中法核電站的安全與發(fā)展

中法核電站的安全與發(fā)展

為了滿足世界能源需求，發(fā)展原子能是一種不可或缺的方法，其前提是確保安全。目前,只有煤電和核電(其次是天然氣發(fā)電和水電)能夠作為大規(guī)模基荷發(fā)電。核電有助于實現(xiàn)能源自主,減輕環(huán)境壓力,并且由于發(fā)電成本相對較低且長期穩(wěn)定而具有強大的競爭力。只有全面掌握所運行設施的技術,核電運營商才能真正承擔起安全責任,核安全才能得到有效保障。四十年來,法國電力充分利用經驗反饋(REX),不斷改善核電安全標準體系,對系統(tǒng)、設備和運行規(guī)程進行持續(xù)的標準化,保障了核電的安全運行。這項工作使得法國核電機組在技術上不斷改進,因此法國并沒有“老舊核電站”:無論是何年何月投入運行的,所有的核電站都能達到最新的安全要求。法國核電機組的“壽期保障和延壽(DDF)”計劃包含了第三次十年大修等多個子項目,以及針對福島事故經驗反饋的技術改進,從而使機組的安全水平達到三代標準。作為一個有著豐富運行經驗且負責任的總體工程師(AE)兼運營商,法國電力堅信,與同行交流分享經驗必然有助于加強核安全和提高工業(yè)發(fā)展效率,這也是符合核電工業(yè)發(fā)展的共同利益的(見圖1)。正是出于這一點,法國電力將其作為總體工程師(AE)的知識技能以及全部的經驗反饋同中國合作伙伴分享。通過對經驗反饋和良好實踐的互惠交流,后者可以逐步提高自身的技術掌控水平。中國目前在運和在建的幾十座二代加核電站都能從這些豐富的經驗中獲益。法國電力1500堆·年的運行經驗和累計達數(shù)百萬小時之多的核電站改進工程設計能幫助中國核電站將安全運行方面的探索之路縮短25年。在此工業(yè)進程中,法國電力的合作伙伴不僅能夠提高自身的技術掌控水平和自主能力,同時還能帶動整個同樣具備自主能力的核電制造產業(yè)的興起。以這一產業(yè)為依托,法國電力與中國合作伙伴不僅能在中國國內項目上開展合作,更能攜手走向國際。無論中國新建核電機組的技術路線如何選擇,都應給現(xiàn)有幾十臺二代加機組在安全性、可靠性和經濟性等方面提出明確的遠景目標,使其能夠在確保安全的前提下運行60年(至2070—2080年),在此期間持續(xù)提高這些核電機組的運行安全水平直至退役,同時改進設計,令新建造的核電機組更加安全、更加高效。一、通過技術改進來保證核設施的安全(1)運營商對核設施的安全負責。國家對核安全負有政治上的責任,責成核安全機構制定核安全標準體系并監(jiān)督實施,但對保障核安全負有直接責任的是運營商。東京電力公司作為運營商一直站在福島事故處理的最前沿,而福島核電站供貨商則聲明:“不存在任何技術上的問題……。我們只是反應堆的供應商,而非核電站的管理方?！?2)運營商應全面掌握所運行核設施的工業(yè)技術。掌握并不斷改進安全可靠的技術;通過積累豐富的運行經驗加強運營商專業(yè)能力(如果沒有良好的運行,任何技術的核電設施都無法保證安全)。為達到這些目的,運營商應全面掌握工程設計、建設、采購和運行技術。應對意外情況的發(fā)生是工業(yè)企業(yè)每日都要面對的:當實際情況同預期發(fā)生偏差或有異常事件發(fā)生時,我們都要對設備和組織結構作出相應調整。為了保障核設施的安全運行,核電站的運營商應遵循如下原則:運營商應盡可能多地收集來自國內外核電站的正?；虍惓Ｊ录慕涷灧答?然后,工程設計部門對經驗反饋進行分析并提出改進措施,對自身設施(設備和技術)及運行的安全和效益不斷進行優(yōu)化。(3)“交鑰匙”模式令流程中斷,妨礙了經驗反饋的集成。核電歷史上發(fā)生過嚴重事故的三座核電站都是以“交鑰匙”模式建造的。在日本,其核電工業(yè)體制中設計制造和運營商相互脫節(jié)。東京電力公司采取“交鑰匙”模式,從負責設計制造的供應商手中購買核電站,而其自身僅負責福島核電站運行,并不具備獲取和應用運行經驗反饋并制定、實施恰當?shù)母倪M設計的專業(yè)能力。運營商將核電站的技術掌控交給了供應商,因此沒有任何一方對經驗反饋的循環(huán)流程負責。然而在事故發(fā)生后,供應商并不對事故承擔任何責任。國際原子能機構在2011年6月的事故分析中已指出了這項缺陷:“核電設施設計方和運行方應當對所有自然災害作出恰當?shù)脑u估、提供防護措施,并根據(jù)最新的信息、經驗和理解對評估結果和評估方法定期進行更新?！比绻麞|京電力像法國電力那樣及早根據(jù)三哩島和切爾諾貝利事故的經驗反饋進行了充分的技術改進,福島事故的后果很可能完全不同。整體而言,日本核電行業(yè)其實完全具備必要的技術水平和專業(yè)能力,之所以沒有及時進行技術改進完全是其工業(yè)模式和組織問題導致的。二、法國電力:“老舊堆型”法國電力通過執(zhí)行以下工業(yè)組織原則來確保核安全:通過分析應用經驗反饋,對在運、在建和設計中的核電站進行技術改進。法國電力的“壽期保障和延壽”計劃即為一例,該計劃旨在汲取包括福島事故在內的經驗反饋,將旗下所有核電站的運行壽期提高到60年以上。(1)在實施設計、設備和運行規(guī)程的持續(xù)標準化及改進核安全標準體系的進程中充分獲取和應用經驗反饋,具體通過以下幾種措施:借十年大修實施設備改進;在改進時充分利用和吸納技術進步;整合事故經驗反饋(三哩島核事故、切爾諾貝利核事故、福島核事故……)。在法國,法國電力集團公司被明確指定為核電站安全的第一責任方,負責收集在設備、材料、運行和操作上發(fā)生的大小事件的經驗反饋。經驗反饋可以來自于核電站的內部或外部事件(低溫天氣、高溫天氣、水災、地震……),也可來自于運行人員,或者來自于設備供應商方面的變化(設備或軟件的新工藝新產品)。法國電力同時也收集國際上的經驗。為此法國電力積極參與各種國際組織的活動(國際原子能機構、世界核營運者協(xié)會),并同多家外國核電運營商簽署了合作協(xié)議,其中包括中國(中廣核集團、中核集團)、美國(美國核電運行研究所INPO)、俄羅斯(俄羅斯原子能公司REA)、南非(南非電力公司ESKOM),當然還有歐洲。而且,法國電力自身也是一家國際化的核電運營商,其業(yè)務遍及法國、英國、美國和中國。法國電力的工程設計部門對獲得的經驗反饋進行分析處理,向設備供應商訂購技術改進所需的設備和服務,以便對其在運、在建和設計中的核電站進行改進(見圖2)。實際上,每次事故過后,如三哩島、切爾諾貝利或福島核事故,法國電力都從中汲取經驗教訓并采取技術改進措施。如配備降低爆炸風險的氫氣復合器、嚴重事故發(fā)生時可過濾放射性物質的沙堆過濾器、失去外部電源和應急柴油發(fā)電機后可向安全系統(tǒng)提供動力的汽輪機;實施“狀態(tài)導向”的事故應急規(guī)程,以便在發(fā)生不可預見情況時指導核電站的操作運行。(2)這項工作所帶來的技術進步使新的堆型達到國際最高安全水準,亦使現(xiàn)有堆型盡可能地向這一水準靠攏。法國電力的所有核電站及其運行規(guī)則完全符合核安全標準體系的要求。該安全標準體系的水平根據(jù)最新的要求會不斷提高。這樣一個持續(xù)提高安全要求的流程不僅適用于新核電站的設計,還同樣適用于在運核電站。從這個意義上說,法國并沒有“老舊核電站”;無論何年何月投入運行,法國所有的核電站,包括20世紀70年代投入運行的核電站,都能達到最新的安全要求。法國核安全局在福島事故后進行的補充性安全評估報告中強調指出:“鑒于法國截至目前為止采取的安全保障方法和設計方法以及十年大修時的安全復檢,所有核電站對安全標準體系中假想的偶然事件都顯示出強大的應對能力?！边@些最新的安全要求有時也被稱為“第三代”技術。其實對于第三代技術并沒有明確的標準界定,它是設備制造商為了自我推銷而創(chuàng)造出的商業(yè)標簽。先是美國的AP1000,以后別的公司也都紛紛將自己的堆型稱為第三代技術。甚至有些日本設備供應商把他們20世紀90年代建的改進型沸水堆(ABWR)也歸為第三代技術。事實上,是否為第三代技術并非取決于設計特點(如采用能動還是非能動安全系統(tǒng)、是否設置堆芯捕集器、配備幾列安全系統(tǒng)或安全殼的層數(shù)等),而是取決于安全水平:針對內部事件的堆芯熔化概率應低于10-6/堆·年,而對包括外部事件在內所有類型事件的堆芯熔化概率應低于10-5/堆·年;針對外來襲擊有適當?shù)谋Ｗo措施并能實現(xiàn)安全停堆;即便出現(xiàn)堆芯熔化,仍具備有效措施保障公眾安全,將放射性影響的范圍和時間限定到最小程度。這就是在法國所有核電站實施的“壽期保障和延壽”計劃力求達到的安全水平。(3)保障安全:以“壽期保障和延壽”計劃為例(第三次十年大修和福島后核電補充性安全評估)?！皦燮诒Ｕ虾脱訅邸庇媱澥欠▏Ｕ虾税踩囊豁椫匾襟E,目標是讓所有機組安全運行60年或更長時間。該計劃包括了第三次十年大修(VD3)等多個子項目,還包括最近的福島后技術改進(補充性安全評估項目)。這些項目都已被納入新堆型的研究中,并將逐步納入在建(EPR)和在運核電機組。補充性安全評估(ECS):福島事故發(fā)生后,法國電力在第一時間調動了400名工程師,花了6個月時間對法國電力下屬的19個核發(fā)電基地逐一進行分析研究。最終法國電力完成了一份7000頁的安全評估報告,并于2011年9月15日遞交給了法國核安全局(ASN),報告包含以下三點:1)對地震和洪水災害重新評估,檢驗核電站是否符合安全標準體系要求;2)為避免電力供應和冷卻系統(tǒng)的全面中斷采取以下措施:增加第三臺柴油發(fā)電機、增加備用供水系統(tǒng)、加強對事故應急設備的保護、設立核電快速行動小組確保事故發(fā)生24小時內派專業(yè)操作人員及裝備前往支援……,這些措施以確定論為基礎,即使事故發(fā)生的概率極其微小,也要對事故進行全面考慮;3)一旦發(fā)生堆芯熔化,將后果控制到最小。法國核安全局肯定了法國電力提交的報告的質量:“核安全局認為:法國電力為了提交補充性安全評估報告,在規(guī)定期限內做了大量工作。該報告符合核安全局確定的安全評估要求的精神,并為分析核電站設施的安全性提供了依據(jù)。法國電力還提出了技術改進建議,核安全局認為這些建議很好地達到了補充性安全評估的目標?！卑踩u估的方法和目標對所有類型的核電站都是相同的,無論是在運的還是在建的(EPR)。對于EPR來說,需作的技術改進相對較少,因為EPR設計本身就已配備了更多冗余的應急電源和冷卻水系統(tǒng)、更堅固的安全殼和嚴重事故情況下的冷卻手段。而新堆型的設計更是一開始就會吸納福島事故的所有經驗反饋。世界上很少有企業(yè)、也自然是沒有任何建造商和以“交鑰匙”模式建造的核電站的運營商能夠在如此短的時間內這樣迅速地進行同一質量的分析評估。這一點也再次證明了法國電力的工業(yè)組織模式所帶來的全面技術掌控優(yōu)勢。三、中國電力的中國路徑(1)法國電力認為擁有自主能力的一體化總體工程師(AE)企業(yè)能在全球得以發(fā)展是符合國際核電工業(yè)發(fā)展總體利益的。世界上大部分工業(yè)企業(yè)為了保持自身工業(yè)領先地位、防止競爭升級,對自己擁有的知識技能和經驗反饋持保護態(tài)度。在法國電力看來,擁有自主能力的總體工程師(AE)企業(yè)能在全球得以發(fā)展是符合國際核電工業(yè)發(fā)展總體利益的,因為安全和效率的不斷提高離不開對經驗反饋的相互交流。這也就是為什么法國電力從一開始就把自己掌握的總體工程師(AE)的知識技能和經驗反饋結果都分享給其合作伙伴的原因。法國電力可貢獻其作為世界上最大運營商(78臺機組:法國58臺、英國15臺、美國5臺)的運行經驗,而中國可分享其正在實施的世界上最新、最大規(guī)模的核電機組建設的經驗。雙方的經驗分享有助于各自在運和在建核電站(二代加和EPR)的技術升級以及未來堆型安全標準體系的制定。如今,雙方都從中得益:法國電力曾多次向中廣核集團提供技術和配件支持以助其迅速解決某些運行事件,同時開始向中廣核集團認證的中國設備供應商采購設備。不斷提高的采購要求將推動中國設備供應商進一步提高質量、加快技術創(chuàng)新、增強競爭力。而未來世界范圍內新核電站(包括法國電力旗下的新核電站)的建設必將在很大程度上獲益于中國核電的建設經驗和實踐。另外,法中合作雙方的能力和經驗都會給滿足最新核安全要求的新堆型設計帶來高附加值。(2)法國核電機組的建設時間總體比中國的早25年,中國現(xiàn)有的幾十臺在運和在建的二代加機組完全可以借鑒法國1500堆·年的經驗反饋以及投入到第二次十年大修、第三次十年大修、延壽計劃和補充性安全評估中的數(shù)百萬小時的研究,將這些豐富的工業(yè)經驗為己所用,實現(xiàn)安全水平的跨躍式提升。大亞灣核電機組于本世紀初進行首次十年安全評審時即采納了法國核電站第二次十年大修(VD2)的技術改進,使技術一下子進步了10年。同樣,嶺澳二期在建造時就實施了法國二代改進型最后一個系列N4的最新技術改進:包括數(shù)字化儀控、“狀態(tài)導向”嚴重事故規(guī)程(三哩島事故后針對性改進)、預防火災的最新規(guī)范以及大大提高效率的半速汽輪機。同樣,法國電力的中國合作伙伴在設計新堆型時,納入了EPR的現(xiàn)有設計、運行壽期延長至60年的改進設計、福島事故后的技術改進和第三次十年大修的所有合理改進、以及首批EPR建設中總結的技術上和經濟上的最優(yōu)化方案。(3)這種持續(xù)改進的工業(yè)進程使得法國電力的合作伙伴不僅能提高技術能力,更能加強其自主能力。從大亞灣核電站建設到覆蓋核電建設運營全方位的合作,法國電力與中廣核集團等中國伙伴已走過了近30年的合作歷程。法國電力為中廣核集團的技術自主提供了幫助,在工業(yè)能力和工程技術方面的技術轉讓對中廣核實現(xiàn)工業(yè)和技術自主起到了重要作用:中廣核集團現(xiàn)今已具備自主分析經驗反饋、研究所屬核電站技術改進、以采購設備為目的對設備供應商進行資格認證以及開發(fā)建造新堆型的能力。分享經驗反饋絕不是一種依賴關系,而是合作伙伴間相互幫助充實經驗、互惠互利的過程。法國電力希望通過不同形式的合作,使更多的中國核電伙伴受益。(4)運營商承擔責任和全面掌握工業(yè)能力有利于自主工業(yè)體系的興起。即使有能力制造核電站的所有設備,也并不意味著對工業(yè)過程的全面掌握,而后者才真正體現(xiàn)自主能力。有些國家擁有不少在運核電站,優(yōu)先將設備采購合同授予本國公司,大部分核電設備在本國生產。然而,這些國家卻并不具備對工業(yè)過程的全面掌控能力;在總體工程師(AE)/運營商一體化模式缺失的情況下,這些國家在核心技術上仍然依賴于外國,并沒有取得整個產業(yè)的獨立自主。例如韓國核學會(KoreanNuclearSociety)主席ParkGoon-cherl先生認為:“強調只用我們自己的技術去做,那是簡單的民族主義。即使我們擁有了技術,仍然需要從他國購買技術和設備,以保持合作關系。”而法國在20世紀70年代放棄了本國開發(fā)的天然鈾石墨氣冷堆(UNGG)技術路線,轉為采用美國西屋(Westinghouse)開發(fā)的壓水反應堆(PWR)技術,并逐步推進產業(yè)規(guī)劃,在不到二十年的時間里發(fā)展并全面掌握了設計、建造、運行和設備制造等方面的工業(yè)能力。用中國的術語來說,這就是獨立自主的過程。并且,法國電力的設備采購并不局限在法國國內。法國電力作為總體工程師(AE),確定采購要求、劃分采購包和簽訂采購合同,主要做法包括以下幾點:通過開展對部分合同的競爭來促進技術創(chuàng)新和提升競爭力;有時,由于開發(fā)新技術的需要,或由于市場過小而沒有多個供應商可供選擇,直接向某個供應商采購;同關鍵設備的供應商建立合作伙伴關系以保障供應鏈的長期穩(wěn)定(如儀控系統(tǒng));對有創(chuàng)新的新供應商(經常是法國之外的)進行資格認證。這樣,法國在任何情