国内外核电延寿综述及我国核电延寿的思考
潘文鑫 万昕
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潘文鑫 万昕,. 国内外核电延寿综述及我国核电延寿的思考[J]. 核工业与技术,2021.4. DOI:10.12721/ccn.2021.157036.
摘要:
本文简述了国内外主要核电国家核电延寿的现状,重点介绍了美国和IAEA核电机组延寿管理策略,结合我国核电发展现状现状,重点从政治、经济、技术等三个方面分析了对核电延寿决策的影响,对各我国核电延寿行业现状进行了归纳总结和思考。
关键词: 核电延寿核电国内外核电
DOI:10.12721/ccn.2021.157036
基金资助:

1  前言

截至2019年,全球在役的450台核电机组中,已有97台服役时间达到或超出了40年(一般核电设计寿期40年),这些核电机组即意味着面临延寿运行或者退役。而核电厂延寿是当前核电行业的重要趋势,将来这或将是影响核电发电成本、提高核电经济竞争力的重要因素。在役核电厂为获准达到运行许可证期限后继续运行而开展的一系列分析、评估、申请、审查和批准等活动(国内称为“运行许可证延续”)是核电行业重点关注的课题之一。

2  国内外核电延寿现状

目前,全球核电厂延寿方案主要有两种,主要分为美国为代表的运营执照更新和IAEA的长期运行。

第一种运行执照更新,在运核电机组运行执照到期(一般核电设计寿命40年)前5至20年,通过向NRC(美国核管会)递交申请能够证明该核电厂当前和延寿期间内的安全性,从而使运行执照年限在原有基础上延后20年。

第二种即定期安全审查( PSR)方式的寿命管理,采用这种方式管理的核电站需要通过每十年一次的安全审查来确保核电站的安全性,只要通过定期安全审查,那么就可以每十年一个循环继续运营下去。PSR主要从技术、安全管理、组织及安全文化进行评估,另外还增加了根据当前标准对电站安全状态进行评估、限时性老化分析等。

美国在核电厂延寿方面走在了世界前列,美国从1978年开始,经过20多年的研究及技术论证,到2001年批准了首批电站的延寿。其在役的99台核电机组中,已有94台的首次延寿(执照期限由40年延长至60年)申请获得了美国核管会(NRC)批准,有6台机组在2018年向NRC提交了第二次延寿(执照期限由60年延长至80年)申请。

2014 年, 俄罗斯的核电机组延寿审评标准跟国际标准接轨,并获得了国家批准。一般通过反应堆压力容器退火处理,或者通过更换老化设备(也有拆卸退役机组上性能尚佳的设备用于延寿机组)等手段。VVER-440 机组从初始设计寿命30 年延期到45 年;VVER-1000 机组的运行许可一般延至60 年,延寿达30 年之多。2015 年,巴拉科夫1 号机组完成延寿审评; 后续3 台机组也获得相同的延寿许可。2000 年, 俄罗斯开始12 台一代机组5.7GWe 的延寿审评。早期的俄罗斯核电机组设计寿命30 年,目前 29 台已经获得15 年的延寿许可。

除上述两种主要管理方式之外,一些国家如法国、西班牙、韩国、匈牙利等采用了这两种方式的混合模式。以西班牙为例[2],由于西班牙对于核电站运行寿命在法律和管理上没有限制,因此电厂没有固定的运行期限,其运行执照要经过现时评价和定期安全审查来定期更新[2]

以我国秦山核电站为例,该核电站于2003年按照国家核安全局的要求完成了首次PSR审查,其中发现了许多PSR 审查弱项,其中主要的老化管理相关的弱项是需建立规范的老化管理大纲,开展系统的老化管理。我国早期的秦山核电厂已向国家核安全局(NNSA)提交了延寿申请,大亚湾核电厂正在开展延寿论证工作。

3 法律、法规标准和规范

2017年我国制定的《中华人民共和国核安全法》为我国核电机组延寿提供了法律层面的依据,第十八条规定:核设施运行许可证有效期届满需要继续运行的,核设施营运单位应当于有效期届满前五年,向国务院核安全监督管理部门提出延期申请,并对其是否符合核安全标准进行论证、验证,经审查批准后,方可继续运行。

除此之外,核安全法规、核安全导则、规范和标准,作为参考依据。2016年初国家核安全局颁布了《核电厂运行许可证》有效期限延续的技术政策(试行)的要求,可以作为核电厂运行许可证延续申请技术方案采用的主要参照的标准。

美国执照更新体系监管文件主要分为联邦法规、导则以及NUREG。

IAEA长期运行体系大致也能分成三个层次,顶层文件为NO.SSR-2/2,安全导则为NO.SSG-25与NO.NS-G-2.12,分别定期安全审查和老化管理的相关文件,第三层则有大纲类导则、具体设备导则、审查导则等相关文件。

法国尚未颁布关于核电延寿的监管文件,主要还是以原有的RCC-M、RSE-M等标准提高安全相关SSCs的安全性,作为每次定期安全审查的依据。

4  影响核电厂延寿决策的因素

决定核电厂是否能够延寿的因素有很多,包括政治、经济、技术等[3]

2010年德国政府决定,推迟国内核电站关闭时间,服役期最长延长14年[1],随后,反核能示威者在德国国会大厦前抗议。德国在福岛之后的弃核行动主要是由于政治因素所导致的。

经济方面的因素仍然十分关键,例如俄罗斯,机组延寿带来的巨大经济利益是积极开展这些工作的主要动力。对在运核电机组进行延寿是实现零碳排放目标的最廉价方式,而新建核电机组则是成本最低的长期性零碳电源。

技术方面核电厂运行许可证延续关注的是长寿命、寿期内不可更换的建构筑物、系统和部件(SSCs),这些SSCs随着运行可能会出现一定程度的老化,因此核电厂投入运行就会建立一系列的老化管理程序,通过有效的老化管理将老化效应控制在可以接受的水平。

另外,并不是所有到期的核电机组都进行了延寿,NRC批准了美国部分核电厂首次延寿申请,但后来又决定关闭,一部分是因为经济性考虑的,如Kewaunee和Vermont Yankee核电机组,因为相较于低廉的天然气价格,对这些核电延寿的投入不具备经济性。另一部分则是技术因素和经济因素共同影响了核电厂延寿决策,如Fort Calhoun核电厂,因洪水原因,需要纠正的行动项过多,费用巨大,延寿经济效益差,Crystal River 3则是在论证过程中发现了安全壳混凝土分层,修复的成本巨大,可能需要34亿美元,延寿的经济效益差。因此,通过延寿论证,检验和评估技术的可行性是核电厂延寿决策的关键步骤[3]

5   结语

5.1我国核电厂的运行参照美国执照的管理模式,国家核安全监管部门为核电厂颁发运行许可证设定有效期,该期限通常参照核电厂的设计寿期确定。但在核电厂实际监管过程中,我国又同时借鉴了IAEA模式开展定期安全审查,并且现有颁布的法规也主要是参照IAEA体系而建立。因此这两种体系在我国核电延寿实际操作中均有体现。

5.2 《中华人民共和国核安全法》、《<核电厂运行许可证>有效期限延续的技术政策(试行)》是当前核电延寿参照的重要文件。建议在我国开展秦山自主核电延寿工作后总结消化吸收国际标准文件,对我我现有的导则和标准进行相应的升版。

5.3 我国的核电起步较晚,但后发优势明显,核电机组安全等级普遍较高,尤其是早期建设的核电机组延寿相较于新建核电具有较高的经济性,而现行的核电经济性评价主要是以25年为寿期计算,延寿将重新定义核电的经济性指标。

5.4 对核电机组进行整体安全状态进行评估、限时性老化分析,其经验反馈可以指导新建核电的设计,在追求核安全的前提下,尽量考虑重要的建构筑物、系统和部件(SSCs)的长期使用寿命和可更换性,从早期设计着手给更换设备延寿创造条件,核电的可更换性对于后期的核电机组退役同样能够降低难度。

参考文献:

[1] 德国政府批准核电机组平均延寿12年[J]. 辛文. 国外核新闻. 2010(09)

[2] 西班牙一机组获准延寿[J]. 王海丹. 国外核新闻. 2009(07).

[3] 从全寿期管理之技术要素看核电厂延寿的决策基础 . 戴忠华. 中国核能行业协会网站  2020.7.8

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