解讀丨全球三代核電技術(shù)亮點(diǎn)

第三代核電站是目前世界各國在建和計劃建設(shè)的主要核電站堆型，它們在安全性上也較二代堆有很大的提升，第三代核電站都有哪些技術(shù)特點(diǎn)呢？全世界各國都有哪些第三核電站呢？本文帶大家一探究竟。

三代（或三代+）反應(yīng)堆是在汲取了第二代反應(yīng)堆運(yùn)行經(jīng)驗和事故教訓(xùn)后，于20世紀(jì)90年代后期發(fā)展出的安全性更高的先進(jìn)反應(yīng)堆技術(shù)，通常把滿足URD或者EUR評價標(biāo)準(zhǔn)的核電廠稱為第三代核電站。目前，世界上在建和規(guī)劃待建的核電站，大部分將采用第三代核電技術(shù)。

近年來，我國核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展取得了舉世矚目的成績，核電技術(shù)研發(fā)和工程應(yīng)用走在世界前列。以“華龍一號”開工建設(shè)和CAP1400成功研發(fā)為標(biāo)志，我國成為繼美國、法國、俄羅斯等核電強(qiáng)國后又一個擁有獨(dú)立自主三代核電技術(shù)和全產(chǎn)業(yè)鏈的國家。

我國大陸在運(yùn)的38臺核電機(jī)組在技術(shù)層面都屬于“二代”或者“二代+”；在建的20臺機(jī)組中，有10臺屬于“第三代”技術(shù)；今后新建的機(jī)組將全部采用“第三代”技術(shù)，預(yù)計三代核電將在“十三五”后期進(jìn)入批量化建設(shè)階段。同時，具備完全自主知識產(chǎn)權(quán)的“華龍一號”已實(shí)現(xiàn)出口且具有競爭優(yōu)勢，隨著示范工程的開工，自主開發(fā)的CAP1400具備走出去的潛力，在“一帶一路”沿線建設(shè)發(fā)展中充滿機(jī)會。

第三代核電技術(shù)特點(diǎn)

北美、日本、歐洲、俄羅斯、中國等反應(yīng)堆供應(yīng)商在規(guī)劃或在建的有十幾種滿足（URD、EUR）的三代核反應(yīng)堆，它們在滿足用戶要求文件（URD、EUR）的基礎(chǔ)上，每種堆型采用不同的設(shè)計理念：AP1000采用安全系統(tǒng)“非能動化”和簡化系統(tǒng)的設(shè)計理念；EPR采用安全系統(tǒng)增加冗余度（安全系統(tǒng)全部采用4x100%的設(shè)置）的設(shè)計理念。“華龍一號”采用“能動與非能動”相結(jié)合的安全設(shè)計理念。三代核電綜合來講具有以下特點(diǎn)：

（1）更長的設(shè)計壽命：反應(yīng)堆具有更高的可用性和更長的操作壽命，通常反應(yīng)堆設(shè)計壽命是60年。

第三代核電站的設(shè)計壽命延長至60年，在設(shè)計壽命期間（60年）無需更換反應(yīng)堆壓力容器，并且在設(shè)計中提供了更換其他主設(shè)備包括蒸汽發(fā)生器的可能性，其反應(yīng)堆壓力容器等不可更換設(shè)備的設(shè)計壽命達(dá)到60 年，一般通過延壽三代核電站壽命可以達(dá)到80年，這樣提高了核電站的經(jīng)濟(jì)性。

（2）極低的嚴(yán)重事故概率：堆芯損傷頻率（CDF）限值小于1*10-5/堆年，大量放射性釋放頻率（LRF）限值為1*10-6/堆年。

美國核管會要求的堆芯損傷頻率（CDF）限值是1*10-4/堆年，美國用戶要求文件（URD）為1*10-5，目前美國大多數(shù)在役核電站的設(shè)計值是5*10-5，AP1000的CDF為5.08*10-7/堆年，遠(yuǎn)低于上述參考值。AP1000的大量放射性釋放頻率（LRF）為5.94*10-8/堆年，美國核管會要求的目標(biāo)值為1*10-5/堆年，URD為1*10-6/堆年，AP1000設(shè)計遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這些參考值。三代核電站設(shè)計了更多的緩解反應(yīng)堆發(fā)生嚴(yán)重事故的措施，極大降低了堆芯熔化及大量放射性物質(zhì)釋放的可能性。

（3）允許事故后不干預(yù)：采用非能動的安全系統(tǒng)，事故工況下半個小時或更長時間內(nèi)允許操縱員不采取任何手動動作；

三代堆的設(shè)計中包含了被動或固有的安全特性，非能動安全系統(tǒng)緩解設(shè)計基準(zhǔn)事故的功能不依賴于操縱員動作。在第三代核電站的設(shè)計中考慮了操縱員響應(yīng)寬容時間，比如在AP1000設(shè)計中對于在始發(fā)事件疊加單一故障的LDB（許可證設(shè)計基準(zhǔn)）假設(shè)下分析的瞬態(tài)和事故（包括失去全部交流電源），在需要動作的始發(fā)信號發(fā)出后的至少72小時內(nèi)無需操縱員手動操作。由于非能動安全設(shè)施的使用，使得反應(yīng)堆在發(fā)生事故初期可以不需要進(jìn)行人為的干預(yù)，這樣減少了誤操作的可能性，提高了反應(yīng)堆運(yùn)行的安全性。

（4）更強(qiáng)的安全殼結(jié)構(gòu)：強(qiáng)化了安全殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可抵御商用大飛機(jī)的撞擊。

第三代核電站一般都采用了雙層安全殼設(shè)計。AP1000與華龍一號內(nèi)層均為鋼制安全殼，是包容放射性物質(zhì)的最后一道屏障，抵御各種事故下及可能的嚴(yán)重事故下內(nèi)部的高溫高壓，并且具備非能動安全殼冷卻功能；外層為高強(qiáng)度混凝土安全殼，抵御包括飛機(jī)撞擊在內(nèi)的各種外部災(zāi)害的作用，保護(hù)內(nèi)殼及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不受影響。EPR雙層安全殼均為混凝土形式，外層采用加強(qiáng)型的混凝土殼抵御外部災(zāi)害，內(nèi)層為預(yù)應(yīng)力混凝土。上述外層安全殼設(shè)計均可以抵御商用飛機(jī)撞擊，有效應(yīng)對核設(shè)施遭遇恐怖襲擊的可能，提高了運(yùn)行的安全性。

第三代核電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

在上世紀(jì)90年代，世界各國核電站開發(fā)商開始研發(fā)滿足三代核電標(biāo)準(zhǔn)的核電站，如ABWR、System80+、AP600等，其中ABWR已在亞洲建成數(shù)座。近年來在三代核電技術(shù)研發(fā)方面取得較大進(jìn)展的有西屋公司的AP1000技術(shù)、歐洲壓水堆EPR、俄羅斯研發(fā)的VVER-1200、韓國電力公司公司開發(fā)的APR1400，中國國家核電技術(shù)公司聯(lián)合西屋開發(fā)的CAP1000機(jī)組以及自主開發(fā)的具有更大功率的CAP1400機(jī)組，上述都已經(jīng)投入運(yùn)行或在建。

還有一些三代核電站技術(shù)已經(jīng)完成設(shè)計，準(zhǔn)備投入市場，比如通用-日立的ESBWR、三菱的APWR、坎杜能源的EC6(PHWR)等。

目前世界三代核電站發(fā)展現(xiàn)狀統(tǒng)計如下，包括投入運(yùn)行、在建、計劃建設(shè)的情況：

參考來源：

孫漢虹. 第三代核電技術(shù)AP1000[M]. 中國電力出版社, 2016.

Advanced Nuclear Power Reactors

http://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/nuclear-power-reactors/advanced-nuclear-power-reactors.aspx

Nuclear Power in the World Today

http://www.world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generation/nuclear-power-in-the-world-today.aspx

World Nuclear Power Reactors & Uranium Requirements

http://www.world-nuclear.org/information-library/facts-and-figures/world-nuclear-power-reactors-and-uranium-requireme.aspx

我國三代核電發(fā)展戰(zhàn)略價值研究報告