AP1000核电技术经济性和安全性的关联分析

霍启军，周涛，杨旭，李精精，肖泽军

（1.华北电力大学核热工安全与标准化研究所，北京 102206；2.中国核动力研究设计院空泡物理和自然循环国家重点实验室，成都 610041）

AP1000核电技术经济性和安全性的关联分析

霍启军1，周涛1，杨旭1，李精精1，肖泽军2

（1.华北电力大学核热工安全与标准化研究所，北京 102206；2.中国核动力研究设计院空泡物理和自然循环国家重点实验室，成都 610041）

核电的经济性和安全性是相互联系的。通过与现役典型核电厂对比分析可知，AP1000技术目前的经济性较低，但是安全性较高。不顾安全，片面追求经济性，或以牺牲经济性为代价来追求过高的安全性都是不可取的。提高经济性的关键是主设备设计建造技术的自主化以及AP1000核电站的标准化、批量规模化建设，同时还要注意能动与非能动技术结合。

AP1000；经济性；安全性；关联分析

0 引言

随着当今世界经济水平的不断提高，各个行业对电力的需求持续增长，煤炭、石油、天然气等一次能源已经远远不能满足发展的要求，急需新型能源来解决这些问题。在各种新兴能源中，核能具有最大的可发展性，越来越受到各国的重视。随着能源产业结构的不断调整和优化，核电在未来能源经济中所占的比重将会越来越大［1］，AP1000技术在这样的环境下应运而生。自从我国引进AP1000技术后，已经有许多专家对其经济性和安全性做了大量研究，但大多数都是分割开来研究其影响因素，综合考虑分析的较少。对AP1000的经济性和安全性进行关联分析，可以更清晰地反映出AP1000的优点和缺点，为国家发展核电提供更全面的参考。

1 经济性分析

1.1 AP1000项目与二代加项目初期投资对比

由于AP1000存在难以预料的技术风险，实际成本可能要比最初预计的更高［2］。目前世界各AP1000项目的投资情况见表1。这些项目均使用西屋公司的AP1000三代核电技术，比投资都相当高。我国当初决定引进AP1000技术时，招标比投资为1800～1900美元／kW，按照现在的汇率折合为11160～11 780元／kW。而中国在建的浙江三门和山东海阳核电项目，初期预投资已高达400亿元，比投资达16000元／kW。

表2是目前正在运营的部分二代加项目的投资成本，从表2可以看出：比投资最低的是阳江核电项目，为1645美元／kW，最高的是岭澳二期核电项目，为2155美元／kW；采用加拿大重水堆技术的秦山二期核电项目比投资为1860美元／kW。

1.2 预期运营收益对比

2012年6月，国家发改委下达一条通知，宣布2013年1月1日后投产的核电机组上网电价将由个别定价改为标杆电价，全国统一为0.43元／（kW·h）。标杆电价的实施，终结了核电“一堆一机一价”旱涝保收的历史，却让不同的核电项目面临不同的境遇［3］。这一规定受到一些二代及二代加核电站的欢迎，因为大多数二代核电站的上网电价要低于这一标杆电价，这意味着它们将会有更高的经济收益，但对于正在建造的AP1000核电项目来说，这无疑是浇下了一盆冷水。

表1 世界各AP1000项目投资

表2 部分二代加项目投资

我国采用AP1000技术的首堆——浙江三门核电＃1机组的研究报告显示，根据其成本投资来计算，三门核电项目的上网电价必须要高于0.500元／（kW·h）才不会亏损。而采用CPR1000二代加技术的阳江核电项目的含税上网电价为0.364元／（kW·h），远远低于我国的标杆上网电价。由我国自行研发设计建造的秦山二期核电站，其上网电价为0.390元／（kW·h），也比标杆上网电价低。由此可以看出，在核电站建成之后的运营中，第三代AP1000项目的收益要比之前的二代加技术低。

1.3 对比结果分析

由表1和表2可知，二代加项目中比投资最低的是阳江核电项目的1645美元／kW，最高的是岭澳二期核电项目的2155美元／kW；三代项目中比投资最低的是三门核电项目的2614美元／kW，比二代加项目中投资最高的岭澳二期核电项目高21.3%，比二代加项目中投资最低的阳江核电项目高31.6%。三代项目中投资最高的是乔治亚州沃格特尔核电项目的6360美元／kW，比二代加项目中投资最高的岭澳二期核电项目高195.1%，比二代加项目中投资最低的阳江核电项目高288.6%。通过计算可以得知，三代的平均比投资要比二代加高107.1%。而根据目前国家的政策，预计AP1000项目在正式运营后经济效益也较低，与之前的核电项目相比，AP1000技术目前还不具备经济性优势。

2 安全性分析

2.1 安全裕度对比

AP1000是西屋公司在AP600的基础上设计开发的，设计目的是实现高安全性，与典型核电厂的最大区别在于：它延续使用了成熟的压水堆技术，依靠自然力来保障其安全［4］，可以在没有安全系统支持的情况下保证系统正常运行。

由表3可以看出：AP1000的偏离泡核沸腾比（DNBR）限值的失流裕量和给水管破口的过冷裕量要比典型核电厂高很多；SG管破裂时，AP1000不需要操纵员干预，减少人因失误的可能性；发生冷却剂丧失事故（LOCA）时，AP1000的安全裕度也比典型核电厂高。

2.2 安全防御措施对比

与中国现有的压水堆相比，AP1000除了采用非能动安全系统来提高核电厂的安全性以外，还采用了纵深防御的原则来进一步防护，具体体现在专设安全系统的设计变化上。通过表4可以看出，AP1000的安全保护更全面，安全性较高。

表4 大亚湾核电和AP1000专设安全系统比较

除此之外，AP1000还在技术上进行了一些改进：堆芯顶端以下不再设置反应堆压力容器贯穿件，消除了反应堆容器泄漏导致发生LOCA的可能性；反应堆冷却剂泵采用屏蔽泵，不需要密封注入，消除了由于失去密封冷却而导致密封水事故的可能；反应堆冷却剂系统消除了过渡段，其他安全管道减少了83%，阀门减少了53%，降低了发生LOCA的可能性；SG传热管和部分隔盘使用耐腐蚀的合金，降低了由于腐蚀而引起事故的可能性。

表3 AP1000与典型核电厂的安全裕量对比

由表5可以看出，采用非能动系统和纵深防御原则的AP1000其堆芯损坏概率（CMF）和大规模释放概率（LRF）更低，远低于现役典型核电厂和美国核管会（NRC）的目标。虽然AP1000目前还不成熟［5］，但其安全性有很大的保证。

表5 每堆年的CMF和LRF对比

2.3 对比结果分析

由表3可知，AP1000的安全裕量远大于典型核电厂，说明它的安全性要比典型核电厂高很多。AP1000的非能动安全系统能显著提高安全壳的可靠性，使得它的安全裕度更大、安全性更高。从表4可以看出，AP1000的专设安全系统要比大亚湾核电的专设安全系统多，进一步提高了安全性。美国核管会对安全的要求为：堆芯损坏概率约10-5／堆年和大规模释放概率约10-6／堆年。从表5可以看出，典型核电厂的安全标准已经不能满足NRC的要求，而AP1000的堆芯损坏概率约10-7／堆年，大规模释放概率约10-8／堆年，比NRC的要求标准高出了一个数量级，AP1000有较高的安全性。

3 经济性与安全性的关联分析

AP1000这种创新设计使用了较多的新技术，设备使用了很多新材料，对供应商的要求较高，可选择的供应商很少，国内目前还没有掌握核心设备的制造技术，导致价格比较高，而且由于首堆的特殊性，技术、设备的研发以及成熟性验证也需要投入大量的经费，这是AP1000技术目前经济性比较低的重要原因。

发展AP1000不能靠牺牲经济性来提高安全性，在保证AP1000技术高安全性的前提下，不断提高其经济性，促进我国核电健康、快速发展，应该从以下两点入手。

（1）标准化、批量规模化建造。由于AP1000技术的独特性，目前在建的项目均属于示范项目，在工程的设计、建造、工期和工程验证等方面都有着特殊性。随着设计、建造、运行等方面经验技术的不断成熟，AP1000的非能动性、简化、工期较短和运行寿命较长等优势将会慢慢显现，此时，AP1000的经济性优势就会充分体现出来。

（2）掌握设备的设计和制造技术。三门核电和海阳核电项目核岛的主要设备都依赖国外进口，一些国产设备的关键材料也需要从国外进口，大大增加了建造费用，这是提高经济性的关键所在。同时，能否完全掌握AP1000设备的设计和制造技术，也是AP1000标准化、批量规模化建设的基础。

AP1000设计的目的是实现高安全性，该技术最大的特点是非能动的安全系统、模块化设计和模块化施工，极大地简化了系统，也减少了对运行人员的依赖，大大降低了人为失误的可能性，增强了运行的可靠性，同时提高了经济性和安全性。综合运用非能动安全特性［6］以及纵深防御原则，安全性得到了进一步提高。虽然AP1000的安全性较高，但也不是绝对安全的，非能动自然循环存在失效的可能性［7］，在实际运行中应充分考虑到这种情况，适当地运用能动技术，将两者结合，以降低失效的可能性，进一步提高安全性并保障经济性。

4 结论

（1）结合比投资和发电后的收益，同二代加核电项目比较可知，AP1000目前的经济性较低。

（2）从安全裕度、安全防御措施、堆芯损坏概率和大规模泄漏概率等方面来看，AP1000技术的安全性较高。提高安全性还要注意能动与非能动技术结合。

（3）要在保障安全性的前提下，提高AP1000项目的经济性，就要促进AP1000核电厂的标准化、批量规模化建造，同时尽快掌握设备的设计建造技术。

［1］ADAMANTIADESA，KESSIDES I.Nuclear power for sustain-able development：Current status and future prospects［J］.Energy Policy，2009（21）：1-18.

［2］周涛，张旭波，陈娟，等.AP1000核电站外部不经济性研究［J］.技术经济与管理研究，2011，12（12）：73-75.

［3］詹玲.核电标杆电价新考验［N］.21世纪经济报道，2013-08-23（18）.

［4］罗洪章.提高AP1000核电厂厂用电供电可靠性的分析与探索［J］.自动化与仪器仪表，2012，7（4）：198-200.

［5］朱学蕊.我国核电发展的“代际”之争［N］.中国能源报，2011-01-17（19）.

［6］周涛，盛程.压水堆核电厂系统与设备［M］.北京：中国电力出版社，2012.

［7］周涛，李精精，琚忠云，等.非能动自然循环技术的发展与研究［J］.核安全，2013，12（3）：1-5.

（本文责编：刘芳）

TM 623：F 424.6

：A

：1674-1951（2015）05-0001-03

霍启军（1987—），男，山西临汾人，在读硕士研究生，从事核反应堆热工水力方面的研究工作（E-mail：276568649＠qq.com）。

2014-10-24；

2015-03-09

中核核反应堆热工水力技术重点实验室基金（20130901）