核电建设的学习效应和标准化效应

康椰熙，肖定生，司国建

（1.核工业标准化研究所，北京　100091；2.兴原认证中心有限公司，北京　100091；3.环境保护部核与辐射安全中心，北京　100082）

核电建设的学习效应和标准化效应

康椰熙1，肖定生2，司国建3

（1.核工业标准化研究所，北京100091；2.兴原认证中心有限公司，北京100091；3.环境保护部核与辐射安全中心，北京100082）

摘要：介绍了学习效应和标准化效应，分析了其对核电经济性的影响程度，并提出了发挥学习效应和标准化效应，提高核电经济性的思路。还实际分析得到我国核电建设中的学习率高于国际平均水平。

关键词：核电；学习效应；标准化效应

加快发展核能是优化能源结构和电力结构的重要举措，是解决能源供应紧张、保护环境、确保我国经济可持续发展的必然选择。我国已制定积极发展核电的战略，到2020年，核电装机容量将达到4 000万kW。核电要发展，不仅要安全可靠，还必须经济可行。国外经验表明，学习效应和标准化效应是影响核电经济性的重要因素。本文介绍了学习效应和标准化效应及其对经济性的影响程度，以对我国核电建设提供参考意见。

1　学习效应

核电开发的国际经验表明：系列化制造、建造过程中，由于经验的累积，生产率会不断提高，相应的成本会逐步下降，这种现象称为学习效应。持续生产中生产技能的熟练、供应链与生产设施的改良、程序化与信息化管理经验的积累等都是生产率提高的直接原因。

“干中学”或“学习效应”的概念是20世纪30年代中期形成的。60多年来产生了许多有价值的研究成果，例如，Dutton和Thomas在1984年针对不同独立制造商中100多种制造业产品系列汇编了学习率的频度分布，McDonald和Schrattenholzer在2001年针对各种能源技术评价汇集了26种学习率的频度分布。从两者的比较可以看到，在他们的统计范围内，能源技术的学习率中值是16%～17%，制造业是19%～20%，前者不比后者低很多，而且两者的频度分布宽度也相当接近。

学习率是学习效应的量化表达。学习效应导致的费用减少可以用学习曲线来描述。不同的产品系列有不同的学习曲线。在核电领域，对于各种确定的机组系列，一般用国际原子能机构（IAEA）所推荐的下列公式计算学习效应：

式中： U C(1 )——第一代机组的比投资；

UC(n)——第 n 代机组的比投资；

n——第几代机组；

a——学习弹性指数。

从式（1）不难看出，U C (n )与 n的关系在双对数坐标系中是一条直线，- a是直线的斜率，通常称为学习弹性指数。当 n=2时，表示机组数量翻番。此时，机组的比投资按2-a的比率下降。一般将2-a称为该系列关于比投资的推进率，而将（1－2-a）作为该系列关于比投资的学习率，它表示机组翻番时比投资的下降速率。从式（1）可得：

以下根据我国百万千瓦级核电的发展情况推算我国核电发展的学习率。

我国3批百万千瓦级核电厂的投资情况如表1所示。

表1　我国百万千瓦级核电厂的投资情况Table 1　Investment in 1 000 MW-class nuclear power plants in China

3批机组比投资的下降趋势如图1所示。

图1　我国核电学习效应示意图Fig. 1　Sketch of learning effect in nuclear power industry in China

根据表1的参数， 按式（2）可计算得到平均

从而得到学习率（1－2-a）=18.7 %。

该值与国际水平16%～17%基本相当，并略高，这不仅实证了公式（1）的合理性，还表明我国核电学习率较国际水平为高。

我国核电的学习效应是很显著的，但要充分发挥学习效应，必须实现规模化和系列化。

2　标准化效应

标准化是对科学、技术与经济领域内重复使用的问题给出解决方法的活动，其目的在于获得最佳效益。标准化有助于核电发展的原因在于，其一，通过系列化、模块化和通用化，促进了生产工序的统一性和流水线作业的可能性，从而可提高机器设备使用效率，降低了劳动成本和投资成本；其二，标准化为判断质量问题提供了一个客观性依据，增加了生产者在产品质量中的责任要求，这无疑有助于生产者提高自己生产的产品质量，从而有利于提高核电设备的安全性和可靠性；其三，标准化有助于促进增加信息收集的渠道，行业标准是相关企业相互交换技术的结果，可以促进整个核电产业研发水平的提高和质量的改进；其四，标准化有可能促进企业的技术革新，标准化的过程是多个企业联合开发的过程，在标准化过程中，相互技术得到了共同提高，从而加大了企业技术革新的可能性。

标准化和系列建造机组也许能最大可能地减少建造成本。标准是对经验的总结，是学习的结果，广义上讲，标准化效应也是一种学习效应。在设计、部件制造、建造和运行过程中采用标准化方法可以显著地提高工程设计、设备制造、施工管理、投资管理以及运行维修等方面的质量和效率。只需根据具体厂址条件进行微小修改的标准化设计为批量生产和系列化制造提供了基础。标准化设计和建造还可以增加管理的稳定性并减少执照申请的时间和费用。基于设备制造、电厂建造和运行的标准化，从某个电厂获得的经验或教训可应用于所有该类型电厂。通过设计、制造和施工经验的反馈，标准将改进得愈加完善，其结果是缩短建造周期和降低建造成本。

采用标准化对电厂基础价的影响非常显著。根据韩国的数据，标准化电厂的基础价可降低15%～20%，由工期缩短造成的时间相关成本（建造期利息)可下降60%多，总成本可减少26%～30%。参考机组与标准化机组的建造成本的比较如表2所示。

然而，标准化的实施需要政府的协调和推动。标准化效应的影响也需要建造一系列机组才能体现。研究表明，建造6台以上机组才能体现标准化效应的较大效益。由于实行标准化可以集中而有效地运用技术和经济资源，各种资源可以通用，可大大减少备品备件的种类和数量，运行可靠性增加，维修简化，运行维修成本降低。

3　发挥学习效应和标准化效应,促进核电发展

核电的学习效应和标准化效应是显著的。我国核电发展慢，成本高，主要是规模小。反过来，规模小，不利于经验的反馈积累和技术进步，不能发挥学习效应和标准化效应，使得成本会居高难下，从而制约核电的发展。因此，我国应通过大力发展核电，利用学习效应，形成标准化的系列机组，使成本明显地降下来，从而促进核电良性发展。

但是，对于在较长时期内进行的涉及多个厂址的大规模核电发展计划而言，下列标准化的限制因素应引起充分的注意。

（1）每个具体厂址都有其特殊的地质、地震数据，系列化设计应尽量适应每个厂址的特殊条件。

（2）因为技术是在不断发展的，因此系列化的机组必须考虑到两点：一是保持所采用的技术在一个足够长时期内的相对稳定性，以获得系列化施工的最大效益；二是将技术进步的成果、经验的反馈和管理要求不断地反映在设计中，使每个机组都是最“新”的。

（3）为了实现学习效应和标准化效应的效益最大化，执行较长期（约10年)的大型核电发展计划是首要条件也是主要条件。

通过学习效应，不断掌握技术，然后通过标准化，固化技术成果，除了有利于推动国产化外，还将至少会在下列方面有利于改善核电经济性。

（1）作为标准化的一种形式，模块式建造对减少基建投资是很重要的。有关结构组装件、管道、管子、电缆托盘架、钢网、仪表、电控板、支承与出入平台等方面的模件都可以在工厂里预制。工厂装配的工作环境比电厂现场装配要好，因为前者的装配活动有较高的质量保证，有更高自动化的潜力和更高的生产效率，模块式建造减少电厂拥塞并缩短建设周期。它还减少现场劳作和监督，尽管这些减少可能会被增加的运费和工厂设备费抵消。

表2　成本的标准化效应Table 2　Effect of standardized costs 单位：美元/kW

（2）缩短建设工期。实现标准化和系列化是缩短建设工期的根本手段。缩短施工周期减少了许多可变成本，并可提前获得利润。缩短施工周期可以通过在施工中采取许多措施来实现，例如：采用先进的工程方法；简化反应堆基础建设；采用模块化工艺技术；预先工程和许可证审批；有效改变管理、项目规划、监测和控制；改进人力开发与培训，但其中标准化是主要的措施。

（3）标准化有利于提高质量和安全性，可以降低质量成本和非预期支出，从而改善核电的经济性。

（4）标准化有利于固化技术创新成果，从而为大规模提高经济性创造条件。

以美国的AP1000为例子，过去15年，美国西屋电气公司投资了近5亿美元开发先进压水堆AP1000，AP1000是以标准化形态展示给世人的。2004年9月，USNRC（美国核管会）向西屋公司的AP1000压水反应堆颁发了最终设计批准。AP1000技术是非常安全的技术，它的独特之处体现在它的安全理念上，它没有使用传统的主动式的安全方式，而是表现出非能动的特点。如将大自然中存在的一成不变的如重力、对流、冷凝等原理，用这些作为安全系统的驱动力，省去了一大批能动设备（阀门、泵），使得整个系统大幅度简化。如阀门减少了50%，泵减少了35%，电缆减少了80%，抗震等级要求的建筑物减少45%。设备材料成本自然下降，安装、建造周期也更短了。在将来60年的使用过程当中，运行维修的工作量也大幅度下降。作为第三代核反应堆的AP1000，既达到了安全性能高，又实现了成本的大规模下降。

为了充分发挥核电标准化效应，必须努力创建核电标准化文化。“核电标准化文化”是指存在于系统和个人中的这样一种态度和观念：一方面，是在核电建设、运行和维修等诸过程中，不断学习和总结经验，及时将经验系统化，形成规则和标准；另一方面，是确保一切行动符合特定规则和标准。

“核电标准化文化”中包含着面向技术和管理的学习、积累和创造精神。在核电标准化文化的氛围中，人人会自觉地遵守标准规则，统一了流程，提高了工作的可预见性，并会减少事故和错误的出现，使质量成本降低。同时，核电标准文化也为安全文化、质量文化的建设奠定了基础。

把核电厂标准化从管理层面上升到文化层面去考虑，使其变为企业的理念、工作的环境、职工的习惯，最终由制度的约束过渡到人性的自觉，这是企业在标准化上追求的最高境界。只有建立起核电标准化文化，才能充分发挥核电标准本身的作用和价值，才能使标准更好服务于核电经济性的改善。努力创建核电标准化文化，是实现核电经济性的持续改善的重要手段。

对于我国核电建设来说，要想使核电安全可靠、经济可行，在技术上赶超国际先进水平，就必须借鉴国内外先进经验，采取适合自身的实践形式，大力加强核电标准化文化的创建。我国核电标准化文化的创建可从以下几方面努力。

（1）制定核电标准化战略

尽早在国家层面确定我国核电的技术路线，并以我国现有的核电设计、建造和运行经验为基础，确定核电标准化体系。从战略高度，确保我国核电技术创新体系和技术标准研制体系协调；建立核电标准、技术法规和合格评定程序的紧密结合机制。

（2）建立和健全各种制度和法规

制度文化是企业管理各种法规制度的总和。建立和健全各种制度是培育标准化文化的一个重要保证。标准化文化的培育，迫切需要透明的成套的法规和运行规则的约束。树立标准化观念，提高标准化意识，本身需要一系列的制度和法规。

（3）积极开展标准化文化教育

标准化文化教育的内容应包括：标准法规教育、标准化意识教育、标准的重要性教育以及与标准化文化有关的其他方面的知识教育等。要利用世界标准化日或其他形式，宣传和实践核电标准化文化。

（4）核电标准化文化的建设应与企业质量文化、核安全文化的建设紧密联系在一起

标准化文化是企业文化的重要组成部分，与质量文化和安全文化息息相关，因此，核电标准化文化的建设，要与质量文化和核安全文化建设紧密结合起来。

中图分类号：TL36

文献标志码：A

文章编号：1674-1617（2009)03-0244-05

收稿日期：2009-04-21

作者简介：康椰熙（1968—），男，湖南人，研究员级高工，核工业标准化所副所长，从事核工业标准化研究。

Learning Effect and Standardization Effect in NPP’s Construction

KANG Ye-xi1，XIAO Ding-sheng2，SI Guo-jian3
(1. Institute for Standardization of Nuclear Industry ，Beijing 100091，China；2. Xingyuan Qualifi cation Center Co.，Ltd.，Beijing 100091，China；3. Nuclear Safety and Radiation Center，Ministry of Environmental Protection，Beijing 100082，China)

Abstract:This paper describes the learning effect and standardization effect in the nuclear power construction， analyses their influence degree on nuclear power economics. Furthermore， the paper provides the ideas on how to improve the economics of nuclear power through implementing the learning effect and standardization effect. The paper also concludes that the learning rate in China is better than the average value in the world by analysis actual example.

Key words:nuclear power；learning effect；standardization effect