法国核电技术简述(新版)

-1-法国核电技术发展简述1.概述法国所有的商用核电机组都是压水堆（PWR）机组，大致可分为3个功率级别，即900MWe机组、1300MWe机组和1450MWe机组。法国与德国合作开发的欧洲压水堆（EPR）已经成为法国未来核电建设部署的堆型。法国已经向比利时、南非、韩国和中国等国出口了压水堆核电技术。法国核电建设起步较早，走出了一条引进、吸收、创新和发展的创业之路，标准化水平也远高于世界其它国家。1974年，第一次石油危机之后，针对法国拥有丰富的重工业专业技术同时国内能源资源短缺的背景，法国政府在做出了快速扩展核电装机容量的决定。通过大力发展核电，法国的能源自给率由上世纪７０年代的２０％提高到现在的５０％。法国因此每年减少石油进口8800万吨，节约240亿欧元。上世纪70年代，法国是一个电力净进口国，现在充足的电力不仅满足了国内的需求，还可向欧洲邻国出口。2.压水堆核电技术发展1962年1月由法国和比利时共同开发并建设舒兹电厂，1967年4月3日并网发电，9月4日达到245MWe。经过少许改进，反应堆出力提高到305MWe。这是法国第一座容量为300MWe的压水堆核电站，该机组属于原型机，1991年退役。(1)三环路技术70年代初，法国从美国西屋公司引进了非标准三环路核电技术，建成六台非标准的90万千瓦三环路核电站。所谓“非标准的90万千瓦三环路-2-核电站”是当时的特殊产物：由于没有统一的技术标准和技术评价体系，各供应商在满足法规的基础上提出不同的设计来满足不同业主的需求，此时业主要求是更多地强调当地的需要和当地的厂址条件。因此，各电站的设计在堆芯设计、电功率、总体布置、系统配置等方面各有不同。1970年10月，法开始建设费森内姆电厂（880MWe）。这是法国电力公司第一次按交钥匙方式发出的核蒸汽供应系统订单。该电厂参考美国西屋公司技术，从1971年5月11日破土动工，1977年并网发电。法马通公司在初步掌握核电技术的基础上，又引进了美国西屋公司标准的三环路压水堆堆型-M312技术（采用12英尺燃料组件，装机容量约为90万千瓦，参考电站为美国NorthAnna1电站，该电站于1978年6月投入商运），在保持堆芯设计不做变化的同时，对总体布置、系统配置等方面作了较多的调整，将其开发成为法国的标准的90万千瓦的三环路核电技术，即CPY型压水堆核电站方案，并使之系列化。从1977年至1987年法国本土共建成了28台CPY型机组。同类机组还分别在比利时、瑞士、西班牙、南非、韩国和中国共建设了13台。(2)四环路技术1975年，为适应压水堆核电站向大容量机组发展的趋势，法国在系列建设三环路压水堆机组的同时，引进了西屋公司M414型核电技术（以南德克萨斯电厂为参考），并进行了必要的技术改进，这些改进主要包括：采用法马通68/19型蒸汽发生器、将安全系统由三列改为两列、采用法马通100型主泵、采用先进的仪表及计算机辅助控制系统和可编程控制器、采用G模式运行。同时，为提高安全性，采用了更加严格的设计准则、开发了H和U5规程。在这些改进的基础上，法国批量建造了8台四环路的1300Mwe-3-的P4机组。1978年，为提高机组的经济性，法国在P4的基础上开始了P’4的设计，对厂房结构和系统布置进行了优化设计，使每千瓦造价较P4节省了5%，并批量建造了12台四环路的1300Mwe的P’4机组。为进一步改善经济性、安全性和运行性能，1984年，法国在P’4的基础上开始开发N4型四环路150万千瓦级核电机组，主要改进包括提高反应堆出力（增加10%）、采用X运行模式、数字化仪控技术的应用和先进主控室的设计。目前已有4台N4型机组投入商运。N4技术介绍详见附件1。通过优化法国N4的设计特性和德国Konvoi（1300MWe）技术，法、德两国从1985年起联合开发第三代压水堆机型，命名为欧洲压水堆（EPR）。EPR的开发于1992年完成概念设计，1997年完成基本设计，1999年完成初步设计。EPR的技术性能符合“欧洲用户要求”（EUR）的要求。EPR是一种改进型的设计，在安全要求方面采用的是双重并进的原则，一方面加强事故预防的措施，另一方面是进一步降低包括堆芯熔化在内的严重事故的概率。通过以确定论方法为基础，结合降低风险的措施，从技术上确保满足核安全的要求。设计中体现了简化的要求，包括安全系统的简化和非能动技术的应用。EPR体现了核电站安全进步的要求，设计“以当今在运轻水堆所获得的高安全水平为基准”，反应堆的事故预防措施显著改善，导致堆芯损坏的事故后果将被限制在反应堆厂房内，不会对环境和居民造成影响。2003年法国法马通ANP公司以EPR作为芬兰第五核电站的投标方案投标并中标，芬兰许可证管理当局（STVK）所作的安全评价的结果表明EPR设计能够满足芬兰许可证申请的要求。EPR技术介绍详见附件2。3.核电现状按照2002年的统计，法国境内运行核电机组有58台（900MWe机组-4-有34台、1300MWe机组有20台、1500MWeN4机组有4台），总装机容量为101.3GWe,占全法国总电力装机容量的78%，发电量约为486.4TWh(4864亿度)，其中出口发电量为75.7TWh(757亿度)。机组平均可用率已达82%，较2001年的81.1%略有提高。法国目前暂时没有新增的电力需求，法国议会至今尚未批准建造。为制定下一步法国能源发展政策，法国政府于2003年中由国会组织了一系列的“有关未来能源政策的公开辩论”。通过这些辩论，国会整理出一份题为“核电站寿命及新一代反应堆建设的报告”。报告建议法国应立即启动EPR系列首台示范机组的建设，最迟应在2007年开工，并在取得充分的经验反馈后，进行批量建造，以替代上世纪70年代投入运行的核电机组，满足届时的电力需求。-5-附件1N4型技术介绍1.N4机型简介法国电力公司（EDF）在成功地建造了90万和130万千瓦系列核电机组之后决定和供货商法马通核能公司一起开发N4系列机组。目前共有四台机组建成商运。首两台N4机组建在位于法国东北部沿Meuse河的Chooz厂址，ChoozB1和ChoozB2分别于2000年5月和2000年9月投入商业运行。后两台建在法国中西部Vienne河边的Civaux厂址，Civaux1和Civaux2分别于2000年3月和9月投入商业运行。据介绍，N4机组是当今世界最先进的在役压水堆核电站。除了功率从130万千瓦提升到145万千瓦，N4机组还在多个方面进行了创新，主要体现在：(1)通过强化新安全法规实施（例如安全功能和系统隔离、设备分级、设备鉴定及防火要求）提高安全等级；(2)主要事件和事故管理基于以状态为基础的方法(以前是以事件为基础的方法)；(3)全数字化仪控和人机接口。这种全数字化仪控可通过计算机报警管理以及计算机输出运行程序，使操作员在任何工况下通过计算机工作站来控制运行。2.N4机组总体性能(1)净电功能：1450MW(2)反应堆热功能：4250MW-6-(3)电厂效率：34.1%(4)电厂设计寿命：40年(5)人员受照剂量：0.66人·Sv/年详细的技术参数见附表1。3.N4机组主要特征(1)单堆四环路布置,单机组的电功率为1450MW(2)采用分布式数字化仪控系统(3)采用先进的ARABELLE半速汽轮机(4)反应堆采用MODEX运行控制(5)双层安全壳(6)四十年设计寿命(7)12个月换料4.建设周期N4设计考虑从第一罐混凝土到机组商业运行的建造应该是58个月，法国的建设表明建造时间较长，具体表现在(1)ChoozB1：1984年初开始建造,1996年8月建成，建设周期约144个月。(2)ChoozB2：1987年初开始建造，1997年4月建成，建设周期约122个月。(3)Civaux1：1991年6月开始建造，1997年12月建成，建设周期78个月。(4)Civaux2：1993年1月开始建造，2000年3月建成，建设周期86个月。-7-上述建设周期最短的也要78个月，离实现设计目标的要求差距较大。按照EDF的解释，由于财务和社会公众等的原因，在建造Civaux1和Civaux2时未将缩短建造周期做为建设的目标，因此，Civaux1和Civaux2机组的实际工期并不能作为N4机组建造进度的参考。5.主要问题作为原型设计，N4机组在建设过程中，特别是在通过调试，暴露出内在技术的问题，例如：反应堆冷却剂泵超流量、余热排除系统管线断裂事件、安全壳泄漏虑超标、数字化仪控系统技术调整等问题，这些问题的解决都直接影响到建设工期。N4型核电站由于采用数字化仪控系统产生工程延期的重要原因，具体表现为：1）数字化仪控系统的技术规范书EDF在建设N4核电站时，特别是工程前期（招标阶段），没有一个完整和要求准确的技术规范书，导致仪控供应商不能准确地理解整个数字化系统的设计要求，功能要求，性能要求，使得整个仪控的工程设计反复，是工程延期的原因之一。EDF经过该工程后方才形成了SAS的CIC（计算机化的仪控系统技术规范书）文件。2）仪控供应商的选择在N4的建设过程中，仪控供应商是几易其人，最终选择SEMA公司（负责KIC和相关人机界面的设计和实现）和HB公司（负责标准控制系统）。供应商反复的选择和中途更换，也是工程延期的原因之一。3）仪控产品的鉴定由于是第一个全数字化的核电站，N4型核电站的仪控系统采用的数-8-字化产品（SEMA开发的HMI软件，HB的CONTRONICE）需要进行大量的设备鉴定工作（包括产品硬件和软件的鉴定），由于当时没有与N4型核电站的安全分级相适应的鉴定标准，造成仪控产品鉴定时间失控，导致工程的延期。4）仪控产品尽可能选用COTS产品和标准化产品（CommercialOff-The-Shelf：商用产品）EDF在设计HMI（人机接口）后，选择SEMA来完成其功能。SEMA专门为N4型开发的HMI系统，由于是专用系统，它的维护和修改都有一定的问题，同时专门开发的系统其有关的质量鉴定，V&V都不同程度影响了工程进度。6.运行业绩2002年，上述4台N4机组平均可用因子达到了80.3%。机组的可用因子还有望通过接下来几年的电厂改造计划（即“最终技术修改”）进一步提高。“最终技术修改”的工程设计将在2003年中完成，预计将在2005年一季度首台机组换料停堆期间堆首台N4机组实施改造，其它三台机组的改造将分别于2006年和2007年进行。根据法国财政工业部统计数据，N4系列机组每千瓦发电成本比法国现役其它机组件平均低15%。-9-附件2欧洲压水堆（EPR）技术介绍1.EPR方案简述EPR由法国法马通（FRAMATOME）、德国西门子（SIEMENS）公司、法国电力公司（EDF）、德国用户联合设计开发，设计基础是法国的N4和德国的Convi堆型。1)设计基本原则EPR的设计主要从以下三个方面考虑：(1)通过采用确定论和概率论方法，使EPR比现有核电厂有更高的安全水平；(2)通过限制严重事故对核电厂本身可能造成的后果缓解假想严重事故；(3)降低发电成本，使核能与其它一次能源相比具有竞争性。为降低投资成本，在开发初期，便决定将EPR设计为1550MW的大功率机组。为降低运行成本，EPR的设计考虑了采用高燃耗的核燃料管理。此外，EPR的堆芯设计可使EPR能装上100%的再循环钚（MOX）燃料。燃料循环周期为12-24个月。EPR具有很高的机组可利用率，设计寿命为60年，60年寿期内的可利用因子平均目标值为92%。为达到这设计目标，在EPR设计中纳入了预防性维护可在机组运行过程中进行的特点，以便将停堆换料时间缩到最短。EPR的全厂人员辐射剂量限值为0.5人Sv/年。2)主要技术性能-10-(1)双层安全壳四环路压水堆，电功率约1600MW(2)堆芯燃料组件数为241，组件型号17X17，采用MOX组件大于50％。(3)换料周期12～24个月(4)电厂可用率大于87％(5)60年设计寿命(6)采用半速汽机详细的技术参数见附表1。3)技术特点EPR的开发采用渐进的方法，它基于在