中法核电站的安全与发展

中法核电站的安全与发展

为了满足世界能源需求，发展原子能是一种不可或缺的方法，其前提是确保安全。目前,只有煤电和核电(其次是天然气发电和水电)能够作为大规模基荷发电。核电有助于实现能源自主,减轻环境压力,并且由于发电成本相对较低且长期稳定而具有强大的竞争力。只有全面掌握所运行设施的技术,核电运营商才能真正承担起安全责任,核安全才能得到有效保障。四十年来,法国电力充分利用经验反馈(REX),不断改善核电安全标准体系,对系统、设备和运行规程进行持续的标准化,保障了核电的安全运行。这项工作使得法国核电机组在技术上不断改进,因此法国并没有“老旧核电站”:无论是何年何月投入运行的,所有的核电站都能达到最新的安全要求。法国核电机组的“寿期保障和延寿(DDF)”计划包含了第三次十年大修等多个子项目,以及针对福岛事故经验反馈的技术改进,从而使机组的安全水平达到三代标准。作为一个有着丰富运行经验且负责任的总体工程师(AE)兼运营商,法国电力坚信,与同行交流分享经验必然有助于加强核安全和提高工业发展效率,这也是符合核电工业发展的共同利益的(见图1)。正是出于这一点,法国电力将其作为总体工程师(AE)的知识技能以及全部的经验反馈同中国合作伙伴分享。通过对经验反馈和良好实践的互惠交流,后者可以逐步提高自身的技术掌控水平。中国目前在运和在建的几十座二代加核电站都能从这些丰富的经验中获益。法国电力1500堆·年的运行经验和累计达数百万小时之多的核电站改进工程设计能帮助中国核电站将安全运行方面的探索之路缩短25年。在此工业进程中,法国电力的合作伙伴不仅能够提高自身的技术掌控水平和自主能力,同时还能带动整个同样具备自主能力的核电制造产业的兴起。以这一产业为依托,法国电力与中国合作伙伴不仅能在中国国内项目上开展合作,更能携手走向国际。无论中国新建核电机组的技术路线如何选择,都应给现有几十台二代加机组在安全性、可靠性和经济性等方面提出明确的远景目标,使其能够在确保安全的前提下运行60年(至2070—2080年),在此期间持续提高这些核电机组的运行安全水平直至退役,同时改进设计,令新建造的核电机组更加安全、更加高效。一、通过技术改进来保证核设施的安全(1)运营商对核设施的安全负责。国家对核安全负有政治上的责任,责成核安全机构制定核安全标准体系并监督实施,但对保障核安全负有直接责任的是运营商。东京电力公司作为运营商一直站在福岛事故处理的最前沿,而福岛核电站供货商则声明:“不存在任何技术上的问题……。我们只是反应堆的供应商,而非核电站的管理方。”(2)运营商应全面掌握所运行核设施的工业技术。掌握并不断改进安全可靠的技术;通过积累丰富的运行经验加强运营商专业能力(如果没有良好的运行,任何技术的核电设施都无法保证安全)。为达到这些目的,运营商应全面掌握工程设计、建设、采购和运行技术。应对意外情况的发生是工业企业每日都要面对的:当实际情况同预期发生偏差或有异常事件发生时,我们都要对设备和组织结构作出相应调整。为了保障核设施的安全运行,核电站的运营商应遵循如下原则:运营商应尽可能多地收集来自国内外核电站的正常或异常事件的经验反馈;然后,工程设计部门对经验反馈进行分析并提出改进措施,对自身设施(设备和技术)及运行的安全和效益不断进行优化。(3)“交钥匙”模式令流程中断,妨碍了经验反馈的集成。核电历史上发生过严重事故的三座核电站都是以“交钥匙”模式建造的。在日本,其核电工业体制中设计制造和运营商相互脱节。东京电力公司采取“交钥匙”模式,从负责设计制造的供应商手中购买核电站,而其自身仅负责福岛核电站运行,并不具备获取和应用运行经验反馈并制定、实施恰当的改进设计的专业能力。运营商将核电站的技术掌控交给了供应商,因此没有任何一方对经验反馈的循环流程负责。然而在事故发生后,供应商并不对事故承担任何责任。国际原子能机构在2011年6月的事故分析中已指出了这项缺陷:“核电设施设计方和运行方应当对所有自然灾害作出恰当的评估、提供防护措施,并根据最新的信息、经验和理解对评估结果和评估方法定期进行更新。”如果东京电力像法国电力那样及早根据三哩岛和切尔诺贝利事故的经验反馈进行了充分的技术改进,福岛事故的后果很可能完全不同。整体而言,日本核电行业其实完全具备必要的技术水平和专业能力,之所以没有及时进行技术改进完全是其工业模式和组织问题导致的。二、法国电力:“老旧堆型”法国电力通过执行以下工业组织原则来确保核安全:通过分析应用经验反馈,对在运、在建和设计中的核电站进行技术改进。法国电力的“寿期保障和延寿”计划即为一例,该计划旨在汲取包括福岛事故在内的经验反馈,将旗下所有核电站的运行寿期提高到60年以上。(1)在实施设计、设备和运行规程的持续标准化及改进核安全标准体系的进程中充分获取和应用经验反馈,具体通过以下几种措施:借十年大修实施设备改进;在改进时充分利用和吸纳技术进步;整合事故经验反馈(三哩岛核事故、切尔诺贝利核事故、福岛核事故……)。在法国,法国电力集团公司被明确指定为核电站安全的第一责任方,负责收集在设备、材料、运行和操作上发生的大小事件的经验反馈。经验反馈可以来自于核电站的内部或外部事件(低温天气、高温天气、水灾、地震……),也可来自于运行人员,或者来自于设备供应商方面的变化(设备或软件的新工艺新产品)。法国电力同时也收集国际上的经验。为此法国电力积极参与各种国际组织的活动(国际原子能机构、世界核营运者协会),并同多家外国核电运营商签署了合作协议,其中包括中国(中广核集团、中核集团)、美国(美国核电运行研究所INPO)、俄罗斯(俄罗斯原子能公司REA)、南非(南非电力公司ESKOM),当然还有欧洲。而且,法国电力自身也是一家国际化的核电运营商,其业务遍及法国、英国、美国和中国。法国电力的工程设计部门对获得的经验反馈进行分析处理,向设备供应商订购技术改进所需的设备和服务,以便对其在运、在建和设计中的核电站进行改进(见图2)。实际上,每次事故过后,如三哩岛、切尔诺贝利或福岛核事故,法国电力都从中汲取经验教训并采取技术改进措施。如配备降低爆炸风险的氢气复合器、严重事故发生时可过滤放射性物质的沙堆过滤器、失去外部电源和应急柴油发电机后可向安全系统提供动力的汽轮机;实施“状态导向”的事故应急规程,以便在发生不可预见情况时指导核电站的操作运行。(2)这项工作所带来的技术进步使新的堆型达到国际最高安全水准,亦使现有堆型尽可能地向这一水准靠拢。法国电力的所有核电站及其运行规则完全符合核安全标准体系的要求。该安全标准体系的水平根据最新的要求会不断提高。这样一个持续提高安全要求的流程不仅适用于新核电站的设计,还同样适用于在运核电站。从这个意义上说,法国并没有“老旧核电站”;无论何年何月投入运行,法国所有的核电站,包括20世纪70年代投入运行的核电站,都能达到最新的安全要求。法国核安全局在福岛事故后进行的补充性安全评估报告中强调指出:“鉴于法国截至目前为止采取的安全保障方法和设计方法以及十年大修时的安全复检,所有核电站对安全标准体系中假想的偶然事件都显示出强大的应对能力。”这些最新的安全要求有时也被称为“第三代”技术。其实对于第三代技术并没有明确的标准界定,它是设备制造商为了自我推销而创造出的商业标签。先是美国的AP1000,以后别的公司也都纷纷将自己的堆型称为第三代技术。甚至有些日本设备供应商把他们20世纪90年代建的改进型沸水堆(ABWR)也归为第三代技术。事实上,是否为第三代技术并非取决于设计特点(如采用能动还是非能动安全系统、是否设置堆芯捕集器、配备几列安全系统或安全壳的层数等),而是取决于安全水平:针对内部事件的堆芯熔化概率应低于10-6/堆·年,而对包括外部事件在内所有类型事件的堆芯熔化概率应低于10-5/堆·年;针对外来袭击有适当的保护措施并能实现安全停堆;即便出现堆芯熔化,仍具备有效措施保障公众安全,将放射性影响的范围和时间限定到最小程度。这就是在法国所有核电站实施的“寿期保障和延寿”计划力求达到的安全水平。(3)保障安全:以“寿期保障和延寿”计划为例(第三次十年大修和福岛后核电补充性安全评估)。“寿期保障和延寿”计划是法国保障核安全的一项重要步骤,目标是让所有机组安全运行60年或更长时间。该计划包括了第三次十年大修(VD3)等多个子项目,还包括最近的福岛后技术改进(补充性安全评估项目)。这些项目都已被纳入新堆型的研究中,并将逐步纳入在建(EPR)和在运核电机组。补充性安全评估(ECS):福岛事故发生后,法国电力在第一时间调动了400名工程师,花了6个月时间对法国电力下属的19个核发电基地逐一进行分析研究。最终法国电力完成了一份7000页的安全评估报告,并于2011年9月15日递交给了法国核安全局(ASN),报告包含以下三点:1)对地震和洪水灾害重新评估,检验核电站是否符合安全标准体系要求;2)为避免电力供应和冷却系统的全面中断采取以下措施:增加第三台柴油发电机、增加备用供水系统、加强对事故应急设备的保护、设立核电快速行动小组确保事故发生24小时内派专业操作人员及装备前往支援……,这些措施以确定论为基础,即使事故发生的概率极其微小,也要对事故进行全面考虑;3)一旦发生堆芯熔化,将后果控制到最小。法国核安全局肯定了法国电力提交的报告的质量:“核安全局认为:法国电力为了提交补充性安全评估报告,在规定期限内做了大量工作。该报告符合核安全局确定的安全评估要求的精神,并为分析核电站设施的安全性提供了依据。法国电力还提出了技术改进建议,核安全局认为这些建议很好地达到了补充性安全评估的目标。”安全评估的方法和目标对所有类型的核电站都是相同的,无论是在运的还是在建的(EPR)。对于EPR来说,需作的技术改进相对较少,因为EPR设计本身就已配备了更多冗余的应急电源和冷却水系统、更坚固的安全壳和严重事故情况下的冷却手段。而新堆型的设计更是一开始就会吸纳福岛事故的所有经验反馈。世界上很少有企业、也自然是没有任何建造商和以“交钥匙”模式建造的核电站的运营商能够在如此短的时间内这样迅速地进行同一质量的分析评估。这一点也再次证明了法国电力的工业组织模式所带来的全面技术掌控优势。三、中国电力的中国路径(1)法国电力认为拥有自主能力的一体化总体工程师(AE)企业能在全球得以发展是符合国际核电工业发展总体利益的。世界上大部分工业企业为了保持自身工业领先地位、防止竞争升级,对自己拥有的知识技能和经验反馈持保护态度。在法国电力看来,拥有自主能力的总体工程师(AE)企业能在全球得以发展是符合国际核电工业发展总体利益的,因为安全和效率的不断提高离不开对经验反馈的相互交流。这也就是为什么法国电力从一开始就把自己掌握的总体工程师(AE)的知识技能和经验反馈结果都分享给其合作伙伴的原因。法国电力可贡献其作为世界上最大运营商(78台机组:法国58台、英国15台、美国5台)的运行经验,而中国可分享其正在实施的世界上最新、最大规模的核电机组建设的经验。双方的经验分享有助于各自在运和在建核电站(二代加和EPR)的技术升级以及未来堆型安全标准体系的制定。如今,双方都从中得益:法国电力曾多次向中广核集团提供技术和配件支持以助其迅速解决某些运行事件,同时开始向中广核集团认证的中国设备供应商采购设备。不断提高的采购要求将推动中国设备供应商进一步提高质量、加快技术创新、增强竞争力。而未来世界范围内新核电站(包括法国电力旗下的新核电站)的建设必将在很大程度上获益于中国核电的建设经验和实践。另外,法中合作双方的能力和经验都会给满足最新核安全要求的新堆型设计带来高附加值。(2)法国核电机组的建设时间总体比中国的早25年,中国现有的几十台在运和在建的二代加机组完全可以借鉴法国1500堆·年的经验反馈以及投入到第二次十年大修、第三次十年大修、延寿计划和补充性安全评估中的数百万小时的研究,将这些丰富的工业经验为己所用,实现安全水平的跨跃式提升。大亚湾核电机组于本世纪初进行首次十年安全评审时即采纳了法国核电站第二次十年大修(VD2)的技术改进,使技术一下子进步了10年。同样,岭澳二期在建造时就实施了法国二代改进型最后一个系列N4的最新技术改进:包括数字化仪控、“状态导向”严重事故规程(三哩岛事故后针对性改进)、预防火灾的最新规范以及大大提高效率的半速汽轮机。同样,法国电力的中国合作伙伴在设计新堆型时,纳入了EPR的现有设计、运行寿期延长至60年的改进设计、福岛事故后的技术改进和第三次十年大修的所有合理改进、以及首批EPR建设中总结的技术上和经济上的最优化方案。(3)这种持续改进的工业进程使得法国电力的合作伙伴不仅能提高技术能力,更能加强其自主能力。从大亚湾核电站建设到覆盖核电建设运营全方位的合作,法国电力与中广核集团等中国伙伴已走过了近30年的合作历程。法国电力为中广核集团的技术自主提供了帮助,在工业能力和工程技术方面的技术转让对中广核实现工业和技术自主起到了重要作用:中广核集团现今已具备自主分析经验反馈、研究所属核电站技术改进、以采购设备为目的对设备供应商进行资格认证以及开发建造新堆型的能力。分享经验反馈绝不是一种依赖关系,而是合作伙伴间相互帮助充实经验、互惠互利的过程。法国电力希望通过不同形式的合作,使更多的中国核电伙伴受益。(4)运营商承担责任和全面掌握工业能力有利于自主工业体系的兴起。即使有能力制造核电站的所有设备,也并不意味着对工业过程的全面掌握,而后者才真正体现自主能力。有些国家拥有不少在运核电站,优先将设备采购合同授予本国公司,大部分核电设备在本国生产。然而,这些国家却并不具备对工业过程的全面掌控能力;在总体工程师(AE)/运营商一体化模式缺失的情况下,这些国家在核心技术上仍然依赖于外国,并没有取得整个产业的独立自主。例如韩国核学会(KoreanNuclearSociety)主席ParkGoon-cherl先生认为:“强调只用我们自己的技术去做,那是简单的民族主义。即使我们拥有了技术,仍然需要从他国购买技术和设备,以保持合作关系。”而法国在20世纪70年代放弃了本国开发的天然铀石墨气冷堆(UNGG)技术路线,转为采用美国西屋(Westinghouse)开发的压水反应堆(PWR)技术,并逐步推进产业规划,在不到二十年的时间里发展并全面掌握了设计、建造、运行和设备制造等方面的工业能力。用中国的术语来说,这就是独立自主的过程。并且,法国电力的设备采购并不局限在法国国内。法国电力作为总体工程师(AE),确定采购要求、划分采购包和签订采购合同,主要做法包括以下几点:通过开展对部分合同的竞争来促进技术创新和提升竞争力;有时,由于开发新技术的需要,或由于市场过小而没有多个供应商可供选择,直接向某个供应商采购;同关键设备的供应商建立合作伙伴关系以保障供应链的长期稳定(如仪控系统);对有创新的新供应商(经常是法国之外的)进行资格认证。这样,法国在任何情