中國首批AP1000機組安全性滿足設計和國家監管要求
發布時間: 2018-01-03
 

來源:澎湃新聞 發布時間:2018-01-03 

中國引進三代核電技術的自主化依托項目、全球首批AP1000核電機組——浙江三門1號機組和山東海陽1號機組,正在等待國家高層核準其裝料的批復。

按照中國核安全監管體系中的“分階段許可”制度,核電廠在通過國家核安全局組織的首次裝料前核安全綜合檢查并獲得裝料許可證后,方可裝入核燃料組件。據澎湃新聞(www.thepaper.cn)了解,三門核電1號機組和海陽核電1號機組,分別于20177月下旬和8月初順利通過上述安全檢查。自8月開始,國家核安全局、國家能源局等多部委對三門、海陽1號機組又開展了兩輪補充檢查,并組織數十位各領域專家赴項目現場進行調研。無論是參與裝料前檢查的部委數量之多,還是審批周期之長,都是中國核電建設史上前所未有。

同期,20178月、12月,國務院發展研究中心研究員王亦楠分別在題為《須高度重視我核電安全監管暴露的重大安全隱患》和《三門、海陽核電站的"裝料投運"切勿冒險闖關》的兩篇署名文章中 ,對中國核安全監管能力提出質疑,并稱三門、海陽核電站的裝料投運是“冒險闖關”:核安全局按審批流程進行的“檢查結論令人擔憂”、“AP1000升級版在英國核安全監管審查中暴露嚴重安全問題”,美國本土已叫停AP1000核電機組建設等等,引發關注。

首次裝料是核電工程并網發電、商運前的重要節點。在這一階段,全新的核燃料組件被裝入反應堆堆芯,標志著核電機組轉入帶核試運行階段。中國首批AP1000機組是否在重大隱患未排除之前便“冒險裝料”、“帶病上崗”?AP1000核心設備的可靠性如何?AP1000是不是因存在技術隱患而被英國通用設計審查和美國本土市場拒絕或放棄的核電技術?針對外界提出的這些質疑,澎湃新聞近日采訪了多位了解三門/海陽核電工程和AP1000技術轉讓的中方核工程設計院、核島總承包方、項目業主及國家核安全局原常務副局長林誠格,并實地走訪了位于山東煙臺市轄海陽市的海陽一期核電工程,試圖結合公開資料,從核安全監管、設計修改、關鍵設備試驗、裝料準備等角度了解上述問題的相關情況和工程現狀(下文所羅列的七項質疑,均從王亦楠《三門、海陽核電站的"裝料投運"切勿冒險闖關》文中摘錄)。

質疑一:(2017年)7月下旬由國家核安全監管部門帶隊,對三門和海陽核電站1號機組進行核安全綜合檢查,給出的結論是“基本有效、基本滿足、基本符合”。這是否符合中央領導對核電建設一再強調的“必須絕對保證安全”“安全第一、質量第一”方針?存在的問題屬于“已經切實解決”還是“根本沒有考慮”?

——采訪中,國家核安全局原常務副局長林誠格解釋稱,由于核電站建造是復雜的系統性工程,且周期很長,因此中國核安全監管采取“全過程監管、分階段許可”制度。“中國核安全局成立30多年,目前的核監管標準是全世界最高、最嚴格的,監督的覆蓋范圍也最全面。”

具體而言,核電廠安全重要構筑物、系統、設備的設計必須經過國家核安全局的技術審評,只有確認滿足相關法規標準要求后,國家核安全局才頒發相應行政許可證。在核電廠廠址選擇、建造、裝料、運行和退役等各階段,都必須在通過評審并獲得國家核安全局頒發的許可證后,才能開展該階段各項核安全相關活動。

從上世紀90年代開始,中國就一直實施核電廠事件報告制度,國家核安全局對安全質量的瞞報虛報“零容忍”、對違規操作“零容忍”。如果電廠瞞報,后果非常嚴重。嚴密監管體系下,中國現役核電機組迄今未發生國際核事件分級(INES2級和以上級別的運行事件。在世界核電運營者協會(WANO)綜合排名中,中國在運的核電機組各項性能指標均處于全球中上水平,部分機組處于世界先進水平。

那么,為什么核安全局開展的首次裝料前核安全綜合檢查報告中會出現“基本滿足要求”的表述?而不是“完全滿足”、“徹底滿足”裝料條件?這是否意味著綜合檢查不嚴謹、留有隱患?

從審評流程來說,以“基本滿足”作為階段性結論、敦促監督電廠在完成影響裝料的整改項后才發放裝料許可證,恰恰是出于表述嚴謹的需要。“基本滿足”,并不等于核監管部門同意馬上裝料,而是“有條件地”批準:以三門為例,檢查報告中提出的裝料前還須完成的28項整改要求必須全部關閉。這些整改項,2017821日已經環保部華東核與輻射安全監督站核查后確認全部關閉。

國核工程有限公司是三門、海陽AP1000自主化依托項目4臺機組的核島總包方。該公司副總經理、總工程師王斌曾是AP1000項目管理機構JPMOSPMO的中方代表,在其看來,與美國核監管體系相比,中國的監管更細更多、隊伍更龐大,中國核安全局的監管貫穿項目建設始終,美方監管則更宏觀、更注重體系。“以PMS核心機柜為例,在美國符合大綱即可,到了中國需要補充測試、接受中方監督、審查,又增加了9個月作補充測試。”

核安全監管部門通過監管發現問題、提出要求;項目建設方分析原因、落實整改。這一過程的反復迭代,最終保證項目能全面滿足核安全法規的要求。林誠格認為,從“基本滿足”到“已具備裝料條件”是不斷發展的動態過程,不能簡單地將“必須絕對保證安全”、“質量第一、安全第一”的最高要求和安全審評結論對立起來。

據澎湃新聞了解,針對AP1000依托項目,以三門項目為例,自20088月三門核電廠1號機組核島基坑負挖驗槽到20177月,國家核安全局和華東核與輻射安全監督站共對三門核電廠1號機組進行了68次核安全監督檢查,期間共提出442項核安全管理要求,各項管理要求均已落實完成。

目前,三門、海陽1號機組處于熱備用狀態,系統、工況隨時等待裝料。海陽核電項目業主山東核電有限公司副總經理郭宏恩對澎湃新聞稱,目前海陽項目現場有近1萬人,1號機組具備裝料條件,2號機組具備冷試條件,現場大部分土建安裝已結束。為了確保裝料后的安全和穩定運行,20178月份以來,現場開展了一系列實驗準備、模擬機演練等工作。

質疑二:原定2013年投入商運的三門和海陽核電站之所以陷入“三邊工程”(指邊設計、邊施工、邊修改)的困境,關鍵在于AP1000所謂先進“非能動安全系統”的核心技術如屏蔽電機主泵、爆破閥等重要的安全級核心設備,從未在壓水堆核電站領域生產和應用過,毫無任何經驗數據支撐。

——目前來看,AP1000首堆的項目建成拖期了四年左右。工程實施過程中首次設備研制與鑒定的技術挑戰、設備適應性的調整是拖期的重要原因。其中,由于技術復雜、要求高,主泵和爆破閥都曾是困擾依托項目的重要因素。主泵試驗過程中推力盤、推力軸承、葉輪等部件,爆破閥的密封技術等都遭遇到了新技術的挑戰與制造上的工程問題,鑒定試驗持續了5年左右才完成。

國家核電技術公司副總經理、上海核工程研究設計院院長鄭明光對澎湃新聞稱,一項新技術研發,總是要通過模擬實際工況的反復試驗來進行驗證,這是工程技術界的普遍常識。三代核電是技術創新,因而需要通過反復的試驗驗證來證明其完全滿足實際運行工況。到20161月為止,主泵、爆破閥問題已經解決。“冷試、熱試結果充分說明,AP1000設計技術沒有問題,主設備、主工藝沒有問題。”

據介紹,屏蔽主泵已經有幾十年高度可靠的運行業績,但AP1000主泵,由于應用的領域不同,功率比以前的都要大,而且外圍尺寸限制要求比較高,這給軸承設計帶來了更大的難度。經過5年左右的研制,AP1000屏蔽主泵研制成功并在調試中得到有效驗證,16臺主泵運行正常,滿足技術規格書要求。“設計技術規格書里明確了主泵的電源變化要求、水源的邊界條件要求、主泵的整個效率、流量、揚程和惰轉時間等一系列考核試驗要求,同時考慮整個主泵的耐久性和壽命要求。”鄭明光說。

AP1000主泵基礎上,中國技術人員通過自主設計、國產化制造,完成了CAP1400主泵樣機研制,并經過了第一階段的試驗,表明關鍵的四大指標流量、揚程、效率、惰轉時間(安全指標)已經滿足要求,正在推進耐久性試驗要求。

爆破閥問題也已解決。鄭明光介紹說,三代設備在原有基礎上為了滿足AP1000中應用環境和條件,開展了一系列的分析、試驗,像爆破閥,包括淹沒在高溫水情況下的開啟試驗。由于三代的鑒定條件比二代要求要更加苛刻,一開始材料或密封技術達不到要求而遭遇試驗失敗,經過4年多的試驗與精準研制,最后完全達到技術規格書要求,充分驗證了爆破閥在各種預期條件下完全能夠實現開啟。同時創新性地解決了爆破閥的密封技術問題,設備全部實現了自主化、國產化。

從全球范圍來看,采用全新核電技術的首堆往往容易拖期。目前三代核電技術首堆中拖期最久的是EPR首堆芬蘭奧爾基洛托3號機組,該機組于2005年開工,原本計劃是2009年投產的,現在估計將拖期9年。

質疑三:三門1號機組已發生約3萬次的設計修改,而每一次修改無論是否有效,三門業主都要給西屋付費,導致1號機組的實際開支已由原定的210億元飆升至目前的525億元人民幣,且還未見頂。而AP1000的知識產權卻全部歸西屋所有。

——關于造價,據澎湃新聞了解,三門一期兩臺機組原計劃投資401億元人民幣,(2009年開工前國家發改委核準評估確定的金額),目前上升至兩臺機組525億元人民幣(2016年中咨公司審定的調概金額),而非外界質疑的“單臺機組從原定210億元飆升至525億元”。

投資超支的主因是工程延期,也有部分影響來自設備價格的市場變化、福島事故響應后的整改、進口稅收政策調整、設計變更影響等。

需要說明的是,如果是由于中方采購設備特別是國產化設備的適應性設計變更,美國西屋公司會收取不符合項處理費用,三門、海陽4臺機組該筆費用總計約為8.35億元人民幣。因此,此項并非造價上升的主要原因。

關于設計修改,核電站屬于設備眾多、建造要求嚴格的大型系統工程,設計修改經常發生,在IAEA和各國的核安全法規中對設計修改都有單獨的規定。即便是已建造過、運行過的核電廠設計,在建造過程中也會有50006000項的設計修改。

首堆的設計在實施過程中會遇到各種建造性問題,因此必須進行設計修改。“設計修改不僅僅會在核電行業發生,所有的建造行業都適用。在制造和建造過程中肯定有偏差,這不可否認,這也是設計方留有裕量的主要原因。”王斌稱。

從設計修改的程序來看,有著嚴格規定。設計改單一般分為設計性能修改、設備適應性修改與施工過程的現場設計調整。AP1000依托項目設計性能修改由美國西屋公司發起、編制、修改、審核、審查和批準均按照其質量保證程序及變更控制程序進行管理和控制。在審查階段綜合考慮各相關方的意見(包括項目業主)后做出是否批準設計修改與變更執行的決定,重要的設計改進必須得到依托項目技術責任方美國西屋公司變更控制委員會的批準才能在設計中得以執行。凡是影響原安全評價的設計修改,都必須提交國家核安全局審評、批準,以防止設計修改降低原設計的安全性水平。

由于西屋原始設計問題而產生的設計改進,中方無需向西屋付費。

關于知識產權,西屋公司在進行技術轉讓時曾承諾,中國消化吸收后的AP1000單機功率在突破135萬千瓦后,中方將擁有完全知識產權,其技術出口也將不受西屋限制。

通過AP1000技術的消化、吸收,中方研究開發了具有中國自主知識產權的CAP1400。由于核心技術與關鍵設備和材料已全部實現自主化設計和國產化制造,相比于AP1000,未來CAP1400機組的經濟性較為明顯。

質疑四:2012年,美國核管會(NRC)給其本土兩個AP1000核電站頒發的“建造運營許可證”是“有條件的”許可。盡管美國采用的是AP1000升級版(安全標準比中國三門、海陽高),但NRC仍然保留了“30多項重要系統(包括非能動安全系統)的測試試驗項目”未予認可,明確要求“西屋公司必須提供可靠的監測、試驗、評估數據且得到NRC認可批準后,核電站才能裝料調試”,西屋公司答復“只能等到中國三門和海陽核電站投運后才可能提供全部測試數據”。也就是說,美國本土的AP1000核電站只有有了充分試驗數據才能“裝料調試”,中國AP1000則是在諸多重要試驗缺失的情況下就想要“裝料運行”。三門、海陽核電站“裝料投運”前,到底是已有可靠的監測試驗評估數據,還是要靠“撞大運”冒險闖關?

——美國頒發核電廠“建造運營許可證”,是“有條件的”許可原則。與中國分階段許可制不同的是,美國核電廠審評采用“一步法”,即電廠業主在獲得建造和運行聯合執照(COL)后,即可開始核電廠的建造,條件具備后即可裝料而無需另發許可證。

因此,美國核管會(NRC)給核電廠頒發“建造運營許可證”,都是“有條件的”許可,即規定若干檢查、試驗、分析和驗收準則(ITAAC),電廠需要在后續工作中陸續關閉所有ITAAC,得到NRC認可(某些情況下還需要經公眾聽證通過)。這是美國核電廠裝料前的正常流程。

30多項重要系統(包括非能動安全系統)的測試試驗項目”不是未予認可項,NRC只是要求這些項目要通過實堆試驗,得到實堆的試驗結果,進行分析、評價,再提交NRC審評認可。

中國核安全局一直跟蹤關注美國AP1000聯合運行許可證(COL)和檢驗、試驗、分析、接受準則(ITTAC)項目的進展,并要求三門、海陽核電廠1號機組完成COLITAAC的工作。在201710月三門核電廠1號機組首次裝料前專項檢查中,裝料前所有COLITAAC行動項均已確認落實關閉。因此,不存在質疑提出的中國依托項目要靠“撞大運”的情況。

三門、海陽依托項目完成所有裝料前調試,已經驗證了系統功能和安全性、可靠性。在依托項目調試中,三門、海陽兩個項目的1號機組按照國家核安全局批準的《機組調試大綱》完成了裝料前的調試工作,各完成調試試驗項目399項,充分驗證了系統功能和系統安全性、可靠性,僅針對非能動安全系統就開展了包括26項系統試驗在內的完整的調試試驗,試驗結果均滿足設計要求,驗證了非能動安全系統的性能以及電廠建造與設計的一致性和符合性,符合國際、國內通行法規要求和做法。國家核安全局對非能動系統調試試驗進行了重點監督,見證了試驗過程,認可了試驗結果。經過國家核安全局審評和多次現場檢查,認為三門現場裝料前的準備工作是充分的,具備裝料條件。

關于DCD版本,中國企業和核能協會已作過澄清,中美施工建造都采用的是AP1000 DCD19設計,不存在版本代差。

DCD是設計控制文件的簡稱,是美國核電供應商按照NRC要求編制、提交的申請核電廠設計許可證的文件。按照美國聯邦法規10CFR52NRC文件規定,DCD得到設計許可(DC)后也可以修改升版,修改的內容包括:核電設計的優化和標準化,以及按照政府新法規的強制性要求所進行的修改。

美國西屋公司在取得設計許可證后,繼續對AP1000的設計進行優化和標準化。其中,鋼制安全殼外面屏蔽構筑物的設計修改,是DCD升版中一項最為重要的改進,旨在能抗大型商用飛機撞擊。在這些修改過程中,產生了過渡版本DCD16版、DCD17版、DCD18版,至20119月,美國NRC正式批準了AP1000DCD19版,成為有法律效力的版本。

中國企業與西屋公司簽訂的技術轉讓合同中約定,AP1000的任何設計優化和修改成果,中方都有權得到。西屋公司在技術轉讓過程中兌現了承諾,向中方反饋了DCD升版的全部設計優化信息。目前,美國AP1000項目為DCD19版,三門、海陽依托項目也同步采納DCD19版,存在差別的是美國用鋼板混凝土結構屏蔽廠房,中國采用鋼筋混凝土結構屏蔽廠房。依托項目還落實了部分福島事故后的響應措施,來強化縱深防御能力。

質疑五:當三門和海陽原定8月的裝料計劃被擱置之后,有人把美國AP1000核電站停建和取消的原因解釋為“并非技術有問題,而是純屬投資方的經濟問題”。但在201794日,美國南卡羅來納州州長亨利?麥克馬斯特辦公室向公眾披露,美國柏克德(BECHTEL)工程公司于20162月提交的一份獨立評估分析報告顯示,AP1000存在重大問題包括技術設計缺陷。

——美國境內的4AP1000機組分別是Vogtle核電站34號機組和V.C Summer核電站23號機組。4臺機組皆于2012年獲批,分別位于佐治亞州和南卡羅萊納州,是美國本土30年來首次核準新建的核電項目。

當地時間731日,V.C Summer項目的業主方——Santee Cooper公司與SCANA集團子公司南卡羅萊納州電力及天然氣公司(SCE&G)分別發布聲明,宣布停止V.C Summer項目兩臺機組的建設。此后后者向南卡羅來納州公共服務委員會(PSC)提出申請,要求批準其放棄計劃。

西屋電氣首席運營Mark Marano在就V.C Summer項目停建發表評論時稱,Santee Cooper公司董事會做出不再繼續支持這兩臺機組后續建設的決定,是一個純商業性的決定。Santee Cooper在對完成項目仍需投入的時間及成本進行分析后,結合公司自身的實際情況,得出的結論是完成該項目所需投入對于自身體量來說是難以承擔的。另一個因素是目前美國政府給新建核電項目投產后的稅收優惠政策是到2021年,會否延期仍不明朗。此外,Santee Cooper公司缺乏核電項目的管理經驗。

815日,SCE&G宣布決定"自愿撤回"其放棄申請,原因是“為了回應利益相關方的關切,并允許政府官員有足夠的時間進行審查。”Scana集團董事會主席兼CEO Kevin Marsh在當時的聲明中稱,基于EPC總包方西屋電氣破產對固定價格施工合同的影響、公司對項目完工時間和成本的評估結果、合作伙伴Santee Cooper決定暫停施工等方面因素考慮,“放棄是謹慎的選擇。”

關于重啟該項目的可能性,Marsh稱,首先必須有一個有意愿合作的伙伴,然后雙方必須重新起草合作協議,以確定各自股份。

當地時間1221日,美國佐治亞州公共服務委員會宣布將繼續建設Vogtle兩臺AP1000核電站的決定。當前,Vogtle 34號機組的建設工作仍在繼續,Bechtel公司負責該項目的施工建設。兩臺機組預計分別于2021年和2022年開始商運。

最后,對于V.C Summer的獨立評估報告,Bechtel報告的“重大問題”主要聚焦于項目管理,而非“技術設計缺陷”。

Bechtel的報告針對V.C Summer項目提出了8個重大問題,1) 雖然財團的工程,采購和施工計劃和時間表是一體化的,但計劃和時間表并不反映實際的項目情況;2) 財團缺乏成功項目成果所需的項目管理整合;3) 業主和財團之間缺乏計劃的愿景、目標和責任;4) 合同似乎并沒有特別有效地為業主或財團服務;5) 詳細的工程設計尚未完成,將影響采購和施工的績效;6) 發布的設計通常不可施工(注:西屋雖已發布文件,但狀態為凍結,即暫時不能用于施工),造成了大量的變化并導致延誤;7) 業主所采取的監管措施不利于建設方進行實時、適當的成本和進度減緩;8) 財團合作伙伴(Westinghouse Electric CompanyCB&I)之間的關系緊張,在很大程度上是由商業問題引起的。

Bechtel為此給出了若干建議,主要是創建一個新的“更容易實現”的項目計劃。同時,要求西屋盡快完成設計,并釋放超過1000張狀態為“凍結”的圖紙,把現場改單改入施工圖等。

綜上所述,報告原文所指出的問題、風險,所謂“重大問題”主要是指項目管理方面,而非“重大技術設計缺陷”。當然,該報告反映的西屋工程設計滯后的確屬實,這也是造成依托項目工期延誤的主要原因。三門海陽一期設計已完成。

質疑六:當年田灣核電站主泵(由俄羅斯供應,且已有多年運行經驗)僅僅做了一個局部的軸封改動,國家核安全監管部門就要求必須做“8000小時連續運行”的耐久性試驗才算過關;而西屋公司頭一次推出、從未在核電站領域驗證過的AP1000主泵,卻只需達到“累計運行500小時”就算耐久性試驗成功,還宣稱“保證60年免維護”。國家核安全監管部門對兩個主泵的耐久性試驗要求為何會有如此巨大反差的雙重標準呢?

——主泵的運行機理。機械軸密封主泵依靠機械軸密封系統保持一回路冷卻劑不從軸封處漏出,軸與軸封之間有一定的機械接觸。軸密封系統一般用幾個換料周期后必須更換,所以軸密封泵必須至少能運行一個換料周期以上,軸封泵可在現場維護。相比機械軸密封泵,屏蔽泵結構簡單,但制造難度大,精度要求極高,需要很強的精密制造能力,不易在核電現場進行維護。

根據屏蔽主泵技術原理,在正常運行過程中,主泵沒有機械磨損,磨損主要發生在啟停過程中。如果一切正常,主泵在全壽期啟停次數約為100次以內。而AP1000主泵耐久性試驗要求經歷50個循環、每個循環10種模態,共500個模態的耐久性試驗中,設置了500次不同轉速下停泵和500次啟動的試驗,加上累計500小時額定工況(高溫高壓下)運行試驗考核。耐久性鑒定試驗表明軸承的磨損量遠遠低于預期,并確認即使高達3000次的啟停,在60年運行過程中磨損量也不會超過設計考慮的磨損裕量。

也就是說,500次啟停完全包絡了AP1000主泵實際啟停次數要求,500小時覆蓋了材料和部件的疲勞設計要求,更多的啟停次數和運行時間試驗要求并不代表更嚴苛的技術要求。

屏蔽主泵是精密設備,任何的設備部件異常,都會導致振動幅值超標或立即停泵,三門與海陽首臺機組正常運行時候的主泵振幅小于10μm。據了解,目前16臺主泵各個工況下的累計運行時間超過了20000小時。

國家核安全監管部門按照質保體系和法規要求,對耐久性試驗方案進行審查。耐久性試驗方案是由設計/研制單位提供,這是國際通行做法,設計/研制單位通過提供包括試驗方法、工況、條件、時間等,供監管部門審查,從而確認耐久性試驗是否充分驗證了泵的性能和穩定性。

質疑七:20161128日,《世界核新聞》報道:盡管西屋公司為GDA審查已努力10年,但英國仍認為“絕不能高抬貴手”,因發現“AP1000在關鍵領域存在明顯隱患,可能會發生嚴重核事故、導致災難性的損害”。

——根據英國核安全監管規定,在英國使用新核電技術建設核電站之前,都要先通過以嚴苛、漫長著稱英國通用審計審查(GDA)。這一審查主要針對新建核反應堆設計通用安全性和環境影響進行評估,這兩個領域分別由英國核能監管辦公室(ONR)和英國環境署(EA)負責,審查活動獨立于政府。

20173月,AP1000已通過英國GDA審查,負責審查的英國核監管辦公室(ONR)在GDA總結報告中,相信AP1000設計適合于在英國進行建造和運行。對于GDA問題關閉階段提出的設計變更,ONR認為不會對AP1000通用設計造成重大影響。

國家核安全局對GDA審查意見高度關注并做好關閉。2011年,英國完成對AP1000的階段性審查,提出51個遺留問題。國家核安全局高度關注國際上各國核電監管機構的審評經驗和實踐,通過核二司工作單[2017]22號,組織核與輻射安全中心針對GDA審評總體進展和審評計劃,以及內部災害、結構、PSA、事故分析、儀控、電氣、燃料設計、反應堆化學、輻射防護、設備、人因等方面的51GDA遺留問題進行調研,了解英國GDA51個遺留問題在國內AP1000依托項目的解決情況。

2017215日,核與輻射安全中心組織召開了英國AP1000項目GDA51個遺留問題的內部討論會,會上對這51個遺留問題的背景情況以及審評關注情況進行了重點說明。

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