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一、世界核电站可划分为四代
第一代核电站:20世纪50年代~60年代初,前苏联、美国等建造的第一批单机容量在300MWe左右的核电站。第一代核电厂属于原型堆核电厂,主要目的是为了通过试验示范形式来验证其核电在工程实施上的可行性。
第二代核电站:第二代核电厂主要是实现商业化、标准化、系列化、批量化,以提高经济性。20世纪60年代末~70年代,世界上建造了大批单机容量在600~1400MWe的标准化和系列化核电站。第二代核电站是目前世界正在运行的439座核电站(2007年9月统计数)主力机组,总装机容量为3.72亿千瓦。还共有34台在建核电机组,总装机容量为0.278亿千瓦。在三里岛核电站和切尔诺贝利核电站发生事故之后,各国对正在运行的核电站进行了不同程度的改进,在安全性和经济性都有了不同程度的提高。
第三代核电站:20世纪90年代,为解决公众关注的核安全和核废料问题,在第二代基础上研发的先进轻水堆核电站称为第三代,实际上是第二代技术沿着提高安全性和经济性的方向不断改进的结果。第三代技术=第二代技术+严重事故预防+安全系统的改进提高,安全可靠性从设计上得到进一步提高,经济性则依赖设计、制造、施工安装和运行管理水平的提高。就主要核电站设备而言,大部分技术是通用的,单台设备容量向大型化发展,同时,建设工期缩短为4~5年。目前,第三代核电技术的代表为美国西屋公司AP1000技术和法国法玛通公司EPR技术。其中美国机型向简化和非能动化发展,百万千瓦级核电站(120万千瓦)的核岛由3回路减为2回路,循环系统大量采用依靠自然循环的非能动设计,并使用屏蔽式循环水泵;法国机型核岛由3回路增加至4回路,常规岛主设备向大型化发展,单台设备容量加大。
目前,第二代核电站运行业绩良好,尚有改进潜力和很大发展空间;第三代核电的设计目标要求比第二代具有更好的安全性和经济性,尤其是非能动安全系统和严重事故应对措施, 可减少故障演变成事故的风险,从而使堆芯熔化和大量放射性释放的概率进一步降低。第三代的压水堆核电机组目前尚未取得实际运行经验,没有成熟的商用机型,达到批量规模建设的阶段还需要有个过程。2005年9月,世界首台第三代核电机组(EPR)在芬兰开工建设。2006年12月,国家决定引进具有世界领先水平的美国AP1000第三代核电技术,并在浙江三门和山东海阳进行自主化依托项目建设。2007年11月26日,我国引进法国三代核电EPR建设两台机组的合同也已签署。由于第三代压水堆核电站刚开始建设,在经济性方面尚难以显现竞争优势,但可以预计,随着第三代核电站的批量建设,经济性的优势将得到逐步体现。
第四代核能系统:第四代核能系统概念(有别于核电技术或先进反应堆),最先由美国能源部的核能、科学与技术办公室提出,始见于1999年6月美国核学会夏季年会。2000年1月,美国能源部发起,并约请其他八个国家的政府代表开会,讨论开发新一代核能技术的国际合作问题,取得了广泛共识,并发表了"九国联合声明" 。随后,由美国、法国、日本、英国等核电发达国家组建了"第四代核能系统国际论坛(GIF)",拟于2~3年内定出相关目标和计划;这项计划总的目标是:在2030年左右,向市场推出能够解决核能经济性、安全性、废物处理和防止核扩散问题的第四代核能系统(Gen-IV)。第四代核能系统将满足安全、经济、可持续发展、极少的废物生成、燃料增殖的风险低、防止核扩散等基本要求。目前,世界各国都在不同程度上开展第四代核电能系统的基础技术和学课的研发工作。
二、AP1000简介
西屋公司在已开发的非能动先进压水堆AP600的基础上开发了AP1000,于2004年12月获得了美国核管会授予的最终设计批准。AP1000为单堆布置两环路机组,功率为1250MWe,设计寿命60年,主要安全系统采用非能动设计,布置在安全壳内,安全壳为双层结构,外层为预应力混凝土,内层为钢板结构。AP1000主要的设计特点包括:(1)主回路系统和设备设计采用成熟电站设计;(2)简化的非能动设计提高安全性和经济性;(3)严重事故预防与缓解措施;(4)建造中大量采用模块化建造技术。
AP1000和EPR的安全系统采用了两种完全不同的设计理念。AP1000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、压缩气体的能量等简单的物理原理,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(它们只在发生事故时才动作),降低了人因错误。"非能动"安全系统的设计理念是压水堆核电技术中的重大革新。EPR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,是在原有基础上的改良。(国家发展改革委重大技术装备协调办公室根据有关材料整理)
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