第三代核电技术及发展

第三代核电技术及发展

涂卫宁

中核国电漳州能源有限公司   福建 漳州   363000

摘要：从目前世界在运核电站的技术水平来看，大部分在运核电站都是二代、二代+的技术，而压水堆占据了其中的半数以上。经过60多年的压水堆核电技术实际应用表明该类型核电机组技术较为成熟、安全性能优良、在经济上也有具竞争优势。但由于第二代核电技术没有把预防和缓解严重事故作为必须采取的措施，上世纪发生了两起严重事故。两次重大核事故后，国际更重视对核电安全性、经济性和核废物处置要求，美国由电力公司发起编制了适用下一代轻水核电站用户要求文件(URD) ，欧洲10家核电公司也编写了欧洲核电用户要求(EUR)文件。这两个用户文件成为了第三代核电技术发展的目标依据。

关键词：第三代核电技术；发展；研究

前言

URD和EUR规定先进反应堆的基本特征：

抗事故能力：所有工况下都具有负的功率反应性系数，采用最好的材料及水质，改进人机界面系统，采用成熟的诊断监测技术，留给操纵员足够时间来防止设备的损坏等；

防止堆芯损坏：专设安全系统满足执照设计基准要求，有大的安全裕量，堆芯损坏频率小于1×10-5/堆年。

预防/缓解事故能力：坚固、大容积的安全壳和相应的专设安全系统，控制可燃氢气的浓度，在累积发生频率大于10－6／堆年的严重事故条件下，在厂址边界处(离开反应堆大约0.5英里)，公众个人的全身剂量小于25雷姆等要求。

一、我国第三代核电发展历史

1983年，我国确定压水堆核电技术路线：《核电发展中长期规划（2005-2020）》中明确以压水堆为主要技术路线指导思想，即：在核电发展战略方面，坚持发展百万千瓦级先进压水堆核电技术路线，按照热中子反应堆-快中子反应堆-受控核聚变“三步走”的步骤开展工作。具体实施时，有自主设计，和引进、消化、吸收、再创新两条道路；我国已将核电“走出去”提升到国家战略层面。

中国始终坚持走在引进、消化吸收基础上进行自主研发再创新的技术发展路线，历经十余年完成自主品牌百万千瓦级三代压水堆核电技术研发，形成ACP1000和ACPR1000+自主核电品牌，并在此基础上融合形成以177个燃料组件堆芯和两个安全系列加非能动为主要特征的“华龙一号”自主核电品牌。另外在引进、消化吸收AP1000基础上进行自主研发，又形成了CAP1400的自主核电品牌。

二、发展现代核能技术的重要前提

从秦山核电厂投产到现在，我国核电建设已经走过了三十余年的历程，无论是技术研发，设计，设备制造，工程建设，运营管理，核燃料供应，技术服务，教育培训等各个领域都有了相当的实力。事实表明，高新技术企业的自主创新能力及其所占比例，影响着整个行业的长远发展与健康发展。经过60余年的建设，我国目前已形成较为完备的核工业体系，对我国的国防和国民经济作出了巨大的贡献。所以，要实现核电技术领域的“领跑”，就必须充分利用我国现有的核动力产业基础，充分发挥研究机构和企业的创新主体作用，吸收和调动各方的力量，进行自主研发。这直接关系到我国整个核电工业的自主发展与能力的提高[1]。

三、第三代核电的核心关键技术对比

目前，我国自主开发的三代核电项目在安全、质量、进度等方面都得到了较好的成绩。

（一）设计理念对比

美国AP1000（做减法）：安全系统采用“非能动”的设计理念，更好地达到“简化”的设计方针。安全系统利用物质的自然特性：重力、自然循环、压缩气体的能量等物理原理，不需要泵、交流电源、1E级应急柴油机，以及相应的通风、冷却水等支持系统，大大简化了安全系统，大大降低了人因错误的可能。“非能动”安全系统的设计理念是压水堆核电技术中一次革新性的变化。

法国EPR（做加法）：安全系统在传统第二代压水堆核电技术的基础上，采用“加”的设计理念，即用增加冗余度来提高安全性。安全系统全部由两个系列增加到四个系列， EPR在增加安全水平的同时，增加了安全系统的复杂性。核电站安全系统的设计基本上属于第二代压水堆核电技术，是一种改良性的变化。

中国华龙一号（做加法）：ACPR1000+借鉴EPR的理念，将两个安全系列扩展为3个安全系列，ACP1000的安全系统则基本沿用传统第二代压水堆核电技术的设计基础（融合后华龙一号安全系统设计基本采用ACP1000方案），因此华龙一号的应对正常运行、异常、设计基准事故的方式方法与传统二代压水堆并没有本质的区别。但在处理超设计基准事故和严重事故等工况时引入和非能动系统设计，增加的严重工况的应对能力，从而提高安全性。

（二）安全性对比

发生事故后的堆芯损坏频率：AP1000：5.0894×10-7/堆年；EPR：1.18×10-6 /堆年；华龙一号： 1.28×10-07/堆年。

大量放射性释放概率：AP1000：5.94×10-8/堆年；EPR：9.6×10-8/堆年；华龙一号：1.22×10-08/堆年。

核电站发生事故后，AP1000操作员可不干预时间为 72小时，EPR和华龙一号都为半小时。

AP1000 在发生堆芯熔化事故时，能有效地防止反应堆压力容器（第二道屏障）熔穿，将堆芯放射性熔融物保持在反应堆压力容器内，使放射性向环境释放的概率降到最低；EPR不防止反应堆压力容器熔穿，堆芯放射性熔融物暂时滞留在堆腔内，然后采取措施延缓熔融物和安全壳（第三道屏障）底板的混凝土相互作用，防止安全壳底板熔穿；华龙一号堆芯放射性熔融物滞留设计与AP1000类似，但非能动的原理有所区别。

（三）经济性对比

AP1000通过简化提高经济性：AP1000 安全系统采用非能动的理念，安全系统配置简化、安全支持系统减少、安全级设备和抗震厂房减少、IE级应急柴油机系统和很多能动设备被取消。AP1000的安全系统及其设备数量得到大量的减少，再加上模块化设计和建造新技术的采用，由此派生出了设计简化、系统设置简化、工艺布置简化、施工量减少、工期缩短以及运行方便、维修简单等一系列效应。单目前AP1000因技术和设备制造的不成熟性，这种理念所带来的经济优势并没有体现出来。

EPR通过提高单堆容量提高经济性：EPR是通过增加安全系统冗余度和系统配置来提高安全性；但由于单机容量大，厂址利用率高，提高了它的经济性。

华龙一号综合平衡安全性和经济性：华龙一号充分继承二代加技术的建设和运营经验，技术非常成熟，设备国产化率高，国内建设经验丰富，在二代加的基础上提高单机容量，充分保证经济性。在能动安全系统基础上，增加部分非能动系统，提高严重事故的处理能力，进一步提高安全性。

结语

核能是一种清洁、安全的能源，它与火电、水电共同构成了世界三大电力供应体系。截至2020年全世界共有448座核电机组，发电量约占总量的10%，全球一次能源消费的4.3%。全世界（特别是发展中国家）为社会发展和改善全球生态环境需要发展核电；第三代核电还需改进；发展核电必须提高其经济性和安全性，并且必须减少废物，防止核扩散。

参考文献

[1]张华祝.第三代核电技术与中国核能行业的发展[J].国防科技工业,2007(06):22-23.