霍啟軍，周濤，楊旭，李精精，肖澤軍

（1.華北電力大學(xué)核熱工安全與標準化研究所，北京 102206；2.中國核動力研究設(shè)計院空泡物理和自然循環(huán)國家重點實驗室，成都 610041）

AP1000核電技術(shù)經(jīng)濟性和安全性的關(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)核熱工安全與標準化研究所，北京 102206；2.中國核動力研究設(shè)計院空泡物理和自然循環(huán)國家重點實驗室，成都 610041）

核電的經(jīng)濟性和安全性是相互聯(lián)系的。通過與現(xiàn)役典型核電廠對比分析可知，AP1000技術(shù)目前的經(jīng)濟性較低，但是安全性較高。不顧安全，片面追求經(jīng)濟性，或以犧牲經(jīng)濟性為代價來追求過高的安全性都是不可取的。提高經(jīng)濟性的關(guān)鍵是主設(shè)備設(shè)計建造技術(shù)的自主化以及AP1000核電站的標準化、批量規(guī)?；ㄔO(shè)，同時還要注意能動與非能動技術(shù)結(jié)合。

AP1000；經(jīng)濟性；安全性；關(guān)聯(lián)分析

0 引言

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

1 經(jīng)濟性分析

1.1 AP1000項目與二代加項目初期投資對比

由于AP1000存在難以預(yù)料的技術(shù)風險，實際成本可能要比最初預(yù)計的更高［2］。目前世界各AP1000項目的投資情況見表1。這些項目均使用西屋公司的AP1000三代核電技術(shù)，比投資都相當高。我國當初決定引進AP1000技術(shù)時，招標比投資為1800～1900美元／kW，按照現(xiàn)在的匯率折合為11160～11 780元／kW。而中國在建的浙江三門和山東海陽核電項目，初期預(yù)投資已高達400億元，比投資達16000元／kW。

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

1.2 預(yù)期運營收益對比

2012年6月，國家發(fā)改委下達一條通知，宣布2013年1月1日后投產(chǎn)的核電機組上網(wǎng)電價將由個別定價改為標桿電價，全國統(tǒng)一為0.43元／（kW·h）。標桿電價的實施，終結(jié)了核電“一堆一機一價”旱澇保收的歷史，卻讓不同的核電項目面臨不同的境遇［3］。這一規(guī)定受到一些二代及二代加核電站的歡迎，因為大多數(shù)二代核電站的上網(wǎng)電價要低于這一標桿電價，這意味著它們將會有更高的經(jīng)濟收益，但對于正在建造的AP1000核電項目來說，這無疑是澆下了一盆冷水。

表1 世界各AP1000項目投資

表2 部分二代加項目投資

我國采用AP1000技術(shù)的首堆——浙江三門核電＃1機組的研究報告顯示，根據(jù)其成本投資來計算，三門核電項目的上網(wǎng)電價必須要高于0.500元／（kW·h）才不會虧損。而采用CPR1000二代加技術(shù)的陽江核電項目的含稅上網(wǎng)電價為0.364元／（kW·h），遠遠低于我國的標桿上網(wǎng)電價。由我國自行研發(fā)設(shè)計建造的秦山二期核電站，其上網(wǎng)電價為0.390元／（kW·h），也比標桿上網(wǎng)電價低。由此可以看出，在核電站建成之后的運營中，第三代AP1000項目的收益要比之前的二代加技術(shù)低。

1.3 對比結(jié)果分析

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

2 安全性分析

2.1 安全裕度對比

AP1000是西屋公司在AP600的基礎(chǔ)上設(shè)計開發(fā)的，設(shè)計目的是實現(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)，依靠自然力來保障其安全［4］，可以在沒有安全系統(tǒng)支持的情況下保證系統(tǒng)正常運行。

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冷裕量要比典型核電廠高很多；SG管破裂時，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，AP1000的安全裕度也比典型核電廠高。

2.2 安全防御措施對比

與中國現(xiàn)有的壓水堆相比，AP1000除了采用非能動安全系統(tǒng)來提高核電廠的安全性以外，還采用了縱深防御的原則來進一步防護，具體體現(xiàn)在專設(shè)安全系統(tǒng)的設(shè)計變化上。通過表4可以看出，AP1000的安全保護更全面，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)上進行了一些改進：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)消除了過渡段，其他安全管道減少了83%，閥門減少了53%，降低了發(fā)生LOCA的可能性；SG傳熱管和部分隔盤使用耐腐蝕的合金，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比

由表5可以看出，采用非能動系統(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，遠低于現(xiàn)役典型核電廠和美國核管會（NRC）的目標。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對比

2.3 對比結(jié)果分析

由表3可知，AP1000的安全裕量遠大于典型核電廠，說明它的安全性要比典型核電廠高很多。AP1000的非能動安全系統(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，進一步提高了安全性。美國核管會對安全的要求為：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準已經(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的要求標準高出了一個數(shù)量級，AP1000有較高的安全性。

3 經(jīng)濟性與安全性的關(guān)聯(lián)分析

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

發(fā)展AP1000不能靠犧牲經(jīng)濟性來提高安全性，在保證AP1000技術(shù)高安全性的前提下，不斷提高其經(jīng)濟性，促進我國核電健康、快速發(fā)展，應(yīng)該從以下兩點入手。

（1）標準化、批量規(guī)?；ㄔ?。由于AP1000技術(shù)的獨特性，目前在建的項目均屬于示范項目，在工程的設(shè)計、建造、工期和工程驗證等方面都有著特殊性。隨著設(shè)計、建造、運行等方面經(jīng)驗技術(shù)的不斷成熟，AP1000的非能動性、簡化、工期較短和運行壽命較長等優(yōu)勢將會慢慢顯現(xiàn)，此時，AP1000的經(jīng)濟性優(yōu)勢就會充分體現(xiàn)出來。

（2）掌握設(shè)備的設(shè)計和制造技術(shù)。三門核電和海陽核電項目核島的主要設(shè)備都依賴國外進口，一些國產(chǎn)設(shè)備的關(guān)鍵材料也需要從國外進口，大大增加了建造費用，這是提高經(jīng)濟性的關(guān)鍵所在。同時，能否完全掌握AP1000設(shè)備的設(shè)計和制造技術(shù)，也是AP1000標準化、批量規(guī)?；ㄔO(shè)的基礎(chǔ)。

AP1000設(shè)計的目的是實現(xiàn)高安全性，該技術(shù)最大的特點是非能動的安全系統(tǒng)、模塊化設(shè)計和模塊化施工，極大地簡化了系統(tǒng)，也減少了對運行人員的依賴，大大降低了人為失誤的可能性，增強了運行的可靠性，同時提高了經(jīng)濟性和安全性。綜合運用非能動安全特性［6］以及縱深防御原則，安全性得到了進一步提高。雖然AP1000的安全性較高，但也不是絕對安全的，非能動自然循環(huán)存在失效的可能性［7］，在實際運行中應(yīng)充分考慮到這種情況，適當?shù)剡\用能動技術(shù)，將兩者結(jié)合，以降低失效的可能性，進一步提高安全性并保障經(jīng)濟性。

4 結(jié)論

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

（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看，AP1000技術(shù)的安全性較高。提高安全性還要注意能動與非能動技術(shù)結(jié)合。

（3）要在保障安全性的前提下，提高AP1000項目的經(jīng)濟性，就要促進AP1000核電廠的標準化、批量規(guī)?；ㄔ欤瑫r盡快掌握設(shè)備的設(shè)計建造技術(shù)。

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

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［3］詹玲.核電標桿電價新考驗［N］.21世紀經(jīng)濟報道，2013-08-23（18）.

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

［7］周濤，李精精，琚忠云，等.非能動自然循環(huán)技術(shù)的發(fā)展與研究［J］.核安全，2013，12（3）：1-5.

（本文責編：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)重點實驗室基金（20130901）