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国外核电发展的主要经验和启示2010-03-31 09:21:24 中国能源网 作者：薛新民 微博评论 浏览次数：0字号：T|T自改革开放以来,我国核电建设取得了长足的进展，目前已有秦山核电厂（300MW）、大亚湾核电厂（2900MW）、秦山第二核电厂（2600MW）、岭澳核电厂（2984MW）和秦山第三核电厂（2728MW）投入商业运行，并取得良好业绩；正在建设的田湾核电厂两台机组也将在2004年和2005年分别建成，届时我国核电的总装机容量将达8.7GW。此外,我国300MW核电机组技术成熟、安全性能好，目前已向巴基斯坦出口一台。但我国核电的发展也存在着堆型较多、国产化比例低、造价较高等问题。目前，正值我国“十一五”核电发展规划制定之际，核电产业技术复杂、资金密集、建设周期长且又涉及到核废料处理、核安全等问题，有其自身特有的规律性。世界核电的发展经历了一条曲折的道路，积累了不少的经验与教训，值得我国制定“十一五”核电发展规划借鉴。本文将归纳总结这些经验与教训，以促进我国核电的健康发展。1国外核电发展的主要经验和教训1.1发展核电是解决能源供应的有效途径核电是一种有争议的能源。自1954年前苏联第1座核电厂奥勃宁斯克核电厂投运以来，世界核电的发展已走过半个世纪的历程。20世纪六、七十年代到八十年代初是全世界核电发展的高潮，1966-1980年间，全球核电装机容量的年增长率达到26，1983年已有317台核电机组投入运行，总装机容量达191GW，核发电量占世界发电总量的12%。进入20世纪80年代中期，由于核电的经济性、核废料的处理、公众对核安全的担心等原因，北美和西欧核电增长出现停滞，核电机组的增加主要在亚洲和东欧国家。此间核电厂的安全性、可靠性和经济性则稳步提高，全世界核电机组平均可用率从1980年的62.7上升到2000年的85.9。从1988年起，核电一直保持世界电力供应的16-17。近年来，由于政治、经济等具体国情不同，各国对核电的态度也发生了变化，对核电持反对态度的有德国、荷兰、比利时、瑞典、意大利、瑞士等国家；积极支持核电发展的则有法国、俄罗斯、日本、韩国、芬兰、印度、中国等国家，而美国在近2年也表示出对发展核电的明确意向。2001年5月美国国家能源政策报告中提出“美国应发展清洁的、资源无限的核能”，并提出了促进核能复苏和发展的一些具体政策。但考察核电发展的全过程，截止到2002年底，全世界运行中的核电机组441台，装机容量358661 MW，全年共发电574.17TWh，占世界发电量的16。核电在建机组32台，装机容量26910MW。441台核电机组中的362台在OECD(经济合作与开发组织)国家，核电占OECD国家电力供应的23.8。2002年核电发电量最多的国家仍是美国，达到780.00TWh，占其年发电量的20.3，2002年核电运行机组的平均负荷因子为90.9。全世界的核电站已运行10000多堆年，核电与水电、火电一起成为世界电源的三大支柱。核电开发运行的实践证明，核能是一种安全、清洁、可靠的能源，其对于减少温室气体的排放亦有明显的作用。用核电代替化石燃料（尤其是煤炭）发电，不但可以满足电力需求，保护环境，减少运量，而且可以将化石燃料保留下来长期使用，对长远经济的发展大有益处。正因为核电在以上几方面的优势，使一些工业发达国家和发展中国家都把发展核电列为国策，特别对那些缺乏化石燃料或水力资源的国家来说，由于核电工业属于技术密集型产业，一旦实现国产化，就可以成为稳定的国内可供能源，因此在这些国家核能被看做必不可少的替代能源。即使对能源资源丰富的大国来说，也因能源资源分布不均，而在缺能地区发展核能。法国煤炭、石油、天然气资源不多。水力资源利用率高达95%以上。因此随着能源消耗的增加，能源自给率在核能未大规模开发前不断下降。1950 年为70% ，1960年为 62%， 1973年为 24.8%。为满足经济发展对电力的需求，法国政府坚持“能源独立”的政策，决定优先发展核电，早在1974年就宣布新建电站都是核电站，不再建火电站。尽管由于两次重大核事故的发生，使美国与大部分西欧国家都削减了核电计划，但法国政府从未动摇过发展核电的决心。法国吸取了核事故的经验教训，在核安全法规上作了一些补充修改。从1977年至今，法国总共建造了50 多座核反应堆，创造了平均每三个月建造一座核反应堆的记录。目前法国已成为全世界核电站分布最密集的国家。2002年法国核发电量为415.5TWh，占总发电量的78%，居世界第二位。法国因此减少石油进口达40%。法国的电力供应充足且电价便宜，其电价比整个欧盟国家平均要低20%到30%，法国是向欧洲邻国输出电力最多的国家。日本是一个陆地面积仅有37.8万平方公里的岛国，人口为1.25亿，人口密度高达每平方公里332人，由于受到自然条件的限制，其常规能源资源十分缺乏。在常规能源的供应中，海外依存度达到80%，石油几乎全部依赖进口。多年的实践，尤其是1973年和1978年两次石油危机的冲击，使日本严重地意识到，依靠进口能源，对于保障能源供应是十分脆弱的。为了提供安全稳定的能源供应，日本一方面采取厉行节能的政策，另一方面实行能源供应多元化，尤其强调大力发展核能。1973年石油危机后，加速了核电的发展；前苏联切尔诺贝利核电站事故发生后，日本国内的反核情绪上升，使核电发展的阻力加大；近年来，尤其是京都会议以后，日本政府认为核电是解决生态环境、减少C02排出量和保障能源稳定供应的有效途径。截止2002年底，日本有53套核电机组在运行（PWR23座，BWR27座，ABWR3座），装机容量为44287MW，2002年核发电量占总发电量的34.5%,达到313.8TWh，占日本一次能源的10%以上。还有3套核电机组正在建造中，装机容量为3696MW，是世界第三大核能发电强国（次于美、法两国）。韩国自然资源十分贫乏，除拥有少量煤炭、木材和水力资源外，它所消耗的绝大部分化石燃料（煤炭、石油、天然气）依靠进口，两次石油危机的冲击，大大地损害了韩国的经济，因此韩国制定了推行多渠道发展各种不同能源的政策，逐步减少对国外进口能源（尤其是石油）的依赖程度，其中特别强调了核能的发展。重视引进国外先进技术，努力实现核电的国产化。截止2002年底韩国共有18套总装机容量为14890MWe 的核电机组在运营，核发电量为113.07TWh，核发电量占总发电总量的38.6%。还有2套核电机组正在建造中，装机容量为1920MWe。近年来开始出口其核技术。其它如美国、加拿大、德国、英国、西班牙、比利时、瑞典、中国、印度及原东欧各国等，都在发展核电方面取得了成就。1.2制定正确的核能发展战略与技术路线国外核工业发展的历史表明，一个国家核工业的发展，不仅取决于它所具有的经济与技术的实力，同样取决于它是否有驾驭这种力量的先进的战略与策略思想，这一点对于核能的发展具有极其重要的意义。考察各国核动力发展的历程，可归纳为三种发展方式，一是美国、原苏联、加拿大等国的方式，依靠本国的力量，通过研制试验堆、示范堆，最后达到商用堆，并向国外出口。二是法国、德国、日本、印度等国的方式，根据本国的实际情况，针对性地引进国外核电技术，在此基础上建立本国的核动力工业体系，最终实现核电站的国产化，并争取出口。这样做可以利用别国已有的研究成果，缩短研制时间，节约研制费用。三是一些国家和地区只引进核电站，还不打算建立自己独立和完整的核工业。具体采取那一种方式，各国应视其具体情况而定，不能盲目照搬别的国家的作法。核电站区别于其它电站的一个显著特点是，不同类型的反应堆其结构特点与相应的设备千差万别，所使用的技术相差很大，且使用不同的核燃料，因而它们的基建投资、建设周期、发电成本亦不同。每一种堆型都有一整套与之相适应的设备制造、原料供应、材料生产、燃料元件加工、后处理等工业体系。要建立这整套工业体系很不容易。而当与一种堆型相匹配的核工业体系建成后，要废弃也是不容易的。且堆型之间的衔接关系也各有特色。因此，一个国家在发展核电时堆型与技术路线选择的是否合理，对一个国家核动力发展的速度与成败关系极大。英国、法国核电发展的经历很能说明问题。英国是最早发展核电的国家之一，从五十年代开始英国依靠本国的力量发展了天然铀石墨气冷堆型核电站，并投入了商业化批量生产。英国的核电容量曾名列世界第一，后因天然铀石墨气冷堆型核电站在造价和电价上都不能与轻水堆相竞争，需要对堆型作出新的选择。七十年代，政府和工业界对堆型选择问题进行了长时间的讨论，堆型选择是在改进型气冷堆、重水堆和轻水反应堆之间进行的。由于电管局与原子能局之间的意见分歧，发展何种后续堆型长期议而未决，使英国核电工业停滞了十多年。严重地阻碍了核动力的发展，削弱了在国际上的竞争地位。仅在六十年代初向日本和意大利各出口过一座气冷堆。使研制时的投资失去了一个重要的补偿来源。英国核电站建设中，由于堆型的发展战略举棋不定，造成巨大的浪费，影响了核电的发展速度。法国早期发展的也是气冷堆核电站，但气冷堆单堆核电站容量很难超过600MW， 且造价及发电成本比压水堆核电站高30%和18%。法国政府1969年10月决定停止发展气冷堆核电站，转向压水堆核电站，首先由法马通公司采用美国西屋电器公司的压水堆技术，先后建成容量分别为266MW和870MW的压水堆核电站，在此基础上研制成功900MW压水堆核电站，目前已形成900MW、1.3GW和1.45GW的三种标准系列压水堆堆型。目前，法国的核电站基本上是压水堆核电站，并出口国外。法国在大力建造压水堆核电站的同时，亦开展了快堆的研制工作，在快堆领域，法国在世界上处于领先的地位。因此，各国应根据自己国家的政治、经济、工业基础、资源特点、科学技术状况，吸取国际上发展核能的经验教训，认清世界核电的发展趋势，处理好发展核电与发展其它能源的关系，决定本国发展核电的战略、策略、技术路线，建立适合核能发展的管理体制。1.3制定一个科学稳定的核电发展规划核能工业资金密集、技术复杂，涉及到国民经济的方方面面。因此，制定一个长期科学稳定的核电发展规划，便于集中并合理地使用资金和技术力量，协调各部门间的关系，对于核电健康的发展是十分必要的，这一点已为各国核电发展的实践所证明。法、苏、日等国由于核电规划制定的好，促进了核电的发展；而缺乏核能发展的统一规划，是美国核电发展受挫的原因之一。制定核电发展规划应注意以下几个问题。 核电发展规划是国家能源规划的重要组成部分核能工业是国家能源工业的重要组成部分，核电规划应是国家能源规划的组成部分。核电发展规划最好由国家级的权威机构制定，以便使规划具有权威性和可操作性。 全面规划核能利用的各个环节核电发展规划包括：核电站厂址与布局规划，核电装机容量进度规划，堆型选择规划，潜在堆型发展研究规划，核燃料循环规划，核废料处理规划，及核电站退役规划等。国外制定核电规划并不只是单纯制定核电发展规模规划，而是全面规划核能利用的各个环节，尤其是在规划建设核电站的同时，就要制定好核燃料供应规划，核燃料循环各环节的规划，核废料处理规划等。一个环节规划不周，就会影响整体。 制定核电规划要有明确的战略目标核电发展规划是本国实现其核电发展战略目标的具体实施方案。在制定核电规划时，应突出体现本国核电发展的战略目标。原苏联核电发展规划提出的战略目标是：核电站机组向大型化方向发展，坚持发展快堆电站，核燃料供应立足于国内及与东欧各国合作开发生产核电站。日本由于本国资源贫乏，但技术力量强，核能规划的战略目标是：保证核燃料的来源与供应，实现核电国产化。法国把“核能资源独立；发展快堆，充分利用铀资源”作为核能规划的重点目标。1.4加速实现核电的国产化为降低核电站投资，减少外汇支出和对外国核电公司的依赖性，法国、西班牙、日本、韩国及印度等国在发展本国核工业时，注意引进、消化、吸收国际上先进的核技术与核工业管理体制，使核电站的建设逐步实现了国产化。所谓核电国产化是指一个国家或地区在发展核电时，实现工程设计、工程管理、土建安装、调试运行的自主化及实现设备和核燃料供应的国产化。其中又以工程设计自主化与设备国产化为主。工程设计分为概念设计、基础设计与详细设计三个体系。由于它在技术上同设备制造、土建、安装、调试相联系，且它的质量直接影响核电站发电效率、经济性及安全可靠性，因此它是核电站建设的中心环节，核电国产化工程设计自主化必须先行。这不但为本国节约了大量外汇（约占核电站建设费用的10%），而且是工程管理自主化和设备国产化的基础。发展中国家在开始搞核电时由于缺乏工程设计的能力和经验，而不得不委托外国公司，负责工程设计的外国公司不熟悉委托国制造业的装备水平和制造能力，大多会从本公司的利益出发，设计使用它们的设备与材料，增加了投资中的外汇份额。而由于本国自行设计，则可以最大限度地采用国内产品，提高国产设备份额，例如，改造国内已有的制造业以生产部分核设备，或通过调整设计的规格，以适应国内制造业的生产条件。这些外国人是无法做起的。因此，工程设计应尽快由委托给外商转向以本国为主设计，请外国公司咨询。西班牙在这方面有成功的经验，它们很重视工程设计的自主化。在由外商交钥匙承包的首批三座核电站的工程设计中，在业主电力公司的支持下，西班牙工程设计公司与美国的工程设计公司结合，承担了部分基础设计与详细设计，这不但保证了在第一代核电站的建设中，西班牙国内承担份额超过了40%，而且为下一代核电站改变承包方式奠定了基础。在以后非交钥匙方式承包的核电站设计中，逐步实现详细设计以自己为主，只请少数外国专家指导，既掌握了核电站的主要技术，又推进了设备的国产化。目前，西班牙工程设计公司已掌握了工程设计、工程管理、土建、安装、调试、运行等技术，核电建设的国产化比例高达85%。表1 西班牙核电站建设各阶段国内承担份额 （金额百分数）第一期第二期第三期工程设计358090设备255075土建66100100安装80100100总计414365708085核电站投资巨大，其中55%左右是设备费用，因此设备国产化是降低设备投资、节省外汇的重大手段。且核电设备对材料、加工精度及可靠性等方面的质量要求特别严格，生产核设备有助于普遍提高原材料工业和制造业的工艺技术水平和质量管理水平，会促进一个国家整体工业水平的提高，其意义超出发展核工业本身。核电站的设备和部件可分为三大类：一是需要精密技术设备才能生产的大型设备，如一回路主设备（压力容器、主泵、蒸汽发生器）和汽轮发电机等。二是类似火电机组、化工及其它工业部门通常使用的一般设备。如钢结构件、泵、阀、通风起重设备、电气设备、仪器仪表及热交换器等。三是少量特殊控制仪表及专用零配件。这三类设备的费用分别占设备总费用的1/3、1/2、1/10。按照对核安全可能发生影响程度的大小，又把这些设备与部件分为若干安全等级，大量设备属于“安全1级”。在生产这类设备时，必须按质量保证大纲的严格规定执行。其它等级的设备按不同的规定，也有相当高的标准与质量控制要求，并对生产设备人员的素质提出较高的要求。一类设备的生产技术难度大，需要的投资也大，且一回路主设备安全级别也高，因此不应是发展中国家初期国产化的目标。二类设备多为通用的辅助设备，利用本国现有的制造能力，或经过技术改造，能较快地实现这些设备的国产化，即达到了核电机组4050%设备的国产化，而且随之建立起来的质量保证与质量控制制度，为其它设备的国产化奠定了基础。追求100%的国产化是没有意义的，某些技术难度大、需要量有限的设备及少量特种材料等，不宜花费很大投资追求国产化，可以采取进口或通过国际合作开发生产，这种国际范围内的专业化分工，对于保证产品质量是非常有益的，且在经济上也是合算的。对于某些发达国家厂商不愿转让或必须附带苛刻条件才转让的关键技术，韩国、阿根廷、印度等国的经验是通过自己的努力来研究和开发这些技术，以免长期受制于人。总之核电国产化对于一个要自己发展核电的国家来讲，是一项全局性的战略任务，应当根据国际大环境及国内生产条件等进行经济评价来确定设备国产化的顺序及份额，过高过低、过急过慢，都会造成不必要的经济损失。为确保这项工作的顺利实施，各核电国家的政府均十分重视，采取的主要措施如下： 制定核电的中长期发展规划，明确核电国产化的目标与进程，使各相关的部门互相协调，彼此促进。 政府在批准核电项目时，同时确定用于本国设备与服务资金的最低限额，强制国产化的进程，且这一份额随着核电的发展逐步提高。 在核电国产化起步阶段，对向核电站提供设备和服务的本国厂商，给予免税或贷款方便等经济补偿。1.5实现核电站的标准化系列化标准化是一个国家工业化进程中的一项重要的基础工作，每个国家在机械、材料、电子及运输工具等方面都制定了大量的标准。核电站的设计及制造离不开这些已有的标准，同时，也需制定核安全、核辐射等有关的设计标准。建立核电站的标准电站系列是核电标准化的一个重要方面。所谓标准电站系列是指具有同等容量和设计基本相同，仅在个别技术上有新变化的一批核电机组。综观世界核电发展的历程，按核电站标准化系列化发展核电的国家并不多，建立起来的核电站是多种多样的。美国109座核电站中，只有少数几个相同；德国的轻水堆核电站只有后期的三个KONVOY PWR是相同的；而法国则是按照标准化系列化建造核电站的成功典范，其所取得的明显成效值得他国学习借鉴。标准化系列化被法国政府视为法国核电成功的关键。这在七十年代开始实施核电计划时，就已成为法定的准则。法国已为核电反应堆提出一整套基本的标准化设计，它包括部件与整体工厂部分。这种标准设计既可重复使用，也能适应各种地点和条件。法国目前有三个压水堆标准系列堆型：900MW压水堆系列是第一代CHOOZ和TIHANGEA标准概念设计的基础上建造的。包括有CP0级、CP1级和CP2级三个子系列，各子系列建成的机组数分别是6个、18个和10个；1300MW压水堆系列有P4、P4两个子系列，已建成的机组个数分别是8个与12个；1450MW压水堆系列现有N4子系列两个机组。法国在开发新的系列和子系列时，除根据国内外已有的经验外，电站标准化起着关键的作用。新电站系列或子系列都是在取得前一系列的经验基础上产生的，都含有技术的更新换代部分，同时又继承了前一系列电站的主要设计模式和优点。建造标准系列机组给法国核电事业的发展带来巨大的利益如下：缩短建设周期首先标准系列电站的安全分析报告基本相同，就使得后建的电站的安全审批工作侧重于与厂址有关的特殊问题（如人口密度、地震等），这样大大简化了安全审批手续，缩短了审批时间。其次，采用标准设计，在核电站立项前，就已完成了核电站设计的基本任务，只对新建电站的不同部分进行设计，减轻了设计工作量，缩短了设计时间。再者，可以节省核电站建造和投入运行的时间。首座核电机组建造与投运周期一般都是较长的，而越到后面的电站，建造周期越短。法国早期的900MW PWR 核电机组平均建造时间约为75个月；后期建造的与我国大亚湾同一系列的900MW（CP1），机组的建造时间为60个月；建造时间最短的STLAURENT2核电机组仅为55个月。建造周期的缩短，意味着大大减少建造过程中所需付的贷款利息，从而降低造价。降低造价 首先由于采用标准系列，减少了设计的工作量，使设计费用下降。其次，法国核工业高度集中，核岛设备生产以法马通公司为主，常规岛设备生产以阿拉斯通公司为主，组织了几千家大小厂商约20万人，由于重复生产标准系列化的核电设备，厂商舍得花钱购置高效的机具设备，使核电设备的生产专业化、一体化，可以缩短制造工期，确保产品质量，降低成本。例如，法国1.3GW PWR标准系列核电站，后续建造的电站费用大约相当于第一座的7480%。再者，标准化的设计与施工，可以采用流水作业法，加快了工程进度，也节省了费用。提高安全、可靠性核电站的标准化系列化，可以使法国从一系列电站的正常运行中积累安全运行的经验，亦可从发生的各种核事故中，总结出处理这些事故的经验与教训，并马上对重要部件和操作步骤进行改进，运用到正在运行与正在建造的同系列的核电站中去，并在新设计的下一代系列电站中予以考虑，这样反复进行，使法国新建核电站的安全可靠性不断提高，走在世界前列。核电站的标准化系列化还给管理、维护核电站带来方便，使工作人员的统一培训成为可能。2对我国发展核电的启示2.1抓住世界核电处于低潮的时机，加速我国核电的发展目前世界核电市场严重的供大于求，世界著名的核电企业，如：美国的西屋公司、通用电器公司；法国电力公司、法马通公司、阿尔斯通公司、高杰马公司；日本东京电力公司、东芝公司、日立公司、三菱重工；加拿大原子能公司（AECL）以及韩国电力工程公司（KOPEC）等，都在窥视我国的核电市场，极力向我国推销其核电产品，形成竞争形势