中国核电技术有多牛:在建机组数量全球第一
来源:中国经济周刊 发布时间:2016年06月14日 08:13 作者:

  5月30日,全国科技创新大会、两院院士大会、中国科协第九次全国代表大会在京召开。习近平总书记在讲话中指出,我国科技事业发展的目标是,到2020年时使我国进入创新型国家行列,到2030年时使我国进入创新型国家前列,到新中国成立100年时使我国成为世界科技强国。习近平总书记就此提出5点要求,其中第一点便是夯实科技基础,在重要科技领域跻身世界领先行列。

  作为世界三大电力支柱之一,核能在保障能源安全、改善环境质量等方面发挥了重要作用。习近平总书记曾将和平利用核能事业比作“普罗米修斯带到人间的火种”。2015年1月,在我国核工业创建60周年之际,习近平总书记指出,核工业是高科技战略产业,是国家安全重要基石。

  回顾我国核电发展历程,自“十一五”我国提出“积极发展核电”后,我国核电进入大发展时期。进入“十二五”后,受到日本福岛事件影响,中国政府暂停审批核电项目,并在全国开展核安全大检查及技术安全改进。

  2014年,中国没有开工建设任何一台核电机组。2015年,辽宁红沿河核电站5号、6号机组,福建福清核电站5号、6号机组相继获批,标志着我国沿海核电的实质性重启。

  今年全国两会期间,国务院总理李克强在政府工作报告中三次提及“核电”,提出国内“第三代核电技术取得重大进展”,并提到高铁、核电等中国装备走出去取得突破性进展。

  从引进国外技术,到消化吸收,到自主品牌诞生,再到“走出去”加入国际市场竞争,中国正从核电大国迈入核电强国。

  2016年5月,我国拥有自主知识产权的三代核电技术“华龙一号”示范工程首堆福清核电5号机组开工一周年。一年以来工程建设进展顺利,设计、设备制造和建安施工等各项工作有序推进,展现着我国核电的产业实力。

  6月6日,中国核工业建设股份有限公司在上交所成功挂牌上市,成为A股市场第一家核电建设上市企业,股票简称为“中国核建”,股票代码为“601611”,发行价格为每股3.47元。开盘后瞬间,中国核建以5.00元、44.09%的涨幅无悬念实现秒涨停。

  在此之前,中广核电力(1816.HK)和中国核电(601985.SH)均已成功踏入资本市场。中国核建挂牌,意味着包括核电建设、核电运营以及核电燃料及配件的核电全产业链与资本市场完成对接。如无意外,国家电力投资集团(下称“国家电投”)涉核资产及业务亦将于年内登陆资本市场。

  资本市场惊呼,核电行业的“黄金时代”正在来临。

  国家能源局核电司司长刘宝华曾表示,要抓住我国新一阶段核电发展的机遇,加强基础研发和科技创新,打造世界核电发展的产业中心。

  刘宝华介绍,在世界先进的核电技术发展中,我们已经在若干领域处于领先和示范地位,我国核电科技研发、设备制造、设计建设能力正在快速提升,可以说,经过几十年的发展,我国已经跻身世界核电发展的第一方阵。

  中国自主三代核电技术登上舞台

  “中国的核电发展很快。”2016年1月27日,中国国家原子能机构主任许达哲在当天举行的《中国的核应急》白皮书发布会上介绍,2015年,国家批复建设的核电机组8台,开工建设6台,投入运行8台,其中投入商业运行的6台。

  官方资料显示,截至目前,中国大陆运行的核电机组30台,总装机容量2831万千瓦;在建的核电机组24台,总装机容量2672万千瓦。其中,在建的核电机组数量排名世界第一,总机组数量位居世界第三。

  2014年11月国务院办公厅发布的《能源发展战略行动计划》中,明确提出到2020年,核电装机容量达到5800万千瓦,在建容量达到3000万千瓦以上。“十三五”规划纲要在“能源发展重大工程”中特别指出,要开工建设一批沿海新的核电项目。

  目前,国内在运的核电站主要采用的是第一代和第二代核电技术。

  2011年,福岛核事故之后,核安全问题时刻触动各国神经。我国亦一度中止了核电站的新项目审批工作。世界各国从国家层面和核设施方面都提升了事故应对的措施,加强了核事故应急准备和响应的能力建设。采用安全性、经济性更高的三代非能动核电技术成为世界潮流。

  2012年10月24日,国务院常务会议再次讨论并通过了《核电安全规划(2011—2020年)》和《核电中长期发展规划(2011—2020年)》。根据规划,国务院对核电建设作出了“稳妥恢复正常建设”的决定,并明确指出“新建核电机组必须符合三代安全标准”这一准入门槛。

  从技术路线上看,中国具有自主知识产权的新的三代核电建设主要技术分别有中核、中广核两家力推的“华龙一号”与国家电投的CAP1400,谁能在国内核电新项目以及担当“走出去”重任中获得优势一直是业内关注的问题之一。

  截至2015年底,我国在建核电机组24台,立项时间较前的核电项目主要以从西屋公司引进的AP1000为主,立项时间较后的核电项目则重点推进华龙一号、CAP1400、高温气冷堆等技术选型。

  

  

  三十年孕育“中国血统”华龙一号

  上世纪90年代初,我国自行设计、建造和运行管理的第一座30万千瓦压水堆核电站——秦山核电站投入运营。沿着“自行设计建设运营管理秦山核电30万千瓦机组,为我国自主发展核电奠定基础”“自主设计建设运营管理秦山二期和海南60万千瓦核电机组,带动我国核电重大装备国产化和自主化”“岭澳福清方家山等100万千瓦机组建设,奠基百万千瓦自主化基础”的节点,我国核电工业已走过30年的发展历程。

  2014年8月,华龙一号通过了由国家能源局、国家核安全局牵头组织的专家评审,这意味着我国核电人30余年的自主研发成果,终于得到国家权威部门的认可。

  华龙一号技术是在中核集团ACP1000和中广核集团ACPR1000+基础上双方联合开发的具有自主知识产权、可独立出口的三代百万千瓦级压水堆核电机型,是以我国多年核电建设运营成熟经验为基础,汲取世界先进设计理念的三代核电自主创新成果。

  

  AP1000 模型

  2015年5月7日,华龙一号首堆示范工程福建福清核电5号机组正式开工建设,标志着我国正进入世界先进核电水平的第一阵营。

  2016年5月30日,中核集团在福清核电基地通报,华龙一号落地一年以来,国内外示范工程建设稳步推进,技术经济性、安全性、先进性不断优化。

  中核集团核电工程公司设计院副院长荆春宁表示,“作为目前我国唯一具有完整自主知识产权的百万千瓦级三代核电技术,华龙一号全面实现了关键技术的重大突破,真正掌握了核心技术、未来竞争和发展的主动权,首堆设备国产化率达89%。”

  自诞生之日起,华龙一号的技术融合问题就摆在眼前。业内认为,尽管ACP1000和ACPR1000+同宗同源,均基于中国已掌握的从法国引进的M310核电技术,但具体参数差异很大,尤其是安全序列可谓完全不同。于是,在高层多轮推动下,以技术融合为使命的华龙国际应运而生。

  2016年3月17日,由中国核工业集团公司和中国广核集团有限公司共同出资的华龙国际核电技术有限公司(下称“华龙国际”)正式揭牌成立。

  根据定位,华龙国际“致力于持续融合与发展华龙一号自主三代核电技术,统一管理并实施华龙技术、品牌、知识产权等相关资产在国内外的经营,推动华龙一号成为中国核电‘走出去’的主力品牌。”

  “华龙国际是由我们和中核集团共同成立的,目前各占50%股份。”中国广核集团公司党组书记、董事长贺禹对《中国经济周刊》记者表示,公司成立的主要目的是使我国具有完全自主知识产权的第三代核电技术华龙一号实现融合发展。“华龙国际的成立是国企改革的一项措施。我觉得有点像通信企业里铁塔公司的概念,各通信公司把一部分同质业务拿出来放到一家公司里面去。”

  “应该说,即便是相同的技术,也需要根据厂址和项目的不同而重新设计。” 贺禹坦言,两家公司的技术确实在某些方面不尽相同,但核心技术点是一致的,这也正是华龙国际成立的原因之一。两家公司将把技术研发、开发平台集中在华龙国际。未来华龙一号的技术融合、改进和研发工作均由华龙国际承担,中广核与中核集团将不再自行研发华龙技术。“未来所有华龙技术新项目的初步设计、概念设计都由华龙国际承担,然后两家公司再根据设计做进一步的工作。”

  全球最高安全标准:华龙一号可抵御引发福岛核事故震级的地震;可防范商用大飞机恶意撞击

  “华龙一号采用渐进式的技术发展路径,在成熟技术的基础上集成了众多先进技术特征。”中核集团核电工程公司设计院副院长荆春宁如是说。

  华龙一号满足了我国和国际最新核安全法规标准的要求,在安全、技术和经济指标上也达到或超过了国际三代核电用户需求。

  华龙一号创新性地采用“能动与非能动相结合的安全设计理念”,中核集团总经理钱智民曾介绍说,以非能动作为能动的补充,增强了安全性,非能动系统的优点就是不依赖电源,而是利用重力、温差、蒸发等自然驱动力带走堆芯预热和安全壳的热量,而不需要依靠外部能源。

  资料显示,华龙一号采用了“177堆芯”设计、多重冗余的安全系统、单堆布置、双层安全壳,设置了完善的严重事故预防和缓解措施,充分吸收了福岛核事故经验反馈,可以抵御相当于引发福岛核事故震级的地震。

  在华龙一号的安全设计中,还加入了防范商用大飞机恶意撞击一项。这是“9·11”事件后美国核管会(NRC)对核电站最新的安全要求,也是全球最高安全标准。

  为了提高安全水平,华龙一号在施工技术上采用了不少创新举措。例如,华龙一号安全壳厂房为双层安全壳,内层安全壳内径46.8m,壁厚1.3m,外层安全壳内径为53.0m,下部壁厚为1.5m,上部壁厚为1.8m。根据安全壳结构特点,内壳外壁、外壳内壁和外壁模板均采用定型悬臂模板体系,贯穿件等特殊部位加工特殊模板支设。

  据中核集团新闻发言人潘建明介绍,华龙一号主要有三大特点:第一大特点是“177堆芯”,在提高堆芯额定功率的同时降低平均线功率密度,既增加了核电厂的发电能力又提高了核电运行的安全裕量。第二个特点是华龙一号的燃料组件具有完全自主知识产权,这对中国核电“走出去”十分关键。第三个特点是装备实现国产化,可充分利用我国现有核电装备制造能力,推动产业集群转型升级,拉动国内核电装备制造业发展。

  “技术创新是我们的核心竞争力。华龙一号在计算分析软件、反应堆堆芯设计、燃料技术、能动和非能动安全技术等方面全面实现了重大突破,真正掌握了核心技术,掌握了未来竞争和发展的主动权。”潘建明说。

  正是在反应堆堆芯、燃料自主化、装备制造自主化三大方面着力推进,华龙一号得到了国内和国际行业的认可。国家原子能机构副主任王毅韧评价指出,2015年,华龙一号通过国际原子能机构(IAEA)通用和安全评审,国内首堆和国外首堆相继开动,标志着该技术的先进性、成熟性、经济性等已得到广泛认同。

  面对核电重启的大蛋糕,各大核电集团都已经准备好了。不过,在未来发展中,不同项目的技术仍将面临着激烈的市场竞争。

  华龙一号、CAP1400确保安全情况下降低成本

  CAP1400 是中国在消化、吸收、全面掌握AP1000(美国西屋公司百万千瓦级压水堆三代核电技术)的基础上,再创新而来的具有自主知识产权、功率更大的三代核电技术。

  原核工业部常务副部长陈肇博在接受《中国经济周刊》记者采访时曾回忆,2003年新一届政府决定将“适度发展核电”调整为“积极发展核电”,决定启动一批新的核电项目,并引进世界先进核电技术。

  2003年,时任国务院总理温家宝批示:“发展核电,要采用世界先进技术,统一技术路线,不敢再走错一步,不能照顾各种关系。”

  经过慎重考虑,2003年年中,国务院成立核电自主化领导小组,时任国务院副总理曾培炎兼任组长,同时决定在山东海阳和广东阳江(后改为浙江三门)分别上马一个引进先进技术的自主化依托项目,面向全球招标。

  p22(2) 浙江三门第三代核电站

  浙江三门第三代核电站

  最终,美国西屋公司开发的第三代先进压水堆核电技术AP1000在招标中胜出。2006年12月16日,中美两国政府及双方企业签署《关于在中国合作建设先进压水堆核电项目及相关技术转让的谅解备忘录》。

  陈肇博回忆道,为了给再创新留有余地,中国坚持在合同中写明中方在AP1000基础上做出重大改进和再开发的堆型,拥有自主知识产权。

  随后,国家核电技术公司(下称“国家核电”)组建,全面负责AP1000技术的引进和消化吸收。

  “公司被冠以‘国家’二字,这在国企中是少有的,表明党中央国务院对该公司的重视和寄托的希望。”陈肇博如是说。

  2007年,上海核工程研究设计院整建制划归国家核电,是中国引进消化吸收第三代先进核电技术AP1000并在此基础上实现再创新的技术主体,负责大型先进压水堆核电站重大专项CAP1400的研究开发和总体设计,并开展CAP1700、小堆研发设计和四代堆预研等研发设计工作。

  据国家核电此前介绍,在国家重大科技专项支持下,CAP1400设备研制取得了重大成果,我国已形成完整的CAP1400设备制造产业链。突破了包括主设备、材料、电缆、泵阀在内的一系列关键制造技术,形成了满足美国机械工程师学会(ASME)等国际标准的完整产业链,可以有力支持CAP1400的设备制造任务。

  公开信息显示,2009年起,我国陆续在浙江三门和山东海阳分别建设两台AP1000机组,这是世界首批AP1000机组。通过AP1000技术的消化吸收,包括三门核电二期、海阳核电二期在内的多个项目将采用国产化CAP1000设计,并将在“十三五”期间开工。位于山东荣成石岛湾的CAP1400示范工程则有望年内投入建设。

  2015年5月29日,中国电力投资集团公司与国家核电合并重组成为国家电力投资集团(下称“国家电投”),被视为改写国内核电版图的重大事件。

  今年全国两会期间,在接受《中国经济周刊》记者采访时,国家电投董事长王炳华表示,2016年,CAP1400核电站即将核准开工建设。

  “就国内的技术路线来看,是AP1000、CAP1400还是华龙一号,未来的格局还是要看投资方的选择。”王炳华表示,现阶段,我们国家正在做核电上网电价的政策调整。2016年,随着AP1000核电站陆续发电,CAP1400核电站即将核准开工建设,国家电投将会非常有竞争力。

  “两个不同的技术有些时候有相互竞争,整体而言有利于核电产业的发展。”贺禹对《中国经济周刊》记者表示,至于某个厂址选用哪种技术,还要看市场选择,以及未来建设和运营的具体情况。“我相信二者都很有生命力。主要是在确保安全的情况下把成本降下来,这很关键。”

  习近平主席强调:确保中国境内和对外出口的核电站安全可靠、万无一失

  从引进国外技术,到消化吸收,到自主品牌诞生,再到“走出去”加入竞争激烈的国际市场,中国核电技术的创新发展举世瞩目,成为我国从核电大国不断迈向核电强国进程的最好注脚。

  与此同时,国家层面的推动也使得中国核电的出海步伐明显加快。

  美国当地时间4月1日,第四届核安全峰会在华盛顿闭幕。中国国家主席习近平在峰会上发表重要讲话,就加强国际核安全体系、推进全球核安全治理全面阐述中国的政策主张,宣布中国加强本国核安全并积极推进国际合作的举措。

  习近平主席强调,中国将推广国家核电安全监管体系。中国实施最严格的安全监管,确保中国境内和对外出口的核电站安全可靠、万无一失。我们将依托国家核与辐射安全监管技术研发中心,帮助有需要的国家提升安全监管能力,为提高全球核电安全水平作出贡献。

  “你们为我撑腰,我去国际舞台为你们扬名。”李克强总理赴中国核电工程有限公司考察时表示,要用最高标准、最优质量、最好性价比,提升中国核电装备在国际市场的竞争力。

  核电与高铁已成为中国装备制造“走出去”的两大龙头产品。

  今年4月6日,第二十届太平洋地区核能大会在北京开幕,国务院总理李克强向大会致贺信。李克强总理在贺信中表示,中国政府高度重视核能发展,坚持安全高效发展核电,近年来设计开发了华龙一号等三代核电技术,建设了一批核电站,建立了较完整的核科技工业体系。中国政府愿在平等互利、合作共赢的基础上,同世界各国开展和平利用核能合作。

  在极具竞争性的国际核电市场中,中国核电技术实现了突破。

  华龙一号现阶段已经确定建设的项目包括6台机组:中核集团福清5号、6号机组,巴基斯坦K2、K3机组,以及中广核集团防城港3号、4号机组。防城港核电二期工程还将作为英国布拉德韦尔B核电站的参考电站,成为中国核电“走出去”战略的桥头堡。

  此前,中国核工业集团公司董事长、党组书记孙勤在接受《中国经济周刊》记者采访时曾表示,“首先,走出去要有自己的东西。经过近10年的努力,中核集团联合中广核集团共同拿出了华龙一号,有了自己的利器;其次,国家装备制造业整体水平提高,国家提出‘走出去’战略,给予‘走出去’各方面的支持,国际市场逐渐形成。”

  中核集团向《中国经济周刊》记者提供的材料显示,中核集团与多国展开核工业全产业链合作。目前,中核集团已成功向7个国家出口了7台核电机组、8台反应堆或核动力装置,与全球40多个国家和地区建立了科技、经贸关系,正与世界近20个国家商谈核电及铀资源、核燃料及研发等核工业全产业链合作。

  “十二五”期间,华龙一号国外首堆巴基斯坦卡拉奇核电项目开工建设;与阿根廷签署重水堆、压水堆核电站合同;与法国签订了核能全面合作协议;与英国签署了核能研究与创新中心建设合作协议;与苏丹签署框架协议,双方核电领域合作进入新阶段;与沙特、埃及等国家核能合作逐步引向深入。

  在核电“走出去”的过程中,尤其受到舆论关注的是,2015年10月21日,由中广核牵头的中方联合体和法国电力集团(EDF)签订了在英国新建核电项目的战略投资协议。双方共同投资兴建英国欣克利角C等三个核电项目,这是中国企业首次在老牌发达国家建设核电站。

  “在项目建设过程中,我们的工作人员将得到学习和锻炼,同时将设备、施工和理念都带出去,最终实现我国核电技术的整体输出。”贺禹董事长向记者介绍说。

  国家电投则致力于南非核电市场开发。据上海核工程研究设计院院长、国家重大专项大型先进压水堆总设计师郑明光此前介绍,CAP1400作为中国政府在南非的主推机型,取得了一系列重要进展。2015年12月2日国家核电与南非核能集团签署《CAP1400项目管理合作协议》。该协议的签署对深化两国核电合作、推进CAP1400南非项目开发具有重要意义。

  在土耳其市场,国家核电和西屋公司于2014年11月24日与土耳其方签署了土耳其第三核电厂建设的排他性合作备忘录。根据备忘录,国家核电和西屋公司组成联队将为土耳其建造“2台AP1000+2台CAP1400”的核电项目。

  三代核电机组

  第一代核电机组

  核电站的开发与建设开始于上世纪50年代。1954年,苏联建成电功率为5000千瓦的实验性核电站;1957年,美国建成电功率为9万千瓦的希平港原型核电站;这些成就证明了利用核能发电的技术可行性。国际上把上述实验性和原型核电机组称为第一代核电机组。

  第二代核电机组

  上世纪60年代后期,在实验性和原型核电机组基础上,陆续建成电功率在30万千瓦以上的压水堆、沸水堆、重水堆等核电机组,它们在进一步证明核能发电技术可行性的同时,使核电的经济性也得以证明:可与火电、水电相竞争。上世纪70年代,因石油涨价引发的能源危机促进了核电的发展,目前世界上商业运行的400多座核电机组绝大部分是在这段时期建成的,称为第二代核电机组。如PWRs、BWRs等。

  第三代核电机组

  1979年和1986年分别发生在三里岛和切尔诺贝利核电站的严重事故的负面影响,使核电发展进入低潮。为了解决这些严重事故的负面影响,美国和欧洲先后出台了“先进轻水堆用户要求”文件,即URD文件,以及“欧洲用户对轻水堆核电站的要求”,即EUR文件。国际原子能机构也对其推荐的核安全法规(NUSS系列)进行了修订补充,进一步明确了防范与缓解严重事故、提高安全可靠性和改善人因工程等方面的要求。国际上通常把满足URD文件或EUR文件的核电机组称为第三代核电机组。如AP1000、EPR、ESBWR等。

  资料来源:《世界核电技术发展趋势》