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2018年9月21日凌晨3点57分,AP1000首堆三门核电1号机组顺利完成168小时满功率连续运行考核,机组具备投入商业运行条件。eo从多方确认,目前该机组已处于正式商运阶段。

然而,作为引进消化吸收后再“创新”的部分——CAP1400国核示范工程仍静待开工核准。值得一提的是,多家媒体报道,早在2014年底,CAP1400示范工程便已具备开工条件。

2016年3月,国家发改委上报项目核准申请文件至国务院常务会。知情人士告诉eo,2017年,针对CAP1400示范工程核准开工问题,国务院常务会议曾开会讨论过,但未作出核准的决定。

业内人士推测,高层对示范工程的顾虑在于其发展基础为AP1000技术,因当时AP1000尚未有机组投产,CAP1400因此受到影响。(更多关于CAP1400的信息,可阅读eo报道《等待FCD!| CAP1400是怎样炼成的》)

事实上,这几年,对于AP1000技术安全性的质疑愈演愈烈,其中最吸引眼球的言论之一莫过于将“中国建AP1000首堆”理解为“中国成了美国的小白鼠”。

eo记者梳理这十余年中AP1000技术引进、消化、吸收过程遭遇的关键问题和取得的重要突破,发现,原本属于正常范畴的AP1000设备研制中的问题被舆论不断放大,早于2015年解决的主泵问题在此后三年中一直被抓住不放。国家核安全监管部门也受牵连,按法律法规严格执行的安全检查结果被质疑,甚至被上升到监管能力问题。

三门1号机组的投产击碎了此前舆论对技术的一些质疑。但只有深入了解整个核电压水堆重大专项这十余年的研发过程,我们才能真正明白技术的引进消化吸收究竟是怎么一回事,才能作更客观的评价。而如何定义AP1000的引进?这是核电行业下一步发展前急需思考的重点。

首堆坎坷

    1.主泵试验不顺

主泵,如同核岛的心脏,将介质泵入压力容器,带走反应堆产生的热量,是核电站的关键设备。

有别于传统的轴封泵,AP1000首次采用核电屏蔽泵,可以实现一回路压力边界无泄露,并减小维护工作量,简化系统和布置,达到安全性和经济性的双提升。但这一先进理念的主泵,制造起来并不容易,并由此对AP1000首堆工期产生了一定影响和延误。

AP1000的主泵问题,发生在交付前的试验和制造阶段,而非安装后的运行阶段。“问题”这个词,很容易让人联想到严重后果,但如果详细了解整个试验中究竟出现什么状况,便会发现这是一个类似于编程中“发现bug——修复bug”的动态过程。

AP1000首台屏蔽主泵于2009—2012年进行了多次设计验证和试验。

试验过程中,推力盘和推力轴承在试验中发生故障,最终找出原因是流场不稳定。随后,在强大的磁场下,部分金属部件出现不该有的感应和电势。在处理感应电势的过程中,叶轮因为质量问题掉了一块,相关供应商被更换,新的供应商重做叶轮。

此后,主泵在制造过程中陆续发生一些波折,尤其是在进行极端苛刻条件下的失水试验时。

一般失水试验10秒即可,但西屋公司对AP1000主泵的试验时间要求为200多秒。第一次失水试验成功通过,然而在第二次试验时,推力瓦的卡件因局部疲劳断裂。

此时已为2014年。这一年6月,CAP1400示范工程“两评报告”已获得国家相关部门的批复,工程开工前的验证试验也于8月全部完成,示范工程于9月初通过了核安全审评,只待核准开工。从工程建设角度看,工程开工距离设备安装仍需数年时间,设备研制可与工程建设同步进行。然而,AP1000主泵的试验进展还是导致了CAP1400示范工程开工核准延缓。

AP1000首堆主泵遭遇的每一个“bug”,“修复”起来均需要6到8个月。2015年2月25日,AP1000主泵第3次工程与耐久试验启动,5月20日成功完成试验。当年6月,国家核电技术公司与三门核电、海阳核电项目业主在AP1000主泵制造商美国EMD工厂见证了试验后零部件拆解、测量的情况。

为了确保AP1000主泵质量合格,生态环境部核与辐射安全中心进口核安全设备注册检验办公室特地成立AP1000主泵专项安检工作组。2015年11月,第一台主泵SN6(主泵出厂编号为SN6)出厂发货。安检工作组经过21个工作日的紧张工作,审查工作基本完成。2015年12月30日,三门1号机组前两台主泵到达现场,29天后,首台主泵成功安装。2016年9月,1号机组四台主泵成功升速至100%转速,持续运行5小时。

到这时,主泵交付前试验问题已完全解决并得到安装后调试的确认。另一边,CAP1400示范工程仍等待开工。

与荣成CAP1400国核示范工程命运类似的,还有此前已取得“路条”的徐大堡、陆丰、海阳二期核电机组——除了三门一期和海阳一期依托项目外,这些厂址的机组堆型也为AP1000。在2011年福岛核事故后,湖南桃花江、湖北咸宁、江西彭泽的AP1000机组建设项目都被暂缓,而徐大堡一期、陆丰一期和海阳二期本不属于“内陆核电”范围,却也迟迟未得到开工核准。

2017年2月10日,国家能源局发布了《2017年能源工作指导意见》。《意见》中提到“年内计划开工8台机组”。虽未明确,但业内推测,这8台应为上述6台AP1000机组和CAP1400示范工程2台机组。即便如此,2017年仍无一三代核电项目获准开工。

(注:国际上并无“内陆核电”说法,而按冷却水源分为“滨海核电”“滨河核电”“滨湖核电”,全球已运行的核电厂中,位于内陆滨河、滨湖地区的占全球核电总装机容量的三分之二以上,美国为74%,法国为69.5%。)

    2.装料被延

尽管AP1000主泵已于2015年完成最后一次耐久性试验并实现首台交付,但对于主泵乃至AP1000技术安全性的质疑却愈演愈烈,尤其是2016年和2017年。其中,最吸引眼球的言论之一莫过于将“中国建AP1000首堆”理解为“中国成了美国的试验品、小白鼠”。

与AP1000技术一起遭到舆论质疑的,还有国家核安全局的监管能力。

2017年8月,署名为国务院发展研究中心研究员王亦楠的文章《须高度重视我核电安全监管暴露的重大安全隐患》在网络上传播。根据所引用数据推测,文章撰写时间不早于2016年12月。文章举例两则国内核电站曾发生的运行事件,论证核电监管部门国家核安全局存在处理严重滞后、轻描淡写等问题。

针对文中所说的两例运行事件,eo记者深入调查,采访事件所涉及的相关方。调查发现,这两例运行事件均可在国家核安全局官方网站的经验反馈中查找到,也就是说在文章撰写之前,国家核安全局早已在监管中发现运行事件的存在,进行处理并主动公开。王亦楠文章中将运行事件的后果夸大到与切尔诺贝利核事故同等严重的程度,但事实上,国家核安全局经验反馈中对事件等级的认定,已确定这两例运行事件为一级及一级以下,连事故都称不上。王亦楠文章认为其中一例运行事件处理结果仅为值班一线人员受警告处罚,属于轻描淡写,但根据eo记者了解,该运行事件的处理结果之一是一名值长遭到开除,而将一名新员工培养为核电站值长,仅时间至少需要14.5年。

值得注意的是,这篇文章广泛传播的时间点,正是AP1000首堆三门1号机组准备装料的时候。

2017年6月30日,三门核电1号机组热试工作全部结束,正式进入装料准备工作。7月21日,机组顺利通过首次装料前核安全综合检查,检查由环境保护部副部长、国家核安全局局长刘华亲自带队。

三门核电业主公司属于中核集团,其上市公司中国核能电力股份有限公司在官方消息中透露:“检查组认为,三门核电1号机组建造和装料前调试阶段的质量保证工作基本有效,与核安全有关的活动处于受控状态,调试、役前检查结果异常报告和重要事件的处理基本满足相关程序的要求,人员配置和培训基本符合要求。”如果没有意外,8月底AP1000首堆就应实现装料。

此时,王亦楠针对核安全局检查结果再次发文,在《三门、海阳核电站的“装料投运”切勿冒险闯关》一文中质疑检查组结论。“‘基本有效、基本满足、基本符合’之外还存在哪些‘无效、不满足、不符合’的问题呢?核安全监管部门是否应该明确指出这些问题,并确保逐一得到解决后再装料呢?”

乍一看,这样的疑问似乎很有道理,但只要稍微了解一下核电的法规术语,便会发现这些疑问很容易解释。

eo记者查询此前其他核电机组装料前检查资料发现,“基本”的表述是检查程序上的固定表达。以田湾核电站3号机组首次装料前核安全检查为例,检查组认为“机组建造和装料前调试阶段的质量保证体系运转基本正常……装料和生产准备工作基本满足要求”。

后来,国核工程公司副总经理、总工程师王斌在接受《科技日报》采访时亦证实这一点。“三门核电1号机组装料前检查报告中提出了装料前还需完成的28项整改要求。因此用'基本'表述,是科学、严谨的。而这些整改项,8月21日已经华东核与辐射安全监督站核查后确认全部关闭。”

然而,三门1号机组的装料并未如期核准。核安全监管部门和核电主管部门不得不就机组具备装料条件乃至AP1000技术的安全性组织一次又一次的论证。

除了7月份刘华带队的常规装料前核安全综合检查之外,8月份国家能源局组织现场检查,10月份核安全局再次牵头组织更大范围的行业内外专家到三门和海阳核电进行检查。

业内人士告诉eo记者,以往核电机组装料只需要国家核安全局审查批准,但在三门装料问题上,核安全局却也被舆论裹挟,遭遇“信任危机”。2018年,作为全球首个建成的三代核电EPR机组,台山核电一号机组装料核准并未增加额外检查和决策程序。显然,AP1000首堆成了特例。

  并非美国的小白鼠

    1.被夸大的不顺

2018年4月25日,国家核安全局发文批准三门核电厂1号机组首次装料活动。4月29日装料工作顺利完成。6月30日4时48分,机组首次并网成功。8月14日14时10分,机组首次达到100%满功率运行,且运行平稳,各项参数指标稳定。

AP1000首堆满功率运行消息传出后,一名曾对AP1000技术持怀疑态度的核电供应链从业者告诉eo记者:“从AP1000的进度上来说,这个技术看上去还是先进的。”

其实,只要梳理三门1号机组的进展,与其他机组进行对比,会发现:AP1000首堆的进展并非如舆论主观印象中那般不顺。

从2009年4月FCD到2018年6月首次并网,三门1号机组用时111个月,如果除掉装料被拖延的8个月,则用时实际为103个月。相比之下,法国EPR同为三代核电技术,芬兰首堆自2005年7月FCD,至今还未建成。而中国台山核电为全球第三个开工的EPR项目,有已开工项目提供经验借鉴,2009年11月FCD,2018年6月首次并网,用时104个月。可以看到,三门1号机组的进度并不慢,甚至相比EPR算快。

当然,如果按照2014年底投入商运的原计划看,三门1号机组确实延误了。技术研发人员表示,这种延误并不代表技术安全本质有问题。

早在上世纪90年代,就AP1000技术的前身AP600,中核集团与美国西屋公司便有过相关技术交流,对AP系列最核心的非能动技术并不陌生。由于AP600功率较小,为了追求更好的经济性,美国西屋公司进一步研发了AP1000。

“AP600做过大量实验包括设计验证,从本质上来讲非能动技术是没有问题的。“上海核工程研究设计院研究人员向eo记者介绍,“从AP600到AP1000的过程中,技术上面的延伸和发展,特别是从研究到工程实施的应用中,一些衔接、转化就带来管理和操作上的问题,造成一定的延误。这只是衔接的问题,不是设计本质的问题。”

AP1000首堆的另一挑战则来自其高标准。AP1000包括压力容器、蒸汽发生器、主泵等在内的主设备以60年寿命周期免维护为标准进行设计,带来的是制造上对精准度的高要求。

“AP1000对设备制造和工程建设包括后续一些工作都要求精准,一旦有些许偏差,就偏离既有设计方向。精准设计,精准制造,给装备制造业提出了非常大的考验,它的阀门流阻系数,管道的流阻系数有非常精确的要求。”上述研究人员向eo记者解释。

“首堆,本身理念比较先进,制造要求又高,往往会造成观念上面的冲突,或者说理解的偏差,进而造成了外界不太理解,认为存在问题。我们很愿意和大家一起拨开来看到底问题是什么?究竟是设计本质有问题,还是过程中一些衔接的问题。”

    2.创新与挑战

只是,舆论先入为主地将原因归结为技术安全性存疑。

“并非所有核电行业的从业者都懂专业的核安全,核电行业细分领域非常多,国内真正研究核安全的人并不多,而真正了解AP1000核安全的就更少了。但是,一些非核安全专业人员不停地黑AP1000,甚至上升到阴谋论,认为美国将不成熟的东西卖给中国,把中国当成小白鼠,给美国人做实验。”一名专门从事核安全研究的工作人员分析道。

“我们不是试验品。”在采访中,依托项目副总经理朱睿嵘肯定地回应eo记者。

“从一个角度看,首堆意味着要做尝试性的工作。但从另一个角度,我们是在尝试新的东西,是在创新,我们很自豪去参与AP1000首堆的工作,以及做CAP1400的工作。”朱睿嵘这么理解,“如果说(所引进的技术)是一个非常成熟的商品,那我们过程不可能参与这么多,包括研发工作,不可能学习到这么多,只会拿到一个现成的产品。”

新技术意味着什么?对参与AP1000技术引进消化吸收的工作人员而言,新技术首先意味着挑战。

对AP1000,郑明光在国际场合上曾经归纳过有六个新:新要求,新标准,包括六十年和放射性的低排放,能源放射性的低剂量,系统化的要求等等。“对于核电确实是大的挑战。”

比如面对新材料的应用,设计时稍有不慎,工程中便会遇到问题。一种新的中子屏蔽材料在温度达到204摄氏度的环境下会气化,而设计时以为该中子屏蔽材料应用的地方最高温度并不会达到该值,事实上温度确实令中子屏蔽材料气化了,于是工程中相关通风系统需要重新设计。

要求精准的新工艺也带来挑战。

非能动技术对阀门要求极高,每一个阀门都需要精准设计、精准制造、精准安装和精准维护。为了减少放射性活化产物,AP1000机组的阀门改为铁基合金,而以往核电站阀门多含钴基合金。结果在实际制造和维护中,缺乏经验的供应商没做好保温环节,工艺没控制好,阀门发生开裂,几千个阀门全部换掉。

在坦然介绍了上述AP1000应用中所遇到的困难后,728院院长郑明光直言:“技术创新,哪有那么简单。什么困难都没有,肯定不是新技术。”

在研发人员的眼中,无论是核电还是其他科技含量较高的行业,如果引进的是现成的成熟产品,那么行业很难再去发展提高。“只有要求更高、标准更高,才有动力去做得更好。否则大家都迁就,不追求进步,积累的旧问题只会越来越多。如果我们要求提低一点,标准定得低一点,简简单单、顺顺利利就完成了,那我们去引进技术干嘛?”朱睿嵘表示,“我们还是要以更长远的眼光去看待AP1000技术的引进。”

2017年9月,在大型先进压水堆及高温气冷堆国家科技重大专项新闻发布会上,郑明光回答媒体提问时表示:“目前三门从安全审评整个过程上来讲完全满足要求,三门整个调试过程总归是经得起历史考验的,包括能源局和国家核安全局带队对它的检查,认为完全具备条件,整个过程当中包括美国西屋公司、核管会和中国的核安全局和能源局,整个安全检查审查非常严格。”

    3.核心技术买得来吗?

首堆进展不顺被放大的同时,引进技术消化吸收再创新的路线也被质疑。

核电技术路线之争缘起于15年前。2003年,针对当时国内核电发展情况,国务院决定:“发展核电,要采用世界先进技术,统一技术路线”。

对如何采用、统一技术路线,当时核电行业有两种理解:一是要“两步走”,一是要“一步跨越”。“两步走”强调要利用国内已有技术并加以改进,“一步跨越”建议直接引进、采用第三代技术,以最大限度地缩短与世界先进核电技术的差距。

“一步跨越”最终获得认可,促成三代核电技术招标。但“两步走”的支持者一直怀疑:核心技术真的买得来吗?

核心技术能否买得到?这实质为两个疑问:一是技术输出方能否按合同约定输出技术?二是技术购买方能否学习、掌握核心技术?

对于第一个疑问,郑明光告诉eo记者,西屋公司原来承诺转让的技术、软件、文件,中方都拿到了。

“AP1000引进是一个全盘的转让,包括所有的软件工具、技术文件都是全盘转让,软件里面源程序也是转让,目前从整个技术转让的角度来说,主体已完成的,个别是扫尾项。很多技转包也都是验收掉了。整个技转过程还是比较顺利,中间有些磕磕碰碰,通过协调解决了。”

值得一提的是,AP1000的技术转让资料,为国内多家核电企业共享。2011年3月11日,中国核工业集团公司、国家核电技术公司和中国广东核电集团有限公司就AP1000技术转让分许可达成协议。

来自中核集团官方的消息显示,2013年1月14日,AP1000核岛设备设计相关任务包技术资料“落地”中核。据统计,那次中核共接收了65张存储AP1000技术资料或软件的光盘,包括核岛设备设计相关任务包的技术资料和软件,以及首批核岛设计相关任务包更新的文件、软件和函件等。官方消息表示,至此中核已拥有了较为完整的AP1000技术和工程建设相关的技术资料,而通过消化吸收,经专家咨询评估,中核集团已具备了开展AP1000项目自主化工程设计的能力。

除此之外,中方也掌握了三门一期、海阳一期依托项目现场的工程文件,比如一些图纸的改单。也就是说,现场做了什么修改,为什么改,中方都全面掌握。

第二个疑问,本质是技术购买方的学习能力、研发能力是否达标。CAP1400研发成功,是这个问题的答案。

“我们一直在说引进消化吸收创新,其实最好的验证,就是看你能不能拿出一个自己的东西来。CAP1400能做出来,能通过验证、评审,说明真学会了。”一名非国家电投下属的核电企业技术研究机构高管告诉eo记者。

事实证明,在有效的机制保障下,核心技术通过引进消化吸收是可以掌握的。什么是无法引进的?答案是:技术的支撑平台,因为它无处可买。

一名核电监管部门领导曾在行业会议上表示,与八九十年代相比,国内在核电技术研究的投入大大增强,研究领域也越来越透,但真正高水平的研究还是相对较少,原始创新能力不足。“这不限于核电领域,跟国家整体的科研状况也有关系。科学界的普遍感受是,投入实在不能算少,但产出还不是太理想。”

在AP1000技术引进消化吸收过程中,郑明光感触最深的便是美国技术支撑平台的强大。“美国工业的基础研究非常扎实,比如材料的属性,积累了多年的数据和经验。基础研究支持了数据基础的可靠性,数据可靠性带来更为准确的评估。”郑明光说,“引进消化吸收,解决了使用问题,但怎么有效发展呢?有效发展一定要有支撑,这个支撑就是你的工业体系、研发体系、理念创新。”

目前,核电的材料数据库正在建设中。除了采用世界通用数据库,国内科研机构也就老化寿命等做相关试验。

国产化:CAP1000

国产化AP1000,也就是CAP1000。

除了全面参与自主化依托项目的工程设计、工程管理和设备制造,初步掌握AP1000的核电技术,重大专项的消化吸收目标还包括:开展国产化AP1000的自主设计和关键设备设计,制造技术的消化吸收,具备国产化AP1000的建设能力,全面掌握AP1000设计技术。

对设计人员而言,CAP1000就像是一场闭卷考试。

“除了工具是西屋的,整个工程从一开始定总参数,到堆芯设计、设备设计、系统设计所有流程自己走一遍,所有的参数、系统配置、厂房结构、力学分析都不参考西屋的文件,我们得从头到尾自己计算、验证、设计出来。”

“闭卷考试”中,最简单的公英制转换也遇到不少问题。由于核电设备非常精密,尺寸度量精准到小数点后几位,转换时很容易发生尺寸接不上的问题,甚至导致整个设计需要重新做一遍。

2009年,CAP1000初步设计完成,2013年,施工设计完成,2016年前后相关课题结题验收。

AP1000设备国产化,部分从依托项目的第三台机组已经开始。通过项目实践,西屋公司指导,728院设计,上海电气、哈尔滨电气、东方电气、一重、二重等核电设备厂家都参与了设备国产化过程。

国内生产工艺不同、材料不同,CAP1000的国产化设备进行了适应性设计和优化设计。工艺不同、材料性能差异所造成的影响等均需要设计做相关论证,这也是考验技术消化吸收的时候。“如果你不懂得它原先为什么这么设计,那你就不敢改动。”

而国内法规标准的不同,也对设备国产化提出要求。比如国内放射性废液排放标准比美国严格很多,那么三废处理需要做大量改进工作以适应。

还有一些设备,属于“黑匣子”。“转让的是主体技术,但西屋公司不可能什么设备都设计,有些成套的设备中的小部件并非西屋的。比如燃料的起吊系统,设备是第三方的,我们就进行重新设计研制。”

“AP1000是美国的标准、美国的法规、美国的材料,到CAP1000时,我们是中国的标准、中国的材料、中国的设备。中国安全审评的相关要求,包括福岛事故以后的反馈要求,在CAP1000里面已全部实现。”

目前AP1000设备国产化达到85%以上。徐大堡一期、陆丰一期、海阳二期等后续项目将采用CAP1000,这意味着这些项目所用的是国产设计与设备,并将得到依托项目的工程、运行经验反馈。

2018年9月11日,首台国产化AP1000屏蔽主泵制造成功。由沈阳鼓风机集团核电泵业有限公司和哈电集团哈尔滨电气动力装备有限公司共同承制的首台AP1000屏蔽电机主泵在沈鼓核电顺利完成全部产品试验和试验后拆检工作,试验数据显示主泵各项性能参数均满足主泵设计规范书的要求,整体拆检各项指标均满足相关要求。本次主泵试验的成功,标志着国内企业已全面具备了AP1000屏蔽电机主泵的国产化制造能力,为后续CAP系列电站主泵国产化供货提供了有力保障。

 
 
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