霍啟軍，周濤，楊旭，李精精，肖澤軍

（1.華北電力大學(xué)核熱工安全與標(biāo)準(zhǔn)化研究所，北京 102206；2.中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院空泡物理和自然循環(huán)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610041）

AP1000核電技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和安全性的關(guān)聯(lián)分析

霍啟軍1，周濤1，楊旭1，李精精1，肖澤軍2

（1.華北電力大學(xué)核熱工安全與標(biāo)準(zhǔn)化研究所，北京 102206；2.中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院空泡物理和自然循環(huán)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610041）

核電的經(jīng)濟(jì)性和安全性是相互聯(lián)系的。通過(guò)與現(xiàn)役典型核電廠對(duì)比分析可知，AP1000技術(shù)目前的經(jīng)濟(jì)性較低，但是安全性較高。不顧安全，片面追求經(jīng)濟(jì)性，或以犧牲經(jīng)濟(jì)性為代價(jià)來(lái)追求過(guò)高的安全性都是不可取的。提高經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵是主設(shè)備設(shè)計(jì)建造技術(shù)的自主化以及AP1000核電站的標(biāo)準(zhǔn)化、批量規(guī)?；ㄔO(shè)，同時(shí)還要注意能動(dòng)與非能動(dòng)技術(shù)結(jié)合。

AP1000；經(jīng)濟(jì)性；安全性；關(guān)聯(lián)分析

0 引言

隨著當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，各個(gè)行業(yè)對(duì)電力的需求持續(xù)增長(zhǎng)，煤炭、石油、天然氣等一次能源已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足發(fā)展的要求，急需新型能源來(lái)解決這些問(wèn)題。在各種新興能源中，核能具有最大的可發(fā)展性，越來(lái)越受到各國(guó)的重視。隨著能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整和優(yōu)化，核電在未來(lái)能源經(jīng)濟(jì)中所占的比重將會(huì)越來(lái)越大［1］，AP1000技術(shù)在這樣的環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生。自從我國(guó)引進(jìn)AP1000技術(shù)后，已經(jīng)有許多專家對(duì)其經(jīng)濟(jì)性和安全性做了大量研究，但大多數(shù)都是分割開(kāi)來(lái)研究其影響因素，綜合考慮分析的較少。對(duì)AP1000的經(jīng)濟(jì)性和安全性進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，可以更清晰地反映出AP1000的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，為國(guó)家發(fā)展核電提供更全面的參考。

1 經(jīng)濟(jì)性分析

1.1 AP1000項(xiàng)目與二代加項(xiàng)目初期投資對(duì)比

由于AP1000存在難以預(yù)料的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)際成本可能要比最初預(yù)計(jì)的更高［2］。目前世界各AP1000項(xiàng)目的投資情況見(jiàn)表1。這些項(xiàng)目均使用西屋公司的AP1000三代核電技術(shù)，比投資都相當(dāng)高。我國(guó)當(dāng)初決定引進(jìn)AP1000技術(shù)時(shí)，招標(biāo)比投資為1800～1900美元／kW，按照現(xiàn)在的匯率折合為11160～11 780元／kW。而中國(guó)在建的浙江三門(mén)和山東海陽(yáng)核電項(xiàng)目，初期預(yù)投資已高達(dá)400億元，比投資達(dá)16000元／kW。

表2是目前正在運(yùn)營(yíng)的部分二代加項(xiàng)目的投資成本，從表2可以看出：比投資最低的是陽(yáng)江核電項(xiàng)目，為1645美元／kW，最高的是嶺澳二期核電項(xiàng)目，為2155美元／kW；采用加拿大重水堆技術(shù)的秦山二期核電項(xiàng)目比投資為1860美元／kW。

1.2 預(yù)期運(yùn)營(yíng)收益對(duì)比

2012年6月，國(guó)家發(fā)改委下達(dá)一條通知，宣布2013年1月1日后投產(chǎn)的核電機(jī)組上網(wǎng)電價(jià)將由個(gè)別定價(jià)改為標(biāo)桿電價(jià)，全國(guó)統(tǒng)一為0.43元／（kW·h）。標(biāo)桿電價(jià)的實(shí)施，終結(jié)了核電“一堆一機(jī)一價(jià)”旱澇保收的歷史，卻讓不同的核電項(xiàng)目面臨不同的境遇［3］。這一規(guī)定受到一些二代及二代加核電站的歡迎，因?yàn)榇蠖鄶?shù)二代核電站的上網(wǎng)電價(jià)要低于這一標(biāo)桿電價(jià)，這意味著它們將會(huì)有更高的經(jīng)濟(jì)收益，但對(duì)于正在建造的AP1000核電項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，這無(wú)疑是澆下了一盆冷水。

表1 世界各AP1000項(xiàng)目投資

表2 部分二代加項(xiàng)目投資

我國(guó)采用AP1000技術(shù)的首堆——浙江三門(mén)核電＃1機(jī)組的研究報(bào)告顯示，根據(jù)其成本投資來(lái)計(jì)算，三門(mén)核電項(xiàng)目的上網(wǎng)電價(jià)必須要高于0.500元／（kW·h）才不會(huì)虧損。而采用CPR1000二代加技術(shù)的陽(yáng)江核電項(xiàng)目的含稅上網(wǎng)電價(jià)為0.364元／（kW·h），遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于我國(guó)的標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)。由我國(guó)自行研發(fā)設(shè)計(jì)建造的秦山二期核電站，其上網(wǎng)電價(jià)為0.390元／（kW·h），也比標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)低。由此可以看出，在核電站建成之后的運(yùn)營(yíng)中，第三代AP1000項(xiàng)目的收益要比之前的二代加技術(shù)低。

1.3 對(duì)比結(jié)果分析

由表1和表2可知，二代加項(xiàng)目中比投資最低的是陽(yáng)江核電項(xiàng)目的1645美元／kW，最高的是嶺澳二期核電項(xiàng)目的2155美元／kW；三代項(xiàng)目中比投資最低的是三門(mén)核電項(xiàng)目的2614美元／kW，比二代加項(xiàng)目中投資最高的嶺澳二期核電項(xiàng)目高21.3%，比二代加項(xiàng)目中投資最低的陽(yáng)江核電項(xiàng)目高31.6%。三代項(xiàng)目中投資最高的是喬治亞州沃格特爾核電項(xiàng)目的6360美元／kW，比二代加項(xiàng)目中投資最高的嶺澳二期核電項(xiàng)目高195.1%，比二代加項(xiàng)目中投資最低的陽(yáng)江核電項(xiàng)目高288.6%。通過(guò)計(jì)算可以得知，三代的平均比投資要比二代加高107.1%。而根據(jù)目前國(guó)家的政策，預(yù)計(jì)AP1000項(xiàng)目在正式運(yùn)營(yíng)后經(jīng)濟(jì)效益也較低，與之前的核電項(xiàng)目相比，AP1000技術(shù)目前還不具備經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。

2 安全性分析

2.1 安全裕度對(duì)比

AP1000是西屋公司在AP600的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的，設(shè)計(jì)目的是實(shí)現(xiàn)高安全性，與典型核電廠的最大區(qū)別在于：它延續(xù)使用了成熟的壓水堆技術(shù)，依靠自然力來(lái)保障其安全［4］，可以在沒(méi)有安全系統(tǒng)支持的情況下保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。

由表3可以看出：AP1000的偏離泡核沸騰比（DNBR）限值的失流裕量和給水管破口的過(guò)冷裕量要比典型核電廠高很多；SG管破裂時(shí)，AP1000不需要操縱員干預(yù)，減少人因失誤的可能性；發(fā)生冷卻劑喪失事故（LOCA）時(shí)，AP1000的安全裕度也比典型核電廠高。

2.2 安全防御措施對(duì)比

與中國(guó)現(xiàn)有的壓水堆相比，AP1000除了采用非能動(dòng)安全系統(tǒng)來(lái)提高核電廠的安全性以外，還采用了縱深防御的原則來(lái)進(jìn)一步防護(hù)，具體體現(xiàn)在專設(shè)安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變化上。通過(guò)表4可以看出，AP1000的安全保護(hù)更全面，安全性較高。

表4 大亞灣核電和AP1000專設(shè)安全系統(tǒng)比較

除此之外，AP1000還在技術(shù)上進(jìn)行了一些改進(jìn)：堆芯頂端以下不再設(shè)置反應(yīng)堆壓力容器貫穿件，消除了反應(yīng)堆容器泄漏導(dǎo)致發(fā)生LOCA的可能性；反應(yīng)堆冷卻劑泵采用屏蔽泵，不需要密封注入，消除了由于失去密封冷卻而導(dǎo)致密封水事故的可能；反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)消除了過(guò)渡段，其他安全管道減少了83%，閥門(mén)減少了53%，降低了發(fā)生LOCA的可能性；SG傳熱管和部分隔盤(pán)使用耐腐蝕的合金，降低了由于腐蝕而引起事故的可能性。

表3 AP1000與典型核電廠的安全裕量對(duì)比

由表5可以看出，采用非能動(dòng)系統(tǒng)和縱深防御原則的AP1000其堆芯損壞概率（CMF）和大規(guī)模釋放概率（LRF）更低，遠(yuǎn)低于現(xiàn)役典型核電廠和美國(guó)核管會(huì)（NRC）的目標(biāo)。雖然AP1000目前還不成熟［5］，但其安全性有很大的保證。

表5 每堆年的CMF和LRF對(duì)比

2.3 對(duì)比結(jié)果分析

由表3可知，AP1000的安全裕量遠(yuǎn)大于典型核電廠，說(shuō)明它的安全性要比典型核電廠高很多。AP1000的非能動(dòng)安全系統(tǒng)能顯著提高安全殼的可靠性，使得它的安全裕度更大、安全性更高。從表4可以看出，AP1000的專設(shè)安全系統(tǒng)要比大亞灣核電的專設(shè)安全系統(tǒng)多，進(jìn)一步提高了安全性。美國(guó)核管會(huì)對(duì)安全的要求為：堆芯損壞概率約10-5／堆年和大規(guī)模釋放概率約10-6／堆年。從表5可以看出，典型核電廠的安全標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能滿足NRC的要求，而AP1000的堆芯損壞概率約10-7／堆年，大規(guī)模釋放概率約10-8／堆年，比NRC的要求標(biāo)準(zhǔn)高出了一個(gè)數(shù)量級(jí)，AP1000有較高的安全性。

3 經(jīng)濟(jì)性與安全性的關(guān)聯(lián)分析

AP1000這種創(chuàng)新設(shè)計(jì)使用了較多的新技術(shù)，設(shè)備使用了很多新材料，對(duì)供應(yīng)商的要求較高，可選擇的供應(yīng)商很少，國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有掌握核心設(shè)備的制造技術(shù)，導(dǎo)致價(jià)格比較高，而且由于首堆的特殊性，技術(shù)、設(shè)備的研發(fā)以及成熟性驗(yàn)證也需要投入大量的經(jīng)費(fèi)，這是AP1000技術(shù)目前經(jīng)濟(jì)性比較低的重要原因。

發(fā)展AP1000不能靠犧牲經(jīng)濟(jì)性來(lái)提高安全性，在保證AP1000技術(shù)高安全性的前提下，不斷提高其經(jīng)濟(jì)性，促進(jìn)我國(guó)核電健康、快速發(fā)展，應(yīng)該從以下兩點(diǎn)入手。

（1）標(biāo)準(zhǔn)化、批量規(guī)模化建造。由于AP1000技術(shù)的獨(dú)特性，目前在建的項(xiàng)目均屬于示范項(xiàng)目，在工程的設(shè)計(jì)、建造、工期和工程驗(yàn)證等方面都有著特殊性。隨著設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行等方面經(jīng)驗(yàn)技術(shù)的不斷成熟，AP1000的非能動(dòng)性、簡(jiǎn)化、工期較短和運(yùn)行壽命較長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)將會(huì)慢慢顯現(xiàn)，此時(shí)，AP1000的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)就會(huì)充分體現(xiàn)出來(lái)。

（2）掌握設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。三門(mén)核電和海陽(yáng)核電項(xiàng)目核島的主要設(shè)備都依賴國(guó)外進(jìn)口，一些國(guó)產(chǎn)設(shè)備的關(guān)鍵材料也需要從國(guó)外進(jìn)口，大大增加了建造費(fèi)用，這是提高經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵所在。同時(shí)，能否完全掌握AP1000設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，也是AP1000標(biāo)準(zhǔn)化、批量規(guī)?；ㄔO(shè)的基礎(chǔ)。

AP1000設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)高安全性，該技術(shù)最大的特點(diǎn)是非能動(dòng)的安全系統(tǒng)、模塊化設(shè)計(jì)和模塊化施工，極大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，也減少了對(duì)運(yùn)行人員的依賴，大大降低了人為失誤的可能性，增強(qiáng)了運(yùn)行的可靠性，同時(shí)提高了經(jīng)濟(jì)性和安全性。綜合運(yùn)用非能動(dòng)安全特性［6］以及縱深防御原則，安全性得到了進(jìn)一步提高。雖然AP1000的安全性較高，但也不是絕對(duì)安全的，非能動(dòng)自然循環(huán)存在失效的可能性［7］，在實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)充分考慮到這種情況，適當(dāng)?shù)剡\(yùn)用能動(dòng)技術(shù)，將兩者結(jié)合，以降低失效的可能性，進(jìn)一步提高安全性并保障經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)論

（1）結(jié)合比投資和發(fā)電后的收益，同二代加核電項(xiàng)目比較可知，AP1000目前的經(jīng)濟(jì)性較低。

（2）從安全裕度、安全防御措施、堆芯損壞概率和大規(guī)模泄漏概率等方面來(lái)看，AP1000技術(shù)的安全性較高。提高安全性還要注意能動(dòng)與非能動(dòng)技術(shù)結(jié)合。

（3）要在保障安全性的前提下，提高AP1000項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性，就要促進(jìn)AP1000核電廠的標(biāo)準(zhǔn)化、批量規(guī)?；ㄔ?，同時(shí)盡快掌握設(shè)備的設(shè)計(jì)建造技術(shù)。

［1］ADAMANTIADESA，KESSIDES I.Nuclear power for sustain-able development：Current status and future prospects［J］.Energy Policy，2009（21）：1-18.

［2］周濤，張旭波，陳娟，等.AP1000核電站外部不經(jīng)濟(jì)性研究［J］.技術(shù)經(jīng)濟(jì)與管理研究，2011，12（12）：73-75.

［3］詹玲.核電標(biāo)桿電價(jià)新考驗(yàn)［N］.21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道，2013-08-23（18）.

［4］羅洪章.提高AP1000核電廠廠用電供電可靠性的分析與探索［J］.自動(dòng)化與儀器儀表，2012，7（4）：198-200.

［5］朱學(xué)蕊.我國(guó)核電發(fā)展的“代際”之爭(zhēng)［N］.中國(guó)能源報(bào)，2011-01-17（19）.

［6］周濤，盛程.壓水堆核電廠系統(tǒng)與設(shè)備［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2012.

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（本文責(zé)編：劉芳）

TM 623：F 424.6

：A

：1674-1951（2015）05-0001-03

霍啟軍（1987—），男，山西臨汾人，在讀碩士研究生，從事核反應(yīng)堆熱工水力方面的研究工作（E-mail：276568649＠qq.com）。

2014-10-24；

2015-03-09

中核核反應(yīng)堆熱工水力技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金（20130901）