來源:中國電力企業管理 作者:趙成昆 發布日期:2018-10-08
新中國成立以來,在黨中央和國務院的親切關懷和堅強領導下,我國的核能事業在軍工領域和核能和平利用領域都得到了長足的發展,建立了較為完整的核工業體系,為國家安全提供了重要保障,為國民經濟發展注入了新的動力。特別是進入新世紀,鑒于核能在增加能源供給、保障能源安全、保護生態環境等方面的明顯優勢,我國制定了核能發展規劃,堅持安全高效的原則,積極推進核能發展,取得舉世矚目的成績。改革開放已經40年,上世紀80年代,中國核電先后經歷起步階段、小批量建設階段和規模化發展階段。截至目前,共投入商運的有38臺機組,在建18臺,總裝機5753萬千瓦。可以說,中國核電的發展歷程與不斷擴大、不斷深入的改革開放息息相關,沒有改革開放,我國核電發展就不可能取得今天的巨大成就。
艱辛的發展歷程 舉世矚目的成就
起步階段
世界民用核電起步于上世紀60年代。1954年,前蘇聯奧布寧斯克核電站并網發電,開啟了人類和平利用核能的時代。在上世紀60年代末和70年代,世界上一些發達國家因石油危機而引發對化石燃料供應的擔憂。于是美、蘇、英、法、德、日等國家大力發展核電,以支持本國快速增長的電力需求。
這一階段我國正處于文化大革命之中,國民經濟發展受到很大沖擊。盡管如此,周恩來總理高瞻遠矚,指出“科學技術新發展中的最高峰是原子能的利用。原子能給人類提供了無比強大的新的動力源泉,給各個部門開辟了革新的遠大前途”。“從長遠來看,華東地區缺煤少油,要解決華東地區用電問題,要搞核電。”為落實周總理的指示,上海抽調國內技術人才,組建上海核工程研究設計院(728院),并經過10余年的技術準備和方方面面的認識統一,確立秦山一期30萬千瓦壓水堆(也稱728工程)的項目目標。項目于1985年3月20日開工建設,1991年12月15日首次并網,1994年4月1日投入商運。在缺乏外部技術支持的條件下,工程遇到了不少困難,特別是如控制棒驅動機構等一批關鍵核電設備的首次研制。通過協同攻關,這些困難都得到了解決。秦山一期工程的成功建設,其意義是重大的,它不僅是我國依靠自己的力量開拓了中國核電的先河,而且為未來的中國核電發展提供了寶貴經驗。
在上世紀70年代末,鄧小平同志為加快中國核電發展步伐,提出從西方引進核電站,為中國核電站的“高起點起步”指明了方向。從法國引進的2臺M310核電機組相繼于1993年和1994年在大亞灣建成投產。大亞灣核電站完成了“高起點起步”建設我國首座大型商用核電站的歷史重任,不僅為廣東和香港提供了經濟發展急需的電力,還通過工程實踐,學習了大型核電站的建設和工程管理經驗,以及通過技術轉讓,掌握了部分核電設備的制造技術,為以后的中國核電發展打下了良好基礎。
在起步階段,中國政府為了確保核設施的安全,1984年成立國家核安全局,對中國民用核設施進行獨立監督管理,在消化吸收國際原子能機構(IAEA)安全法規的基礎上,逐步建立中國的核安全法規體系。與此同時,積極開展與法國、美國核安全監管局合作,建立與國際接軌的核安全監管模式。在此期間,對秦山一期工程完成了追溯性安全審評。
小規模建設階段
1994年秦山一期、大亞灣核電站相繼進入商運,但在整個“八五”期間,國家沒有批準新的核電開工項目。直到上世紀90年代中期開始,中國進入核電小規模發展階段。在此期間,共開工建設8臺機組,分別是浙江秦山二期、秦山三期(CANDU)、廣東嶺澳一期和江蘇田灣核電站(VVER)。上述8臺機組,4種堆型共建,多種技術、多種標準共存。當時業界有人打趣說,“壓水堆、重水堆、沸水堆,堆堆有特點;美國人、法國人、俄國人,人人有高招”。從當時國情來說,形成這個局面是可以理解的。雖然我國建成了秦山一期和大亞灣核電站,但總的來講還是缺乏大型核電站的設計技術,大型核電設備制造能力也不足。還有一個十分重要的原因就是核電建設資金缺乏。1985年國家計劃在江蘇江陰建造核電廠,并組織與德國開展談判。筆者有幸受邀當了2個月的技術翻譯,大家熱情很高,但最終談判戛然而止,原因是多方面的,其中一個重要原因就是資金問題,德國核電技術是好,但價格也高。只可惜江陰這個廠址沒有得到很好的保護,后來欲用不能。
雖然當時面臨很多困難,但國家發展核電的方針沒有變。1986年1月,國務院決定在秦山建設2臺60萬千瓦壓水堆機組,并明確“以我為主、中外合作”的建設方針。1989年8月,國務院核電領導小組基于當時所處的國內外環境,以及我國的實際能力,決定工程建設以大亞灣核電站為參考,開展自主設計,同時爭取國外合作。秦山二期工程是在十分艱難的條件下起步,從1987年立項到1996年開工,歷時10年。這期間反復論證、咨詢,并經歷了建設60萬千瓦機組還是建設90萬千瓦機組的爭論。從國家核電長遠發展出發,當時國家十分強調自主化和設備國產化。有一種說法是,考慮到當時國內只具備制造60萬千瓦汽輪機的能力,最終決定建設60萬千瓦核電機組。這樣將參考電站90萬千瓦、三回路改成60萬千瓦二回路,導致參考電站的參考作用大打折扣,使整個電站設計增加了難度。特別是核電站的核心部分反應堆和反應堆冷卻劑系統,從系統到設備全部重新設計,這在當時來講困難是不小的。同時,由于上世紀90年代初期國內籌資困難而不得不引入國際信貸來購買部分設備,導致多國采購、標準轉換、設備接口復雜,給工程帶來額外困難。其間在參考電站選擇問題上還考慮過日本北海道的泊1號,它是采用西屋技術的60萬千瓦級壓水堆。
當時承擔反應堆和一回路系統和設備設計的中國核動力院,在國家有關政府部門和業主公司的大力支持下,各方籌劃資金建造了反應堆物理、熱工水力、化學、大型震動臺、控制棒驅動線等一批大型試驗臺架,完成了設計和工程驗證的全部試驗,確保了工程質量。這批臺架還在后來的二代改進、“華龍一號”的建造中發揮了重要作用。2002年秦山二期建成投產,歷時6年,其間經歷了大大小小無數困難,特別是來自于設備方面的困難,最終順利建成投產,造價低、運行業績良好。通過采用與國外廠家聯合設計、設計咨詢等形式,把國外先進的設計有效地轉化成自己的技術,在蒸汽發生器、堆內構件、汽輪機組、發電機組和主變壓器等56項定點設備中,有47項可基本實現國產化,為今后核電發展打下了良好的基礎。
嶺澳一期工程的2臺百萬千瓦機組是以建成的大亞灣核電站為參考電站,工程以中方為主、外方咨詢,結合法國核電站10年大修計劃及大亞灣核電站運行經驗反饋,通過37項重大技術改進,進一步提高了機組的安全水平和經濟性,總體性能達到20世紀90年代國際上在運核電機組的領先水平。秦山三期采用的是從加拿大引進的2臺重水堆機組。當時核電業界有部分人不甚理解,認為這與我國走壓水堆技術路線不符。一次筆者與一位領導談起此事時,他無不感慨地說,“我們是負責核電發展的,但那時我們既缺乏技術又缺乏資金,當時美國又禁止核電向中國出口。加拿大愿意同中國合作,等于我們在美國后院放了一把火,燒它一下,有何不可?”世界上有許多國家都有兩種,甚至三種堆型(如韓國既有壓水堆又有重水堆),形成互補。況且重水堆有一個很大的特點,可燒低濃鈾、連續換料,系統相對簡要、建造周期短。適當建幾臺重水堆,不會影響走壓水堆的技術路線。兩臺重水堆機組一直運行良好,前幾年還通過自主創新技術,用它來生產Co60,滿足國內工業應用需求。
田灣核電站2臺俄羅斯VVER AES—91型百萬千瓦級壓水堆機組是中俄兩國在能源領域合作的最大項目。該機組設計先進,采用全數字化控制保護系統,具有完善的嚴重事故預防和緩解措施,總體指標基本符合三代標準。雖然建造過程中發生了一系列設備質量問題,但在中俄雙方的共同努力下,都一一得到解決,運行良好、經濟效益好。田灣一期及其后的VVER型核電項目主要是擴充容量,而非作為技術路線來發展。
規模化、批量化發展階段
自2006年開始,我國核電進入了規模化、批量化的發展階段。在“九五”(1996~2000)期間,國家對核電發展的提法一直是“適度發展核電”。何為適度?業界有不同的理解,但總體趨向保守。事實也說明,在“十五”(2001~2005)期間,除“九五”開工的8臺機組繼續在建以外,國家只批準嶺澳二期的一臺機組開工建造。但在2002年后,中央領導對核電的提法發生了明顯的變化,先后出現“加快核電發展”、“積極推進核電發展”、“大力發展核電”等。2003年國務院領導多次召開專門會議,研究核電發展問題,將核電發展納入整個電力發展規劃之中。這種形勢的變化反映了當時國家對電力增長的迫切需求,以及國家核電建設能力的整體提升。
這期間發生了一些涉及核電發展的重要事件。
其一,2004年國家發改委發文成立15人核電專家組。之后不久,時任國務院副總理曾培炎在國務院召開專家組會議,專門研究秦山二期擴建和嶺澳核電站擴建問題。這是加快核電發展的重要信號。
其二,三代核電技術招標。為了加快核電高水平發展,我國決定采用三代核電技術,并通過國際招標,選擇一種先進技術和合作對象。為此,國務院專門成立招標工作組(國家核電技術公司籌備組),在國務院核電領導小組的直接領導下,具體負責招投標的領導和組織工作。小組由6人組成,組長為陳兆博副部長,還有4位副組長和一位顧問。參加投標的有西屋聯隊的AP1000、法國的EPR,以及俄羅斯的VVER2006,均屬三代核電技術。在提交投標書之前,西屋聯隊的Bechted退出,Shaw來填補。從2005年開始,經過2年的評標談判,最后確定西屋聯隊AP1000中標,同時決定以企業行為向法方購買2臺EPR。至此,三代核電國際招標落下大幕。其后成立國家核電技術公司,上海核工程研究設計院負責AP1000技術的消化、吸收、再創新。從2007年開始經過2年多的項目談判和前期準備,4臺AP1000花落兩家,三門和海陽核電廠各得2臺,2009年正式開始首臺機組建設。同年,中廣核臺山核電廠的2臺EPR也相繼開工建設。
其三,國家確立大型先進壓水堆及高溫氣冷堆核電站專項,并于2008年開始實施。大型壓水堆核電專項除全面掌握以非能動技術為標志的第三代核電技術以外,要求進一步研究開發具有我國自主知識產權的大型先進壓水堆核電技術,建成CAP1400示范工程。高溫氣冷堆也設立了包括高性能燃料元件批量制備技術等一批攻關內容,并建成具有自主知識產權的20萬千瓦級模塊式高溫氣冷堆商業化示范電站。據相關資料顯示,目前除個別項目外,攻關內容均按計劃得到有效實施。CAP1400設計已獲國家核安全局審查通過,具備開工條件;高溫堆示范電站也可望明后年建成發電,為我國核電注入新的動力。
其四,2011年3月11日的日本福島核事故。該事故不僅重創日本核電,對世界及我國核電發展都產生重大影響。國家領導人非常重視日本核事故對我國的影響,在國務院常務會議上作出四項決定,要求國家核安全局會同有關政府部門對我國核設施組織安全大檢查,以高標準進行整改,暫停審批新的核電項目,制訂核安全規劃等。事后國家核安全局發布了福島核事故后安全技術改進要求,要求核電企業分期分批整改落實。雖然2012年底國家重啟新的核電項目,但福島核事故后,公眾對核電的接受度有所下降,恐核和反核心理增強,核電開發的壓力日益增大,重建公眾核安全信心將是一項長期而艱巨的任務。福島核事故后,我國強調“安全高效發展核電”,速度明顯放緩。
“十一五”(2006~2010)期間國家批準了29個核電機組開工,我國核電建設進入黃金時期。其中除AP1000和EPR共6臺以外,其余20多臺均為二代改進型機組,均已建成投產,安全性好、造價低(12000元/千瓦)、設備國產化率80%以上。試想,如沒有這一批核電機組建成投產,我國現在的核電將是另一番景象。
其五,華龍一號。2014年8月21~22日,國家能源局、國家核安全局在北京組織召開自主創新三代壓水堆核電技術“華龍一號”總體技術方案專家評審會,推出了“華龍一號”技術融合方案。該方案是由中核和中廣核兩個近乎同源同宗的技術方案融合而成。專家評審會的《紀要》表明:“華龍一號”技術方案基于我國30余年核電科研、設計、建設和運行經驗,充分借鑒國際三代核電先進理念,吸收福島核事故經驗反饋,采用國際最高安全標準,具有完善的嚴重事故預防和緩解措施,成熟性、安全性和經濟性可滿足三代核電技術要求。隨后,國家于2015年將福清核電站和防城港核電站作為示范工程,各安排2臺“華龍一號”,目前工程進展順利。“華龍一號”和可望近期開工的CAP400都具有自主知識產權,在我國核電“走出去”的大戰略中將承擔重要角色;出口巴基斯坦卡拉奇的2臺“華龍一號”也正在建設之中。
在這個階段,一共有46臺核電機組開工建設。其中二代改進型占30多臺,三代技術核電機組有10臺。我國核電不僅實現了規模化發展,而且技術上實現了由二代向三代的跨越,這應歸功于前面二個發展階段的技術和能力的積累,也與國家保護環境,調整能源結構的大政策、大環境有關,更與我國經濟實力壯大有關。
鑄就我國核電發展基礎
我國30余年的核電發展成就不僅建成了一批技術先進、安全可靠、經濟性良好的核電站,其規模列全球第三,而且形成了完整的核電發展產業鏈和保障能力,為我國核電安全高效發展打下了堅實基礎。
第一,我國已形成了完整的核電產業鏈,涵蓋了鈾資源、工程設計、工程管理、設備制造、建設安裝、運行維護、核燃料制造和放射性廢物處理設施等。
第二,形成了較強的創新和設計能力,建立了一大批實驗研究設施,為“華龍一號”和CAP1400等三代核電技術開發創造了條件。
第三,經過30多年核電建設的能力沉淀,已經形成一批技術精湛、工程建設管理先進的建安隊伍。30多年,來我國不間斷地開展了從30萬千瓦到170萬千瓦商用核電廠的建設,覆蓋二代、三代壓水堆及具有四代特征的高溫氣冷堆的建造技術和管理模式,具有同時建造30臺機組的工程建造能力。
第四,形成了核電設備制造的綜合實力。已經形成以中國一重、中國二重、上海重工為產業龍頭的大型鑄鍛件和反應堆壓力容器的生產制造基地,以上海、四川、東北為代表的三大核電裝備制造基地,以及一批泵閥和核電配套設備制造廠家,數字化儀控設計和制造技術也基本具備國產化能力。整體上達到每年制造8~10套核電的能力,滿足國內核電發展和“走出去”的需求。
第五,培養造就了一支核電科技人才隊伍,相關高等院校也按照國家核電發展規劃培養了一批優秀人才,為我國核電可持續發展奠定了人才基礎。
第六,建立了適應核電發展需要的核安全監管機構,機構職責明確,獨立監管,監管人員數量和業務素質能夠滿足監管需要。核安全監管法規基本完備并與國際接軌。2018年1月1日開始實施的《核安全法》與2003年發布的《放射性污染防治法》構成了核能領域核安全和輻射安全的頂層法律,為核電健康發展提供了法律保障。除了兩部法律以外,還有7個國務院條例,一系列部門規章、標準和技術導則,構成了國家核能發展和核安全監管的法規基礎。
難得的歷史機遇
十九大報告提出,到2050年把我國建成富強、民主、文明、美麗的現代化強國,核電等清潔能源將迎來難得的歷史機遇。根據有關方面預測,到2030年前后,我國一次能源需求將達到60億噸標煤左右,電力裝機規模接近30億千瓦,人均電力裝機水平達到2000瓦左右。按照國家生態文明建設戰略布局以及大氣污染防治和應對氣候變化目標,考慮到后續水能、風能、太陽能等可再生能源開發的資源和環境條件,以及季節性和間歇性發電的特點,核電作為低碳、安全、穩定、經濟的非化石能源可有效替代一部分煤電承擔的基本電力。當前條件下,核電在我國是一種最現實、最可取的能源。有研究機構預測,2030年核電需求的裝機規模為1.3~1.5億千瓦左右。廣闊的市場空間為我國核電發展提供了歷史性機遇。我們應順應形勢,抓住機遇,發揚大力協同和創新精神,努力促進我國核電安全有效發展,為國民經濟建設注入更強的動力。
作者:趙成昆 本文刊載于《中國電力企業管理》2018年09期,作者系中國核能行業專家委常務副主任、原國家核安全局局長。
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