万千瓦。与美、俄、英、法等大国间核能合作不断巩固和推进,“一带一路”沿线国家合作层次不断深化,我国在全球核电产业中的国际地位和话语权持续得到提升。

中国广核集团总经理张善明也表示,目前,我国的二代加核电机组正高端稳定运营,三代核电技术已进入结出实际成果阶段。台山一期实现了对芬兰和法国先期开工项目的赶超,成为了全球首座完成装料的EPR机组;三门一期攻坚克难,完成了全球AP1000首堆项目装料,中国核电正愈发受到世界的瞩目。

吴新雄表示,经过30多年的发展,我国核电正在实现由“跟跑”“并跑”向全球“领跑”的转变。核电行业正在全面落实“一带一路”倡议,加快核电“走出去”步伐,我国核电发展正面临难得的历史机遇期。

战略机遇期需科学谋划核电布局

肯定成绩的同时,大会也提出了核电行业存在的一些不足。根据国家统计局公布数据显示,3582万千瓦的核电装机规模约占全国发电总装机容量的2%;2017年核电发电量占全国总发电量3.94%,远低于全球11%的平均水平。

“到2020年,在运机组要达到5800万千瓦的预期规模还有很大难度。所以开工建设3000万千瓦的目标也需付出更大努力。”李冶表示,我国在核能领域的创新能力与核电强国相比还有一定差距;一些核心技术一定程度上还受制于人;高端装备产业的国际竞争力有待提高。在发展环境上,核电法律法规和标准体系建设还不完善,治理体系和治理能力现代化水平有待提升,核电发展的政策环境有待进一步健全;市场的决定性作用和政府的保障性作用发挥还不充分,核电发展的市场环境有待进一步规范;核电社会公众接受水平也亟待提高,核电发展的社会环境有待进一步改善这些问题都需要采取措施认真解决。

李冶也表示,今后一段时期,是我国核电发展的战略机遇期,核电发展的任务很重,也会面临一系列的新形势、新情况和新问题。他建议,核电发展要纳入大的能源系统、生态系统,深入研究未来能源结构、各电源品种及大电网网架布局,科学制定面向2035年的新一轮核电发展战略,实现核电与其他新能源的全面协调发展。科学谋划核电布局和规划实施路径,按节奏分批、分步启动实施,保持相对稳定的建设节奏和合理的建设规模,形成标准化、批量化效益,提升核电经济竞争力。妥善解决核电消纳、调峰、安全、经济等问题,提高核电发展的质量和效益。要更加注重核电科普宣传、信息公开和公众参与,赢得更多的公众信任和支持,努力营造良好的发展环境。

同时,全面梳理可能制约我国三代核电规模化发展的技术瓶颈。瞄准未来核电发展前沿技术,加大基础性、原创性核电科技创新支持力度,精心谋划、提早布局,精心组织实施,形成“推广一代、开发一代、预研一代”的系统布局,不断探索新的生产方式、产业形态、商业模式和经济增长点,抢占未来产业竞争的制高点。

总而言之,核能作为一种清洁、高效、稳定的发电方式,是我国实现气候变化减排要求的必然选择,而环境与气候变化因素正改变世界能源发展方向,也会成为世界能源技术和政策调整的最大推动力。

历史上的核电大跃进终将逝去,等待我们的是更多的机会与未来。



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