2007年,正是中国经济发展最快的一年,GDP增速达到了史无前例的14.2%!经济的发展使得社会用电量不断攀升,中国政府意识到,发展核电,是保证国家能源安全的重要手段。然而,一个棘手的现实问题摆在了决策部门面前:国内的核电技术路线尚未统一,自主研发三代核电技术才刚刚起步。没有先进的核电技术,

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【观点】中国的核电梦 还是寄托给CAP1400吧

2017-09-20 09:58 来源:中国核网 

2007年,正是中国经济发展最快的一年,GDP增速达到了史无前例的14.2%!经济的发展使得社会用电量不断攀升,中国政府意识到,发展核电,是保证国家能源安全的重要手段。然而,一个棘手的现实问题摆在了决策部门面前:国内的核电技术路线尚未统一,自主研发三代核电技术才刚刚起步。没有先进的核电技术,何谈核电大发展?

当时,中国能称得上自主的核电技术只有两种。

其一,就是以秦山一期30万千瓦机组为代表的具有完全自主知识产权的核电技术。当时建造秦山一期,目的仅仅是为了测试中国自主设计建造核电站的能力,并未将其作为我国核电发展的技术路线。此后,该型机组除出口四台至巴基斯坦外,并未再在国内建造。

其二,便是在引进的法国M310核电机组技术上自主研发的60万和100万千万核电机组,这类核电技术属于二代或二代加技术,是我国推进核电技术国产化的主流技术。但在当时国际上开始流行三代核电技术标准的时候,该类核电技术也显得有些过时。

M310机组是法国70年代从美国西屋引进的90万千瓦压水堆核电技术的基础上发展起来的,中国的二代加核电技术的技术基础正是M310技术,追根溯源,中国的二代加核电技术也算是师从了美国西屋。只不过,法国在成功研发M310技术后,为了提高核电的经济性,又从西屋引进了功率更大(130万千瓦以上)的核电技术,并且将这种百万千瓦以上的核电技术作为后续国内核电建设的唯一技术(法国国内有近一半的核电机组是百万千瓦以上的该型核电机组)。因此,可以说,中国的二代加技术,只是达到了法国核电80年代的水平,而且经济性也未必比得上法国的百万千瓦以上核电技术。

2007年的中国,要大力发展核电,考虑到经济性和安全性,必须采用世界最先进的三代核电技术。而现实是,若依靠自主研发的三代核电技术,只能以原来引进自法国的二代核电技术为基础,而且得从零开始。因此,自主研发三代核电技术,不仅是不现实的,而且时间上也不允许。中国要大力发展核电,只能以引进的最先进三代核电技术为基础,进行消化吸收和再创造。这个观点,在当时的中国核电界并无异议。

由于事关中国核电的未来,对于引进法国的EPR还是美国西屋的AP1000,中国政府进行了谨慎而全面的分析和决策。国务院召集核电界、政界、能源界数百位专家,对两种技术进行的细致的比较和分析,并对采用何种技术进行了投票决策。最终,AP1000以绝对优势战胜了EPR,成为中国引进三代核电技术的首选堆型。

AP1000胜出的原因无外乎以下几点,如先进的设计理念,创造性的模块化建造方法可以缩短工期,非能动安全性系统设计等。尤其是其独特的非能动安全系统设计,能实现事故后72小时内不需要人工干预,可以说是反应堆安全设计上的一次飞跃,这一点,现在还没有其他三代核电技术能做到。

相比之下,法国的核电技术均是以西屋的压水堆技术为技术基础上,对安全系统做加法的做法不仅不能有效提高安全性,还会导致系统更加复杂,造价大增,怎么看也不算很“先进”。

于是乎,AP1000在中国各界专业人士的建议下,成为中国核电引进吸收再创造的范本。

AP1000是西屋集半个世纪核电设计之大成研发出来的,本是不愿意轻易拱手让人的。但我国核电要发展,还要“走出去”,必须让西屋毫无保留的交出所有技术。在多次艰难的谈判后,二者终于达成了妥协。

在市场上,AP1000以及后续国产化的CAP1000,只能在中国国内建造,中国不得用于出口。以AP1000为基础中国吸收再创造研发的CAP1400以及CAP1700,中国可以向除了美国和日本之外的所有国家出口。而在技术上,西屋在卖给中国2到4套关键设备后,必须能让中国有自主制造所有关键设备的能力(包括屏蔽主泵和爆破阀)。

这个协议对中国来说是相当有利的。其一,中国可以通过西屋的技术转让,一举成为世界上具备建造最先进核电站能力的国家,通过AP1000及国产化CAP1000的建造,让中国的核电技术水平一跃为世界最高水平,实现中国核电技术上的跨越式发展。其二,中国通过出口CAP1400和CAP1700,使得中国能一举成为能够出口最先进三代核电技术的国家,能够在国际上与法国ERP分庭抗礼。照此路线,中国核电的崛起,中国核电的走出去目标,都将不日实现!

中国的核电梦,将和中国的高铁梦一样,不日实现!

然而,哪有这种一蹴而就的好事!

要实现21世纪中国的核电强国梦,中国必须在同一时间内走完以下三步:

第一步,实现AP1000全球首堆的顺利投产,将AP1000图纸上的先进性在工程上实现。

第二步,完成AP1000到CAP1000的转变,即能够实现AP1000全部关键设备的国产化,这其中就包涵属于AP1000核心技术的大型屏蔽主泵,蒸汽发生器,核级安全爆破阀等西屋刚刚才在技术上突破的设备。

第三步,即在走前两步的基础上,完成CAP1400示范堆的设计和建造,用示范堆证明中国核电已经实现了技术上的跨越,能够建造出世界上最大最先进的三代核电机组。

既然是跨越,就要步子比别人大,进步比别人快!要实现跨越式发展,以上三步就必须在别人走一步的时间内走完,即在美国的AP1000核电项目投产之前,中国不仅要让中国的AP1000发电,还要让中国具备自主建造CAP1000的能力,更要让CAP1400示范项目开工!

在与西屋签订AP1000引进协议不久,中国的CAP1400设计就已启动。以一个图纸上最先进,设计理念全新的核电技术为蓝本,创造性的设计一个更加先进,更加庞大的先进核电技术,这对于国核技的设计人员来说,是一个前所未有的挑战。

对于一项还未吃透的技术来说,以尽量少的改动达到目的,似乎是一个最稳妥的方法。根据与西屋公司的协议,中国设计的CAP1400,其电功率必须在135万千瓦以上才有自主知识产权。在不改动原有AP1000设计的基础上,这个要求达到并不容易。

刚开始,在对AP1000技术初步研究后,国核技提出了简单增加堆芯燃料组数,不改变主泵流量和蒸汽发生器导热面的方案,这可以使机组毛功率达到135万千瓦。这个方案并不成熟,也没有付诸工程实践的可能性,但是却给了设计人员思路!

随着AP1000工程的建设,关键设备如蒸汽发生器(SG)技术国产化的深入,设计人员吃透了SG技术,提出了在主泵设计不变的前提下,通过改进SG的设计,提升堆功率的方法,使得机组净输出功率大于135万千瓦的改进方案,即方案二。方案二依然不够成熟,但却意味着,随着我国对AP1000技术的消化吸收,已经初步具备了再创造的能力。

浙江三门和山东海阳的AP1000项目依然在不断推进,中国的建设经验不断积累。而AP1000关键设备国产化配套的设备厂家,也对西屋的关键设备渐渐吃透。在此基础上,在方案二的基础上,国核技对CAP1400设计做出了很大的修改:即扩大SG导热面,重新设计主泵,让CAP1400的净功率超过135万千瓦。方案三是一个里程碑式的方案,这标志着我国具备了设计美国标准的大型三代核电技术的能力。尤其是屏蔽主泵的重新设计,意味着我国终于具备了设计先进反应堆大型屏蔽主泵的能力。

而CAP1400方案随着AP1000技术研究的深入依然在完善,2010年,通过提高主泵流量,优化系统总参数,优化二次测效率,让CAP1400变得完善,最终形成了净功率超过135万千瓦,具备完全自主知识产权,比AP1000经济性和安全性更好高的先进三代核电技术,做到了青出于蓝而胜于蓝。

图纸上的胜利只是一场战役的胜利,要实现CAP1400建成投产,还有诸多挑战。这些挑战既有外部的,也有内部的。

外部的挑战来自于国内突然崛起的“华龙一号”。在AP1000引进时,“华龙一号”还是中核和中广核两家各自不同的三代核电技术,当时技术既不成熟,面对AP1000也毫无优势可言。但是在13年两家技术被国家用行政力量强制合并后,突然成了中国三代核电市场一股清流,成为AP1000和CAP1400直接的竞争对手。

面对AP1000和CAP1400,“华龙一号”攻击对手的方法可谓老辣。“华龙一号”一开始就打出“完全中国人自主设计”的民族主义牌。这给这些年关心中国核电的专业和非专业人士一剂强心针,听闻“自主”二字,国人顿觉扬眉吐气。而CAP1400完全基于AP1000的事实,听起来似乎总不是滋味。

而后来,AP1000坏消息接踵而至,最关键的屏蔽主泵和爆破阀竟然未按时成功研制,AP1000项目的严重拖期,项目成本节节攀升,西屋破产重组,让人们隐隐感觉是不是AP1000是美国鬼子给中国人设下的圈套?这段时期,各种西屋阴谋论的文章在网上随处可见,当年AP1000“最先进最安全”的光环,现在几乎成为搞笑的代名词,这其中还有美国人卖给中国15版过时技术而自己留着19版先进AP1000技术的谣言,对AP1000及CAP1400来说,简直诛心。大哥尚且如此,CAP1400只好夹着尾巴做人,连宣传都没敢多做。

面对如此利好,“华龙一号”恰逢其时地宣传其“造价低,工期可控”,在与AP1000的竞争中再得一分。这个时候,AP1000能够拿得出手的只剩下“非能动安全系统”了。可是“华龙一号”又来一记致命补刀,宣传自己“能动与非能动”结合的安全系统,顿时让AP1000黯然无光。

此后,直到2016年西屋宣布屏蔽主泵和爆破阀研制成功,AP1000一直灰头土脸的在中国苟活,中国核电的舞台已经完全让位给了带着民族光环的“华龙一号”。

而事实上,CAP1400虽然源自AP1000,但是却是彻头彻尾的国产货。为啥?因为CAP1400所有的细节我国都具备自主知识产权,CAP1400所有的关键设备,中国都具有或将具有自主设计和生产的能力。CAP1400就像一个穿着出口转内销的阿迪运动衣服,从美国留学归国,要为祖国繁荣献身的留学生。

CAP1400这位留学生并非单独回国,在他身后,还有一整套的三代先进核电技术生产企业。CAP1400首堆的国产化率将在90%以上,这其中包括所有关键设备都将是国产的。这些关键设备包括:中国一重生产的直径5.3米,重达80吨的压力容器顶盖。上海电气生产的蒸汽发生器(比AP1000的SG更大更先进),东方 电气研制的1828mm汽轮机长叶片,大连大高生产的爆破阀,中国二重制造的重大650吨的发电机,三一重工研制的3600吨重型履带吊车。这其中的任何一项,都是在创造中国核电装备在质量和技术上的新纪录。

当然,CAP1400同时给中国带来的,还有数千名三代先进核电技术的监管和审核人员。美国的核电标准无疑是世界核电标准的标杆,CAP1400方案的审核,创造了中国核电方案审核的最长记录。这其中有两方面的原因,最主要的原因当然是处于对核电技术的谨慎态度,还有一个重要原因是CAP1400采用的世界最先进的设计标准,国家监管部门人员技术和经验不足。在审核过程中,审核人员简直是边审核边学习,还得升版监管方案,优化审核方法。当CAP1400审核结束,整个监管部门人员的核电监管理念都上了一个台阶,我国的核电监管理论和方法也得到了改进。这一点,对于我国核电发展和安全管理,意义更加重大。

十年磨一剑,目前,AP1000的关键技术问题都得到了解决,三门核电一号机组热试在有条不紊地进行。AP1000和CAP1400在经历数年的波折后,终于迎来了胜利的曙光。而在这些年中,CAP1400的研发已经在我国形成了一个完整的全新的先进的三代核电产业链,这个产业链资本雄厚,技术先进,利益一致。CAP1400就像一个闭关修炼多年的年轻人,现在终于打通了任督二脉,CAP1400项目即将在山东石岛湾落地。CAP1400一旦成功,不论是在国内还是在国外,都具有极强的竞争优势。

原标题:【观点】中国的核电梦,还是寄托给CAP1400吧

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