核電“十四五”,機會在何處?

發布時間: 2020-01-14   來源:《中國核工業》  作者:李春平

  2019年,我國核電打破了三年以來的“零核準”,被業內外視為穩步重啟的信號。新核準的機組采用了我國自主核電技術“華龍一號”,內外因之下可以說是很自然的選擇,也令人對2020年“華龍一號”首堆的順利建成更加滿懷期待。2020年也是“十四五”的規劃之年,“十四五”期間,我們對核電的期望可能并不限于國內,面對復雜多變的國際形勢,如何在不確定性中積蓄“走出去”的力量?“風”“光”漸有后來居上之勢,承壓之下的核電如何破局?作為涉核企業,又是否還要把雞蛋都放在核電這一個籃子里?回顧2019,展望2020乃至“十四五”,本刊圍繞核電相關的諸多話題對話了中國核能行業協會專家委員會常務副主任趙成昆。

  (由于原文篇幅較長,本文有刪節,詳見《中國核工業》雜志2019年第12期)

  2035年3倍裝機, “十四五”爭取內陸開工

  Q:2019年我國核電終于打破了三年來的“零核準”,對2020年乃至今后我國核電產業的發展,您有何預判或者期待?

  趙成昆(以下簡稱“趙”):三年來突破“零核準”,這確實是業界的共同期望,而且盼望了很久。我國自從改革開放以來,特別是近15年以來確立了發展核電方針以后,相關企業發展非常快,能力增長得也非常快。比如機械制造行業的幾大重型設備制造廠,包括上海電氣、東方電氣、哈爾濱電氣、一重、二重等,十幾年來投入了數百億元來提升他們的裝備和加工能力;很多民營企業也在投入,有些水平很高。所以我們核電設備的國產化率可以達到85%甚至更高,總的設備成套供應能力可以達到每年8~10套。一連幾年沒有核電開工,這些設備制造企業就很難經營,滿足核電設備加工要求的人才隊伍也很難穩定。這幾年甚至在設計院、核電廠等,人才外流也是值得注意的。

  不管是從改善能源結構、改善環境出發,還是從核電自身的發展、能力的維持出發,業界都希望國家能制定一個平穩發展的計劃。

  近三年沒有核準新機組,一個可能原因是除了原來引進的兩個項目AP1000和EPR嚴重拖期,“華龍一號”也正在建,所以我想國家在技術上、特別是在安全方面可能需要觀察一段時間;更主要的原因,公眾對核電的接受性也是影響中央決策的一個重要方面,社會上比較有名的一些對核能持不同意見的代表人物也對核電發展產生了一定影響,涉及對國家核安全監管機構監管有效性的一些評價,另外企業本身在這個過程中也需要在管理方面進一步提升。

  最近批的福建漳州等項目是企業努力了很多年的結果。目前我國在建在運的核電裝機容量已有6000多萬千瓦,隨著新項目的開工,2025年在運核電達到7000萬千瓦,我覺得問題不大。近來國內相關研究團體針對2025~2035核電發展目標開展了討論,多數同意2035年達到1.5億千瓦裝機的目標。從中國能源發展的需求,以及從能源結構調整、能源低碳化的角度看,這一目標是完全必要的,也是經過努力后可以做到的。

  2025年7000萬千瓦,離2035年1.5億千瓦還差8000萬千瓦,用10年時間來完成,就意味著每年有6~8臺左右的新機組要建設。

  Q:根據當前我國核電發展的形勢,未來我國在內陸發展核電的可能性怎么樣?

  趙:從地圖上看,我國現在60多臺在運在建機組都是在沿海,內陸還是空白。雖然沿海的備選廠址還可以用一段時間,但是要支撐核電長遠的發展規模,還存在問題。大家都知道,內陸核電廠在國際范圍來講不是個特別的問題,像美國的核電有超過60%建在內陸,法國比例更高。美國的密西西比河、法國的塞納河上,都建了大量核電廠。在安全標準等方面,內陸與沿海也沒有太大的差別。現在國家格外重視內陸的環境,那么內陸核電廠放射性廢水處理后排放的標準可以提到更高,比如沿海要求的放射性活度是低于1000Bq/L,那么到內陸就低于100Bq/L。如需要可以做到基本零排放,技術上都沒問題。

  關于內陸核電大家可能關注的是兩個問題。一個問題是從福島核事故得到的經驗反饋,福島的海嘯引起應急電源失效,堆芯余熱導不出來,引發堆芯熔化,造成大量放射性外泄。那么對內陸而言,核電廠一般都靠近江河,可能擔心極端條件下的洪水和水庫垮壩疊加在一起。我國通過初步可行性研究的內陸廠址基本都屬于“干廠址”,也即在極端氣候條件、水文條件下,能夠保證電廠不被水淹,也就不會發生福島那樣的情況。

  第二個問題是說雖然發生嚴重事故的概率極低,但還是擔心一旦發生,大量的放射性污水流入江河,特別是長江流域。社會上對內陸核電很關注的一點也是因為這條母親河,核行業或者核能開發單位對此也高度重視。按目前的“華龍一號”或者AP1000技術,即使發生嚴重事故,釋放的放射性廢水也完全可以封閉在安全殼內,因為我們的安全殼容積有7萬~8萬立方米,而事故情況下能產生的放射性廢水,不到1萬立方米。不管導致嚴重事故發生的原因是什么,最終都因堆內熱量導不出來而造成堆芯熔化。作為福島核事故的一條重要經驗反饋,只要有可靠的應急電源和水源就能導出堆內熱量,避免堆芯熔化。當然反應堆運行人員的素質和技術水平也十分重要。按照美國提出的“三源保障”理論,即電源、水源、人員這三方面做好的話,不管是在沿海還是在內陸,核電站的安全都可以得到保障。我國核安全局在福島核事故后提出的八項技術改進要求,就包括了上述內容。

  內陸地區的電力供應,特別是華中地區面臨壓力。為了解決華中地區的電力問題,國家現在采取了特高壓輸電、修建蒙華鐵路輸運煤炭等措施。但可能還不能滿足進一步發展和最終的需要。而且內陸地區有的本來環境狀況就不太好,環境容量也有限,處于缺煤少電少氣的局面,核電是其很好的選擇。當年周恩來總理決定在上海建“728”工程,是因為當時中國的工業主要是在沿海,用電缺口主要在沿海。

  假如中國的核電一開始就是建在內陸,那么發生福島核事故以后——這一事故是由海上的問題引起的,核電今天面臨的局面會是怎樣的?這很難說。

  我認為“十四五”期間,內陸地區的核電項目應該爭取開工。特別是原來說的“兩湖一江”的廠址條件比較好,滿足安全要求。我去過幾次,當地民眾也問什么時候開工,看得出公眾接受的條件也比較好,加上現在的“華龍一號”或者AP1000技術上完全能夠滿足要求,而且電力需求較為迫切。不然一直讓這些地方做廠址保護,長期下來需要很大投入,三個廠址差不多已投入一百四五十億元,廠址加上周圍5公里的規劃限制區,對當地經濟發展也有一定壓力。所以我想國家應該做出明確的決策。中國核能行業協會通過大量論證工作,提出推進華中地區“十四五”核電發展的建議。

  內陸的核電廠址如果能用起來,可以支撐我國2035、2050,甚至更長遠核電發展的廠址需求。

  “華龍一號”首堆將建成,為國內外提供重要選擇

  Q:2019年隨著張國寶的逝世,行業內又有討論其在任期間AP1000引入的問題。聯系到新獲批的幾個機組采用了“華龍一號”技術,未來我國核電技術路線的發展和應用趨勢是怎樣的?

  趙:“華龍一號”和AP1000各有各的特點。“華龍一號”安全系統是采用能動和非能動相結合的技術,非常先進和成熟。AP1000的設計理念比較先進,其系統簡化得比較理想,設備量大為減少,調試量也相對較少,通過幾個機組的運行掌握經驗后,應該有發展空間。漳州項目原本選用AP1000,后來基于現實及時地調整了技術方案,選用了“華龍一號”。在目前的國際形勢條件下,這是很正確的一個決定。

  到2035年之前,就大型核電廠而言,我認為“華龍一號”和CAP1400將是我國核電建造的主力堆型。

  我國甚至包括國際上推出更多的百萬千瓦級核電型號,從目前的形勢來看不是很明顯。更大型的核電廠,比如170萬千瓦之類,我認為沒有太大必要花大力去開發了,要“走出去”的話,電網能承受單機170萬千瓦的國家我估計也不多。所以對于現有的核電堆型進一步提升安全水平、進一步優化系統來降低造價,這是我們要做的。

  Q:您上面談到了“華龍一號”的優勢,它也是我國“走出去”的主力堆型,“華龍一號”的國際競爭力怎么樣?

  趙:現在參加國際核電市場競爭的有這么幾家,美國的、法國的、日本的、韓國的、俄羅斯的、中國的,但是近十來年做得最成功的還是俄羅斯。俄羅斯的成功,首先是靠它的技術,特別是比較完善的嚴重事故預防和緩解的措施,完全符合三代的要求;第二,俄羅斯的裝備制造能力比較強;第三,俄羅斯機組的價格和AP1000、EPR相比具有較強的競爭力。所以俄羅斯近幾年在國際核電市場上已經拿到了20多個機組合同。與之對照的是,AP1000除了在中國以外,可能也就是在英國還有一些;EPR也是在英國,可能以后在歐洲一些國家還會有,但不會太多。韓國憑借舉國體制,其APR1400以價格上的優勢贏得了在阿聯酋的4臺機組,或許也是我們潛在的一個競爭對手。

  要參與國際市場競爭,關鍵是產品要有競爭力。“華龍一號”是我國具有完整自主知識產權的三代核電技術,到現在為止國內外首堆工程進展順利,有可能在2020年內投入商業運行。中國能按期建成華龍首堆并實現安全可靠運行,不僅對我國今后核電發展有利,對我國核電“走出去”也是一個很好的示范。中國出口“華龍一號”的一個期望在英國,目前正在接受英國的標準設計審查。

  2020年穩扎穩打地把“華龍一號”順利建成發電,證明其安全性、先進性,那么可能不光是對英國,更主要是對其他需要核電的發展中國家,都將提供非常重要的一種選擇。

  “華龍一號”出口還有一個價格上的競爭優勢。像AP1000是6000~8000美元每千瓦的造價,EPR與之差不多,甚至更貴一點。俄羅斯VVER大概是4000多美元每千瓦,而“華龍一號”的價格要低一些。當然,出口的話可能還有其他一些成本,但不管怎么說,我們從技術到價格都是很有競爭力的。“華龍一號”還將在現有基礎上繼續加以優化,進一步提升競爭力。

  中國還能夠提供核工業全產業鏈的支持,這對一些發展中國家會有較大的吸引力,因為他們自己可能缺少燃料生產、工程技術服務等方面能力。特別是我們的核電建造力量,我2019年11月初到了芬蘭,芬蘭的EPR從2005年批準到現在還沒有建成,對比能看出我國工程建設管理方面的能力是非常強大的。

  中國能夠同時建設30臺左右核電機組,這是實踐證明了的。EPR跟AP1000首堆在中國的建成也是有力的例證。

  核電拿什么爭?

  Q:與其他清潔能源相比,核電的市場競爭力怎么樣?電力市場化交易給核電產業帶來什么影響?

  趙:回顧起來,現在核電不像10年前或者更遠一些的時候,可以關起門來自說自話。那時風電和太陽能還沒怎么發展,而核電已經在技術上、安全上經過驗證,又可以穩定提供大規模的電力,為大家所公認,國家的政策也很明確。但眼下卻受到挑戰。我們知道風電和太陽能是間歇性的能源,但隨著儲能技術等進步,這些問題將逐步得到解決。現在就要看客觀上國家怎么來平衡這些低碳能源。

  從造價來說,國內的機組可以分為兩類,一類是安全性能好、技術很成熟的二代改進型,整體建造成本可控,經濟指標很好。對于這一類機組,按0.43元每度的標桿電價應該沒有問題。另一類是如“華龍一號”、“國和一號”三代核電技術,為滿足更高的安全目標,每千瓦造價可能要比二代改進型高出20%左右。之前核電廠是40年壽期,還款期限是15年,現在可達到60年,還款還是15年,那么前期的價格顯然就提高了。這也不是很合理,假如政策上能調整還款期限,電價特別是前期電價就可以降低。

  另外一個變化是,此前核電占比不大,又是特殊行業,可以保證基荷運行。但是隨著核電的發展,其占的分量越來越大,所以對核電也參與調峰調頻的呼聲也越來越高。參與調峰調頻,在安全性方面就要采取更多措施來滿足這樣一種高低起伏的運行模式的需要,從技術上看是沒問題的,但由于核電大投資、長周期的特性,不能保證基荷運行的話在經濟效益上就很不利。目前的方式是給核電保留一定的份額,比如70%或80%,拿出剩下20%左右的份額參與電力市場交易。

  假如下一步改革到完全按照市場競價上網,核電就要虧損。甚至到時候像有的國家那樣隔夜購買,比如說明天電網需要多少電,什么價格,企業自己來投,核電承受的壓力就更大了。

  國內外涉核企業在這方面處境不同。在我國電力體系里,核電企業基本上是純核電,包括中核集團,雖然也有風電和太陽能,但總體是一個核電企業,中廣核也是一樣。而國外單獨的核電企業很少,比如美國的一個企業集團可能既有核電又有水電或火電,在多元的結構下,集團通過自己的調整可以實現利益最大化。韓國也是這樣,核電水電放在一起,企業的調控能力比較大。

  而中國基本上還是單個大型的核電企業,自身調控能力有限。

  要強調的是,發展核電不光是電價問題,還關系到國家發展戰略。因為核不光是發電,而且是國家的一種資源。像美國盡管這幾年新建核電廠不多,卻一直沒有放棄研發,準備在下一輪核能競爭中占據世界主導地位。

  Q:小堆是現在國際核能界關注的熱點,關于小堆的經濟性存在一些討論,您怎樣看待其發展前景?

  趙:我國小堆的設計采用了包括非能動在內的很多先進理念,但是總體上還是“大堆縮小”,在系統簡化等方面還有進一步改進的空間。

  假如設計理念沒有較大調整,價格要下來還是有很大的挑戰。美國的NuScale、韓國的SMART等在非能動方面做得比較多,然后在能動性系統方面做了大量簡化。30萬千瓦以下的反應堆原則上都是小堆,假如功率接近30萬千瓦而采用完全非能動的安全系統,可能不太讓人放心,但是10萬千瓦及以下的小堆加大非能動的分量、簡化系統,就比較可行。

  再者要有一定的市場規模,小堆的價格才能降下來。有了市場規模,才能考慮怎樣達到一個批量化,怎樣進行工廠模塊化制造、現場安裝,縮短建造周期,很快實現資本回收。所以要重點關注小堆的市場在哪里,需求方到底是哪些。如果是單純用來發電,我國電網很發達,遍布全國各地,除邊遠地區的特殊需要,小堆的意義不見得有多大,更多還是用來熱電聯供、區域供熱、海水淡化等。目前我國的小堆開發還是功能單一化的比較多,多功能的結合更加有利于小堆的市場拓展。

  我國北方的一些大城市污染較嚴重,假如利用核能供熱,可以代替現在的煤和天然氣。2019年海陽核電實現了核能供熱,當然海陽不是利用小堆,而是將核電廠里面一部分蒸汽抽出來,通過管道輸送到20多公里外的海陽市,惠及海陽的大概70多萬人口。這是很好的一個辦法,不過也不具有普適性,它要求城市離核電廠不能太遠,因為沿途管道會損失熱量。但對離核電廠較近的城市,提供了一種選擇,不一定走小堆路子。對于北方大部分內陸的一些地區特別是大城市,像北京或石家莊,附近沒有大型的核電廠,小堆供熱是一個重要選項。

  核能區域供熱在技術上沒有太大問題,有問題的主要在于兩方面。一是從經濟方面,專門供熱一年只需要不到半年時間,剩下的半年它的出路何在?必須在用途方面進一步擴展,冬天能供熱,夏天能供工藝蒸汽或者其他產品,這就需要設計者作出進一步努力。另一方面是由于供熱堆一般靠近用戶,還有公眾接受性問題。

  所以核能供熱要在北方九省大面積推開的話,最大挑戰是研究設計單位要拿出安全性和經濟性滿足要求、能為公眾接受的一種技術。

  Q:對于像“華龍一號”這樣的大型核電技術,接下來優化改進的方向在哪?

  趙:這個問題應由設計研究單位來回答。據我所知,他們已經在開展這方面工作。我認為優化改進應重點放在進一步提高安全性和經濟性兩個目標上。優化改進的工作中,核燃料很重要,它既直接關系到安全,也關系到經濟性。要提升芯塊和燃料包殼的性能,特別在失水事故情況下的性能。現在國家鼓勵容錯燃料或者叫耐事故燃料的研發,我認為是很有遠見也很重要的。國際上西屋公司在這方面走得比較靠前。

  我們國家成立了先進核燃料元件研發中心,集合相關單位的力量在抓緊推動這方面的研究開發。

  第二是應用數字化核電技術實現核電智能化研究,建立高保真的數字化反應堆,應用開發核電人工智能控制系統,實現核電站設備系統智能化維護,在高放射性區域應用機器人維護。美國的核電價格與頁巖氣相比缺乏競爭力,一個重要因素是人工成本太大,所以它提出借助人工智能或者先進的測量儀器等技術,將運行人員減少一半,電價降低25%。當然要這樣做本身也需要投入成本,需要綜合考慮投入和回報之間的關系。

  還有通過進一步的技術改造來優化和簡化系統,其中也有很多問題值得進一步思考。比如抗大飛機撞擊的要求,我們新建核電廠目前是用雙層安全殼來實現,增加了不少成本。國際上新的機組也都是用雙層安全殼。但是真的只能這樣嗎?是否還有別的選擇?還有現在我國核電廠大部分是二代改進型,都沒有雙層安全殼,這是既定事實,對新的機組提出了新的要求,原來這些機組該如何處理?

  日本已有10來個壓水堆在福島核事故以后又重新批準啟動,我2018年到日本,對方告訴我這10個壓水堆按照福島以后最嚴格的安全標準審查通過,而且特別強調了包括抗大飛機撞擊。我一看,不是像我理念當中的,安全殼外面加裝很多混凝土結構,顯然他們采用了別的技術來達到抗大飛機撞擊的目標。

  國家核安全局的要求里,是要每個電廠結合自己的具體廠址情況來具備抗大飛機撞擊的能力,并沒有要求一定是雙層安全殼。

  所以我想針對我們國家的情況,可以在思路上做一些調整,采用可行且比較經濟的技術,能同時解決新老電廠的問題,當然這需要包括政府部門在內各方共同努力。對出口核電站可根據采購方的需要提供相應技術。

  Q:在中美貿易摩擦長期持續的背景下,中國核行業的發展及“走出去”面臨哪些潛在的挑戰和風險,可以怎樣未雨綢繆?

  趙:不管是核電“走出去”,還是美國將AP1000賣給我們,都是符合雙方利益的行為。AP1000的首4臺機組由中國建造,我們承擔了很大的風險,包括經濟上的損失。假如沒有中國來承擔AP1000的首4臺機組,AP1000面臨什么局面還很難說。IAEA在最近一篇關于核電經驗的總結里說,中國的EPR、AP1000項目都是備受矚目的旗艦項目,兩種堆型在很大程度上都依賴于這些項目的成功。所以美國在AP1000這塊應該感謝中國,中國通過自身努力消化了首堆建造過程中的大量風險,也為西屋公司反饋了可貴的經驗。

  不管出于何種動機,2019年美國調整了中美核能合作的政策,對中美核能之間的合作施加了一些限制。這些限制在短期內可能會對某些企業帶來一定影響,但就目前中國核工業的整體水平和研發能力而言,

  這些影響不僅會很快消除,而且會進一步激發我們的創新熱情。我始終認為,不管與哪一個國家,合作是雙贏的。

  回顧前面這30余年,我國核電起步較晚,主要是在國外技術的基礎上通過消化吸收再創新,形成完整的核電產業,開發出了具有完全自主產權的“華龍一號”,實現了二代向三代過渡。客觀來看,與國際上特別是和美國相比還有差距,基本上是和俄羅斯的產品一起作為第一梯隊。我國目前建的核電廠基本上還是在國外的堆型基礎上發展起來的。從技術的角度講,美國能夠提出來AP1000這種設計理念,用完全非能動的安全系統加上模塊化建造、簡化系統,在安全和造價兩個方面下了功夫,是革命性的一種核電設計技術。當然后來建造過程中碰到很多問題,需要進一步的改進和優化。這樣的創新,國內還需要加強。對于核電,不管是四代堆還是小堆,從安全角度、經濟角度,或者公眾接受的角度,都需要在設計上采用比較革命性的一些創新,滿足既安全、價格又媲美其他能源、資源充分利用、廢物產生得少等要求。

  中國真正要成為核電強國,不光是在建造能力、供貨能力等方面,更主要還得體現在技術上。美國為什么要遏制我們,可能主要是怕我們趕上它。

  而真的要趕上的話,必須發揮我們內在的創新能力,包括將現在一些前沿技術有機有效地融入核電領域,提升我國核電的整體水平。

      關鍵詞: 核電

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