第三代核電的核心關(guān)鍵技術(shù)及其優(yōu)勢(shì)

我國第三代核電自主化依托項(xiàng)目工程建設(shè)總體上進(jìn)展順利，安全、質(zhì)量、進(jìn)度都處于全面受控狀態(tài)。在此過程中，我國引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新和自主創(chuàng)新，在世界上率先掌握了第三代核電AP1000的五大核心關(guān)鍵技術(shù)。這五大核心關(guān)鍵技術(shù)分別是：核島筏基大體積混凝土一次性整體澆注技術(shù)、核島鋼制安全殼底封頭成套技術(shù)、模塊設(shè)計(jì)和制造技術(shù)、主管道制造技術(shù)、核島主設(shè)備大型鍛件制造技術(shù)。 　　1、核電站核島筏基大體積混凝土一次性整體澆注技術(shù) 　　2009年4月19日，我國第三代核電自主化依托項(xiàng)目首臺(tái)機(jī)組、世界上首臺(tái)AP1000核電機(jī)組——浙江三門核電站一號(hào)機(jī)組核島第一罐混凝土澆注及養(yǎng)護(hù)取得成功，已全面進(jìn)入主體工程建設(shè)階段。 三門核電站一號(hào)機(jī)組主體工程第一罐混凝土澆注工作取得了良好效果，這是迄今為止我國核電站工程建設(shè)首次采用核島筏基混凝土一次性整體澆注的先進(jìn)技術(shù)，創(chuàng)造了世界上核電站核島筏基大體積混凝土整體連續(xù)澆注的成功范例。 　　大體積混凝土一次性整體澆注，可以實(shí)現(xiàn)核電站核島基礎(chǔ)的一次整體成形，具有無接口、防滲好等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，特別適合安全性能要求較高的核電施工。但由于澆注后的養(yǎng)護(hù)是難點(diǎn)，一直是施工的一大技術(shù)難題。為確保澆注第一罐混凝土取得成功，2008年5月，國家核電技術(shù)公司、國核工程公司、三門核電現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)了專項(xiàng)計(jì)劃;2009年3月1日，完成了所有實(shí)體準(zhǔn)備工作;3月10日，三門核電站一號(hào)機(jī)組核島完全具備澆注混凝土實(shí)體條件，三門核電現(xiàn)場(chǎng)還進(jìn)行過多次模擬澆注;3月11日，國家核安全局組織相關(guān)專家對(duì)一號(hào)機(jī)組核島澆注進(jìn)行檢查驗(yàn)收;3月13日，三門核電現(xiàn)場(chǎng)完成對(duì)澆注工作的最后一次質(zhì)量檢查。 　　2、核島鋼制安全殼底封頭成套制造技術(shù) 　　2009年12月21日，三門核電站一號(hào)機(jī)組核島鋼制安全殼底封頭成功實(shí)現(xiàn)整體吊裝就位，這一底封頭的鋼材制造、弧形鋼板壓制、現(xiàn)場(chǎng)拼裝焊接、焊接材料生產(chǎn)、整體運(yùn)輸?shù)跹b等都是由中國企業(yè)自主承擔(dān)完成的。 　　AP1000首次采用在核電站反應(yīng)堆壓力容器外增加鋼制安全殼的新技術(shù)。鋼制安全殼是AP1000核電站反應(yīng)堆廠房的內(nèi)層屏蔽結(jié)構(gòu)，是非能動(dòng)安全系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一。AP1000鋼制安全殼底封頭鋼板的典型特征是大尺寸、多曲率、高精度，采用整體模壓一次成型技術(shù)，尚屬世界性難題。中方企業(yè)攻克了一系列世界性的技術(shù)難題和工藝難關(guān)，提升了我國核電裝備制造和相關(guān)材料研制的水平。 　　3、模塊化設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 　　2009年 6月29日，三門核電站一號(hào)機(jī)組核島最大的結(jié)構(gòu)模塊CA20模塊成功吊裝就位，開啟了我國核電站工程模塊化建造的新時(shí)代。CA20模塊的工廠化預(yù)制和現(xiàn)場(chǎng)拼裝、組焊、整體吊裝的順利完成，標(biāo)志著AP1000技術(shù)的模塊化設(shè)計(jì)和施工的先進(jìn)理念已經(jīng)從理論變成了現(xiàn)實(shí)。 　　CA20模塊是AP1000的最大一個(gè)結(jié)構(gòu)模塊，長(zhǎng)20.5米，寬14.2米，高20.7米，近7層樓高，由18個(gè)房間構(gòu)成，包括32個(gè)墻體子模塊和40個(gè)樓板子模塊，結(jié)構(gòu)總重達(dá)749噸，加上吊具等起吊總重量達(dá)到968噸，相當(dāng)于700多輛小汽車的重量。 　　使用模塊化建造方法，可以實(shí)現(xiàn)核電站核島工程建設(shè)中的土建和安裝的交叉施工，能大大縮短核電站的工程建設(shè)周期。通過模塊的工廠化預(yù)制，可有效提高工程建造的質(zhì)量。 　　4、主管道制造關(guān)鍵技術(shù) 　　2010年1月11日，我國AP1000自主化依托項(xiàng)目國產(chǎn)化主管道采購合同在北京簽訂。國核工程公司與中國第二重型機(jī)械集團(tuán)公司(德陽)重型裝備股份公司簽訂了主管道采購合同。 　　核電站主管道是連接反應(yīng)堆壓力容器和蒸汽發(fā)生器的大厚壁承壓管道，是核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)輸出堆芯熱能的“大動(dòng)脈”，是壓水堆核電站的核一級(jí)關(guān)鍵設(shè)備之一。AP1000機(jī)組采用了超低碳控氮不銹鋼整體鍛造技術(shù)，材質(zhì)要求高、加工制造難度大，堪稱目前世界核電主管道制造難度之最。 　　AP1000主管道是我國AP1000自主化依托項(xiàng)目中唯一沒有引進(jìn)國外技術(shù)的核島關(guān)鍵設(shè)備。中國二重集團(tuán)等國內(nèi)多家企業(yè)通過為時(shí)兩年的科研攻關(guān)，自主突破了AP1000主管道制造的技術(shù)難關(guān)，制造的主管道1：1模擬件綜合技術(shù)指標(biāo)已完全符合美國西屋公司的設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到世界一流水平，大幅降低了主管道的采購成本。 　　5、關(guān)鍵設(shè)備大型鍛件制造技術(shù) 　　2009年12月22日，中國一重承擔(dān)的三門核電站2號(hào)機(jī)組蒸汽發(fā)生器管板鍛件研制取得成功，在先前實(shí)現(xiàn)AP1000核島反應(yīng)堆壓力容器鍛件完全國產(chǎn)化的基礎(chǔ)上，再次實(shí)現(xiàn)了蒸汽發(fā)生器鍛件的完全國產(chǎn)化，一舉攻克了制約我國核電發(fā)展的重大技術(shù)難關(guān)，大幅提升了我國核電裝備制造的整體水平和技術(shù)能力，打破了國外企業(yè)在高端大型鑄鍛件市場(chǎng)的壟斷。 　　以前，我國的大型鑄鍛件企業(yè)因制造能力和技術(shù)上的差距，使國內(nèi)高端大型鑄鍛件市場(chǎng)和技術(shù)被國外巨頭壟斷，尤其是在核電大型鑄鍛件上，國外更是實(shí)行技術(shù)封鎖。 　　除大型鍛件外，目前，反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器、主泵、主管道、鋼制安全殼等核島關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化工作均取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，確保了我國后續(xù)三代核電批量化、規(guī)模化發(fā)展。 　　引進(jìn)第三代核電技術(shù)的必要性 　　1、帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展 　　我國政府決定引進(jìn)AP1000技術(shù)，肯定是在高瞻遠(yuǎn)矚、權(quán)衡全局利弊，同時(shí)考慮了技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的可接受程度后作出的決策。AP1000核電技術(shù)的引進(jìn)，直接帶動(dòng)了我國先進(jìn)核電的建設(shè)，使世界首批三代核電AP1000機(jī)組落戶中國。同時(shí)，在研發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、工程管理領(lǐng)域、設(shè)備和產(chǎn)品制造領(lǐng)域、運(yùn)行服務(wù)環(huán)節(jié)完善并逐步形成了三代核電自主化發(fā)展的整體鏈條，帶動(dòng)了與核電相關(guān)的科研、冶金、裝備制造、信息化等多個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。國家核電技術(shù)公司積極探索“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化預(yù)制、模塊化施工、專業(yè)化管理、自主化建造”的三代核電發(fā)展新路子。同時(shí)，更以加快形成我國具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型先進(jìn)核電技術(shù)品牌為目標(biāo)，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)我國的涉核單位和行業(yè)資源，使我國核電產(chǎn)業(yè)初步形成了跨行業(yè)、跨地區(qū)、跨部門、跨學(xué)科的團(tuán)結(jié)協(xié)作、奮力攻關(guān)的新局面。 　　2、促進(jìn)自主創(chuàng)新 　　AP1000并不是我國核電技術(shù)的終點(diǎn)。國家核電技術(shù)公司的重要使命是在消化、吸收、全面掌握第三代核電AP1000先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過再創(chuàng)新形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、功率更大的大型先進(jìn)壓水堆核電技術(shù)品牌。目前，我國大型核電重大專項(xiàng)的實(shí)施管理模式和協(xié)作攻關(guān)的態(tài)勢(shì)初步形成。重大共性技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備材料研究工作，核電大型鍛件、鍛造主管道、蒸汽發(fā)生器690合金U型傳熱管研制等課題取得較大進(jìn)展。兩年來，國家核電技術(shù)公司堅(jiān)定不移地推動(dòng)以大型核電重大專項(xiàng)示范工程(CAP1400)建成投產(chǎn)為標(biāo)志的三代核電自主化，我國自主創(chuàng)新的“大核電”揚(yáng)帆起航。只有擁有具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型先進(jìn)核電技術(shù)，我國才能由“核電大國”轉(zhuǎn)變成為“核電強(qiáng)國”，才能在滿足國內(nèi)核電自主建設(shè)發(fā)展的同時(shí)，實(shí)施核電成套技術(shù)“走出去”戰(zhàn)略，贏得世界核電大單。 　　第三代核電的優(yōu)勢(shì) 　　1.安全性 　　核電站安全目標(biāo)有兩個(gè)指標(biāo)，一是反應(yīng)堆堆芯熔化率(簡(jiǎn)稱堆熔概率)，二是大規(guī)模釋放放射性物質(zhì)的概率(簡(jiǎn)稱釋放概率)。如果以每核反應(yīng)堆每年來計(jì)算的話，二代堆的堆熔概率為10-4，也就是每堆每年出現(xiàn)萬分之一的可能性;而釋放概率為10-5，也就是每堆每年有10萬分之一的可能會(huì)發(fā)生核物質(zhì)大規(guī)模釋放。第三代核電機(jī)組要有更高安全目標(biāo)。即堆芯熱工安全裕量>l5%，堆芯損壞概率<10-5/堆年，大量放射性外泄<10-6/堆年。兩次核電事故后，法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)安全目標(biāo)的要求又提高了，而AP1000的安全目標(biāo)比前兩者更高，具體見附表2。 　　AP1000的關(guān)鍵技術(shù)是采用非能動(dòng)安全系統(tǒng)，具體表現(xiàn)在采用非能動(dòng)安注、多級(jí)非能動(dòng)自動(dòng)卸壓系統(tǒng)、非能動(dòng)余熱排放系統(tǒng)和非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)。AP1000核電站引入了嚴(yán)重事故預(yù)防和緩解措施，如堆腔淹沒技術(shù)、自動(dòng)卸壓系統(tǒng)(ADS)、抑制氫爆的氫復(fù)合系統(tǒng)(氫點(diǎn)火器和非能動(dòng)氫催化復(fù)合)、堆芯熔融物壓力容器內(nèi)保持(IVR)等技術(shù)。同時(shí)，AP1000采用雙層安全殼和全數(shù)字化儀控系統(tǒng)。 　　AP1000核電站的非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)不依賴外部電源，采用非能動(dòng)余熱導(dǎo)出、非能動(dòng)安全注入以及非能動(dòng)安全殼冷卻?？梢员ＷC長(zhǎng)時(shí)間的安全停堆。還可以保證大于72h不用操作員干預(yù)。 　　EPR核電站采用4通道安全系統(tǒng)和雙層安全殼。引入了嚴(yán)重事故預(yù)防及緩解措施，如穩(wěn)壓器卸壓、堆芯撲集器和非能動(dòng)氫復(fù)合器。 　　2、經(jīng)濟(jì)性 　　第三代核電機(jī)組要有更好的經(jīng)濟(jì)性，具體表現(xiàn)在機(jī)組額定功率為l000~1500MWe，可利用因子>87%。換料周期18~24月，電站壽命60a，建設(shè)周期48~52月，電價(jià)要能與聯(lián)合循環(huán)的天然氣電廠相競(jìng)爭(zhēng)。因此，第三代核電機(jī)組在技術(shù)上更先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上更占優(yōu)勢(shì)。