沃格特勒核電站引領下一代核電-2011.doc

沃格特勒核電站引領下一代核電-將獲得美國核能管制委員會批準于2011年開工作者：本網編輯文章來源：POWER電力發(fā)布時間：2010-07-05圖1 核電站外景 沃格特勒核電站位于薩凡納河沿岸，奧古斯塔（Augusta）南部約40 km處，占地13 km2。該廠兩臺機組于20世紀80年代后期投入商業(yè)運營，共發(fā)電2200多MW。2009年8月，美國核能管制委員會（NRC）分別向南方核運營公司（Southern Nuclear）在沃格特勒（Vogtle）廠址建設2臺核電機組以及西屋電氣公司（Westinghouse）的AP1000壓水反應堆設計頒發(fā)了第四次早期場地許可以及第一次早期場地許可。沃格特勒核電站因籌備組建的這2臺新機組，于2009年6月成為NuStart能源開發(fā)集團旗下AP1000機組的示范工廠。這意味著沃格特勒核電3號機組和4號機組將成為美國第一批獲得批準的采用新型AP1000反應堆的核電機組。預計沃格特勒核電站將獲得美國核能管制委員會的批準于2011年開始動工。沃格特勒核電站（Plant Vogtle）為佐治亞電力公司（Georgia Power）所擁有的兩組核設施之一，是南方電力公司（Southern Company）系統(tǒng)內三組核設施之一（見圖1）。南方核運營公司（Southern Nuclear）是南方電力公司于1990年建立的一家子公司，該子公司是佐治亞州奧古斯塔（Augusta, GA）南部約40 km處沃格特勒核電站的許可運營商。沃格特勒核電站由佐治亞電力公司（45.7%）、奧格爾索普電力公司（Oglethorpe Power Corp.）（30%）、佐治亞州市政電力管理局（Municipal Electric Authority of Georgia） （22.7%），以及道爾頓電力公司（Dalton Utilities）（1.6%）共同擁有。1號機組和2號機組由西屋電氣公司（Westinghouse）提供的額定功率分別為1 109 MW和1 127 MW的四環(huán)路壓水反應堆（PWRs）組成。1號機組于1987年開始商業(yè)運營；2號機組則隨后于1989年開始商業(yè)運營。圖2 雙體式設計 南方核運營公司正在推進一項計劃，在沃格特勒核電站廠址上建設2臺新型AP1000 III+（Generation III+）核反應堆。這2座新核電站預計分別于2016年和2017年投入商業(yè)運營。設計師的概念圖顯示這2臺新機組位于最顯著的前景，而現有的2臺機組則作為背景。沃格特勒核電站的3號、4號機組由副總裁大衛(wèi).瓊斯（David Jones）籌備組建，并負責新機組的建設和運營。大衛(wèi).瓊斯近期和電力雜志談到美國東南部電力需求的增長。“根據能源部的統(tǒng)計數據，40%的美國人口將生活在美國東南部，而預計到2030年，僅佐治亞州就將增加4百萬人口。在過去的13年里，佐治亞州的平均居民消耗量已上升了約16%。在接下來的15年，佐治亞電力系統(tǒng)的電力需求計劃將增長30%。電力需求增長如此之快，因此我們得為我們的客戶提供一個可靠的新增電力供應?！?在沃格特勒核電站廠址上擴建3號機組和4號機組是南方電力公司為滿足日益增長的用電需求而率先采用的方法（見圖2）。大衛(wèi).瓊斯補充說，南方電力公司的能源組合中的每個元素核能、化石能源，以及可再生能源都是同等重要的。然而，遠景發(fā)電規(guī)劃進程將核能確定為滿足其服務領域內日益增長的電力需求的最具成本效益、最可靠和最具環(huán)保責任性的能源。此要求連同沃格特勒1號機組和2號機組的連續(xù)成功運營就是為什么核能被選為沃格特勒擴建項目的主要原因?！耙砸患夜镜挠^點看來，我們的電力僅有16%是由核能產生的，并且我們希望維持能源發(fā)電解決方案的適當混合。因此，我們選擇發(fā)展核能?！贝笮l(wèi).瓊斯表示。建設兩臺新機組的積極步驟最初設想的是以NuStart能源開發(fā)集團作為申請程序的示范，來取得建造和運行聯合許可（COL）的申請許可證程序，該程序已發(fā)展成為支持美國的新核電站實際部署所必須的關鍵成功因素之一。大衛(wèi).瓊斯說，“從標準化的立場來看，此項目對于NuStart能源開發(fā)集團是十分有價值的。其優(yōu)勢在于后續(xù)的工程項目將來能夠參考沃格特勒核電站項目建造和運行聯合許可（COL）申請中包含標準許可證申請、工程、技術、質量以及安全信息的經驗，并能更有效地發(fā)展他們自己的申請。這種資源組合創(chuàng)造了有價值的經驗基礎，這種經驗基礎能夠用于新廠施工的標準化，并能夠及時地為市場帶來新技術。這一程序使得美國核能管制委員會能夠將其資源集中于不同之處，而非重復他們已獲批準的證明文件?！眻D3 早期場地施工動工 采用高精度的基康（Geokon）引伸儀、位移傳感器和孔壓傳感器來監(jiān)督地下巖土位移。其他使用儀器的應用包括測量隧道周圍以及擁壁背后的地層運動。每天數次收集每個監(jiān)測點所獲得關于使用儀器的數據，并通過無線電將每個監(jiān)測點的數據記錄器所記錄的數據進行現場傳輸，然后通過IP電話進行非現場傳輸，從而將這些數據傳輸至數據服務中心。“實施一步式許可證申請程序和使用標準設計（例如AP1000）的目標對于我們核能核電站的成功是十分有價值的，”大衛(wèi).瓊斯繼續(xù)說。NuStart能源開發(fā)集團正在參與作為能源部核動力2010年倡議的組成部分之一的費用分攤計劃。未來項目的時間節(jié)約許可可能在將來對于AP1000壓水反應堆（PWR）設計的采用者來說是驚人的。南方電力公司關于在沃格特勒核電站廠址上,擴建兩臺新機組的時間進度表是合理可行的（見表1）。繼續(xù)在沃格特勒核電站廠址上建設兩臺新機組的計劃在達到以下重大的里程碑后得到了確認。美國核能管制委員會將1號機組和2號機組的運營許可有效期延長了20年（于2009年6月完成）。該延期申請于2007年6月27日提交。2009年6月，美國核能管制委員會將1號機組和2號機組的運營許可有效期延長了20年，新許可將分別于2047年1月16日和2049年2月9日期滿。根據佐治亞州的法律要求，佐治亞州公共服務委員會（PSC）認證了在沃格特勒核電站廠址上建設兩臺新反應堆的批準（于2009年3月完成）。 佐治亞州公共服務委員會（PSC）于2009年3月17日通過了一項提議，允許佐治亞電力公司索回在建造過程中為核電站提供資金的費用。這兩家公用事業(yè)機構將共同研發(fā)向納稅人提供風險分擔的保護機制以防止重大超限成本。此外，佐治亞州參議院投票允許該公司索回其在反應堆建造過程中的融資成本，因此隨著時間的推移為客戶節(jié)約了約300百萬美元。佐治亞州公共服務委員會（PSC）協議將佐治亞電力公司關于每臺新機組的經鑒定成本的份額設定為65億美元左右。圖4 新的壓水反應堆（PWR）準備運營 基于西屋電氣公司所設計的壓水反應堆的證明性能，AP1000是一座先進的1 154MW電力級核電站，該核電站利用自然力和設計來提高核電站安全性和運營效率，并降低建造成本。美國核能管制委員會頒布了早期場地許可（ESP）和有限施工授權（LWA） （于2009年8月完成）。南方核運營公司已分別于2006年8月15日和2007年8月16日提交了沃格特勒核電站廠址的早期場地許可申請和有限施工授權申請。早期場地許可申請請求美國核能管制委員會批準臨近現有沃格特勒核電站1號機組和2號機組的項目廠址。美國核能管制委員會2009年8月26日批準了該早期場地許可申請和有限施工授權申請。早期場地許可的有效期為20年；根據美國核能管制委員會，有限施工授權允許“廠址上的窄系列施工活動”。根據南方核運營公司的有限施工授權，該公司能夠開展限于工程設計的回填、擁壁、貧混凝土、防沉板以及防水膜的施工活動(見圖3）。建造和運行聯合許可申請，可以通過參考將標準設計認證和早期場地許可兩者合并在一起，或兩者皆不合并。該方法的優(yōu)勢在于，設計認證規(guī)則制定以及早期場地許可。聽證過程中解決的議題在建造和運行聯合許可階段中不在隨后的再議范圍之內。然而，如果早期場地許可和設計認證未經參考，美國核能管制委員會將審查兩步式許可證申請程序所規(guī)定的技術和環(huán)境信息。2009年8月26日，美國核能管制委員會為沃格特勒廠址上的兩臺新機組頒布了早期場地許可。南方核運營公司的早期場地許可，是由美國核能管制委員會批準的第四個該等許可，也是第一個基于特定技術，即西屋（Westinghouse）AP1000壓水反應堆（PWR）的許可（見圖4）。圖5 本質安全設計 AP1000的本質非能動安全是從其模塊結構設計中獲得的，該設計較當今美國運營的典型核電站使用了較少的泵和閥門，從而提升可靠性、減少維護，以及降低運營成本。盡管早期場地許可,有限施工授權，以及建造和運行聯合許可能夠結合在一起，但南方核運營公司決定分別處理每個程序。大衛(wèi).瓊斯解釋說：“我們選擇這樣做是為了同時管理我們的建造和許可證申請進度。同樣，在收到美國核管委批準之前便可實施某些施工活動?！迸e例來說，工人一直在繼續(xù)進行3號機組的挖掘活動，這些挖掘活動預計持續(xù)2010年的整個2月份。挖掘包括約28m深，數十米寬，差不多共涵蓋17萬m2面積的掘洞。該挖掘工作將搬離約186萬m3泥土?，F有泥土一經搬除，回填和壓實活動必須由美國核能管制委員會批準和監(jiān)督。2008年3月31日，南方核運營公司向美國核能管制委員會提交了建造和運行聯合許可申請。美國核能管制委員會已將沃格特勒終期安全評估報告的完成日期預定為2011年4月。南方核運營公司預計稍后于2011年獲得建造和運行聯合許可，并隨后立即開始安全施工。NuStart能源開發(fā)集團與南方電力公司共同示范國家許可核電站的新程序。舉例來說，沃格特勒核電站最近成為NuStart能源開發(fā)集團旗下AP1000機組的示范工廠。這意味著沃格特勒核電站3號機組和4號機組，將首先執(zhí)行經美國核能管制委員會批準的AP1000技術，而且沃格特勒核電站許可證申請將成為建造和運行聯合許可的參考?！霸S可證申請程序以及我們到2016年和2017年運營新機組的時間表，都是選擇AP1000的關鍵因素，”大衛(wèi).瓊斯說到。他又補充說，該時間表是合理可行的，因為美國核能管制委員會已為南方核運營公司提供了，其預計完成特殊許可證申請?zhí)峤坏倪M度表或里程碑日期。圖6 減少對施工的要求AP1000核電站布局由五個主要建筑結構組成：核島、渦輪廠房、附屬廠房、柴油發(fā)電機廠房和放射性廢料廠房。評論到即將來臨的監(jiān)管監(jiān)督，大衛(wèi).瓊斯注意到，“一旦我們開始預定于2010年第一或第二季度開始的相關安全工作，我們將在現場安排一位美國核能管制委員會駐地檢查員。目前，南方核運營公司內的許可證申請組織，正首先與華盛頓的美國核能管制委員會總部進行溝通。我們已經與佐治亞州亞特蘭大的第II區(qū)全體成員召開了兩次會議，以便他們調整他們的資源，從而確保他們能夠適時地進行必要的現場檢查，保證工程進度?！蹦戏胶诉\營公司已與Shaw集團和西屋電氣公司就3號機組和4號機組簽訂了設計采購施工（EPC）合同。值得注意的是，早期場地許可、有限施工授權，以及建造和運行聯合許可程序并非沃格特勒核電站3號機組和4號機組所獨有的。美國核能管制委員會報告稱，截止2009年7月，已有17家公司提交了多達26個新的核反應堆的建造和運行聯合許可申請。該程序的早期申請人中的部分還正在簽訂設計采購施工合同。由于在沃格特勒廠址上，考慮新的核電建設的其他公司正在進行廠址準備工作，例如預計建造新的核電站而需進行的場地清理、泥土測試，以及通道施工。表1 沃格特勒核電站3號機組和4號機組的時間表。資料來源：南方核運營公司。AP1000經過美國核能管制委員會認證西屋電氣公司于2002年3月28日提交了其AP1000反應堆設計的標準設計認證申請。美國核能管制委員會于2006年1月27日在聯邦注冊薄上頒布了最終規(guī)則以認證III+（Generation III+）設計，并且此認證III+（Generation III+）反應堆至今仍為唯一經認證的設計。此外，歐洲電力公司要求歐洲公用事業(yè)需求組織證明AP1000能部署于歐洲。中國目前正在建設多個AP1000反應堆；其第一臺機組預計到2013年上線。AP1000旨在利用現代模塊結構技術（見圖5）。如表2所示，該設計融合了供應商設計滑道、成套設備、以及大型多噸級結構模塊。在工廠環(huán)境中進行焊接和裝配活動，在減少現場所需的特殊工具和設備的同時還能改善工作條件和進度靈活性。另外，模塊化使得傳統(tǒng)上依次執(zhí)行的施工任務得以平行進行，從而降低資金成本，并將從第一次澆注混凝土到裝載燃料的施工進度縮短至36個月左右。主要廠房建筑結構AP1000核電站配備了五個主要建筑結構核島、渦輪廠房、附屬廠房、柴油發(fā)電機廠房和放射性廢料廠房每個結構都位于自身的基墊上（見圖6）核島則由獨立式鋼制安全殼廠房、混凝土防護廠房，以及輔助廠房構成。這些建筑結構是AP1000設計要求的I級地震結構。核島的基礎是支撐這些建筑物的綜合基墊。為了防止不良因素的相互作用，核電站布局為安全相關系統(tǒng)和設備以及非安全相關系統(tǒng)和設備之間提供了分離。通過用混凝土墻來分隔區(qū)域獲得的分離為能夠執(zhí)行安全設計功能提供了保證。剩余的非地震結構不包含安全相關設備。表2 AP1000模塊的典型分解。資料來源：西屋電氣公司（Westinghouse）非能動安全系統(tǒng)AP1000核電站的非能動安全系統(tǒng)包括非能動堆芯冷卻系統(tǒng)、安全殼隔離、非能動安全殼冷卻系統(tǒng)和主控室應急可居留系統(tǒng)。非能動核電站的主要安全優(yōu)勢在于無需操作人員操作或依賴于非現場或現場交流電源便可維持長期事故緩解。無需依賴于有源元件，AP1000核電站僅憑自然循環(huán)便可避免堆芯和安全殼過熱。舉例來說，倘若遇到如冷卻劑管道破裂等設計基本事故也無需擔心，因為該核電站旨在達到并維持安全停機條件。為了提供高度可靠性，這些系統(tǒng)旨在一旦功率耗損或一旦收到保護啟動信號便移到保護位置，即單個移動由多個可靠的IE級直流電池驅動。非能動安全系統(tǒng)設計不要求典型核電站所需的能動安全級支持系統(tǒng)的大型網絡（如交流電源、柴油發(fā)電機，以及高壓交流電（HVAC）。因此，只需較小體積的I級地震建筑物來安置安全設備，從而較擁有同樣發(fā)電能力的現有核電站而言能節(jié)約差不多45%的覆蓋區(qū)，進而節(jié)約了大量資金成本，因為地震建筑結構的成本大概是非地震建造結構的三倍。AP1000采用經廣泛分析和測試的非能動系統(tǒng)來提高核電站的縱深防御安全性。反應堆安全防衛(wèi)咨詢委員會（ACRS）和美國核能管制委員會已仔細檢查了這些系統(tǒng)，并裁定這些系統(tǒng)符合所有要求的準則。事故緩解的縱深防御能力在將安全殼泛濫、增壓以及加熱事故降低到最小程度的同時還導致了非常低的堆芯損傷概率。舉例來說，AP1000的概率風險評估（PRA）堆芯損傷頻率（CDF）為當前運營核電站的堆芯損傷頻率的1/100以及適用于新型先進反應堆設計的最大堆芯損傷頻率的1/20。AP1000旨在緩解假定的嚴重事故，例如堆芯熔化。附加特點和對包括缺少底式堆芯測量以及缺乏堆芯頂部以下容器貫穿的改進，使堆芯在反應堆容器中降低將冷卻劑損耗事故中的堆芯超溫減少到最低程度。AP1000操作人員能夠立即令水注入至反應堆腔空間，從而用水將反應堆容器包圍。這種冷卻足以防止底蓋的堆芯熔融物將鋼制容器壁熔化，并涌進安全殼。運營和維護效率的改進與燃煤電站相比，正在運營的美國核電站已經是具有競爭性的電力生產商。他們還具有以下優(yōu)勢：燃料占核電生產成本的25%左右，而剩余的75%則為運營和維護的固定成本。因此，核電生產對于燃料成本的變動遠沒有燃料占生產成本75%或以上的化石燃料發(fā)電廠那么敏感。由于附加的好處，AP1000反應堆具有提高核電站生產、提升工人安全性，以及降低成本的數個設計特點。模塊核電站設計和元件標準化確保高度可靠性，從而要求顯著降低維護、分段，以及測試和檢查要求。18月的燃料周期提高了可用性，并降低總燃料成本。降低輻射暴露并減小核電站體積。設計壽命60年競爭者在建造下一代美國核電站的比賽中可能由于阻礙而慢下來，但我們預計活動程度將于2010年加速，因為對建造III+（Generation III+）反應堆態(tài)度嚴肅的公司加強了員工和現場施工的監(jiān)督，從而為20112013年的全面建設做準備。我們預計沃格特勒核電站將成為第一個下一代核電站，在2016年開始商業(yè)服務。改進核電站的許可證申請程序美國核能管制委員會負責批準和管理美國的商業(yè)核電站。當前的核電站是按照兩步式程序進行許可證申請，即既要求建造許可又要求運營許可。早在1989年，美國核能管制委員會就已經頒布了一項補充的許可證申請程序，將以下三個基礎元素融為一體：早期場地許可，標準設計認證，以及聯合許可（即建造和運行聯合許可），以提高許可證申請程序的管制效率以及可預見性。早期場地許可申請人能夠評估關于美國核管會批準中與未來核電站廠址相關的議題（例如安全、環(huán)保，以及應急準備）；其中