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    核電廠壽命管理和經(jīng)濟性分析

    來源:中國核電信息網(wǎng) 發(fā)布日期:2010-06-24

          秦山核電廠310MWe機組是中國大陸自主設(shè)計建造的第一座壓水堆核電廠,設(shè)計壽命為30年, 1991年底首次并網(wǎng)發(fā)電以來,已運行近20年,有效并規(guī)范地開展電廠老化和壽命管理工作日顯迫切。

          老化是指電廠系統(tǒng)、構(gòu)筑物和部件(SSCs)的物理特性,及其構(gòu)成物質(zhì)的結(jié)構(gòu)或成分,隨時間或使用逐步發(fā)生變化的過程。老化管理是通過設(shè)計、運行和維修行動將SSCs老化所致的性能劣化控制在可接受限值內(nèi)。電廠壽期管理是老化管理和經(jīng)濟規(guī)劃的結(jié)合,包括優(yōu)化SSCs的運行、維修和服役壽期,將性能和安全裕度保持在可接受的水平,最大限度地回報電廠服役壽期內(nèi)的投資。

          為了規(guī)范電廠老化和壽命管理工作,需要對國外先進(jìn)核電廠老化和壽命管理經(jīng)驗進(jìn)行調(diào)研,明確老化和壽命管理的核安全監(jiān)管模式,采用的法規(guī)、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),優(yōu)化電廠運行方式和維修計劃,保障電廠運行的最大經(jīng)濟性回報。

          國際上壽命管理模式主要有兩種:

          一為運行執(zhí)照有期限。當(dāng)初定下的期限(一般為40年)是基于經(jīng)濟還貸等因素的考慮,而不完全基于技術(shù)上的考慮。如果要延壽,必須進(jìn)行執(zhí)照更新。美國有100多座核電機組在運行,初始頒發(fā)的運行執(zhí)照的運行年限為40年。美國首批核電機組在上世紀(jì)60年代建成,到現(xiàn)在部分核電站已達(dá)到或接近運行年限。目前美國已有50座左右的核電機組完成了運行執(zhí)照的更新,將運行壽命延長到60年,還有部分核電機組運行執(zhí)照更新在申請中。在美國執(zhí)照申請的論證和審批費用在2000萬美元左右,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于新建核電廠所需的費用。因此,幾乎所有美國的核電廠將進(jìn)行運行執(zhí)照的更新。美國核電站必須在核準(zhǔn)運行壽期結(jié)束5年前向美國核管會(NRC)提交延壽申請,申請文件中包含電廠總體評價、時限老化分析、環(huán)境信息、最終安全分析報告補充等內(nèi)容。

          二為運行執(zhí)照無期限。只要通過定期安全審查(PSR),確定電廠運行是安全的,那么電廠就可以十年一個循環(huán)一直運行下去。歐洲和亞洲國家核電廠的壽命管理采用國際原子能機構(gòu)(IAEA)的PSR核安全監(jiān)管模式,如法國、韓國、日本等。

          IAEA核電廠壽命管理理念是通過PSR每十年對電廠進(jìn)行安全審查來確保電廠的運行安全。只要電廠14個安全因素滿足PSR的審查要求,電廠可十年一個周期不斷地循環(huán)運行。老化管理是PSR中的十四項安全因素之一。隨著核電廠運行時間的增長,核監(jiān)管當(dāng)局對電廠老化安全的關(guān)注也隨之增加,在電站運行的后期,老化管理審查是PSR審查的重點。因此,PSR不僅涉及電廠正常的安全運行,也涉及到電廠的延壽和壽命管理。

          美國NRC執(zhí)照更新所依據(jù)的法規(guī)體系健全、技術(shù)要求和標(biāo)準(zhǔn)完整,可操作性強。IAEA老化管理相關(guān)導(dǎo)則規(guī)劃了電廠老化管理的框架和理念,PSR要求對十四個安全因素進(jìn)行定期評估,但落實到操作層面缺乏技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范做支撐,操作性較差。加強型的PSR在進(jìn)行老化管理和環(huán)境評估時直接采用了美國NRC執(zhí)照更新的法規(guī)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),因此,這兩種壽命管理模式雖在審評內(nèi)容和頻度上有差異,但在延壽時,對與壽命相關(guān)的安全因素的審評要求是一致的,基本按照NRC執(zhí)照更新的要求。

          秦山核電廠2003年按照國家核安全局的要求完成了首次PSR審查。在首次PSR審查中發(fā)現(xiàn)了許多PSR審查弱項,其中主要的老化管理相關(guān)的弱項是需建立規(guī)范的老化管理大綱,開展系統(tǒng)的老化管理。

          為滿足PSR老化管理弱項整改要求,秦山核電廠在第二個運行十年期間,按計劃逐步開展了老化管理的項目,已完成的老化管理弱項整改工作和專項老化評估項目如下:完成秦山核電廠老化管理大綱的編制、完成重要SSCs老化管理的篩選、壓力容器的老化狀態(tài)評估和壽命預(yù)估、蒸汽發(fā)生器(SG)的老化狀態(tài)評估和壽命預(yù)估、穩(wěn)壓器波動管的老化狀態(tài)評估和壽命預(yù)估。

          老化管理是延壽的安全基礎(chǔ)和前提,需滿足監(jiān)管當(dāng)局的監(jiān)管要求;運行經(jīng)濟性是延壽的動力。在滿足安全的前提下,還需滿足電廠的經(jīng)濟目標(biāo),是否延壽由電廠決策層根據(jù)經(jīng)濟性分析結(jié)果決策。秦山核電廠為小負(fù)荷電廠,經(jīng)濟性欠佳。隨著以后人工成本和燃料成本進(jìn)一步增加,利潤呈進(jìn)一步下降趨勢,提高電廠運行經(jīng)濟性是電廠延壽的關(guān)鍵因素。盡可能提高電廠運行的經(jīng)濟性是電廠壽命管理的重要內(nèi)容, 提升功率是提高電廠運行經(jīng)濟性的主要手段。秦山核電廠根據(jù)電廠實際將考慮分兩步的功率提升方案:第一步,提升電功率到330Mwe。2010年3月初,通過試驗,秦山核電廠將電功率從310MWe緩慢分階段提升到330MWe,在提升過程中,對SG蒸汽品質(zhì)、汽機熱力性能、汽機調(diào)門能力進(jìn)行了試驗確認(rèn),試驗結(jié)果均滿足技術(shù)要求。秦山核電廠接下來向電網(wǎng)申請將電廠額定電功率從310MWe提升到330MWe,獲得批準(zhǔn)后按330MWe額定功率運行。按年負(fù)荷因子0.9來測算,每年可增加發(fā)電收入5000萬左右,為電廠延壽增加了動力。第二步,電功率從330MWe提升到360Mwe。盡管額定電功率從330MWe提升到360 Mwe后,年增加發(fā)電收入約0.75億人民幣,但汽機系統(tǒng)地重新設(shè)計和全面更換等將增加電廠成本投入;電廠停堆檢修時間大幅度增長同時也大幅度減少電廠發(fā)電量。電廠計劃對該方案的可行性進(jìn)行研究,對該方案的運行經(jīng)濟性進(jìn)行初步分析,確定該方案的可行性。

          根據(jù)國際上核電廠壽命管理模式經(jīng)驗,主要有美國NRC的模式和IAEA的PSR模式。采取何種壽命管理模式首先需國家核安全局明確,電廠根據(jù)經(jīng)濟性分析等,制定電廠壽命管理策略,確定電廠是否延壽及延壽的運行方案。

          秦山核電廠老化和壽命管理初步規(guī)劃采用IAEA 的監(jiān)管模式,具體的技術(shù)要求參考美國NRC的技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行。如果PSR是電廠壽命管理的監(jiān)管模式,如何確定每次PSR所參照的標(biāo)準(zhǔn)審查大綱,是開展PSR所困惑的問題,怎樣避免工作重復(fù),保障重點突出是監(jiān)管當(dāng)局和電廠都需關(guān)注和解決的問題。(作者為秦山核電有限公司副總經(jīng)理)

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