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AP1000技術在中國的實踐——走近三門與海陽

來源:中國核能行業協會作者:龍巧玲 發布日期:2018-02-11

  我國政府通過國際招標引進世界第三代核電技術AP1000,已經走過10個年頭,一直備受社會高度關注。AP1000技術到底有哪些先進性?它的安全性和經濟性究竟如何?中國人在建設中彰顯了哪些智慧?國家核安全局是如何監管的?

  為此,作者帶著這些問題走進三門和海陽兩個AP1000技術依托項目,進行了實地采訪。

  審慎科學決策

  我國核電從上世紀70年代初正式起步,到本世紀初,建成了5個核電項目、11臺機組、870萬千瓦裝機容量,在核電技術研發、工程設計、設備制造、工程建設、運營管理等方面積累了經驗,培養了人才,為我國核電發展奠定了較好的基礎。但是,由于歷史的原因,三十年來我國核電處于多國采購、多種機型、多國標準、多種技術并存的發展模式,并沒有形成自主化、規模化發展的能力。

  2003年初,由于中國經濟的快速發展,面臨能源總量短缺和日益加劇的氣候變化對生態環境產生的破壞等矛盾,于是加快能源基礎設施建設和能源結構的調整列入中央高層的議事日程。2004年9月,在堅持先進性與安全性的統一,要確保核安全;采取技貿結合,全面實現技術轉讓,引進國際上已成熟的第三代先進壓水堆技術;采用中外合作的模式,通過一定數量(4臺機組)的三代核電自主化依托項目建設,實現“四個自主”;消化、吸收所引進的先進技術的基礎上,通過自主創新,開發出更好的,具有自主知識產權的先進堆型;加快提升我國整體核電產業水平,實現三代核電自主化、國產化和批量化建設等五項招標原則的指導下,我國面向全世界進行了公開招標。美國西屋電氣公司聯隊、法國阿海琺集團和俄羅斯原子能建設出口公司于2005年3月應標。

  美國西屋公司的 AP1000采用先進的非能動技術,安全系統利用物質自然特性,比如重力、自然循環等簡單原理,是當前壓水堆核電技術中的一次重大革新。在事故后72小時內無需操縱員動作即可保證堆芯和安全殼的冷卻能力,并在有限的操作下可維持7天的長期冷卻能力。同時,也設置了一系列縱深防御系統,進一步加強反應堆的安全性。其先進、成熟的設計理念,加上模塊化施工的高效性、潛在的經濟性、轉讓條件與中方要求的一致性等優勢。最終, AP1000技術獲得了評判團多數成員的認可,中標三門和海陽核電項目。考慮到涉核項目的特殊性,為保證西屋公司技術轉讓的順利進行,美國政府兩次出具書面擔保書,保證對華的技術轉讓將會遵守合同并可以保證其延續性。

  2009年4月和9月,三門、海陽1號機組分別進行核島第一罐混凝土澆注,項目正式開工。

  彰顯東方智慧

  當繁瑣的招標工作塵埃落定后,商務談判一開始就陷入了僵局。美方首席談判代表首先強勢要求中方在技術轉讓支付上一次性支付,我方的立場是由于AP1000是首堆,在建設過程中某些設計會不斷修改,所以技轉費用應分期支付,直到第四個機組建成并商業運行才支付最后一期尾款。另外,我方認為分包商中介費過高,造成許多設備價格不合理,要求減收中介費,還提出一些其他降價要求。美方首席談判代表對中方合理要求全部拒絕,導致會談中斷。

  決策者們認為中美之間具有良好的合作空間,當時處于困境的西屋公司如果在中國這次如愿中標,在很大程度上關系到其今后的發展和在世界核能界的地位。于是,談判組直接與西屋公司高管及其新的控股人日本東芝公司管理高層進行溝通。通過互諒互讓,雙方達成了一系列共識和協議,其中包括西屋公司放棄談判開始時提出的由于評標時間長達兩年,其初始報價應上浮10%的要求,并分別就不同子項做了相應降價;在總價格上達成了協議,也同意了我方關于技轉費用支付的方案。

  西屋公司的AP1000標準設計于2005年12月30日獲得美國核管會(NRC)的批準,對應的設計控制文件(DCD)為第15版。2006年至2007年期間,由于當時DCD第15版是唯一經過NRC審查批準的版本,中國和西屋公司進行AP1000引進談判時,雙方在合同中規定了以獲得NRC頒發的設計證書的DCD第15版作為設計技術基準,同時也規定了西屋公司對AP1000的后續改進將無償應用于中國的三門和海陽項目。

  國家核安全局一直關注美國AP1000項目的進展,也一直利用多邊、雙邊的核安全交流機制與美國核管會保持密切溝通。美國本土的AP1000項目采用的設計文件為第19版,與我國三門、海陽核電項目引進時確定的第15版主要差異有19項。針對該主要差異,除“抗商用大飛機撞擊”一項外,其余在三門、海陽核電廠建設的過程中均已全部采納最新設計,并不存在外界所傳說的中美“AP1000版本的差別”。抗商用飛機惡意撞擊是美國“911”事件之后,于2009年6月頒布的美國聯邦法規。考慮到當時我國并沒有此項法規要求,國家核安全局在頒發AP1000依托項目建造許可證時并未要求我國AP1000依托項目執行該要求。2011年12月美國核管會批準AP1000設計文件第19版時,我國AP1000依托項目已經完成了屏蔽廠房筒體施工。按照盡量采納AP1000最新標準設計的原則,項目業主提出對屏蔽廠房頂蓋采納設計文件第19版進行設計變更的申請,并委托國內設計院進行了評估,國家核安全局組織對評估意見進行了專題審評,認為滿足法規標準要求。

  核電廠是設備眾多、建造要求嚴格的大型系統工程,首堆設計實施過程中設計的調整是正常的。我國秦山核電廠、大亞灣核電廠和田灣核電廠都是分別采用了不同技術標準的首個堆型核電廠,在工程建設過程中,也都進行了不同程度的設計修改和調整,也都經過了近十年建設期。AP1000在我國的依托項目中,設計改單主要分為設計性能修改、設備適應性修改與施工過程的現場設計調整。AP1000依托項目設計修改由美國西屋公司發起、編制、修改、審核、審查和批準均按照其質量保證程序及變更控制程序進行管理和控制。在審查階段需綜合考慮各相關方的意見(包括項目業主)后才做出批準與變更執行的決定。由于西屋原始設計問題而產生的設計改進,中方無需向西屋付費。

  值得慶幸的也正是由于這種情況,反過來給中方提供了更多的參與機會,完成了大量的設計補充、完善工作, 創造了消化、吸收的條件,解決了一系列疑難問題,在實踐中更能深刻的理解和掌握引進技術的核心內容。實際上,我國建設的AP1000,既具有了AP1000最新設計內容,又具備了中國特色的設計優化。

  正是通過AP1000的引進消化,帶來了新理念、新技術的應用,讓我國核能發展突破了技術、經濟性以及施工進度的瓶頸,實現了設備制造的升級換代,彰顯了東方智慧。

  十年磨一劍

  在近10年的時間里,依托項目參建各方通力合作,克服了設計變更多、設備研制難、施工要求高、調試技術新等一系列困難,完成了全部建安、調試工作。兩個項目1號機組分別于2017年6月、7月完成了冷態和熱態性能試驗,進行了近400項試驗,結果滿足設計標準和我國核安全法規要求,全面驗證了系統和設備的性能,具備裝料條件。

  設計上,項目業主正視首堆設計中存在的問題,積極與西屋、國內相關設計單位開展合作,跟蹤國際審評動態,落實國家核安全局的審評要求,通過72小時設計問題解決和澄清機制、月度設計例會、季度高層協調會等多層次協調機制和國內設計院獨立核算、審核等方式,批準了3000余份設計變更建議并予以實施,確保依托項目符合AP1000最新設計要求。另外,按照福島改進項的要求,完成了AP1000核電廠配套的移動電源、移動泵以及相關接口的設計,提升了應急指揮中心抗震能力。

  設備上,依托項目緊盯主泵、爆破閥、數字化儀控系統等關鍵設備的研制,進行全過程監造,解決了研發、制造過程中的諸多關鍵問題,通過經驗反饋,避免了同樣問題的出現。抓住深入問題的機會,通過消化吸收、自主創新,掌握了主泵、爆破閥、一回路管道、壓力容器、蒸汽發生器等一系列關鍵設備的研發和制造技術,全方位提升了我國核電裝備制造的國產化能力。

  工程過程中,參建各方始終貫穿模塊化施工理念,將大量的廠房結構、設備模塊在施工車間或預制區進行集成,采用“搭積木”的方式進行搭接,提高質量、優化工期、減少現場施工。解決了鋼制安全殼鋼板壓制與拼裝、大型模塊的設計制造與吊裝、大體積混凝土一次性澆筑、模塊內部混凝土澆注等一系列的重大工程挑戰,確保工程的順利進行,培養了一大批三代核電工程技術和管理人才,為后續三代核電建設奠定基礎。

  調試期間,為更好地掌握AP1000機組調試技術,項目業主始終堅持中方主導,著力建設調試自主隊伍,積累經驗,成功完成了AP1000流致振動、蒸汽發生器自然循環、非能動余熱排出熱交換器自然循環等首堆、首三堆試驗,安全殼整體泄漏率、安全殼外部噴淋試驗、非能動系統流阻測量試驗等其它一系列技術要求高、實施難度大的試驗項目,驗證了各系統功能與設計的一致性,實現了AP1000機組調試能力的自主化。

  上下同心,砥礪前行,中國人用十年磨一劍的毅力與勇氣,向世人展示了我國核電建設者敢為人先、攻堅克難的精神,證明了我國核電建設者能夠建成、建好國際一流核電站的能力,為我國的核能安全高效發展邁出了艱難但是可喜的一大步。

  核安全至高無上

  國家核安全局始終堅持在確保安全的前提下發展核電的方針,將“嚴、慎、細、實”的工作作風,融入到核與輻射安全監管工作中的每一個環節;按照就高就嚴的安全標準對AP1000核電廠實施核安全監管。2017年7月21日-8月初,環境保護部(國家核安全局)對三門和海陽核電開展了1號機組裝料前綜合核安全檢查。66名專家組成的檢查組,通過查閱資料、人員訪談、現場檢查等方式,對三門核電和海陽核電1號機組首次裝料前相關準備工作進行了全面、細致的檢查。這次檢查是對三門和海陽核電1號機組土建、安裝、調試、生產準備等過程的一次全面“體檢”。檢查組對三門、海陽核電分別提出了28項和23項整改要求,目前所有問題已全部經環保部華東核與輻射安全監督站驗證并關閉。

  同時,三門、海陽核電廠還接受了國際組織WANO(世界核電運營者協會)開展的同行評估。分別就提出的15個和8個待改進項,制定了245個和223個糾正行動,得到了WANO在回訪時的肯定和認可。兩個項目還接受了由國家發改委、國家能源局、環境保護部、國防科工局四部委專家組成的檢查組,開展了“2017核電安全管理提升年”專項監督檢查。四部委的檢查組從應急保衛、工程管理和質量管理3個領域,通過現場檢査、隨機演習、文件查閱、人員訪談等方式對三門和海陽核電安全管理工作再次進行了全面細致的監督檢查。按照要求,營運單位必須落實所有的核安全管理要求并經國家核全局核實確認后,才認為具備了首次裝料條件。這正是國家核安全局秉承“安全第一、質量第一”的原則,從嚴監管的體現。

  關于裝料運行,美國與我國的核電廠許可管理模式不同。美國的AP1000機組采用的是“一步法”聯合許可證(COL),我國采用的是“分步法”許可制度,申請者在獲得建造許可證后開始建造,在獲得首次裝料批準書后才能裝料。國家核安全局在2009年批準三門、海陽核電廠建造許可證時,已明確要求營運單位跟蹤并參照執行美國AP1000聯合許可證行動項和ITAAC(檢驗、試驗、分析和相應的接受準則)行動項,目前這些行動項在三門、海陽核電站1號機組已全部完成。

  在剛剛實施的《中華人民共和國核安全法》中,明確我國的核安全監督實行全過程的監管,分階段的許可。在核電廠選址、建造、運行和退役等各階段,都必須在通過審評并獲得國家核安全局頒發的許可證后,才能開展該階段各項核安全相關活動。同時,國家核安全局對安全質量堅持“違規操作零容忍,弄虛作假零容忍”的“兩個零容忍”,執法如山。核安全至高無上,這一點在我國堅持安全高效發展核電的決策中,得到了充分體現,更是我國核能行業的共識,毋庸置疑。

  通過幾天實地考察和訪問,作者看到了三門核電自覺踐行“兩個永遠”(安全永遠作為工作的重中之重,安全永遠視為工作的薄弱環節)的安全理念;體驗到了海陽核電建設者們打造核電精品工程和人才樂土的決心;從建設者們熱切的眼中,讀到了他們對于AP1000技術的信心與堅定。

  風物長宜放眼量,衷心希望AP1000技術在三門和海陽的工程實踐能成就核能人走出國門、走向世界的夢想。(作者:龍巧玲 單位:中國核能行業協會)

 

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