[摘要] 文章簡要回顧了第一、二代核電技術(shù)開發(fā)歷程、世界核電界為核電復(fù)蘇進行的努力，包括INPO牽頭在核電廠運行技術(shù)支持方面的工作和EPRI制定電力公司要求文件(URD);分析了URD的作用和局限性;探討了第三代核電技術(shù)在世界和中國核電發(fā)展中可能起的作用,并對招投標結(jié)束后核電業(yè)主的工作提出了建議。

　　The Role of the Third Generation Nuclear Power Technology in China,s Nuclear Power Development

　　ZHANG Luqing

　　Abstract: The paper briefly reviews the development process of the first and second generation of nuclear power technologies, efforts for worldwide resurgence of nuclear power by the nuclear power enterprises in the world, including technical support for nuclear power plant operation led by INPO and the Utility Requirement Document (URD) established by EPRI. It analyzes the role and limitation of the URD. It discusses the potential role of the third generation of nuclear power technology in the nuclear power development in the world and in China. Moreover, it offers a proposal to the work of the nuclear power owner after the bidding.

　　
        去年我國正式頒布了2005-2020年核電發(fā)展中長期規(guī)劃。規(guī)劃提出，到2020年我國要建成核電4000萬千瓦，占屆時總裝機容量的4%；此外還有1800萬千瓦的在建工程。國家有關(guān)部門組織了舉世矚目的第三代核電技術(shù)引進招投標，希望通過引進全套第三代技術(shù)來統(tǒng)一我國今后的核電機型。歷時兩年有余的談判終于塵埃落地。本文試圖探討第三代核電技術(shù)在我國核電發(fā)展中可能起的作用，以及如何才能發(fā)揮作用。

一、第一、二代核電技術(shù)開發(fā)的簡要回顧
　　世界上第一座核電廠是1954年前蘇聯(lián)建成的5 MWe奧布寧斯克實驗性石墨沸水堆核電廠。 1957年底美國建成了60 MWe希平港原型壓水堆核電廠。接著美國政府又投資各種有可能用于發(fā)電的堆型研發(fā)，幾乎所有可能的組合方式都進行了試驗。最終還是壓水堆和沸水堆的實用優(yōu)勢明顯，成了核電發(fā)展的主線。

　　上世紀五六十年代，美國、西歐和日本的經(jīng)濟迅速發(fā)展。六十年代后期美國核電造價僅200$/ kW左右，引起大批訂貨。西歐許多國家認識到發(fā)展核電是其擺脫過分依賴中東石油的唯一出路。在普遍看好核電的形勢下，美、蘇、日和西歐各國制定了龐大的核電規(guī)劃。鑒于美國富集鈾輕水堆經(jīng)濟性遠好于天然鈾石墨堆和美國政府同意供應(yīng)富集鈾的承諾，法國、瑞典、日本、西德等國先后放棄了原先的天然鈾路線，轉(zhuǎn)向富集鈾輕水堆。美國輕水堆技術(shù)成了西方輕水堆核電技術(shù)的鼻祖。

　　1973年的第一次石油危機引發(fā)了美國第二個核電訂貨高潮，兩年間共訂貨6700萬千瓦，占當(dāng)年訂貨總?cè)萘康摹?0％。單臺機組的功率水平也在通常稱為第一代核電技術(shù)的原型/示范堆技術(shù)的基礎(chǔ)上大幅度提高，達到百萬千瓦級。技術(shù)上也有不小進步。通常稱這段時期建設(shè)的核電廠采用的是第二代技術(shù)。到1980年底，全世界約300座核電機組的總裝機容量已達到1.8億千瓦。從1966年到1980年的核電裝機容量年增長率達到26％。

　　受1979年第二次石油危機的影響，所有能源價格均急劇上漲，西方各國經(jīng)濟發(fā)展速度銳減，同時采取大規(guī)模的節(jié)能措施，使得電力需求大幅回落。大批電力建設(shè)項目被迫停建、緩建或取消，而首當(dāng)其沖的就是造價較高的核電廠。在此期間早先運用的第一代核電技術(shù)在安全理念、選用的材料和制造質(zhì)量方面的問題逐漸暴露，顯示出低估了單臺機組容量放大引起的困難。1979年3月美國發(fā)生的三里島事故更使核電雪上加霜，事故雖未造成人員傷亡，卻對世界核電發(fā)展產(chǎn)生了深遠影響。三里島事故后，美國核安全監(jiān)管委員會(NRC)加強了對核電廠的安全管理，不但嚴格控制新許可證的發(fā)放，而且對原有核電廠的設(shè)備和規(guī)程的修改要求一加再加，致使設(shè)計一改再改，工期一拖再拖，經(jīng)濟性則一降再降，投資風(fēng)險大大升高，使投資者對核電廠喪失信心。1979年以后美國再沒有新的核電廠訂貨。據(jù)統(tǒng)計，到1983年美國有108座核電裝置共計1.1億千瓦和半數(shù)的火電廠訂貨合同被取消，不少在建的核電廠和火電廠被推遲或停建。1986年4月又發(fā)生了前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電廠事故，造成嚴重的人員傷亡、大面積環(huán)境污染和人員遷移。核電發(fā)展遂跌至谷底。從20世紀80年代中期起，石油和煤產(chǎn)量過剩，價格持續(xù)走低，使核電逐漸失去經(jīng)濟競爭力。兩次石油危機的長遠影響使核電深受挫折。
　　
二、電力公司要求文件和第三代核電技術(shù)

　　為了使核電擺脫嚴重事故的惡劣影響，美國核電界和世界上其它國家的核電同行一直在為核電走上復(fù)蘇的道路進行持續(xù)不斷地努力。美國核電界做了兩件事:一是改進投運核電廠的安全和經(jīng)濟性;二是研發(fā)新核電技術(shù)。經(jīng)過二十多年的不懈奮斗，這兩件事都取得了很好的成績。

　　一方面三里島事故后，美國組建了核動力運行研究院(INPO)，美國國內(nèi)所有的電力公司和一些國外電力公司都成為其成員。在全體成員單位的支持下，INPO在提高核電廠運行安全可靠性方面進行了大量卓有成效的工作。突出表現(xiàn)在：推動核電廠全體員工普遍建立與提高的安全文化意識、質(zhì)量保證體系的健全與改進、人員培訓(xùn)與再培訓(xùn)條件的改進、有組織、規(guī)范化的運行經(jīng)驗反饋、水化學(xué)與設(shè)備材質(zhì)的控制、無損檢測技術(shù)的研發(fā)、先進技術(shù)(如計算機與IT技術(shù)、高燃耗燃料組件、PSA技術(shù)、大型設(shè)備更換等)與新材料(Incnel690、Zr-4合金、新可燃毒物材料等的運用、包括性能監(jiān)測和糾正措施、預(yù)防性檢修、長期規(guī)劃等的一攬子設(shè)備可靠性管理等。通過INPO和電力公司的共同努力，美國投運核電廠的運行安全可靠性有了長足的進步，美國核電已爬出低谷。目前美國核電廠運行性能指標總體良好，美國能源研究院(EPRI)的評價是“核電廠現(xiàn)有設(shè)備的安全性和經(jīng)濟性能全面優(yōu)秀”，“具有高度的安全性能和破紀錄的可靠性”。事實上現(xiàn)在世界上正在運行的二代核電機組通過二十年左右持續(xù)不斷在停堆換料中安排的整改，可以說都已經(jīng)進化為二代改進型技術(shù)，只是改進程度上有所差別。上世紀九十年代法國、德國和韓國推出的新機型核電機組的安全性和經(jīng)濟性都非常優(yōu)良。

　　另一方面，為了提高核電廠的安全性和經(jīng)濟性，同時為了扭轉(zhuǎn)滿足美國核管會(NRC)安全要求方面的被動局面、提高獲取安全許可證的穩(wěn)定性，以促使設(shè)計和建造順利進行、降低投資風(fēng)險，20世紀80年代中期開始，美國電力研究院（EPRI）在NRC的支持下，經(jīng)過多年努力，根據(jù)輕水堆30多年的運行經(jīng)驗教訓(xùn)，制定并于1990年首次公布了一套使供貨商、投資方、業(yè)主、核安全管理當(dāng)局和公眾各方面都能接受的電力公司要求文件(URD)，起初曾稱用戶要求文件，作為開發(fā)未來的先進輕水堆（ALWR）的明確、完整的技術(shù)準則。隨后西歐、日本和韓國亦相繼制訂出各自的電力公司要求文件EUR、JURD和KURD。

　　美國的URD共分三卷。第一卷是先進輕水堆計劃的政策聲明和高層設(shè)計要求。包括簡化、設(shè)計裕量、人因、安全、技術(shù)成熟性、可維修性、可建造性、經(jīng)濟性、質(zhì)量保證、標準化和管理穩(wěn)定性等14項政策；以及安全設(shè)計要求、性能設(shè)計要求、可建造性要求和設(shè)計過程要求等。此外還明確提出了經(jīng)濟目標。第二卷和第三卷則分別針對功率為120～135萬千瓦改良型ALWR和采用全新設(shè)計理念的革新型即非能動型ALWR提出了完整的高層設(shè)計要求和針對特定設(shè)計概念的基本設(shè)計要求。

　　這些電力公司要求已用于若干先進輕水堆機型的研發(fā)并已取得較好的成果：已有運行業(yè)績的是ABWR，在建的有ABWR和EPR，正在進行合同談判的有AP1000和EPR。被電力公司看好的機型還有APWR、SBWR和ESBWR等。URD在推動三代核電技術(shù)發(fā)展方面的歷史功績是舉世公認的。

　　但筆者注意到URD有一段時間沒有人提及了。EPRI在2006年年底發(fā)表的關(guān)于美國核能技術(shù)研發(fā)戰(zhàn)略報告中也只字未提URD和第三代，只是泛指先進核電技術(shù)。筆者認為可能有以下三個原因：
　　第一， URD的許多要求已不再是三代技術(shù)的”專利”

　　根據(jù)世界核電營運者協(xié)會(WANO)每年的統(tǒng)計資料，現(xiàn)役核電廠中的一批佼佼者運行業(yè)績相當(dāng)優(yōu)秀。URD對第三代核電技術(shù)提出的一些要求，如非計劃自動緊急停堆次數(shù)＜1次 / 年、機組可用率＞87％、能按每日跟隨負荷方式運行、18個月?lián)Q料周期等已經(jīng)在這些機組上得以實現(xiàn)。許多核電廠提出延長運行許可證到60年的申請并能得到美國核管會的批準，均建立在對安全性非常有信心的基礎(chǔ)上。

第二，URD的經(jīng)濟性要求難以兌現(xiàn)

　　目前采用三代技術(shù)的核電項目不多，但從已建與在建項目的建造周期和見諸報端的合同價來看，與早已折舊完畢的延壽核電廠相比，經(jīng)濟競爭力不強。在考慮這多年的漲價因素，不再提那些經(jīng)濟指標也可理解。日本東京電力公司建成運行的兩臺ABWR機組，據(jù)說業(yè)績不錯，但是造價太貴，跟進者甚寡。經(jīng)濟性不佳可能是URD淡出的原因之一。

第三，URD不適應(yīng)新形勢的政治需要

　　面對世界防止核不擴散的嚴峻形勢，美國牽頭和主要核電國家，從本世紀初開始醞釀開發(fā)第四代核電技術(shù)，即為滿足21世紀核能需要開展研發(fā)的6種核能堆型。其主要特征應(yīng)是：除了比前三代核電有更高的安全性、更好的經(jīng)濟性、更少的放射性廢物產(chǎn)生量外，特別強調(diào)不易通過商用核燃料循環(huán)產(chǎn)生軍用核材料。專家預(yù)期，第四代核電將在2035年前后投入商用。美國政府還積極推行全球核能伙伴(GNEP)計劃，以謀求從根本上堵住核材料擴散的源頭，確保核燃料的長期穩(wěn)定供應(yīng)。URD未考慮這方面的要求，從政治上落了伍。

　　對美國核電業(yè)主而言，早已折舊完畢的核電廠延壽，會帶來可觀的經(jīng)濟效益和可以接受的安全性。他們企望通過逐步技術(shù)改進，盡可能規(guī)避技術(shù)風(fēng)險、獲取最大的利潤回報，這是他們并不急于建造新型反應(yīng)堆核電項目的主要原因之一。所以，作為革新型第三代核電設(shè)計的AP600/AP1000在美國推銷了這么多年，就是沒有一家公司愿意出頭吃第一只螃蟹。同時，美國核電界在推廣新型反應(yīng)堆時采取非?？茖W(xué)嚴謹和講究實效的態(tài)度。盡管他們已經(jīng)有了數(shù)千堆年的運行經(jīng)驗、輕水反應(yīng)堆技術(shù)又源自于美國，美國計劃要在2020年前新增核電容量3000萬千瓦、到2030年新增1億千瓦核電，使核電裝機容量翻番，但仍然要在完成至少兩種ALWR標準設(shè)計的首堆工程的建設(shè)，取得經(jīng)驗后再行推廣。對于他們中途放棄研究的氣冷堆和快堆，則確定了更為穩(wěn)妥一些的進度，但都要在原型堆建成運行取得經(jīng)驗后再推廣。EPRI預(yù)計，屬于第四代的超高溫氣冷堆（VHTR）原型堆電廠2020年建成，2030年大規(guī)模推廣；示范快堆將于2035年建成。原來是西屋聯(lián)隊成員之一的三菱公司現(xiàn)在和法國AREVA公司聯(lián)手大力推銷二代改進型機組?，F(xiàn)在是市場經(jīng)濟時代，三代機組的造價與二代改進機組造價如果一直有較大差距（假設(shè)兩者批量生產(chǎn)的優(yōu)惠可以兌消），很難設(shè)想在政府不給予補助的情況，核電業(yè)主會自愿選用高價的三代產(chǎn)品。即使假設(shè)將來二代核電廠退役和新增核電項目全都有三代技術(shù)來補缺，也可大致估算出，2040年左右三代核電仍然在全世界核電總裝機容量中難以占到優(yōu)勢。

三、第三代核電技術(shù)在我國的發(fā)展

　　我國的核電發(fā)展技術(shù)路線是在上世紀八十年代就已經(jīng)確定了走壓水堆道路。通過對當(dāng)時引進的二代法國壓水堆技術(shù)的消化吸收，取得了巨大的技術(shù)進步。我們自主實現(xiàn)了60萬千瓦壓水堆機組設(shè)計國產(chǎn)化，基本掌握了百萬千瓦壓水堆核電廠的設(shè)計能力，自主研發(fā)CNP1000和對法國M310技術(shù)的改進。但由于種種原因，我國大陸開發(fā)核電進展緩慢，”十一五”末，核電裝機容量才將增至870萬千瓦，也就占屆時裝機容量的1%左右。

　　招標確定引進的AP1000采用全非能動安全技術(shù)，理念先進、系統(tǒng)簡單，的確是一種基于成熟技術(shù)的新堆型設(shè)計。我們在工作中也推動過類似研發(fā)。但是，筆者認為，基于成熟技術(shù)的新集成必須非常重視在集成過程中的耦合匹配問題。我們都還記得當(dāng)年大亞灣核電廠采用了N4基于成熟技術(shù)的先進控制棒導(dǎo)向結(jié)構(gòu)設(shè)計，造成控制棒落棒時間超限，被迫停堆大半年進行更換，又改回原來的設(shè)計。在建中的N4也全都悄悄地作了設(shè)計變更。關(guān)于技術(shù)成熟性，知名專家溫鴻鈞總結(jié)的核電技術(shù)成熟“三層次說”很有見地:第一層次是研發(fā)設(shè)計的成熟，第二層次是首堆工程的成熟，第三層次是市場驗證的成熟。毋庸諱言，AP1000現(xiàn)有的成熟性屬第一層次，還必須經(jīng)過作為首堆工程的我國第一臺商用機組建設(shè)取得經(jīng)驗后方可定論。

　　我國政府決定引進AP1000技術(shù)，肯定是在高瞻遠矚、權(quán)衡全局利弊，同時考慮了技術(shù)風(fēng)險的可接受程度后作出的決策。當(dāng)務(wù)之急是作為核電廠營運者和核安全責(zé)任人的業(yè)主單位必須認真履行自己的職責(zé)，牢牢掌握社會主義市場經(jīng)濟條件下企業(yè)經(jīng)濟活動的主動權(quán)，充分吸取我國多個核電引進項目技術(shù)和商務(wù)談判的經(jīng)驗教訓(xùn)，在后援單位的支持配合下出色完成合同談判，盡可能為將來又好又快又安全地建設(shè)第一臺AP1000機組打下堅實的技術(shù)和經(jīng)濟基礎(chǔ)。與此同時在組織機構(gòu)、人員配置、規(guī)章制度等方面盡可能做好開工建設(shè)的各項準備。在首臺機組建設(shè)取得經(jīng)驗后，再行建設(shè)后續(xù)三臺機組。2020年前，三代核電機組樂觀估計建成6-8臺，核電中長期規(guī)劃確定的核電建設(shè)目標的大部分還得靠我們已經(jīng)基本掌握的二代改進型機組來滿足。所以，我們一定要沉著應(yīng)對，在建設(shè)三代核電項目的同時做好AP1000技術(shù)的消化吸收，再創(chuàng)新用于我國自主創(chuàng)新項目的研發(fā)、改進和提高，以及第四代核電技術(shù)的研發(fā)。我們深信自主研發(fā)的CNP1000經(jīng)過實堆驗證后，仍然會有良好的國內(nèi)外應(yīng)用前景。（作者簡介：張祿慶，中國核工業(yè)集團公司科技委常委）