从日本地震看我国核电安全发展

2022-04-19 17:04  来源: 能源评论•首席能源观    核安全  核能发电  核能供暖  核能综合利用  华龙一号  玲龙一号

我国“碳达峰、碳中和”承诺提出以来,能源领域愈来愈明确地认识到积极发展核电的必要性和重要性。国务院发布的《2030年前碳达峰行动方案》中明确指出:要积极安全有序地发展核电。国内核电建设进入了平稳发展阶段。


不久前,日本东海岸的地震新闻,让人们的视线又一次聚焦到福岛核电站上来。

3月16日晚,日本本州东岸近海接连发生6.0级、7.4级、5.6级地震,福岛、东京多地停电。此次地震,导致福岛第一核电站2号机组乏燃料池冷却系统停止,1000多个放射性废水储水罐中,有85个发生了位移。

自日本“3·11”大地震发生后,福岛第一核电站6台机组先后出现各种故障,已经全部停运,进入报废拆除和退役处置阶段。核废水的排放安全问题一直为全球各国所关注。

安全与发展并重

2011年日本大地震发生后,中国和全球其他有核电的国家一样,提高了核电安全管理的标准,核电站安全设计也已有了极大改进。2018年6月26日,世界核电运营者协会(WANO)宣布已完成在福岛核事故后明确的12个安全改进项目。这些项目涉及全球超过460台商用核电机组,许多改进措施非常复杂且极具挑战性,需要投入大量的时间和资源。

最近十年,中国核电发展稳健,成绩斐然。自主设计的“华龙一号”技术在海内外都有机组建成投产,引进美国的AP1000(三代核电技术)四台机组也已经建成投产。海阳核电还实现了供热改造,为周边居民提供集中供暖服务。

我国“碳达峰、碳中和”承诺提出以来,能源领域愈来愈明确地认识到积极发展核电的必要性和重要性。国务院发布的《2030年前碳达峰行动方案》中明确指出:要积极安全有序地发展核电。国内核电建设进入了平稳发展阶段。

自2011年日本福岛核事故以来,中国政府一度暂停新增核电项目审批。2012年12月,江苏田湾核电二期工程获得核准。同时获批的还有石岛湾高温气冷堆示范工程。

2015年年初,红沿河5、6 号机组和福清5、6号机组获国务院批准。5 月开工的福清项目5号机组是我国首台“华龙一号”。同年年底,防城港5、6号机组和田湾5、6号机组获批。2019年1月30日,中核集团漳州核电一期项目1、2号机组,以及中国广核集团惠州太平岭核电一期项目1、2号机组获得核准。以上机组均采用“华龙一号”技术。

2020年9月2日,国务院总理李克强主持召开国务院常务会议,核准了海南昌江核电二期工程和浙江三澳核电一期工程。两大项目有效总投资超过700亿元。此次核准的两大核电站,均采用“华龙一号”技术。

2021年4月14日,山东荣成,国家科技重大专项“国和一号”的综合智慧能源工程——“国和一号+”正式开工建设。项目一期规划2台压水堆核电机组,机组单机发电功率为153.4万千瓦,设备整体国产化率达到90%以上。

核能和平利用新趋势

继海阳核电站热电联供改造完成并投产之后,秦山核电站和红沿河核电站均转向热电联供,北方大型核电站发展热电联供成为趋势。“国和一号”电功率太大,只有足够大的电网规模才能承载接入。为了拓展市场空间,“国和一号”也转向了热电联供综合利用。

出于安全性、经济性和总投资规模的考虑,核电机组的小型化则是另外一个发展趋势。

2021年7月13日,中核集团多用途模块式小型堆科技示范工程在海南昌江核电站现场正式开工。至此,该项目成为全球首个开工的陆上商用模块化小堆,它标志着我国的模块化小型堆技术走在了世界前列。该项目采用中核集团“玲龙一号”(ACP100)技术,发电功率为12.5万千瓦。这项技术是中核集团通过十余年自主研发并具有自主知识产权的多功能模块化小型压水堆堆型,是继中核集团三代核电“华龙一号”后的又一自主创新重大成果。2016年,“玲龙一号”成为全球首个通过国际原子能机构安全审查的小型堆。

此外,高温气冷堆也属于小型堆,一个模块也是10万千瓦。位于山东荣成的华能石岛湾高温气冷堆示范工程是全球首座具有第四代核电技术主要特征的球床模块式高温气冷堆核电站,由两个10万千瓦的模块组成20万千瓦的发电系统,带动20万千瓦发电能力的蒸汽轮机和发电机。

一直以来,中国核电运营水平全球领先。我国在运的核电机组,一直保持着较高的安全运营水平。世界核电运营者协会(WANO)公布的数据显示,2020年11月,在满足WANO综合指数计算条件的中国核电21台机组中,有15台WANO综合指数达到满分,并列世界第一。满分机组分别是:秦山第二核电厂1、2、3、4号机组,秦山第三核电厂1、2号机组,方家山核电厂1、2号机组,田湾核电厂1、2号机组,福清核电厂1、3、4号机组,昌江核电厂1、2号机组。

WANO指标是国际上衡量核电安全水平的重要指标。它以量化的方式显示核电厂在核安全、发电管理、电厂设备可靠性、有效性以及工业安全等方面的性能状况,用来监视核电厂的运行状况以及改进情况。

核电安全健康可持续发展建议

第一,坚持安全评估的适度高标准。

所谓安全标准,没有最高,只有更高。选址条件要求愈高,适合的厂址就愈少,运行安全要求愈高,安全保障设施投入就愈大。在核电发展国家层面、行业层面的重大决策中,确定什么样的具体安全标准,对于行业发展至关重要。因此,应该综合考虑技术可行性、经济可承受度、安全可接受度,以及需求的迫切程度,制定适度的安全标准。

其中有两个领域需要专门研究和决策:一个是内陆核电,另一个是池式供热堆。

鉴于美国和法国有超过一半的核电机组都位于内陆,而且内陆核电与沿海核电都有一套十分严格的安全标准,国内没有必要对内陆核电建设讳莫如深。更何况,20世纪80年代拟建的我国首个核电站——苏南核电站就是在长江边上的内陆核电站。

池式供热堆的突出优势就是开口常压,其免去了为控制压力所需的压力容器、稳压器和安全阀等复杂设备,投资成本大幅度降低,约为低参数压力壳式核能供热系统的1/3。其主体工程位于地下,混凝土浇灌的壁厚一米的池壳与土地融为一体,又有内外钢板包覆,只要不在地震断裂带上,抗震能力自然超强。只要验证燃料组件的抗震能力即可,完全没有必要套用核电站的选址标准,可以适度降低选址条件中对抗震标准的要求。池式堆不会发生堆芯熔化事故导致的大量放射性外泄,实现了固有安全。

第二,坚持自主创新的技术路线。

一直以来,对于我国核电技术的发展模式是以引进为主,还是自主创新为主,抑或引进消化吸收后再创新?这个问题已经争论了多年。无论经验还是教训,都已经成为往事。经过四十多年的摸爬滚打,我国已经形成了规模庞大的核工业科研设计队伍和建设施工队伍,配套的工业体系也基本建成,并且保持着全球最大的核电在建规模。这些资源的形成,无论代价多大,都是十分宝贵的。

目前一说起自主创新成果,只会提到“华龙一号”和“国和一号”,其实,我国自主建设的秦山核电站一期30万千瓦、二期60万千瓦,都是自主创新的结果,都在国内外有着广大的市场,比如,我国的30万千瓦核电站已经在巴基斯坦建成了4套。

第三,坚持设备制造的零缺陷。

核电厂的设备分为核级和非核级。核级就是核安全级设备和部件,定义是执行核安全功能的设备和部件,简单理解,就是这些设备和部件要起到包容放射性、控制反应性及在应对设计基准事故时要使用。其他为非核级。建造核电站的设备主要分为三类:核岛设备、常规岛设备、辅助系统(BOP)。

核岛设备是承担热核反应的主要部分,技术含量最高,对安全设计的要求也最高。设备制造企业要充分利用人工智能技术实现智能制造,保证产品零缺陷,这是系统运行安全的基本前提。

第四,坚持施工安装的高质量。

1996年,参与日本核电建设、负责质量监管的高级工程师平井宪夫在《核电员工最后的遗言》中预言了福岛核电事故。主要依据就是他发现核电厂的施工质量不高,根本抵御不了大地震的冲击。以史为鉴,核电站无论是核岛部分还是常规岛及辅助系统部分,都需要稳定的施工安装队伍、严格的质量管理、充分的经验分享和严格的安全标准检查。类似常规建筑市场的层层分包、层层压价、导致偷工减料的现象,一定要严格杜绝。

第五,坚持运行维护的精细化。

随着信息技术和人工智能技术的应用,运行维护技术已经有了长足的进步,从预防性维护,到预测性维护,再到预警性维护,目前在运行的核电站都上马了EAM(企业资产管理)系统,只不过有些核电厂用的还是美国的软件,需要加快实现国产化。高水平的国产EAM软件已经上市,不过还需要在应用过程中更多地融入各种专业及行业经验。

第六,继续推进市场化改革。

理想的核电产业市场,应该是核燃料循环企业相对独立运作,并实现核能(包括核能发电与核能供热)运营企业专业化、核能投资主体多元化、核能设备制造市场化。目前我国三大核电集团小而全、自循环的现状,不利于降低行业管理成本和运营成本,不利于调动多方投资核电的积极性,不利于专业经验的充分分享,不利于产业创新的加快,更不利于步调一致地开拓国际市场。所以,还是要继续推进核电产业的市场化改革。

(作者系中国电力发展促进会副秘书长兼核能分会副会长)



图为技术

深圳核博会

中国核电网


推荐阅读