西屋準(zhǔn)備在十年內(nèi)實(shí)現(xiàn)首座小堆100%模塊化

【核能內(nèi)情(Nuclear Energy Insider)網(wǎng)站2016年11月2日報道】 西屋公司(Westinghouse)副總裁兼英國和中東地區(qū)業(yè)務(wù)主管Mick Gornall 2016年10月18日在英國小堆峰會上表示，西屋正在利用其模塊化建造和設(shè)計審批方面的經(jīng)驗(yàn)，縮短其小型模塊化反應(yīng)堆(SMR)設(shè)計的開發(fā)時間，提高競爭力，并實(shí)現(xiàn)100%模塊化。此次峰會由核能內(nèi)情主辦，10月18日—19日在倫敦召開，與會者超過200人，是英國2016年最大規(guī)模的小堆會議。

英國政府2016年夏啟動小堆競標(biāo)參加者的咨詢，預(yù)計未來幾個月將公布小堆發(fā)展路線圖。在發(fā)布路線圖前，政府對小堆的部署進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)評估，包括研究各種設(shè)計的技術(shù)成熟度。

Gornall表示，西屋的一體化小型壓水堆設(shè)計擁有最高的技術(shù)成熟度，且可能最早于本世紀(jì)20年代中期在英國部署首堆。這與英國政府到2025年關(guān)閉所有未采取減排措施的燃煤發(fā)電廠的計劃相符。

西屋小堆電廠將由225 MWe反應(yīng)堆模塊組成，采用非能動安全特性以及許多與AP 1000大型反應(yīng)堆設(shè)備類似的設(shè)備。這種小堆設(shè)計已盡可能簡化，因此能夠利用模塊化施工流程并優(yōu)化成本。

Gornall表示，西屋小堆在市場上將“非常具有競爭力”。這主要是因?yàn)檫@種小堆采用了一體化設(shè)計并擁有“恰當(dāng)?shù)某叽纭?，可以取代即將關(guān)閉的化石燃料電廠。

他說：“我們從一開始就努力優(yōu)化可制造性，并在廠址方面減少對基礎(chǔ)設(shè)施的要求，這將使我們具備市場競爭力?！?/p>

表1 全球小堆需求預(yù)測(如果在經(jīng)濟(jì)性方面能與大堆競爭)

2025年2035年美國7.5GWe15GWe俄羅斯5GWe10GWe中國2.5GWe15GWe情景A國家*0GWe5GWe其他國家5GWe20GWe英國0～1.5GWe7～21GWe總計20～21.5GWe70～85GWe

* 情景A國家代表“利基”市場，雖然小堆電廠的經(jīng)濟(jì)性與大型電廠相比不具備競爭力，但這種市場不適于建設(shè)大堆電廠。

來源：英國國家核實(shí)驗(yàn)室報告《小型模塊堆可行性研究》(2014年)。

模塊化收益

小堆開發(fā)商預(yù)測，小堆能夠從模塊化制造過程的大量制造和快速部署中獲得巨大收益。

Gornall表示，西屋已經(jīng)在8臺AP 1000機(jī)組(美國和中國各4臺)在建項(xiàng)目中使用模塊化施工技術(shù)，從中獲取的經(jīng)驗(yàn)將有利于優(yōu)化小堆項(xiàng)目。

他說：“AP 1000的模塊化程度低于50%；對于小堆，我們的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)100%模塊化?！?/p>

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，西屋推出了適用于墻壁、地板和設(shè)備制造的全套式鋼復(fù)合板、全套式超級模塊以及諸如設(shè)備、罐、閥門和電氣、一體化管道和電氣電纜的機(jī)械模塊以及可以直接使用的預(yù)制建筑模塊。

安永會計師事務(wù)所(EY)能源顧問Miranda Kirschel在峰會上表示，大堆核電廠項(xiàng)目的學(xué)習(xí)率較低，通常為1%～3%，而可再生能源技術(shù)的學(xué)習(xí)率約為10%。但小堆將在此方面有所改善。作為英國政府小堆技術(shù)經(jīng)濟(jì)評估的一部分，安永最近完成了英國小堆部署的經(jīng)濟(jì)性影響研究。

Kirschel表示，小堆較高的學(xué)習(xí)率取決于對模塊化的承諾、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計能力和全球客戶渠道。

Gornall表示，西屋已提高在建AP 1000項(xiàng)目的模塊化建設(shè)效率。傳遞給小堆的經(jīng)驗(yàn)和知識將支持模塊制造和工程改進(jìn)，從而增強(qiáng)設(shè)備的可制造性和可建設(shè)性，進(jìn)而推動向客戶交付的確定性。

他說：“我們從AP 1000項(xiàng)目獲得的反饋是，我們的學(xué)習(xí)速度非?？臁罄m(xù)反應(yīng)堆的建設(shè)進(jìn)度實(shí)際上已超過第一座反應(yīng)堆，因?yàn)槲覀冊诤罄m(xù)建設(shè)項(xiàng)目中運(yùn)用了從首個項(xiàng)目中獲得的經(jīng)驗(yàn)?！?/p>

工廠計劃

Gornall表示，西屋計劃在英國工廠中進(jìn)行模塊制造，然后將其運(yùn)往現(xiàn)場，在現(xiàn)場組裝成大型模塊，并在現(xiàn)場安裝。

他說：“我們?yōu)樵摴S制定了制造和組裝計劃，并將通過我們最近委托給英國核先進(jìn)制造研究中心(Nuclear AMRC)的項(xiàng)目對該計劃進(jìn)行改進(jìn)?！?/p>

西屋正與核能先進(jìn)制造研究中心聯(lián)合開展一項(xiàng)先進(jìn)制造研究，以提高設(shè)計效率并縮短施工周期。最近的工作還涉及Cammell Laird公司，該公司在設(shè)計、制造和運(yùn)輸大型復(fù)雜模塊方面有著豐富的經(jīng)驗(yàn)。

他說：“我們目前正在研究增材制造或3D打印、先進(jìn)建模技術(shù)、機(jī)器和工廠自動化以及熱等靜壓等專項(xiàng)技術(shù)。”

安永的Kirschel表示，先進(jìn)制造技術(shù)支出在小堆造價中所占份額相對較低，最大幅的費(fèi)用降低將發(fā)生在焊接自動化、先進(jìn)鍛造、快速主體計量、高能密度焊接、激光熔覆和高強(qiáng)度鑄造。

盡早將建筑信息模型(BIM)用于簡化設(shè)計和建造工作，能夠顯著降低相關(guān)支出。BIM是 21世紀(jì)興起的一項(xiàng)新技術(shù)，被認(rèn)為是全球建筑行業(yè)的變革性理念和里程碑技術(shù)。此外，英國選址規(guī)定也會對小堆的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生影響。

設(shè)計審批

西屋預(yù)計AP 1000在英國的通用設(shè)計評估(GDA)將于2017年3月完成。該公司認(rèn)為其大堆設(shè)計在美國和英國接受審批的經(jīng)驗(yàn)有助于加快小堆的審批過程。

英國核監(jiān)管辦公室(ONR)估計，大堆的通用設(shè)計評估會持續(xù)約五年時間。但西屋預(yù)計其小堆設(shè)計的評估過程會快得多。

事實(shí)上，雖然能源技術(shù)研究所(ETI)最近的一份報告估計小堆的通用設(shè)計評估也需要約五年時間，但參與競標(biāo)的小堆開發(fā)商紐斯凱爾公司(NuScale)卻僅為此預(yù)留了四年時間。

Gornall說，西屋自2008年以來一直與英國核監(jiān)管辦公室在AP 1000的通用設(shè)計評估方面進(jìn)行合作，小堆設(shè)計方法對英國現(xiàn)有的任何審批要求均不構(gòu)成挑戰(zhàn)。小堆的許多系統(tǒng)如儀控系統(tǒng)與AP 1000相同。盡管配置不同，但兩者非能動安全特性的功能也相同。

他說：“對我們來說，這不是第一次嘗試……，我們打算利用英國核監(jiān)管辦公室在總體上熟悉壓水堆特別是西屋設(shè)計來盡量縮短審批時間?！?/p>

最終獎賞

英國和其他國家的小堆開發(fā)商已經(jīng)與英國供應(yīng)商建立了多年的合作關(guān)系，開發(fā)商正在等待政府公布部署時間表。政府對快速部署的偏好可能有利于一體化壓水堆設(shè)計，但是對知識產(chǎn)權(quán)的偏好會有利于非一體化壓水堆設(shè)計。

阿特金斯(Atkins)工程咨詢公司的項(xiàng)目總監(jiān)Richard Beake在峰會上說：“實(shí)際上政府有兩條路可走：如果想要更快見效，可以走一體化壓水堆路線，如果想要尋求另一種不同的結(jié)果，則可以走非一體化壓水堆路線?！?/p>

作為政府技術(shù)經(jīng)濟(jì)評估的一部分，阿特金斯研究了來自全球14個供應(yīng)商的15種反應(yīng)堆設(shè)計的技術(shù)成熟度，包括一體化壓水堆、高溫氣冷堆(HTGR)、鉛冷快堆(LFR)、熔鹽堆(MSR)和鈉冷快堆(SFR)。

Beake說：“就英國而言，非一體化壓水堆設(shè)計還在進(jìn)一步開發(fā)，因此英國有更多的機(jī)會參與這些設(shè)計，但代價是風(fēng)險更高，不確定性更大，而且時間會更長?！?/p>

小堆開發(fā)商正在敦促政府迅速實(shí)施其部署計劃，以便英國可以占據(jù)小堆技術(shù)出口商的領(lǐng)先地位。

安永的小堆經(jīng)濟(jì)性影響研究發(fā)現(xiàn)，英國單獨(dú)使用一種小堆設(shè)計比使用多種設(shè)計更具成本效益，而且僅英國市場不足以實(shí)現(xiàn)部署小堆的真正經(jīng)濟(jì)效益。

Gornall說，英國現(xiàn)在真正有機(jī)會建立一個可持續(xù)的小堆產(chǎn)業(yè)。

他說：“市場就在那里，這是一個有限的市場，第一個進(jìn)入者會具有真正的優(yōu)勢?！?/p>

(伍浩松 譯 張 焰 校)