AP1000与CPR核电机组的比较与分析

AP1000与CPR核电机组的比较与分析AP1000是西屋公司开发的一种两环路1000MWe的非能动压水反应堆核电。AP1000的设计满足用户对具有非能动安全性能的先进轻水堆的要求（URD），具有第三代先进轻水堆的简单性、安全性、可靠性和经济性的特点。CPR1000是以中国广东核电集团从法国引进的百万千瓦级核电机组为基础，结合技术改进形成的中国大型商用压水堆技术方案。是目前我国设计自主化、设备本地化、建设自主化、运行自主化水平最高且以国内运行业绩最佳核电站为参考基础的技术方案。是根据世界上同类型机组1000多堆年运行经验不断持续改进的技术结晶。AP1000最大的特点就是设计简练，易于操作，而且充分利用了诸多“非能动的安全体系”，比如重力理论、自然循环、聚合反应等，比传统的压水堆安全体系要简单有效得多。进一步提高了核电站的安全性，同时也能显著降低核电机组建设以及长期运营的成本。AP1000在建设过程中，可利用模块化技术，多头并进实施建设，极大地缩短了核电机组建设工期。AP1000从开工建设到加载原料开始发电，最快只需要36个月，建设成本方面的节约优势明显。简化的非能动设计提高安全性和经济性。AP1000主要安全系统，如余热排出系统、安注系统、安全壳冷却系统等，均采用非能动设计，系统简单，不依赖交流电源，无需能动设备即可长期保持核电站安全，非能动式冷却显著提高安全壳的可靠性。安全裕度大。针对严重事故的设计可将损坏的堆芯保持在压力容器内，避免放射性释放。在AP1000设计中，运用PRA分析找出设计中的薄弱环节并加以改进，提高安全水平。AP1000考虑内部事件的堆芯熔化概率和放射性释放概率分别为5.1×10-7/堆年和5.9×10-8/堆年，远小于第二代的1×10-5/堆年和1×10-6/堆年的水平。简化非能动设计大幅度减少了安全系统的设备和部件，与正在运行的电站设备相比，阀门、泵、安全级管道、电缆、抗震厂房容积分别减少了约50%，35%，80%，70%和45%。同时采用标准化设计，便于采购、运行、维护，提高经济性。西屋公司以AP600的经济分析为基础，对AP1000作的经济分析表明，AP1000的发电成本小于3.6美分/kWh，具备和天然气发电竞争的能力。AP1000隔夜价低于1200美元/千瓦（包括业主费用和厂址费用）。主回路系统和设备设计采用成熟电站设计。AP1000堆芯采用西屋的加长型堆芯设计，这种堆芯设计已在比利时的Doel4号机组、Tihange3号机组等得到应用；燃料组件采用可靠性高的Performance+；采用增大的蒸汽发生器（D125型），和正在运行的西屋大型蒸汽发生器相似；稳压器容积有所增大；主泵采用成熟的屏蔽式电动泵；主管道简化设计，减少焊缝和支撑；压力容器与西屋标准的三环路压力容器相似，取消了堆芯区的环焊缝，堆芯测量仪表布置在上封头，可在线测量。针对氢气燃烧和爆炸的危险，AP1000在设计中使氢气从反应堆冷却剂系统逸出的通道远离安全壳壁，避免氢气火焰对安全壳璧的威胁。同时在环安全壳内部布置冗余、多样的氢点火器和非能动自动催化氢复合器，消除氢气，降低氢气燃烧和爆炸对安全壳的危险。对于蒸汽爆炸事故，由于AP1000设置冗余多样的自动卸压系统，避免了高压蒸汽爆炸发生。而在低压工况下，由于IVR技术的应用，堆芯熔融物没有和水直接接触，避免了低压蒸汽爆炸发生。对于由于丧失安全壳热量排出引起的安全壳超压事故，AP1000非能动安全壳冷却系统的两路取水管线的排水阀在失去电源和控制时处于故障安全位置，同时设置一路管线从消防水源取水，确保冷却的可靠性。事故后长期阶段仅靠空气冷却就足以带出安全壳内的热量，有效防止安全壳超压。由于采用了IVR技术，不会发生堆芯熔融物和混凝土底板的反应，避免了产生非凝结气体引起的安全壳超压事故。针对安全壳旁路事故，AP1000通过改进安全壳隔离系统设计、减少安全壳外LOCA发生等措施来减少事故的发生AP1000仪控系统采用成熟的数字化技术设计，通过多样化的安全级、非安全级仪控系统和信息提供、操作避免发生共模失效。主控室采用布置紧凑的计算机工作站控制技术，人机接口设计充分考虑了运行电站的经验反馈。AP1000在建造中大量采用模块化建造技术。模块建造是电站详细设计的一部分，整个电站共分4种模块类型，其中结构模块122个，管道模块154个，机械设备模块55个，电气设备模块11个。模块化建造技术使建造活动处于容易控制的环境中，在制作车间即可进行检查，经验反馈和吸取教训更加容易，保证建造质量。平行进行的各个模块建造大量减少了现场的人员和施工活动。通过与前期工程平行开展的按模块进行混凝土施工、设备安装的建造方法，AP1000的建设周期大大缩短至60个月，其中从第一罐混凝土到装料只需36个月。岭澳核电站一期以大亚湾为参考电站，维持热功率和其它主要运行参数不变，结合经验反馈和核安全技术发展要求，通过37项重大技术改进，进一步提高了电站安全水平和技术经济性能，总体性能达到了国际在役核电站的先进水平。概率安全分析（PSA）表明，在同等评估条件下，岭澳核电站一期的堆芯熔化频率（CDF）进一步降低，安全性进一步提高，并基本具备了自主设计能力。采用CPR1000技术方案的岭澳核电站二期，在大亚湾和岭澳核电站一期的技术基础上，根据运行经验反馈和法国同类机组批量改造计划（LOT93、VD2），进行了多项技术改进，其中重大改进有15项。为进一步满足新版核安全法规的要求，相应地采纳了一些新技术。在后续项目中，CPR1000方案仍将结合经验反馈，陆续采用新技术，使其安全性和经济性进一步提高。CPR1000采用纵深防御的策略，采取事故预防和事故缓解措施。CPR1000借鉴和采纳同类电站的运行经验反馈，进一步提升电站的技术水平，以岭澳核电站一期PSA结果为导向，针对主要的事故序列采取必要的改进措施，制定严重事故对策，采用合理、平衡的安全设计，进一步接近第三代概率安全目标。大亚湾与岭澳核电站一期四台机组的良好运行纪录是CPR1000安全可靠的有力证明。大亚湾及岭澳核电站一期是目前国内运行的技术先进、运行业绩最佳的大型商用核电站。CPR1000以此为参考，并在此基础上作必要技术改进，确保其先进性。为了基本满足新安全法规、导则的要求，采用了多项新技术。在岭澳核电站二期基础上进一步完善数字化仪控技术，有助于提高电厂安全性、经济性，扩展性好，可及时采纳先进计算机技术，有利于专家系统的建立，可较大程度上适应仪控设备更新换代。事故处理规程由事故定向转为状态定向：减轻操作员负担，降低人因失误，有利于处理多重事故，有利于与严重事故处理规程接口。采用半速汽轮发电机组：提高机组效率，继而提升电价竞争力，半速机组的供货商选择范围较大，可以形成多家厂商竞争的局面。首炉18个月换料：减少了换料大修次数，降低大修成本，降低人员的受辐照剂量。提高电站可利用率，增加年发电量，降低放射性废物产生量，降低燃料循环成本，减少反应堆压力容器的中子注量。堆坑注水技术：有利于防止或延迟压力容器RPV熔穿，防止堆芯熔融物与混凝土反应防止安全壳底板熔穿，抑制安全壳内氢的产生量，安全壳保持完好性的概率提高。工程建造采用可视化进度控制：直接在三维模型上显示施工进度的进展和状态，检验施工顺序和方案；展示进度和计划的差异，为施工计划的安排和优化提供支持和服务。CPR1000是目前国内自主化水平、安全可靠性、成熟性、经济性等各方面综合比较最佳的核电技术方案，是我国可以在“十一五”和“十二五”期间实现产业化的百万千瓦级“二代加”改进核电技术方案，可以为第三代核电技术成功示范后的批量建设打下坚实的技术基础。