'核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化'

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一、核電盈利能力強,仍存發展空間

人均用電量偏低,電力需求仍有提升空間。近年來隨著 GDP 增長放緩,我國用電增速下移。從人均用電量的角度來看,我國 2017 年僅達到 4537.62 千瓦時/人,遠低於美國(11875.7)、韓國(10061.56)、法國(7155.47)等發達國家。中遠期看,我國電力需求仍有較大提升空間。

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人均用電量偏低,電力需求仍有提升空間。近年來隨著 GDP 增長放緩,我國用電增速下移。從人均用電量的角度來看,我國 2017 年僅達到 4537.62 千瓦時/人,遠低於美國(11875.7)、韓國(10061.56)、法國(7155.47)等發達國家。中遠期看,我國電力需求仍有較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電利用率維持高位,遠優於其他能源。核電具備基荷電源屬性,高效、穩定、環保。近 5 年我國核電機組平均利用小時數高達 7305 小時。BP 數據顯示,2017 年我國一次能源消費中核電佔比僅為 1.8%,與世界平均水平 4.4%仍存較大提升空間。

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一、核電盈利能力強,仍存發展空間

人均用電量偏低,電力需求仍有提升空間。近年來隨著 GDP 增長放緩,我國用電增速下移。從人均用電量的角度來看,我國 2017 年僅達到 4537.62 千瓦時/人,遠低於美國(11875.7)、韓國(10061.56)、法國(7155.47)等發達國家。中遠期看,我國電力需求仍有較大提升空間。

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核電利用率維持高位,遠優於其他能源。核電具備基荷電源屬性,高效、穩定、環保。近 5 年我國核電機組平均利用小時數高達 7305 小時。BP 數據顯示,2017 年我國一次能源消費中核電佔比僅為 1.8%,與世界平均水平 4.4%仍存較大提升空間。

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一、核電盈利能力強,仍存發展空間

人均用電量偏低,電力需求仍有提升空間。近年來隨著 GDP 增長放緩,我國用電增速下移。從人均用電量的角度來看,我國 2017 年僅達到 4537.62 千瓦時/人,遠低於美國(11875.7)、韓國(10061.56)、法國(7155.47)等發達國家。中遠期看,我國電力需求仍有較大提升空間。

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核電利用率維持高位,遠優於其他能源。核電具備基荷電源屬性,高效、穩定、環保。近 5 年我國核電機組平均利用小時數高達 7305 小時。BP 數據顯示,2017 年我國一次能源消費中核電佔比僅為 1.8%,與世界平均水平 4.4%仍存較大提升空間。

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二、在役多為二代加,三代或將成主流

自 20 世紀 50 年代核電技術問世,全球核電產業可劃分為四個階段。安全性一直是推動核電行業發展的核心目標。

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人均用電量偏低,電力需求仍有提升空間。近年來隨著 GDP 增長放緩,我國用電增速下移。從人均用電量的角度來看,我國 2017 年僅達到 4537.62 千瓦時/人,遠低於美國(11875.7)、韓國(10061.56)、法國(7155.47)等發達國家。中遠期看,我國電力需求仍有較大提升空間。

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核電利用率維持高位,遠優於其他能源。核電具備基荷電源屬性,高效、穩定、環保。近 5 年我國核電機組平均利用小時數高達 7305 小時。BP 數據顯示,2017 年我國一次能源消費中核電佔比僅為 1.8%,與世界平均水平 4.4%仍存較大提升空間。

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二、在役多為二代加,三代或將成主流

自 20 世紀 50 年代核電技術問世,全球核電產業可劃分為四個階段。安全性一直是推動核電行業發展的核心目標。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

目前我國在役機組多采用二代加技術。三代機組已經開始陸續投產,近兩年投入商運的 9臺機組中有 7 臺選擇了三代技術路線。由於目前籌建機組均採用三代技術,預計到 2030 年左右,三代核電站或將成為主力機型。

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一、核電盈利能力強,仍存發展空間

人均用電量偏低,電力需求仍有提升空間。近年來隨著 GDP 增長放緩,我國用電增速下移。從人均用電量的角度來看,我國 2017 年僅達到 4537.62 千瓦時/人,遠低於美國(11875.7)、韓國(10061.56)、法國(7155.47)等發達國家。中遠期看,我國電力需求仍有較大提升空間。

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核電利用率維持高位,遠優於其他能源。核電具備基荷電源屬性,高效、穩定、環保。近 5 年我國核電機組平均利用小時數高達 7305 小時。BP 數據顯示,2017 年我國一次能源消費中核電佔比僅為 1.8%,與世界平均水平 4.4%仍存較大提升空間。

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二、在役多為二代加,三代或將成主流

自 20 世紀 50 年代核電技術問世,全球核電產業可劃分為四個階段。安全性一直是推動核電行業發展的核心目標。

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目前我國在役機組多采用二代加技術。三代機組已經開始陸續投產,近兩年投入商運的 9臺機組中有 7 臺選擇了三代技術路線。由於目前籌建機組均採用三代技術,預計到 2030 年左右,三代核電站或將成為主力機型。

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核電發展已歷經四個階段,技術的每一次升級都是對安全性的持續優化。從安全性、經濟性以及環保的角度來看,四代核電技術將成為未來發展的主流方向。

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人均用電量偏低,電力需求仍有提升空間。近年來隨著 GDP 增長放緩,我國用電增速下移。從人均用電量的角度來看,我國 2017 年僅達到 4537.62 千瓦時/人,遠低於美國(11875.7)、韓國(10061.56)、法國(7155.47)等發達國家。中遠期看,我國電力需求仍有較大提升空間。

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核電利用率維持高位,遠優於其他能源。核電具備基荷電源屬性,高效、穩定、環保。近 5 年我國核電機組平均利用小時數高達 7305 小時。BP 數據顯示,2017 年我國一次能源消費中核電佔比僅為 1.8%,與世界平均水平 4.4%仍存較大提升空間。

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二、在役多為二代加,三代或將成主流

自 20 世紀 50 年代核電技術問世,全球核電產業可劃分為四個階段。安全性一直是推動核電行業發展的核心目標。

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目前我國在役機組多采用二代加技術。三代機組已經開始陸續投產,近兩年投入商運的 9臺機組中有 7 臺選擇了三代技術路線。由於目前籌建機組均採用三代技術,預計到 2030 年左右,三代核電站或將成為主力機型。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電發展已歷經四個階段,技術的每一次升級都是對安全性的持續優化。從安全性、經濟性以及環保的角度來看,四代核電技術將成為未來發展的主流方向。

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一、核電盈利能力強,仍存發展空間

人均用電量偏低,電力需求仍有提升空間。近年來隨著 GDP 增長放緩,我國用電增速下移。從人均用電量的角度來看,我國 2017 年僅達到 4537.62 千瓦時/人,遠低於美國(11875.7)、韓國(10061.56)、法國(7155.47)等發達國家。中遠期看,我國電力需求仍有較大提升空間。

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核電利用率維持高位,遠優於其他能源。核電具備基荷電源屬性,高效、穩定、環保。近 5 年我國核電機組平均利用小時數高達 7305 小時。BP 數據顯示,2017 年我國一次能源消費中核電佔比僅為 1.8%,與世界平均水平 4.4%仍存較大提升空間。

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二、在役多為二代加,三代或將成主流

自 20 世紀 50 年代核電技術問世,全球核電產業可劃分為四個階段。安全性一直是推動核電行業發展的核心目標。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

目前我國在役機組多采用二代加技術。三代機組已經開始陸續投產,近兩年投入商運的 9臺機組中有 7 臺選擇了三代技術路線。由於目前籌建機組均採用三代技術,預計到 2030 年左右,三代核電站或將成為主力機型。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電發展已歷經四個階段,技術的每一次升級都是對安全性的持續優化。從安全性、經濟性以及環保的角度來看,四代核電技術將成為未來發展的主流方向。

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三、技術更新換代,安全性逐步提升

我國從未發生過二級及以上核事故。核事件分級標準由國際原子能機構(IAEA)制定,共分七級,七級最嚴重。國外共發生過 3 起重大核電事故,其中三裡島為五級,切爾諾貝利、福島為七級。自 1994 年秦山核電站首臺機組投產,我國 46 座核電站已累計安全運行 326 堆年。無論從技術設計、自然稟賦還是人為因素的角度,我國現役核電機組未來發生重大核事故的概率都是微乎其微的。

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一、核電盈利能力強,仍存發展空間

人均用電量偏低,電力需求仍有提升空間。近年來隨著 GDP 增長放緩,我國用電增速下移。從人均用電量的角度來看,我國 2017 年僅達到 4537.62 千瓦時/人,遠低於美國(11875.7)、韓國(10061.56)、法國(7155.47)等發達國家。中遠期看,我國電力需求仍有較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電利用率維持高位,遠優於其他能源。核電具備基荷電源屬性,高效、穩定、環保。近 5 年我國核電機組平均利用小時數高達 7305 小時。BP 數據顯示,2017 年我國一次能源消費中核電佔比僅為 1.8%,與世界平均水平 4.4%仍存較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

二、在役多為二代加,三代或將成主流

自 20 世紀 50 年代核電技術問世,全球核電產業可劃分為四個階段。安全性一直是推動核電行業發展的核心目標。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

目前我國在役機組多采用二代加技術。三代機組已經開始陸續投產,近兩年投入商運的 9臺機組中有 7 臺選擇了三代技術路線。由於目前籌建機組均採用三代技術,預計到 2030 年左右,三代核電站或將成為主力機型。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電發展已歷經四個階段,技術的每一次升級都是對安全性的持續優化。從安全性、經濟性以及環保的角度來看,四代核電技術將成為未來發展的主流方向。

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核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

三、技術更新換代,安全性逐步提升

我國從未發生過二級及以上核事故。核事件分級標準由國際原子能機構(IAEA)制定,共分七級,七級最嚴重。國外共發生過 3 起重大核電事故,其中三裡島為五級,切爾諾貝利、福島為七級。自 1994 年秦山核電站首臺機組投產,我國 46 座核電站已累計安全運行 326 堆年。無論從技術設計、自然稟賦還是人為因素的角度,我國現役核電機組未來發生重大核事故的概率都是微乎其微的。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

(一)二代加:設計優化,安全性增強

1、自然稟賦構築天然屏障

福島核事故發生的直接原因是海嘯造成應急冷卻系統斷電。福島核電站使用能動型冷卻體系,在停堆後依靠柴油發電機發電啟動機組運行。海嘯衝破了核電廠的防禦設施,毀壞了應急柴油發電機,最終導致堆芯喪失冷卻能力,堆芯融化,放射性物質外洩。

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一、核電盈利能力強,仍存發展空間

人均用電量偏低,電力需求仍有提升空間。近年來隨著 GDP 增長放緩,我國用電增速下移。從人均用電量的角度來看,我國 2017 年僅達到 4537.62 千瓦時/人,遠低於美國(11875.7)、韓國(10061.56)、法國(7155.47)等發達國家。中遠期看,我國電力需求仍有較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電利用率維持高位,遠優於其他能源。核電具備基荷電源屬性,高效、穩定、環保。近 5 年我國核電機組平均利用小時數高達 7305 小時。BP 數據顯示,2017 年我國一次能源消費中核電佔比僅為 1.8%,與世界平均水平 4.4%仍存較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

二、在役多為二代加,三代或將成主流

自 20 世紀 50 年代核電技術問世,全球核電產業可劃分為四個階段。安全性一直是推動核電行業發展的核心目標。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

目前我國在役機組多采用二代加技術。三代機組已經開始陸續投產,近兩年投入商運的 9臺機組中有 7 臺選擇了三代技術路線。由於目前籌建機組均採用三代技術,預計到 2030 年左右,三代核電站或將成為主力機型。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電發展已歷經四個階段,技術的每一次升級都是對安全性的持續優化。從安全性、經濟性以及環保的角度來看,四代核電技術將成為未來發展的主流方向。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

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三、技術更新換代,安全性逐步提升

我國從未發生過二級及以上核事故。核事件分級標準由國際原子能機構(IAEA)制定,共分七級,七級最嚴重。國外共發生過 3 起重大核電事故,其中三裡島為五級,切爾諾貝利、福島為七級。自 1994 年秦山核電站首臺機組投產,我國 46 座核電站已累計安全運行 326 堆年。無論從技術設計、自然稟賦還是人為因素的角度,我國現役核電機組未來發生重大核事故的概率都是微乎其微的。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

(一)二代加:設計優化,安全性增強

1、自然稟賦構築天然屏障

福島核事故發生的直接原因是海嘯造成應急冷卻系統斷電。福島核電站使用能動型冷卻體系,在停堆後依靠柴油發電機發電啟動機組運行。海嘯衝破了核電廠的防禦設施,毀壞了應急柴油發電機,最終導致堆芯喪失冷卻能力,堆芯融化,放射性物質外洩。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

我國沿海海域發生海嘯的可能性很小。從海深條件來看,渤海、黃海平均海深不到 50 米、東海為幾百米,而海深與海嘯發生機率呈正相關關係,地震震源點海水深度越大,則海嘯速度越快,破壞力越強;從地震記錄來看,中國沿海從未發生過 8 級以上的地震;從地形地貌來看,中國近海海域內分佈著數千個島嶼礁灘,構成了天然屏障。

核電站防洪水平完全可以抵禦海嘯災害。在南海發生 9 級地震的情況下,海嘯波對我國沿海核電站廠址水位的最大影響僅約 2.7m,遠低於在役及在建核電站的防洪水平。近年來我國核電防洪標準不斷提升,1991 年我國第一座核電站秦山一期落成,場坪標高為 5 米,防波堤加擋浪牆頂標高為 9 米,目前籌建中的海陽 2 期及廣西白龍核電站,設計標高已提升至 8.1米和 13.47 米。

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人均用電量偏低,電力需求仍有提升空間。近年來隨著 GDP 增長放緩,我國用電增速下移。從人均用電量的角度來看,我國 2017 年僅達到 4537.62 千瓦時/人,遠低於美國(11875.7)、韓國(10061.56)、法國(7155.47)等發達國家。中遠期看,我國電力需求仍有較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電利用率維持高位,遠優於其他能源。核電具備基荷電源屬性,高效、穩定、環保。近 5 年我國核電機組平均利用小時數高達 7305 小時。BP 數據顯示,2017 年我國一次能源消費中核電佔比僅為 1.8%,與世界平均水平 4.4%仍存較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

二、在役多為二代加,三代或將成主流

自 20 世紀 50 年代核電技術問世,全球核電產業可劃分為四個階段。安全性一直是推動核電行業發展的核心目標。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

目前我國在役機組多采用二代加技術。三代機組已經開始陸續投產,近兩年投入商運的 9臺機組中有 7 臺選擇了三代技術路線。由於目前籌建機組均採用三代技術,預計到 2030 年左右,三代核電站或將成為主力機型。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電發展已歷經四個階段,技術的每一次升級都是對安全性的持續優化。從安全性、經濟性以及環保的角度來看,四代核電技術將成為未來發展的主流方向。

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核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

三、技術更新換代,安全性逐步提升

我國從未發生過二級及以上核事故。核事件分級標準由國際原子能機構(IAEA)制定,共分七級,七級最嚴重。國外共發生過 3 起重大核電事故,其中三裡島為五級,切爾諾貝利、福島為七級。自 1994 年秦山核電站首臺機組投產,我國 46 座核電站已累計安全運行 326 堆年。無論從技術設計、自然稟賦還是人為因素的角度,我國現役核電機組未來發生重大核事故的概率都是微乎其微的。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

(一)二代加:設計優化,安全性增強

1、自然稟賦構築天然屏障

福島核事故發生的直接原因是海嘯造成應急冷卻系統斷電。福島核電站使用能動型冷卻體系,在停堆後依靠柴油發電機發電啟動機組運行。海嘯衝破了核電廠的防禦設施,毀壞了應急柴油發電機,最終導致堆芯喪失冷卻能力,堆芯融化,放射性物質外洩。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

我國沿海海域發生海嘯的可能性很小。從海深條件來看,渤海、黃海平均海深不到 50 米、東海為幾百米,而海深與海嘯發生機率呈正相關關係,地震震源點海水深度越大,則海嘯速度越快,破壞力越強;從地震記錄來看,中國沿海從未發生過 8 級以上的地震;從地形地貌來看,中國近海海域內分佈著數千個島嶼礁灘,構成了天然屏障。

核電站防洪水平完全可以抵禦海嘯災害。在南海發生 9 級地震的情況下,海嘯波對我國沿海核電站廠址水位的最大影響僅約 2.7m,遠低於在役及在建核電站的防洪水平。近年來我國核電防洪標準不斷提升,1991 年我國第一座核電站秦山一期落成,場坪標高為 5 米,防波堤加擋浪牆頂標高為 9 米,目前籌建中的海陽 2 期及廣西白龍核電站,設計標高已提升至 8.1米和 13.47 米。

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2、新技術彌補設計缺陷

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人均用電量偏低,電力需求仍有提升空間。近年來隨著 GDP 增長放緩,我國用電增速下移。從人均用電量的角度來看,我國 2017 年僅達到 4537.62 千瓦時/人,遠低於美國(11875.7)、韓國(10061.56)、法國(7155.47)等發達國家。中遠期看,我國電力需求仍有較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電利用率維持高位,遠優於其他能源。核電具備基荷電源屬性,高效、穩定、環保。近 5 年我國核電機組平均利用小時數高達 7305 小時。BP 數據顯示,2017 年我國一次能源消費中核電佔比僅為 1.8%,與世界平均水平 4.4%仍存較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

二、在役多為二代加,三代或將成主流

自 20 世紀 50 年代核電技術問世,全球核電產業可劃分為四個階段。安全性一直是推動核電行業發展的核心目標。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

目前我國在役機組多采用二代加技術。三代機組已經開始陸續投產,近兩年投入商運的 9臺機組中有 7 臺選擇了三代技術路線。由於目前籌建機組均採用三代技術,預計到 2030 年左右,三代核電站或將成為主力機型。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電發展已歷經四個階段,技術的每一次升級都是對安全性的持續優化。從安全性、經濟性以及環保的角度來看,四代核電技術將成為未來發展的主流方向。

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核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

三、技術更新換代,安全性逐步提升

我國從未發生過二級及以上核事故。核事件分級標準由國際原子能機構(IAEA)制定,共分七級,七級最嚴重。國外共發生過 3 起重大核電事故,其中三裡島為五級,切爾諾貝利、福島為七級。自 1994 年秦山核電站首臺機組投產,我國 46 座核電站已累計安全運行 326 堆年。無論從技術設計、自然稟賦還是人為因素的角度,我國現役核電機組未來發生重大核事故的概率都是微乎其微的。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

(一)二代加:設計優化,安全性增強

1、自然稟賦構築天然屏障

福島核事故發生的直接原因是海嘯造成應急冷卻系統斷電。福島核電站使用能動型冷卻體系,在停堆後依靠柴油發電機發電啟動機組運行。海嘯衝破了核電廠的防禦設施,毀壞了應急柴油發電機,最終導致堆芯喪失冷卻能力,堆芯融化,放射性物質外洩。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

我國沿海海域發生海嘯的可能性很小。從海深條件來看,渤海、黃海平均海深不到 50 米、東海為幾百米,而海深與海嘯發生機率呈正相關關係,地震震源點海水深度越大,則海嘯速度越快,破壞力越強;從地震記錄來看,中國沿海從未發生過 8 級以上的地震;從地形地貌來看,中國近海海域內分佈著數千個島嶼礁灘,構成了天然屏障。

核電站防洪水平完全可以抵禦海嘯災害。在南海發生 9 級地震的情況下,海嘯波對我國沿海核電站廠址水位的最大影響僅約 2.7m,遠低於在役及在建核電站的防洪水平。近年來我國核電防洪標準不斷提升,1991 年我國第一座核電站秦山一期落成,場坪標高為 5 米,防波堤加擋浪牆頂標高為 9 米,目前籌建中的海陽 2 期及廣西白龍核電站,設計標高已提升至 8.1米和 13.47 米。

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2、新技術彌補設計缺陷

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

切爾諾貝利核事故的主要原因是堆型設計存在重大缺陷,從而引起的核電站功率暴走、裂變反應失去控制,最終導致放射性物質洩露。設計缺陷主要體現在三個方面:1)石墨和輕水同時做慢化劑,輕水做冷卻劑,蒸汽化後造成正空泡係數;2)控制棒末端的石墨具有慢化中子及排水效應,起始插入階段反而促進反應增長;3)老式的石墨堆疊式反應堆,缺少內層壓力安全鋼殼和外層混凝土安全殼。

三裡島核電事故的重要誘因是穩壓器釋放閥發生卡開故障,在緊急停堆後該閥門無法自動關閉,導致冷卻劑持續流失。另外,主控室人機交互設計不合理,致使操縱員在事故處置中判斷不明、連續誤操作,切斷了堆芯裂變產物餘熱的導出途徑,最終導致堆芯熔化。

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一、核電盈利能力強,仍存發展空間

人均用電量偏低,電力需求仍有提升空間。近年來隨著 GDP 增長放緩,我國用電增速下移。從人均用電量的角度來看,我國 2017 年僅達到 4537.62 千瓦時/人,遠低於美國(11875.7)、韓國(10061.56)、法國(7155.47)等發達國家。中遠期看,我國電力需求仍有較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電利用率維持高位,遠優於其他能源。核電具備基荷電源屬性,高效、穩定、環保。近 5 年我國核電機組平均利用小時數高達 7305 小時。BP 數據顯示,2017 年我國一次能源消費中核電佔比僅為 1.8%,與世界平均水平 4.4%仍存較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

二、在役多為二代加,三代或將成主流

自 20 世紀 50 年代核電技術問世,全球核電產業可劃分為四個階段。安全性一直是推動核電行業發展的核心目標。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

目前我國在役機組多采用二代加技術。三代機組已經開始陸續投產,近兩年投入商運的 9臺機組中有 7 臺選擇了三代技術路線。由於目前籌建機組均採用三代技術,預計到 2030 年左右,三代核電站或將成為主力機型。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電發展已歷經四個階段,技術的每一次升級都是對安全性的持續優化。從安全性、經濟性以及環保的角度來看,四代核電技術將成為未來發展的主流方向。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

三、技術更新換代,安全性逐步提升

我國從未發生過二級及以上核事故。核事件分級標準由國際原子能機構(IAEA)制定,共分七級,七級最嚴重。國外共發生過 3 起重大核電事故,其中三裡島為五級,切爾諾貝利、福島為七級。自 1994 年秦山核電站首臺機組投產,我國 46 座核電站已累計安全運行 326 堆年。無論從技術設計、自然稟賦還是人為因素的角度,我國現役核電機組未來發生重大核事故的概率都是微乎其微的。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

(一)二代加:設計優化,安全性增強

1、自然稟賦構築天然屏障

福島核事故發生的直接原因是海嘯造成應急冷卻系統斷電。福島核電站使用能動型冷卻體系,在停堆後依靠柴油發電機發電啟動機組運行。海嘯衝破了核電廠的防禦設施,毀壞了應急柴油發電機,最終導致堆芯喪失冷卻能力,堆芯融化,放射性物質外洩。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

我國沿海海域發生海嘯的可能性很小。從海深條件來看,渤海、黃海平均海深不到 50 米、東海為幾百米,而海深與海嘯發生機率呈正相關關係,地震震源點海水深度越大,則海嘯速度越快,破壞力越強;從地震記錄來看,中國沿海從未發生過 8 級以上的地震;從地形地貌來看,中國近海海域內分佈著數千個島嶼礁灘,構成了天然屏障。

核電站防洪水平完全可以抵禦海嘯災害。在南海發生 9 級地震的情況下,海嘯波對我國沿海核電站廠址水位的最大影響僅約 2.7m,遠低於在役及在建核電站的防洪水平。近年來我國核電防洪標準不斷提升,1991 年我國第一座核電站秦山一期落成,場坪標高為 5 米,防波堤加擋浪牆頂標高為 9 米,目前籌建中的海陽 2 期及廣西白龍核電站,設計標高已提升至 8.1米和 13.47 米。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

2、新技術彌補設計缺陷

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

切爾諾貝利核事故的主要原因是堆型設計存在重大缺陷,從而引起的核電站功率暴走、裂變反應失去控制,最終導致放射性物質洩露。設計缺陷主要體現在三個方面:1)石墨和輕水同時做慢化劑,輕水做冷卻劑,蒸汽化後造成正空泡係數;2)控制棒末端的石墨具有慢化中子及排水效應,起始插入階段反而促進反應增長;3)老式的石墨堆疊式反應堆,缺少內層壓力安全鋼殼和外層混凝土安全殼。

三裡島核電事故的重要誘因是穩壓器釋放閥發生卡開故障,在緊急停堆後該閥門無法自動關閉,導致冷卻劑持續流失。另外,主控室人機交互設計不合理,致使操縱員在事故處置中判斷不明、連續誤操作,切斷了堆芯裂變產物餘熱的導出途徑,最終導致堆芯熔化。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

現階段我國在運核電站,除秦山三期重水堆和臺灣地區少量沸水堆外,全部採用壓水堆堆型。相對於福島、切爾諾貝利等沸水堆而言,壓水堆增設了二回路循壞,將一回路中的放射性冷卻劑隔離密封在安全殼內,汽輪機等設備放射性計量小,易於後期維護檢修。即便發生事故,調節兩回路間的氣壓及溫差,即可實現自然循環冷卻,核洩露的機率大大降低。

我國現役二代加核電站已經徹底解決了切爾諾貝利和三裡島的設計缺陷,在系統設計方面實現了質的提升:

加裝安全殼:加裝由鋼筋混凝土和內襯鋼板構成的安全殼,提高收容能力,防止放射性物質外洩。建造成本升高,但安全性明顯提升;

改進控制棒設計:將冷卻水容器由管道狀改成水池狀,同時縮短控制棒插入時間至 2—3 秒,減弱了控制棒的排水效應;

設計負空泡反應性係數:僅以水充當慢化劑和冷卻劑,水受熱產生氣泡時,慢化和吸收中子的能力同時下降,總體上表現為對反應的抑制作用,切斷了惡性循環;

解決閥門卡開等機械故障:改良設計,在製造過程中採取更嚴格的質量控制,在使用時採取更嚴格的檢驗保養,機械故障是可以消除的;

改進主控室人機界面設計:主控室配置數字化控制系統,增加重要參數實時監測指示,操縱和控制更自動化、集中和精確,大大降低了人為判斷的失誤率;

改進的應急系統可在斷電情況下使用:現役核電站使用的三代壓水堆採用了非能動型安全冷卻體系,能在失去供電的情況下通過重力注入貯存的冷卻水對堆芯進行冷卻,並排出餘熱。

3、完善核安全法規和標準

細化核電法規,防範事故發生。相比於三裡島時期的美國、切爾諾貝利時期的蘇聯、福島時期的日本,我國從核工業發展之始就十分重視核安全,明確制定了“安全第一“的方針,並通過專項立法、發佈部門規章和指導性文件,建立了一個自頂向下、體制完善的法規系統,強化了監管體系與能力建設,確保國家核安全。

"

(溫馨提示:文末有下載方式)

一、核電盈利能力強,仍存發展空間

人均用電量偏低,電力需求仍有提升空間。近年來隨著 GDP 增長放緩,我國用電增速下移。從人均用電量的角度來看,我國 2017 年僅達到 4537.62 千瓦時/人,遠低於美國(11875.7)、韓國(10061.56)、法國(7155.47)等發達國家。中遠期看,我國電力需求仍有較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電利用率維持高位,遠優於其他能源。核電具備基荷電源屬性,高效、穩定、環保。近 5 年我國核電機組平均利用小時數高達 7305 小時。BP 數據顯示,2017 年我國一次能源消費中核電佔比僅為 1.8%,與世界平均水平 4.4%仍存較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

二、在役多為二代加,三代或將成主流

自 20 世紀 50 年代核電技術問世,全球核電產業可劃分為四個階段。安全性一直是推動核電行業發展的核心目標。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

目前我國在役機組多采用二代加技術。三代機組已經開始陸續投產,近兩年投入商運的 9臺機組中有 7 臺選擇了三代技術路線。由於目前籌建機組均採用三代技術,預計到 2030 年左右,三代核電站或將成為主力機型。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電發展已歷經四個階段,技術的每一次升級都是對安全性的持續優化。從安全性、經濟性以及環保的角度來看,四代核電技術將成為未來發展的主流方向。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

三、技術更新換代,安全性逐步提升

我國從未發生過二級及以上核事故。核事件分級標準由國際原子能機構(IAEA)制定,共分七級,七級最嚴重。國外共發生過 3 起重大核電事故,其中三裡島為五級,切爾諾貝利、福島為七級。自 1994 年秦山核電站首臺機組投產,我國 46 座核電站已累計安全運行 326 堆年。無論從技術設計、自然稟賦還是人為因素的角度,我國現役核電機組未來發生重大核事故的概率都是微乎其微的。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

(一)二代加:設計優化,安全性增強

1、自然稟賦構築天然屏障

福島核事故發生的直接原因是海嘯造成應急冷卻系統斷電。福島核電站使用能動型冷卻體系,在停堆後依靠柴油發電機發電啟動機組運行。海嘯衝破了核電廠的防禦設施,毀壞了應急柴油發電機,最終導致堆芯喪失冷卻能力,堆芯融化,放射性物質外洩。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

我國沿海海域發生海嘯的可能性很小。從海深條件來看,渤海、黃海平均海深不到 50 米、東海為幾百米,而海深與海嘯發生機率呈正相關關係,地震震源點海水深度越大,則海嘯速度越快,破壞力越強;從地震記錄來看,中國沿海從未發生過 8 級以上的地震;從地形地貌來看,中國近海海域內分佈著數千個島嶼礁灘,構成了天然屏障。

核電站防洪水平完全可以抵禦海嘯災害。在南海發生 9 級地震的情況下,海嘯波對我國沿海核電站廠址水位的最大影響僅約 2.7m,遠低於在役及在建核電站的防洪水平。近年來我國核電防洪標準不斷提升,1991 年我國第一座核電站秦山一期落成,場坪標高為 5 米,防波堤加擋浪牆頂標高為 9 米,目前籌建中的海陽 2 期及廣西白龍核電站,設計標高已提升至 8.1米和 13.47 米。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

2、新技術彌補設計缺陷

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

切爾諾貝利核事故的主要原因是堆型設計存在重大缺陷,從而引起的核電站功率暴走、裂變反應失去控制,最終導致放射性物質洩露。設計缺陷主要體現在三個方面:1)石墨和輕水同時做慢化劑,輕水做冷卻劑,蒸汽化後造成正空泡係數;2)控制棒末端的石墨具有慢化中子及排水效應,起始插入階段反而促進反應增長;3)老式的石墨堆疊式反應堆,缺少內層壓力安全鋼殼和外層混凝土安全殼。

三裡島核電事故的重要誘因是穩壓器釋放閥發生卡開故障,在緊急停堆後該閥門無法自動關閉,導致冷卻劑持續流失。另外,主控室人機交互設計不合理,致使操縱員在事故處置中判斷不明、連續誤操作,切斷了堆芯裂變產物餘熱的導出途徑,最終導致堆芯熔化。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

現階段我國在運核電站,除秦山三期重水堆和臺灣地區少量沸水堆外,全部採用壓水堆堆型。相對於福島、切爾諾貝利等沸水堆而言,壓水堆增設了二回路循壞,將一回路中的放射性冷卻劑隔離密封在安全殼內,汽輪機等設備放射性計量小,易於後期維護檢修。即便發生事故,調節兩回路間的氣壓及溫差,即可實現自然循環冷卻,核洩露的機率大大降低。

我國現役二代加核電站已經徹底解決了切爾諾貝利和三裡島的設計缺陷,在系統設計方面實現了質的提升:

加裝安全殼:加裝由鋼筋混凝土和內襯鋼板構成的安全殼,提高收容能力,防止放射性物質外洩。建造成本升高,但安全性明顯提升;

改進控制棒設計:將冷卻水容器由管道狀改成水池狀,同時縮短控制棒插入時間至 2—3 秒,減弱了控制棒的排水效應;

設計負空泡反應性係數:僅以水充當慢化劑和冷卻劑,水受熱產生氣泡時,慢化和吸收中子的能力同時下降,總體上表現為對反應的抑制作用,切斷了惡性循環;

解決閥門卡開等機械故障:改良設計,在製造過程中採取更嚴格的質量控制,在使用時採取更嚴格的檢驗保養,機械故障是可以消除的;

改進主控室人機界面設計:主控室配置數字化控制系統,增加重要參數實時監測指示,操縱和控制更自動化、集中和精確,大大降低了人為判斷的失誤率;

改進的應急系統可在斷電情況下使用:現役核電站使用的三代壓水堆採用了非能動型安全冷卻體系,能在失去供電的情況下通過重力注入貯存的冷卻水對堆芯進行冷卻,並排出餘熱。

3、完善核安全法規和標準

細化核電法規,防範事故發生。相比於三裡島時期的美國、切爾諾貝利時期的蘇聯、福島時期的日本,我國從核工業發展之始就十分重視核安全,明確制定了“安全第一“的方針,並通過專項立法、發佈部門規章和指導性文件,建立了一個自頂向下、體制完善的法規系統,強化了監管體系與能力建設,確保國家核安全。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

“五道防線”縱深防禦,多重屏障強化核電安全。2016 年發佈的《中國的核應急》白皮書中強調,通過“一案三制”預案和法制、體制、機制建設,輔以“五道防線”有力抓手,建立健全國家核應急組織管理體系:

保證設計、製造、建造、運行等質量,預防偏離正常運行。履行強軍首責,築牢國家安全基石,確保軍工科研生產任務圓滿完成。

嚴格執行運行規程,遵守運行技術規範,使機組運行在限定的安全區間以內,及時檢測和糾正偏差,對非正常運行加以控制,防止演變為事故。

如果偏差未能及時糾正,發生設計基準事故時,自動啟用電廠安全系統和保護系統,組織應急運行,防止事故惡化。

如果事故未能得到有效控制,啟動事故處理規程,實施事故管理策略,保證安全殼不被破壞,防止放射性物質外洩。

在極端情況下,如果以上四道防線均告失效,立即進行場外應急響應行動。同時設置多道實體屏障,防止和控制放射性物質釋入環境。

"

(溫馨提示:文末有下載方式)

一、核電盈利能力強,仍存發展空間

人均用電量偏低,電力需求仍有提升空間。近年來隨著 GDP 增長放緩,我國用電增速下移。從人均用電量的角度來看,我國 2017 年僅達到 4537.62 千瓦時/人,遠低於美國(11875.7)、韓國(10061.56)、法國(7155.47)等發達國家。中遠期看,我國電力需求仍有較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電利用率維持高位,遠優於其他能源。核電具備基荷電源屬性,高效、穩定、環保。近 5 年我國核電機組平均利用小時數高達 7305 小時。BP 數據顯示,2017 年我國一次能源消費中核電佔比僅為 1.8%,與世界平均水平 4.4%仍存較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

二、在役多為二代加,三代或將成主流

自 20 世紀 50 年代核電技術問世,全球核電產業可劃分為四個階段。安全性一直是推動核電行業發展的核心目標。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

目前我國在役機組多采用二代加技術。三代機組已經開始陸續投產,近兩年投入商運的 9臺機組中有 7 臺選擇了三代技術路線。由於目前籌建機組均採用三代技術,預計到 2030 年左右,三代核電站或將成為主力機型。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電發展已歷經四個階段,技術的每一次升級都是對安全性的持續優化。從安全性、經濟性以及環保的角度來看,四代核電技術將成為未來發展的主流方向。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

三、技術更新換代,安全性逐步提升

我國從未發生過二級及以上核事故。核事件分級標準由國際原子能機構(IAEA)制定,共分七級,七級最嚴重。國外共發生過 3 起重大核電事故,其中三裡島為五級,切爾諾貝利、福島為七級。自 1994 年秦山核電站首臺機組投產,我國 46 座核電站已累計安全運行 326 堆年。無論從技術設計、自然稟賦還是人為因素的角度,我國現役核電機組未來發生重大核事故的概率都是微乎其微的。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

(一)二代加:設計優化,安全性增強

1、自然稟賦構築天然屏障

福島核事故發生的直接原因是海嘯造成應急冷卻系統斷電。福島核電站使用能動型冷卻體系,在停堆後依靠柴油發電機發電啟動機組運行。海嘯衝破了核電廠的防禦設施,毀壞了應急柴油發電機,最終導致堆芯喪失冷卻能力,堆芯融化,放射性物質外洩。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

我國沿海海域發生海嘯的可能性很小。從海深條件來看,渤海、黃海平均海深不到 50 米、東海為幾百米,而海深與海嘯發生機率呈正相關關係,地震震源點海水深度越大,則海嘯速度越快,破壞力越強;從地震記錄來看,中國沿海從未發生過 8 級以上的地震;從地形地貌來看,中國近海海域內分佈著數千個島嶼礁灘,構成了天然屏障。

核電站防洪水平完全可以抵禦海嘯災害。在南海發生 9 級地震的情況下,海嘯波對我國沿海核電站廠址水位的最大影響僅約 2.7m,遠低於在役及在建核電站的防洪水平。近年來我國核電防洪標準不斷提升,1991 年我國第一座核電站秦山一期落成,場坪標高為 5 米,防波堤加擋浪牆頂標高為 9 米,目前籌建中的海陽 2 期及廣西白龍核電站,設計標高已提升至 8.1米和 13.47 米。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

2、新技術彌補設計缺陷

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

切爾諾貝利核事故的主要原因是堆型設計存在重大缺陷,從而引起的核電站功率暴走、裂變反應失去控制,最終導致放射性物質洩露。設計缺陷主要體現在三個方面:1)石墨和輕水同時做慢化劑,輕水做冷卻劑,蒸汽化後造成正空泡係數;2)控制棒末端的石墨具有慢化中子及排水效應,起始插入階段反而促進反應增長;3)老式的石墨堆疊式反應堆,缺少內層壓力安全鋼殼和外層混凝土安全殼。

三裡島核電事故的重要誘因是穩壓器釋放閥發生卡開故障,在緊急停堆後該閥門無法自動關閉,導致冷卻劑持續流失。另外,主控室人機交互設計不合理,致使操縱員在事故處置中判斷不明、連續誤操作,切斷了堆芯裂變產物餘熱的導出途徑,最終導致堆芯熔化。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

現階段我國在運核電站,除秦山三期重水堆和臺灣地區少量沸水堆外,全部採用壓水堆堆型。相對於福島、切爾諾貝利等沸水堆而言,壓水堆增設了二回路循壞,將一回路中的放射性冷卻劑隔離密封在安全殼內,汽輪機等設備放射性計量小,易於後期維護檢修。即便發生事故,調節兩回路間的氣壓及溫差,即可實現自然循環冷卻,核洩露的機率大大降低。

我國現役二代加核電站已經徹底解決了切爾諾貝利和三裡島的設計缺陷,在系統設計方面實現了質的提升:

加裝安全殼:加裝由鋼筋混凝土和內襯鋼板構成的安全殼,提高收容能力,防止放射性物質外洩。建造成本升高,但安全性明顯提升;

改進控制棒設計:將冷卻水容器由管道狀改成水池狀,同時縮短控制棒插入時間至 2—3 秒,減弱了控制棒的排水效應;

設計負空泡反應性係數:僅以水充當慢化劑和冷卻劑,水受熱產生氣泡時,慢化和吸收中子的能力同時下降,總體上表現為對反應的抑制作用,切斷了惡性循環;

解決閥門卡開等機械故障:改良設計,在製造過程中採取更嚴格的質量控制,在使用時採取更嚴格的檢驗保養,機械故障是可以消除的;

改進主控室人機界面設計:主控室配置數字化控制系統,增加重要參數實時監測指示,操縱和控制更自動化、集中和精確,大大降低了人為判斷的失誤率;

改進的應急系統可在斷電情況下使用:現役核電站使用的三代壓水堆採用了非能動型安全冷卻體系,能在失去供電的情況下通過重力注入貯存的冷卻水對堆芯進行冷卻,並排出餘熱。

3、完善核安全法規和標準

細化核電法規,防範事故發生。相比於三裡島時期的美國、切爾諾貝利時期的蘇聯、福島時期的日本,我國從核工業發展之始就十分重視核安全,明確制定了“安全第一“的方針,並通過專項立法、發佈部門規章和指導性文件,建立了一個自頂向下、體制完善的法規系統,強化了監管體系與能力建設,確保國家核安全。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

“五道防線”縱深防禦,多重屏障強化核電安全。2016 年發佈的《中國的核應急》白皮書中強調,通過“一案三制”預案和法制、體制、機制建設,輔以“五道防線”有力抓手,建立健全國家核應急組織管理體系:

保證設計、製造、建造、運行等質量,預防偏離正常運行。履行強軍首責,築牢國家安全基石,確保軍工科研生產任務圓滿完成。

嚴格執行運行規程,遵守運行技術規範,使機組運行在限定的安全區間以內,及時檢測和糾正偏差,對非正常運行加以控制,防止演變為事故。

如果偏差未能及時糾正,發生設計基準事故時,自動啟用電廠安全系統和保護系統,組織應急運行,防止事故惡化。

如果事故未能得到有效控制,啟動事故處理規程,實施事故管理策略,保證安全殼不被破壞,防止放射性物質外洩。

在極端情況下,如果以上四道防線均告失效,立即進行場外應急響應行動。同時設置多道實體屏障,防止和控制放射性物質釋入環境。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

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(溫馨提示:文末有下載方式)

一、核電盈利能力強,仍存發展空間

人均用電量偏低,電力需求仍有提升空間。近年來隨著 GDP 增長放緩,我國用電增速下移。從人均用電量的角度來看,我國 2017 年僅達到 4537.62 千瓦時/人,遠低於美國(11875.7)、韓國(10061.56)、法國(7155.47)等發達國家。中遠期看,我國電力需求仍有較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電利用率維持高位,遠優於其他能源。核電具備基荷電源屬性,高效、穩定、環保。近 5 年我國核電機組平均利用小時數高達 7305 小時。BP 數據顯示,2017 年我國一次能源消費中核電佔比僅為 1.8%,與世界平均水平 4.4%仍存較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

二、在役多為二代加,三代或將成主流

自 20 世紀 50 年代核電技術問世,全球核電產業可劃分為四個階段。安全性一直是推動核電行業發展的核心目標。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

目前我國在役機組多采用二代加技術。三代機組已經開始陸續投產,近兩年投入商運的 9臺機組中有 7 臺選擇了三代技術路線。由於目前籌建機組均採用三代技術,預計到 2030 年左右,三代核電站或將成為主力機型。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電發展已歷經四個階段,技術的每一次升級都是對安全性的持續優化。從安全性、經濟性以及環保的角度來看,四代核電技術將成為未來發展的主流方向。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

三、技術更新換代,安全性逐步提升

我國從未發生過二級及以上核事故。核事件分級標準由國際原子能機構(IAEA)制定,共分七級,七級最嚴重。國外共發生過 3 起重大核電事故,其中三裡島為五級,切爾諾貝利、福島為七級。自 1994 年秦山核電站首臺機組投產,我國 46 座核電站已累計安全運行 326 堆年。無論從技術設計、自然稟賦還是人為因素的角度,我國現役核電機組未來發生重大核事故的概率都是微乎其微的。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

(一)二代加:設計優化,安全性增強

1、自然稟賦構築天然屏障

福島核事故發生的直接原因是海嘯造成應急冷卻系統斷電。福島核電站使用能動型冷卻體系,在停堆後依靠柴油發電機發電啟動機組運行。海嘯衝破了核電廠的防禦設施,毀壞了應急柴油發電機,最終導致堆芯喪失冷卻能力,堆芯融化,放射性物質外洩。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

我國沿海海域發生海嘯的可能性很小。從海深條件來看,渤海、黃海平均海深不到 50 米、東海為幾百米,而海深與海嘯發生機率呈正相關關係,地震震源點海水深度越大,則海嘯速度越快,破壞力越強;從地震記錄來看,中國沿海從未發生過 8 級以上的地震;從地形地貌來看,中國近海海域內分佈著數千個島嶼礁灘,構成了天然屏障。

核電站防洪水平完全可以抵禦海嘯災害。在南海發生 9 級地震的情況下,海嘯波對我國沿海核電站廠址水位的最大影響僅約 2.7m,遠低於在役及在建核電站的防洪水平。近年來我國核電防洪標準不斷提升,1991 年我國第一座核電站秦山一期落成,場坪標高為 5 米,防波堤加擋浪牆頂標高為 9 米,目前籌建中的海陽 2 期及廣西白龍核電站,設計標高已提升至 8.1米和 13.47 米。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

2、新技術彌補設計缺陷

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

切爾諾貝利核事故的主要原因是堆型設計存在重大缺陷,從而引起的核電站功率暴走、裂變反應失去控制,最終導致放射性物質洩露。設計缺陷主要體現在三個方面:1)石墨和輕水同時做慢化劑,輕水做冷卻劑,蒸汽化後造成正空泡係數;2)控制棒末端的石墨具有慢化中子及排水效應,起始插入階段反而促進反應增長;3)老式的石墨堆疊式反應堆,缺少內層壓力安全鋼殼和外層混凝土安全殼。

三裡島核電事故的重要誘因是穩壓器釋放閥發生卡開故障,在緊急停堆後該閥門無法自動關閉,導致冷卻劑持續流失。另外,主控室人機交互設計不合理,致使操縱員在事故處置中判斷不明、連續誤操作,切斷了堆芯裂變產物餘熱的導出途徑,最終導致堆芯熔化。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

現階段我國在運核電站,除秦山三期重水堆和臺灣地區少量沸水堆外,全部採用壓水堆堆型。相對於福島、切爾諾貝利等沸水堆而言,壓水堆增設了二回路循壞,將一回路中的放射性冷卻劑隔離密封在安全殼內,汽輪機等設備放射性計量小,易於後期維護檢修。即便發生事故,調節兩回路間的氣壓及溫差,即可實現自然循環冷卻,核洩露的機率大大降低。

我國現役二代加核電站已經徹底解決了切爾諾貝利和三裡島的設計缺陷,在系統設計方面實現了質的提升:

加裝安全殼:加裝由鋼筋混凝土和內襯鋼板構成的安全殼,提高收容能力,防止放射性物質外洩。建造成本升高,但安全性明顯提升;

改進控制棒設計:將冷卻水容器由管道狀改成水池狀,同時縮短控制棒插入時間至 2—3 秒,減弱了控制棒的排水效應;

設計負空泡反應性係數:僅以水充當慢化劑和冷卻劑,水受熱產生氣泡時,慢化和吸收中子的能力同時下降,總體上表現為對反應的抑制作用,切斷了惡性循環;

解決閥門卡開等機械故障:改良設計,在製造過程中採取更嚴格的質量控制,在使用時採取更嚴格的檢驗保養,機械故障是可以消除的;

改進主控室人機界面設計:主控室配置數字化控制系統,增加重要參數實時監測指示,操縱和控制更自動化、集中和精確,大大降低了人為判斷的失誤率;

改進的應急系統可在斷電情況下使用:現役核電站使用的三代壓水堆採用了非能動型安全冷卻體系,能在失去供電的情況下通過重力注入貯存的冷卻水對堆芯進行冷卻,並排出餘熱。

3、完善核安全法規和標準

細化核電法規,防範事故發生。相比於三裡島時期的美國、切爾諾貝利時期的蘇聯、福島時期的日本,我國從核工業發展之始就十分重視核安全,明確制定了“安全第一“的方針,並通過專項立法、發佈部門規章和指導性文件,建立了一個自頂向下、體制完善的法規系統,強化了監管體系與能力建設,確保國家核安全。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

“五道防線”縱深防禦,多重屏障強化核電安全。2016 年發佈的《中國的核應急》白皮書中強調,通過“一案三制”預案和法制、體制、機制建設,輔以“五道防線”有力抓手,建立健全國家核應急組織管理體系:

保證設計、製造、建造、運行等質量,預防偏離正常運行。履行強軍首責,築牢國家安全基石,確保軍工科研生產任務圓滿完成。

嚴格執行運行規程,遵守運行技術規範,使機組運行在限定的安全區間以內,及時檢測和糾正偏差,對非正常運行加以控制,防止演變為事故。

如果偏差未能及時糾正,發生設計基準事故時,自動啟用電廠安全系統和保護系統,組織應急運行,防止事故惡化。

如果事故未能得到有效控制,啟動事故處理規程,實施事故管理策略,保證安全殼不被破壞,防止放射性物質外洩。

在極端情況下,如果以上四道防線均告失效,立即進行場外應急響應行動。同時設置多道實體屏障,防止和控制放射性物質釋入環境。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

全方位,深層次,打好保衛核安全之仗。目前已經落實的法規囊括核設施建設及運行階段的安全監督、放射性同位素與射線防護、核材料管制、放射性廢物運輸及處置、環境評價與監測、人員資質管理和核應急“一案三制”(核應急預案、法制、體制、機制),未來將要在核事故應急及問責、核信息公開、核從業人員崗位培訓上持續發力。

4、國企停堆棄堆執行更徹底

民營企業更看重經濟利益,事故處理時傾向於保護有價設備。三裡島核電站的主運營商 為大都會愛迪生公司,隸屬於美國巴威能源集團。巴威集團是由斯蒂芬·威爾考克斯和喬治·赫爾曼·巴布科克在 1867 年創立,為典型的民營企業。三裡島核事故發生時,為避免主泵汽蝕振動發生損壞,操縱員在堆芯過熱的情況下關閉主泵,中止了冷卻劑循環,從而切斷了堆芯餘熱導出的唯一通道,最終導致堆芯融化。

福島事故後時隔 8 年才決定徹底棄堆。抱著反應堆冷卻系統存在修復可能的僥倖心理,在福島核電站經歷爆炸、起火、堆芯融化等重大事故後,運營福島核電站的東京電力公司消極應對、封鎖信息,直到 2019 年 4 月才首次從嚴重受損的 1 號至 3 號機組燃料池中轉移出核燃料棒,善後工作進展緩慢。8 年時間的不作為,福島核事故產生的 880 噸核殘渣、百萬噸汙染水至今仍難處理。東京電力公司,成立於 1951 年,是日本收入最高的電力公司,也是全球最大的民營核電商。

政府在核電事故的處理中發揮著無可替代的作用。對於核電安全來說,不僅要嚴格管控、從源頭上防範核事故的產生,還要做足危機預防、制定高效科學的應對與善後策略,決策要堅決果斷。在我國,核電站的主要運營主體為國企。而相對民企來說,國企承擔著更多的社會責任,安全、穩定是其核心訴求,將人民的生命安全放到首位,在應該停堆棄堆時會更堅決執行,國企更值得信賴。

(二)三代:安全兜底,在建主流機型

1、堆芯熔化概率降低一個量級

目前,國際主流核電建設標準主要參考美國核電用戶要求文件(URD)和歐洲核電用戶要求文件(EUR)。針對應急安全系統的設計,URD 對第三代核電站兩種類型的核電廠分別提出了嚴格要求。

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(溫馨提示:文末有下載方式)

一、核電盈利能力強,仍存發展空間

人均用電量偏低,電力需求仍有提升空間。近年來隨著 GDP 增長放緩,我國用電增速下移。從人均用電量的角度來看,我國 2017 年僅達到 4537.62 千瓦時/人,遠低於美國(11875.7)、韓國(10061.56)、法國(7155.47)等發達國家。中遠期看,我國電力需求仍有較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電利用率維持高位,遠優於其他能源。核電具備基荷電源屬性,高效、穩定、環保。近 5 年我國核電機組平均利用小時數高達 7305 小時。BP 數據顯示,2017 年我國一次能源消費中核電佔比僅為 1.8%,與世界平均水平 4.4%仍存較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

二、在役多為二代加,三代或將成主流

自 20 世紀 50 年代核電技術問世,全球核電產業可劃分為四個階段。安全性一直是推動核電行業發展的核心目標。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

目前我國在役機組多采用二代加技術。三代機組已經開始陸續投產,近兩年投入商運的 9臺機組中有 7 臺選擇了三代技術路線。由於目前籌建機組均採用三代技術,預計到 2030 年左右,三代核電站或將成為主力機型。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電發展已歷經四個階段,技術的每一次升級都是對安全性的持續優化。從安全性、經濟性以及環保的角度來看,四代核電技術將成為未來發展的主流方向。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

三、技術更新換代,安全性逐步提升

我國從未發生過二級及以上核事故。核事件分級標準由國際原子能機構(IAEA)制定,共分七級,七級最嚴重。國外共發生過 3 起重大核電事故,其中三裡島為五級,切爾諾貝利、福島為七級。自 1994 年秦山核電站首臺機組投產,我國 46 座核電站已累計安全運行 326 堆年。無論從技術設計、自然稟賦還是人為因素的角度,我國現役核電機組未來發生重大核事故的概率都是微乎其微的。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

(一)二代加:設計優化,安全性增強

1、自然稟賦構築天然屏障

福島核事故發生的直接原因是海嘯造成應急冷卻系統斷電。福島核電站使用能動型冷卻體系,在停堆後依靠柴油發電機發電啟動機組運行。海嘯衝破了核電廠的防禦設施,毀壞了應急柴油發電機,最終導致堆芯喪失冷卻能力,堆芯融化,放射性物質外洩。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

我國沿海海域發生海嘯的可能性很小。從海深條件來看,渤海、黃海平均海深不到 50 米、東海為幾百米,而海深與海嘯發生機率呈正相關關係,地震震源點海水深度越大,則海嘯速度越快,破壞力越強;從地震記錄來看,中國沿海從未發生過 8 級以上的地震;從地形地貌來看,中國近海海域內分佈著數千個島嶼礁灘,構成了天然屏障。

核電站防洪水平完全可以抵禦海嘯災害。在南海發生 9 級地震的情況下,海嘯波對我國沿海核電站廠址水位的最大影響僅約 2.7m,遠低於在役及在建核電站的防洪水平。近年來我國核電防洪標準不斷提升,1991 年我國第一座核電站秦山一期落成,場坪標高為 5 米,防波堤加擋浪牆頂標高為 9 米,目前籌建中的海陽 2 期及廣西白龍核電站,設計標高已提升至 8.1米和 13.47 米。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

2、新技術彌補設計缺陷

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

切爾諾貝利核事故的主要原因是堆型設計存在重大缺陷,從而引起的核電站功率暴走、裂變反應失去控制,最終導致放射性物質洩露。設計缺陷主要體現在三個方面:1)石墨和輕水同時做慢化劑,輕水做冷卻劑,蒸汽化後造成正空泡係數;2)控制棒末端的石墨具有慢化中子及排水效應,起始插入階段反而促進反應增長;3)老式的石墨堆疊式反應堆,缺少內層壓力安全鋼殼和外層混凝土安全殼。

三裡島核電事故的重要誘因是穩壓器釋放閥發生卡開故障,在緊急停堆後該閥門無法自動關閉,導致冷卻劑持續流失。另外,主控室人機交互設計不合理,致使操縱員在事故處置中判斷不明、連續誤操作,切斷了堆芯裂變產物餘熱的導出途徑,最終導致堆芯熔化。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

現階段我國在運核電站,除秦山三期重水堆和臺灣地區少量沸水堆外,全部採用壓水堆堆型。相對於福島、切爾諾貝利等沸水堆而言,壓水堆增設了二回路循壞,將一回路中的放射性冷卻劑隔離密封在安全殼內,汽輪機等設備放射性計量小,易於後期維護檢修。即便發生事故,調節兩回路間的氣壓及溫差,即可實現自然循環冷卻,核洩露的機率大大降低。

我國現役二代加核電站已經徹底解決了切爾諾貝利和三裡島的設計缺陷,在系統設計方面實現了質的提升:

加裝安全殼:加裝由鋼筋混凝土和內襯鋼板構成的安全殼,提高收容能力,防止放射性物質外洩。建造成本升高,但安全性明顯提升;

改進控制棒設計:將冷卻水容器由管道狀改成水池狀,同時縮短控制棒插入時間至 2—3 秒,減弱了控制棒的排水效應;

設計負空泡反應性係數:僅以水充當慢化劑和冷卻劑,水受熱產生氣泡時,慢化和吸收中子的能力同時下降,總體上表現為對反應的抑制作用,切斷了惡性循環;

解決閥門卡開等機械故障:改良設計,在製造過程中採取更嚴格的質量控制,在使用時採取更嚴格的檢驗保養,機械故障是可以消除的;

改進主控室人機界面設計:主控室配置數字化控制系統,增加重要參數實時監測指示,操縱和控制更自動化、集中和精確,大大降低了人為判斷的失誤率;

改進的應急系統可在斷電情況下使用:現役核電站使用的三代壓水堆採用了非能動型安全冷卻體系,能在失去供電的情況下通過重力注入貯存的冷卻水對堆芯進行冷卻,並排出餘熱。

3、完善核安全法規和標準

細化核電法規,防範事故發生。相比於三裡島時期的美國、切爾諾貝利時期的蘇聯、福島時期的日本,我國從核工業發展之始就十分重視核安全,明確制定了“安全第一“的方針,並通過專項立法、發佈部門規章和指導性文件,建立了一個自頂向下、體制完善的法規系統,強化了監管體系與能力建設,確保國家核安全。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

“五道防線”縱深防禦,多重屏障強化核電安全。2016 年發佈的《中國的核應急》白皮書中強調,通過“一案三制”預案和法制、體制、機制建設,輔以“五道防線”有力抓手,建立健全國家核應急組織管理體系:

保證設計、製造、建造、運行等質量,預防偏離正常運行。履行強軍首責,築牢國家安全基石,確保軍工科研生產任務圓滿完成。

嚴格執行運行規程,遵守運行技術規範,使機組運行在限定的安全區間以內,及時檢測和糾正偏差,對非正常運行加以控制,防止演變為事故。

如果偏差未能及時糾正,發生設計基準事故時,自動啟用電廠安全系統和保護系統,組織應急運行,防止事故惡化。

如果事故未能得到有效控制,啟動事故處理規程,實施事故管理策略,保證安全殼不被破壞,防止放射性物質外洩。

在極端情況下,如果以上四道防線均告失效,立即進行場外應急響應行動。同時設置多道實體屏障,防止和控制放射性物質釋入環境。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

全方位,深層次,打好保衛核安全之仗。目前已經落實的法規囊括核設施建設及運行階段的安全監督、放射性同位素與射線防護、核材料管制、放射性廢物運輸及處置、環境評價與監測、人員資質管理和核應急“一案三制”(核應急預案、法制、體制、機制),未來將要在核事故應急及問責、核信息公開、核從業人員崗位培訓上持續發力。

4、國企停堆棄堆執行更徹底

民營企業更看重經濟利益,事故處理時傾向於保護有價設備。三裡島核電站的主運營商 為大都會愛迪生公司,隸屬於美國巴威能源集團。巴威集團是由斯蒂芬·威爾考克斯和喬治·赫爾曼·巴布科克在 1867 年創立,為典型的民營企業。三裡島核事故發生時,為避免主泵汽蝕振動發生損壞,操縱員在堆芯過熱的情況下關閉主泵,中止了冷卻劑循環,從而切斷了堆芯餘熱導出的唯一通道,最終導致堆芯融化。

福島事故後時隔 8 年才決定徹底棄堆。抱著反應堆冷卻系統存在修復可能的僥倖心理,在福島核電站經歷爆炸、起火、堆芯融化等重大事故後,運營福島核電站的東京電力公司消極應對、封鎖信息,直到 2019 年 4 月才首次從嚴重受損的 1 號至 3 號機組燃料池中轉移出核燃料棒,善後工作進展緩慢。8 年時間的不作為,福島核事故產生的 880 噸核殘渣、百萬噸汙染水至今仍難處理。東京電力公司,成立於 1951 年,是日本收入最高的電力公司,也是全球最大的民營核電商。

政府在核電事故的處理中發揮著無可替代的作用。對於核電安全來說,不僅要嚴格管控、從源頭上防範核事故的產生,還要做足危機預防、制定高效科學的應對與善後策略,決策要堅決果斷。在我國,核電站的主要運營主體為國企。而相對民企來說,國企承擔著更多的社會責任,安全、穩定是其核心訴求,將人民的生命安全放到首位,在應該停堆棄堆時會更堅決執行,國企更值得信賴。

(二)三代:安全兜底,在建主流機型

1、堆芯熔化概率降低一個量級

目前,國際主流核電建設標準主要參考美國核電用戶要求文件(URD)和歐洲核電用戶要求文件(EUR)。針對應急安全系統的設計,URD 對第三代核電站兩種類型的核電廠分別提出了嚴格要求。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

三代核電發生事故的概率較二代顯著下降。經過一系列技術設計的優化升級,二代能動核電站進階到三代非能動和改進型能動核電站。西屋公司 AP1000 標準設計證書和芬蘭 OL3核電廠建造許可證中顯示,三代技術具有代表性的 AP1000 和 EPR 的堆芯損壞頻率分別降低到 5.0894×10-7/堆年和 1.18×10-6/堆年,大量放射性釋放概率降低至 5.94×10-8/堆年和 9.6×10-8/堆年,相較二代核電降低了一至二個數量級。

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(溫馨提示:文末有下載方式)

一、核電盈利能力強,仍存發展空間

人均用電量偏低,電力需求仍有提升空間。近年來隨著 GDP 增長放緩,我國用電增速下移。從人均用電量的角度來看,我國 2017 年僅達到 4537.62 千瓦時/人,遠低於美國(11875.7)、韓國(10061.56)、法國(7155.47)等發達國家。中遠期看,我國電力需求仍有較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電利用率維持高位,遠優於其他能源。核電具備基荷電源屬性,高效、穩定、環保。近 5 年我國核電機組平均利用小時數高達 7305 小時。BP 數據顯示,2017 年我國一次能源消費中核電佔比僅為 1.8%,與世界平均水平 4.4%仍存較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

二、在役多為二代加,三代或將成主流

自 20 世紀 50 年代核電技術問世,全球核電產業可劃分為四個階段。安全性一直是推動核電行業發展的核心目標。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

目前我國在役機組多采用二代加技術。三代機組已經開始陸續投產,近兩年投入商運的 9臺機組中有 7 臺選擇了三代技術路線。由於目前籌建機組均採用三代技術,預計到 2030 年左右,三代核電站或將成為主力機型。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電發展已歷經四個階段,技術的每一次升級都是對安全性的持續優化。從安全性、經濟性以及環保的角度來看,四代核電技術將成為未來發展的主流方向。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

三、技術更新換代,安全性逐步提升

我國從未發生過二級及以上核事故。核事件分級標準由國際原子能機構(IAEA)制定,共分七級,七級最嚴重。國外共發生過 3 起重大核電事故,其中三裡島為五級,切爾諾貝利、福島為七級。自 1994 年秦山核電站首臺機組投產,我國 46 座核電站已累計安全運行 326 堆年。無論從技術設計、自然稟賦還是人為因素的角度,我國現役核電機組未來發生重大核事故的概率都是微乎其微的。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

(一)二代加:設計優化,安全性增強

1、自然稟賦構築天然屏障

福島核事故發生的直接原因是海嘯造成應急冷卻系統斷電。福島核電站使用能動型冷卻體系,在停堆後依靠柴油發電機發電啟動機組運行。海嘯衝破了核電廠的防禦設施,毀壞了應急柴油發電機,最終導致堆芯喪失冷卻能力,堆芯融化,放射性物質外洩。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

我國沿海海域發生海嘯的可能性很小。從海深條件來看,渤海、黃海平均海深不到 50 米、東海為幾百米,而海深與海嘯發生機率呈正相關關係,地震震源點海水深度越大,則海嘯速度越快,破壞力越強;從地震記錄來看,中國沿海從未發生過 8 級以上的地震;從地形地貌來看,中國近海海域內分佈著數千個島嶼礁灘,構成了天然屏障。

核電站防洪水平完全可以抵禦海嘯災害。在南海發生 9 級地震的情況下,海嘯波對我國沿海核電站廠址水位的最大影響僅約 2.7m,遠低於在役及在建核電站的防洪水平。近年來我國核電防洪標準不斷提升,1991 年我國第一座核電站秦山一期落成,場坪標高為 5 米,防波堤加擋浪牆頂標高為 9 米,目前籌建中的海陽 2 期及廣西白龍核電站,設計標高已提升至 8.1米和 13.47 米。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

2、新技術彌補設計缺陷

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

切爾諾貝利核事故的主要原因是堆型設計存在重大缺陷,從而引起的核電站功率暴走、裂變反應失去控制,最終導致放射性物質洩露。設計缺陷主要體現在三個方面:1)石墨和輕水同時做慢化劑,輕水做冷卻劑,蒸汽化後造成正空泡係數;2)控制棒末端的石墨具有慢化中子及排水效應,起始插入階段反而促進反應增長;3)老式的石墨堆疊式反應堆,缺少內層壓力安全鋼殼和外層混凝土安全殼。

三裡島核電事故的重要誘因是穩壓器釋放閥發生卡開故障,在緊急停堆後該閥門無法自動關閉,導致冷卻劑持續流失。另外,主控室人機交互設計不合理,致使操縱員在事故處置中判斷不明、連續誤操作,切斷了堆芯裂變產物餘熱的導出途徑,最終導致堆芯熔化。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

現階段我國在運核電站,除秦山三期重水堆和臺灣地區少量沸水堆外,全部採用壓水堆堆型。相對於福島、切爾諾貝利等沸水堆而言,壓水堆增設了二回路循壞,將一回路中的放射性冷卻劑隔離密封在安全殼內,汽輪機等設備放射性計量小,易於後期維護檢修。即便發生事故,調節兩回路間的氣壓及溫差,即可實現自然循環冷卻,核洩露的機率大大降低。

我國現役二代加核電站已經徹底解決了切爾諾貝利和三裡島的設計缺陷,在系統設計方面實現了質的提升:

加裝安全殼:加裝由鋼筋混凝土和內襯鋼板構成的安全殼,提高收容能力,防止放射性物質外洩。建造成本升高,但安全性明顯提升;

改進控制棒設計:將冷卻水容器由管道狀改成水池狀,同時縮短控制棒插入時間至 2—3 秒,減弱了控制棒的排水效應;

設計負空泡反應性係數:僅以水充當慢化劑和冷卻劑,水受熱產生氣泡時,慢化和吸收中子的能力同時下降,總體上表現為對反應的抑制作用,切斷了惡性循環;

解決閥門卡開等機械故障:改良設計,在製造過程中採取更嚴格的質量控制,在使用時採取更嚴格的檢驗保養,機械故障是可以消除的;

改進主控室人機界面設計:主控室配置數字化控制系統,增加重要參數實時監測指示,操縱和控制更自動化、集中和精確,大大降低了人為判斷的失誤率;

改進的應急系統可在斷電情況下使用:現役核電站使用的三代壓水堆採用了非能動型安全冷卻體系,能在失去供電的情況下通過重力注入貯存的冷卻水對堆芯進行冷卻,並排出餘熱。

3、完善核安全法規和標準

細化核電法規,防範事故發生。相比於三裡島時期的美國、切爾諾貝利時期的蘇聯、福島時期的日本,我國從核工業發展之始就十分重視核安全,明確制定了“安全第一“的方針,並通過專項立法、發佈部門規章和指導性文件,建立了一個自頂向下、體制完善的法規系統,強化了監管體系與能力建設,確保國家核安全。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

“五道防線”縱深防禦,多重屏障強化核電安全。2016 年發佈的《中國的核應急》白皮書中強調,通過“一案三制”預案和法制、體制、機制建設,輔以“五道防線”有力抓手,建立健全國家核應急組織管理體系:

保證設計、製造、建造、運行等質量,預防偏離正常運行。履行強軍首責,築牢國家安全基石,確保軍工科研生產任務圓滿完成。

嚴格執行運行規程,遵守運行技術規範,使機組運行在限定的安全區間以內,及時檢測和糾正偏差,對非正常運行加以控制,防止演變為事故。

如果偏差未能及時糾正,發生設計基準事故時,自動啟用電廠安全系統和保護系統,組織應急運行,防止事故惡化。

如果事故未能得到有效控制,啟動事故處理規程,實施事故管理策略,保證安全殼不被破壞,防止放射性物質外洩。

在極端情況下,如果以上四道防線均告失效,立即進行場外應急響應行動。同時設置多道實體屏障,防止和控制放射性物質釋入環境。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

全方位,深層次,打好保衛核安全之仗。目前已經落實的法規囊括核設施建設及運行階段的安全監督、放射性同位素與射線防護、核材料管制、放射性廢物運輸及處置、環境評價與監測、人員資質管理和核應急“一案三制”(核應急預案、法制、體制、機制),未來將要在核事故應急及問責、核信息公開、核從業人員崗位培訓上持續發力。

4、國企停堆棄堆執行更徹底

民營企業更看重經濟利益,事故處理時傾向於保護有價設備。三裡島核電站的主運營商 為大都會愛迪生公司,隸屬於美國巴威能源集團。巴威集團是由斯蒂芬·威爾考克斯和喬治·赫爾曼·巴布科克在 1867 年創立,為典型的民營企業。三裡島核事故發生時,為避免主泵汽蝕振動發生損壞,操縱員在堆芯過熱的情況下關閉主泵,中止了冷卻劑循環,從而切斷了堆芯餘熱導出的唯一通道,最終導致堆芯融化。

福島事故後時隔 8 年才決定徹底棄堆。抱著反應堆冷卻系統存在修復可能的僥倖心理,在福島核電站經歷爆炸、起火、堆芯融化等重大事故後,運營福島核電站的東京電力公司消極應對、封鎖信息,直到 2019 年 4 月才首次從嚴重受損的 1 號至 3 號機組燃料池中轉移出核燃料棒,善後工作進展緩慢。8 年時間的不作為,福島核事故產生的 880 噸核殘渣、百萬噸汙染水至今仍難處理。東京電力公司,成立於 1951 年,是日本收入最高的電力公司,也是全球最大的民營核電商。

政府在核電事故的處理中發揮著無可替代的作用。對於核電安全來說,不僅要嚴格管控、從源頭上防範核事故的產生,還要做足危機預防、制定高效科學的應對與善後策略,決策要堅決果斷。在我國,核電站的主要運營主體為國企。而相對民企來說,國企承擔著更多的社會責任,安全、穩定是其核心訴求,將人民的生命安全放到首位,在應該停堆棄堆時會更堅決執行,國企更值得信賴。

(二)三代:安全兜底,在建主流機型

1、堆芯熔化概率降低一個量級

目前,國際主流核電建設標準主要參考美國核電用戶要求文件(URD)和歐洲核電用戶要求文件(EUR)。針對應急安全系統的設計,URD 對第三代核電站兩種類型的核電廠分別提出了嚴格要求。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

三代核電發生事故的概率較二代顯著下降。經過一系列技術設計的優化升級,二代能動核電站進階到三代非能動和改進型能動核電站。西屋公司 AP1000 標準設計證書和芬蘭 OL3核電廠建造許可證中顯示,三代技術具有代表性的 AP1000 和 EPR 的堆芯損壞頻率分別降低到 5.0894×10-7/堆年和 1.18×10-6/堆年,大量放射性釋放概率降低至 5.94×10-8/堆年和 9.6×10-8/堆年,相較二代核電降低了一至二個數量級。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

2、我國在建、籌建電站多采用三代技術

我國目前籌建電站全部使用三代技術,在建佔比高達 80%。與二代相比,除了安全性更強,三代核電還具備經濟性更高的明顯優勢:1)單機功率從 60-100 提升至 100-150 萬千瓦; 2)換料週期由 12-18 個月延長至 18-24 個月;3)建造週期縮短了 6 個月;4)設計壽命延長了 20 年。因此,三代核電已經成為我國在建籌建核電站的首選。目前我國 10 臺在建機組中有7 臺採用三代技術,46 臺籌建機組全部採用三代技術。

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(溫馨提示:文末有下載方式)

一、核電盈利能力強,仍存發展空間

人均用電量偏低,電力需求仍有提升空間。近年來隨著 GDP 增長放緩,我國用電增速下移。從人均用電量的角度來看,我國 2017 年僅達到 4537.62 千瓦時/人,遠低於美國(11875.7)、韓國(10061.56)、法國(7155.47)等發達國家。中遠期看,我國電力需求仍有較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電利用率維持高位,遠優於其他能源。核電具備基荷電源屬性,高效、穩定、環保。近 5 年我國核電機組平均利用小時數高達 7305 小時。BP 數據顯示,2017 年我國一次能源消費中核電佔比僅為 1.8%,與世界平均水平 4.4%仍存較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

二、在役多為二代加,三代或將成主流

自 20 世紀 50 年代核電技術問世,全球核電產業可劃分為四個階段。安全性一直是推動核電行業發展的核心目標。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

目前我國在役機組多采用二代加技術。三代機組已經開始陸續投產,近兩年投入商運的 9臺機組中有 7 臺選擇了三代技術路線。由於目前籌建機組均採用三代技術,預計到 2030 年左右,三代核電站或將成為主力機型。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電發展已歷經四個階段,技術的每一次升級都是對安全性的持續優化。從安全性、經濟性以及環保的角度來看,四代核電技術將成為未來發展的主流方向。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

三、技術更新換代,安全性逐步提升

我國從未發生過二級及以上核事故。核事件分級標準由國際原子能機構(IAEA)制定,共分七級,七級最嚴重。國外共發生過 3 起重大核電事故,其中三裡島為五級,切爾諾貝利、福島為七級。自 1994 年秦山核電站首臺機組投產,我國 46 座核電站已累計安全運行 326 堆年。無論從技術設計、自然稟賦還是人為因素的角度,我國現役核電機組未來發生重大核事故的概率都是微乎其微的。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

(一)二代加:設計優化,安全性增強

1、自然稟賦構築天然屏障

福島核事故發生的直接原因是海嘯造成應急冷卻系統斷電。福島核電站使用能動型冷卻體系,在停堆後依靠柴油發電機發電啟動機組運行。海嘯衝破了核電廠的防禦設施,毀壞了應急柴油發電機,最終導致堆芯喪失冷卻能力,堆芯融化,放射性物質外洩。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

我國沿海海域發生海嘯的可能性很小。從海深條件來看,渤海、黃海平均海深不到 50 米、東海為幾百米,而海深與海嘯發生機率呈正相關關係,地震震源點海水深度越大,則海嘯速度越快,破壞力越強;從地震記錄來看,中國沿海從未發生過 8 級以上的地震;從地形地貌來看,中國近海海域內分佈著數千個島嶼礁灘,構成了天然屏障。

核電站防洪水平完全可以抵禦海嘯災害。在南海發生 9 級地震的情況下,海嘯波對我國沿海核電站廠址水位的最大影響僅約 2.7m,遠低於在役及在建核電站的防洪水平。近年來我國核電防洪標準不斷提升,1991 年我國第一座核電站秦山一期落成,場坪標高為 5 米,防波堤加擋浪牆頂標高為 9 米,目前籌建中的海陽 2 期及廣西白龍核電站,設計標高已提升至 8.1米和 13.47 米。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

2、新技術彌補設計缺陷

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

切爾諾貝利核事故的主要原因是堆型設計存在重大缺陷,從而引起的核電站功率暴走、裂變反應失去控制,最終導致放射性物質洩露。設計缺陷主要體現在三個方面:1)石墨和輕水同時做慢化劑,輕水做冷卻劑,蒸汽化後造成正空泡係數;2)控制棒末端的石墨具有慢化中子及排水效應,起始插入階段反而促進反應增長;3)老式的石墨堆疊式反應堆,缺少內層壓力安全鋼殼和外層混凝土安全殼。

三裡島核電事故的重要誘因是穩壓器釋放閥發生卡開故障,在緊急停堆後該閥門無法自動關閉,導致冷卻劑持續流失。另外,主控室人機交互設計不合理,致使操縱員在事故處置中判斷不明、連續誤操作,切斷了堆芯裂變產物餘熱的導出途徑,最終導致堆芯熔化。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

現階段我國在運核電站,除秦山三期重水堆和臺灣地區少量沸水堆外,全部採用壓水堆堆型。相對於福島、切爾諾貝利等沸水堆而言,壓水堆增設了二回路循壞,將一回路中的放射性冷卻劑隔離密封在安全殼內,汽輪機等設備放射性計量小,易於後期維護檢修。即便發生事故,調節兩回路間的氣壓及溫差,即可實現自然循環冷卻,核洩露的機率大大降低。

我國現役二代加核電站已經徹底解決了切爾諾貝利和三裡島的設計缺陷,在系統設計方面實現了質的提升:

加裝安全殼:加裝由鋼筋混凝土和內襯鋼板構成的安全殼,提高收容能力,防止放射性物質外洩。建造成本升高,但安全性明顯提升;

改進控制棒設計:將冷卻水容器由管道狀改成水池狀,同時縮短控制棒插入時間至 2—3 秒,減弱了控制棒的排水效應;

設計負空泡反應性係數:僅以水充當慢化劑和冷卻劑,水受熱產生氣泡時,慢化和吸收中子的能力同時下降,總體上表現為對反應的抑制作用,切斷了惡性循環;

解決閥門卡開等機械故障:改良設計,在製造過程中採取更嚴格的質量控制,在使用時採取更嚴格的檢驗保養,機械故障是可以消除的;

改進主控室人機界面設計:主控室配置數字化控制系統,增加重要參數實時監測指示,操縱和控制更自動化、集中和精確,大大降低了人為判斷的失誤率;

改進的應急系統可在斷電情況下使用:現役核電站使用的三代壓水堆採用了非能動型安全冷卻體系,能在失去供電的情況下通過重力注入貯存的冷卻水對堆芯進行冷卻,並排出餘熱。

3、完善核安全法規和標準

細化核電法規,防範事故發生。相比於三裡島時期的美國、切爾諾貝利時期的蘇聯、福島時期的日本,我國從核工業發展之始就十分重視核安全,明確制定了“安全第一“的方針,並通過專項立法、發佈部門規章和指導性文件,建立了一個自頂向下、體制完善的法規系統,強化了監管體系與能力建設,確保國家核安全。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

“五道防線”縱深防禦,多重屏障強化核電安全。2016 年發佈的《中國的核應急》白皮書中強調,通過“一案三制”預案和法制、體制、機制建設,輔以“五道防線”有力抓手,建立健全國家核應急組織管理體系:

保證設計、製造、建造、運行等質量,預防偏離正常運行。履行強軍首責,築牢國家安全基石,確保軍工科研生產任務圓滿完成。

嚴格執行運行規程,遵守運行技術規範,使機組運行在限定的安全區間以內,及時檢測和糾正偏差,對非正常運行加以控制,防止演變為事故。

如果偏差未能及時糾正,發生設計基準事故時,自動啟用電廠安全系統和保護系統,組織應急運行,防止事故惡化。

如果事故未能得到有效控制,啟動事故處理規程,實施事故管理策略,保證安全殼不被破壞,防止放射性物質外洩。

在極端情況下,如果以上四道防線均告失效,立即進行場外應急響應行動。同時設置多道實體屏障,防止和控制放射性物質釋入環境。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

全方位,深層次,打好保衛核安全之仗。目前已經落實的法規囊括核設施建設及運行階段的安全監督、放射性同位素與射線防護、核材料管制、放射性廢物運輸及處置、環境評價與監測、人員資質管理和核應急“一案三制”(核應急預案、法制、體制、機制),未來將要在核事故應急及問責、核信息公開、核從業人員崗位培訓上持續發力。

4、國企停堆棄堆執行更徹底

民營企業更看重經濟利益,事故處理時傾向於保護有價設備。三裡島核電站的主運營商 為大都會愛迪生公司,隸屬於美國巴威能源集團。巴威集團是由斯蒂芬·威爾考克斯和喬治·赫爾曼·巴布科克在 1867 年創立,為典型的民營企業。三裡島核事故發生時,為避免主泵汽蝕振動發生損壞,操縱員在堆芯過熱的情況下關閉主泵,中止了冷卻劑循環,從而切斷了堆芯餘熱導出的唯一通道,最終導致堆芯融化。

福島事故後時隔 8 年才決定徹底棄堆。抱著反應堆冷卻系統存在修復可能的僥倖心理,在福島核電站經歷爆炸、起火、堆芯融化等重大事故後,運營福島核電站的東京電力公司消極應對、封鎖信息,直到 2019 年 4 月才首次從嚴重受損的 1 號至 3 號機組燃料池中轉移出核燃料棒,善後工作進展緩慢。8 年時間的不作為,福島核事故產生的 880 噸核殘渣、百萬噸汙染水至今仍難處理。東京電力公司,成立於 1951 年,是日本收入最高的電力公司,也是全球最大的民營核電商。

政府在核電事故的處理中發揮著無可替代的作用。對於核電安全來說,不僅要嚴格管控、從源頭上防範核事故的產生,還要做足危機預防、制定高效科學的應對與善後策略,決策要堅決果斷。在我國,核電站的主要運營主體為國企。而相對民企來說,國企承擔著更多的社會責任,安全、穩定是其核心訴求,將人民的生命安全放到首位,在應該停堆棄堆時會更堅決執行,國企更值得信賴。

(二)三代:安全兜底,在建主流機型

1、堆芯熔化概率降低一個量級

目前,國際主流核電建設標準主要參考美國核電用戶要求文件(URD)和歐洲核電用戶要求文件(EUR)。針對應急安全系統的設計,URD 對第三代核電站兩種類型的核電廠分別提出了嚴格要求。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

三代核電發生事故的概率較二代顯著下降。經過一系列技術設計的優化升級,二代能動核電站進階到三代非能動和改進型能動核電站。西屋公司 AP1000 標準設計證書和芬蘭 OL3核電廠建造許可證中顯示,三代技術具有代表性的 AP1000 和 EPR 的堆芯損壞頻率分別降低到 5.0894×10-7/堆年和 1.18×10-6/堆年,大量放射性釋放概率降低至 5.94×10-8/堆年和 9.6×10-8/堆年,相較二代核電降低了一至二個數量級。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

2、我國在建、籌建電站多采用三代技術

我國目前籌建電站全部使用三代技術,在建佔比高達 80%。與二代相比,除了安全性更強,三代核電還具備經濟性更高的明顯優勢:1)單機功率從 60-100 提升至 100-150 萬千瓦; 2)換料週期由 12-18 個月延長至 18-24 個月;3)建造週期縮短了 6 個月;4)設計壽命延長了 20 年。因此,三代核電已經成為我國在建籌建核電站的首選。目前我國 10 臺在建機組中有7 臺採用三代技術,46 臺籌建機組全部採用三代技術。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

3、“華龍一號”蛟龍出海

“華龍一號” 是中國核電“技術崛起、海外輸出”的主打品牌,是中廣核集團及中核集團在 ACPR1000 和 ACP1000+的基礎上聯合開發的三代加堆型,具有完整自主知識產權,在設計創新方面優勢明顯。

採用“能動和非能動相結合”的安全設計理念,反應堆堆芯配備 177 個燃料組件、單堆佈置、採用多重冗餘的安全系統。非能動以高位冷卻水箱為主體,事故後依靠重力快速向堆芯注入大量含硼水,可有效應對能動系統動力源喪失的情況,防止堆芯裸露。

全面平衡貫徹了“縱深防禦”的設計原則,設置了完善的嚴重事故預防和緩解措施,滿足事故後 72 小時不干預原則,安全指標和技術性能達到了國際三代核電技術的先進水平。

可根據客戶需求,定製個性化的專設安全系統。基於實際情況,可選擇性在餘熱排出、一回路完整性和安全殼完整性等重要環節上設置非能動系統,次臨界、一路水裝量可繼續沿用傳統能動系統,實現資金和資源的有效配置。

實現了安全性和經濟性的平衡,經濟指標上,電廠設計壽命 60 年,採用 18 個月換料方案,設計可利用率大於 90%,市場競爭力突出。

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(溫馨提示:文末有下載方式)

一、核電盈利能力強,仍存發展空間

人均用電量偏低,電力需求仍有提升空間。近年來隨著 GDP 增長放緩,我國用電增速下移。從人均用電量的角度來看,我國 2017 年僅達到 4537.62 千瓦時/人,遠低於美國(11875.7)、韓國(10061.56)、法國(7155.47)等發達國家。中遠期看,我國電力需求仍有較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電利用率維持高位,遠優於其他能源。核電具備基荷電源屬性,高效、穩定、環保。近 5 年我國核電機組平均利用小時數高達 7305 小時。BP 數據顯示,2017 年我國一次能源消費中核電佔比僅為 1.8%,與世界平均水平 4.4%仍存較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

二、在役多為二代加,三代或將成主流

自 20 世紀 50 年代核電技術問世,全球核電產業可劃分為四個階段。安全性一直是推動核電行業發展的核心目標。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

目前我國在役機組多采用二代加技術。三代機組已經開始陸續投產,近兩年投入商運的 9臺機組中有 7 臺選擇了三代技術路線。由於目前籌建機組均採用三代技術,預計到 2030 年左右,三代核電站或將成為主力機型。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電發展已歷經四個階段,技術的每一次升級都是對安全性的持續優化。從安全性、經濟性以及環保的角度來看,四代核電技術將成為未來發展的主流方向。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

三、技術更新換代,安全性逐步提升

我國從未發生過二級及以上核事故。核事件分級標準由國際原子能機構(IAEA)制定,共分七級,七級最嚴重。國外共發生過 3 起重大核電事故,其中三裡島為五級,切爾諾貝利、福島為七級。自 1994 年秦山核電站首臺機組投產,我國 46 座核電站已累計安全運行 326 堆年。無論從技術設計、自然稟賦還是人為因素的角度,我國現役核電機組未來發生重大核事故的概率都是微乎其微的。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

(一)二代加:設計優化,安全性增強

1、自然稟賦構築天然屏障

福島核事故發生的直接原因是海嘯造成應急冷卻系統斷電。福島核電站使用能動型冷卻體系,在停堆後依靠柴油發電機發電啟動機組運行。海嘯衝破了核電廠的防禦設施,毀壞了應急柴油發電機,最終導致堆芯喪失冷卻能力,堆芯融化,放射性物質外洩。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

我國沿海海域發生海嘯的可能性很小。從海深條件來看,渤海、黃海平均海深不到 50 米、東海為幾百米,而海深與海嘯發生機率呈正相關關係,地震震源點海水深度越大,則海嘯速度越快,破壞力越強;從地震記錄來看,中國沿海從未發生過 8 級以上的地震;從地形地貌來看,中國近海海域內分佈著數千個島嶼礁灘,構成了天然屏障。

核電站防洪水平完全可以抵禦海嘯災害。在南海發生 9 級地震的情況下,海嘯波對我國沿海核電站廠址水位的最大影響僅約 2.7m,遠低於在役及在建核電站的防洪水平。近年來我國核電防洪標準不斷提升,1991 年我國第一座核電站秦山一期落成,場坪標高為 5 米,防波堤加擋浪牆頂標高為 9 米,目前籌建中的海陽 2 期及廣西白龍核電站,設計標高已提升至 8.1米和 13.47 米。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

2、新技術彌補設計缺陷

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

切爾諾貝利核事故的主要原因是堆型設計存在重大缺陷,從而引起的核電站功率暴走、裂變反應失去控制,最終導致放射性物質洩露。設計缺陷主要體現在三個方面:1)石墨和輕水同時做慢化劑,輕水做冷卻劑,蒸汽化後造成正空泡係數;2)控制棒末端的石墨具有慢化中子及排水效應,起始插入階段反而促進反應增長;3)老式的石墨堆疊式反應堆,缺少內層壓力安全鋼殼和外層混凝土安全殼。

三裡島核電事故的重要誘因是穩壓器釋放閥發生卡開故障,在緊急停堆後該閥門無法自動關閉,導致冷卻劑持續流失。另外,主控室人機交互設計不合理,致使操縱員在事故處置中判斷不明、連續誤操作,切斷了堆芯裂變產物餘熱的導出途徑,最終導致堆芯熔化。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

現階段我國在運核電站,除秦山三期重水堆和臺灣地區少量沸水堆外,全部採用壓水堆堆型。相對於福島、切爾諾貝利等沸水堆而言,壓水堆增設了二回路循壞,將一回路中的放射性冷卻劑隔離密封在安全殼內,汽輪機等設備放射性計量小,易於後期維護檢修。即便發生事故,調節兩回路間的氣壓及溫差,即可實現自然循環冷卻,核洩露的機率大大降低。

我國現役二代加核電站已經徹底解決了切爾諾貝利和三裡島的設計缺陷,在系統設計方面實現了質的提升:

加裝安全殼:加裝由鋼筋混凝土和內襯鋼板構成的安全殼,提高收容能力,防止放射性物質外洩。建造成本升高,但安全性明顯提升;

改進控制棒設計:將冷卻水容器由管道狀改成水池狀,同時縮短控制棒插入時間至 2—3 秒,減弱了控制棒的排水效應;

設計負空泡反應性係數:僅以水充當慢化劑和冷卻劑,水受熱產生氣泡時,慢化和吸收中子的能力同時下降,總體上表現為對反應的抑制作用,切斷了惡性循環;

解決閥門卡開等機械故障:改良設計,在製造過程中採取更嚴格的質量控制,在使用時採取更嚴格的檢驗保養,機械故障是可以消除的;

改進主控室人機界面設計:主控室配置數字化控制系統,增加重要參數實時監測指示,操縱和控制更自動化、集中和精確,大大降低了人為判斷的失誤率;

改進的應急系統可在斷電情況下使用:現役核電站使用的三代壓水堆採用了非能動型安全冷卻體系,能在失去供電的情況下通過重力注入貯存的冷卻水對堆芯進行冷卻,並排出餘熱。

3、完善核安全法規和標準

細化核電法規,防範事故發生。相比於三裡島時期的美國、切爾諾貝利時期的蘇聯、福島時期的日本,我國從核工業發展之始就十分重視核安全,明確制定了“安全第一“的方針,並通過專項立法、發佈部門規章和指導性文件,建立了一個自頂向下、體制完善的法規系統,強化了監管體系與能力建設,確保國家核安全。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

“五道防線”縱深防禦,多重屏障強化核電安全。2016 年發佈的《中國的核應急》白皮書中強調,通過“一案三制”預案和法制、體制、機制建設,輔以“五道防線”有力抓手,建立健全國家核應急組織管理體系:

保證設計、製造、建造、運行等質量,預防偏離正常運行。履行強軍首責,築牢國家安全基石,確保軍工科研生產任務圓滿完成。

嚴格執行運行規程,遵守運行技術規範,使機組運行在限定的安全區間以內,及時檢測和糾正偏差,對非正常運行加以控制,防止演變為事故。

如果偏差未能及時糾正,發生設計基準事故時,自動啟用電廠安全系統和保護系統,組織應急運行,防止事故惡化。

如果事故未能得到有效控制,啟動事故處理規程,實施事故管理策略,保證安全殼不被破壞,防止放射性物質外洩。

在極端情況下,如果以上四道防線均告失效,立即進行場外應急響應行動。同時設置多道實體屏障,防止和控制放射性物質釋入環境。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

全方位,深層次,打好保衛核安全之仗。目前已經落實的法規囊括核設施建設及運行階段的安全監督、放射性同位素與射線防護、核材料管制、放射性廢物運輸及處置、環境評價與監測、人員資質管理和核應急“一案三制”(核應急預案、法制、體制、機制),未來將要在核事故應急及問責、核信息公開、核從業人員崗位培訓上持續發力。

4、國企停堆棄堆執行更徹底

民營企業更看重經濟利益,事故處理時傾向於保護有價設備。三裡島核電站的主運營商 為大都會愛迪生公司,隸屬於美國巴威能源集團。巴威集團是由斯蒂芬·威爾考克斯和喬治·赫爾曼·巴布科克在 1867 年創立,為典型的民營企業。三裡島核事故發生時,為避免主泵汽蝕振動發生損壞,操縱員在堆芯過熱的情況下關閉主泵,中止了冷卻劑循環,從而切斷了堆芯餘熱導出的唯一通道,最終導致堆芯融化。

福島事故後時隔 8 年才決定徹底棄堆。抱著反應堆冷卻系統存在修復可能的僥倖心理,在福島核電站經歷爆炸、起火、堆芯融化等重大事故後,運營福島核電站的東京電力公司消極應對、封鎖信息,直到 2019 年 4 月才首次從嚴重受損的 1 號至 3 號機組燃料池中轉移出核燃料棒,善後工作進展緩慢。8 年時間的不作為,福島核事故產生的 880 噸核殘渣、百萬噸汙染水至今仍難處理。東京電力公司,成立於 1951 年,是日本收入最高的電力公司,也是全球最大的民營核電商。

政府在核電事故的處理中發揮著無可替代的作用。對於核電安全來說,不僅要嚴格管控、從源頭上防範核事故的產生,還要做足危機預防、制定高效科學的應對與善後策略,決策要堅決果斷。在我國,核電站的主要運營主體為國企。而相對民企來說,國企承擔著更多的社會責任,安全、穩定是其核心訴求,將人民的生命安全放到首位,在應該停堆棄堆時會更堅決執行,國企更值得信賴。

(二)三代:安全兜底,在建主流機型

1、堆芯熔化概率降低一個量級

目前,國際主流核電建設標準主要參考美國核電用戶要求文件(URD)和歐洲核電用戶要求文件(EUR)。針對應急安全系統的設計,URD 對第三代核電站兩種類型的核電廠分別提出了嚴格要求。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

三代核電發生事故的概率較二代顯著下降。經過一系列技術設計的優化升級,二代能動核電站進階到三代非能動和改進型能動核電站。西屋公司 AP1000 標準設計證書和芬蘭 OL3核電廠建造許可證中顯示,三代技術具有代表性的 AP1000 和 EPR 的堆芯損壞頻率分別降低到 5.0894×10-7/堆年和 1.18×10-6/堆年,大量放射性釋放概率降低至 5.94×10-8/堆年和 9.6×10-8/堆年,相較二代核電降低了一至二個數量級。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

2、我國在建、籌建電站多采用三代技術

我國目前籌建電站全部使用三代技術,在建佔比高達 80%。與二代相比,除了安全性更強,三代核電還具備經濟性更高的明顯優勢:1)單機功率從 60-100 提升至 100-150 萬千瓦; 2)換料週期由 12-18 個月延長至 18-24 個月;3)建造週期縮短了 6 個月;4)設計壽命延長了 20 年。因此,三代核電已經成為我國在建籌建核電站的首選。目前我國 10 臺在建機組中有7 臺採用三代技術,46 臺籌建機組全部採用三代技術。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

3、“華龍一號”蛟龍出海

“華龍一號” 是中國核電“技術崛起、海外輸出”的主打品牌,是中廣核集團及中核集團在 ACPR1000 和 ACP1000+的基礎上聯合開發的三代加堆型,具有完整自主知識產權,在設計創新方面優勢明顯。

採用“能動和非能動相結合”的安全設計理念,反應堆堆芯配備 177 個燃料組件、單堆佈置、採用多重冗餘的安全系統。非能動以高位冷卻水箱為主體,事故後依靠重力快速向堆芯注入大量含硼水,可有效應對能動系統動力源喪失的情況,防止堆芯裸露。

全面平衡貫徹了“縱深防禦”的設計原則,設置了完善的嚴重事故預防和緩解措施,滿足事故後 72 小時不干預原則,安全指標和技術性能達到了國際三代核電技術的先進水平。

可根據客戶需求,定製個性化的專設安全系統。基於實際情況,可選擇性在餘熱排出、一回路完整性和安全殼完整性等重要環節上設置非能動系統,次臨界、一路水裝量可繼續沿用傳統能動系統,實現資金和資源的有效配置。

實現了安全性和經濟性的平衡,經濟指標上,電廠設計壽命 60 年,採用 18 個月換料方案,設計可利用率大於 90%,市場競爭力突出。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

“一帶一路”延伸新觸角,華龍一號出海勢頭強勁。“一帶一路”沿線中,有 28 個國家計劃發展核電,規劃機組 126 臺總規模約 1.5 億千瓦,市場總量約 2.4 萬億元。受政治、經濟、軍事等因素影響,中國核電企業在“一帶一路”所佔的市場份額難以估計。核電出口的必要條件是擁有自主知識產權,由中核與中廣核自主研發的華龍一號成為“走出去”明星。截至目前,中核集團已簽署兩筆華龍一號出口訂單——巴基斯坦的卡拉奇 2、3 號機組以及阿根廷阿圖查4 號機組。同時,中廣核集團也與英國達成合作協議,幫助布拉德維爾核電站引進華龍一號。

(三)四代:開啟“零放射”時代

目前核電存在兩種發展更安全的反應堆的途徑。一是採用“縱深防禦”策略,在反應堆的設計、建造和操縱方面做進一步的改進。在核事故發生後,被損壞的反應堆中氫積累的可能性、嚴重的蒸汽爆炸被列為重點研究課題,安全殼被設計實驗進行嚴重事故下的驗證。工程師們已經花費了數年時間設計各種專用安全系統,結果使核動力系統過於複雜冗餘,造價高昂。

二是進行技術革新,發展新一代核能系統, 充分利用其固有安全的特點, 這樣容易向公眾說明併為他們所理解和接受。如今壓水堆已不能再通過無限制複雜化縱深防禦來解決安全問題,革新型反應堆技術才是最終出路。

積極開展四代研究。第四代核能系統由美國能源部在 1999 年提出。2002 年美國聯合 10餘個國家、機構提出將鈉冷快堆、鉛冷快堆、氣冷快堆、超臨界水冷堆、超高溫氣冷堆、熔鹽堆 6 種堆型確認為重點研發對象,並預計將於 2030 年開啟商業化進程。中核旗下的原子能科學研究院於 2011 年實現了國內首座鈉冷快堆實驗堆的滿功率穩定運行。

國際合作積極推動核電技術發展,2015 年 9 月,比爾蓋茨投資的泰拉能源公司就與中核集團簽署行波堆(四代核電,屬於鈉冷快堆的一種)合作協議,致力於行波堆技術的研發、落地和投產。

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一、核電盈利能力強,仍存發展空間

人均用電量偏低,電力需求仍有提升空間。近年來隨著 GDP 增長放緩,我國用電增速下移。從人均用電量的角度來看,我國 2017 年僅達到 4537.62 千瓦時/人,遠低於美國(11875.7)、韓國(10061.56)、法國(7155.47)等發達國家。中遠期看,我國電力需求仍有較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電利用率維持高位,遠優於其他能源。核電具備基荷電源屬性,高效、穩定、環保。近 5 年我國核電機組平均利用小時數高達 7305 小時。BP 數據顯示,2017 年我國一次能源消費中核電佔比僅為 1.8%,與世界平均水平 4.4%仍存較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

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二、在役多為二代加,三代或將成主流

自 20 世紀 50 年代核電技術問世,全球核電產業可劃分為四個階段。安全性一直是推動核電行業發展的核心目標。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

目前我國在役機組多采用二代加技術。三代機組已經開始陸續投產,近兩年投入商運的 9臺機組中有 7 臺選擇了三代技術路線。由於目前籌建機組均採用三代技術,預計到 2030 年左右,三代核電站或將成為主力機型。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電發展已歷經四個階段,技術的每一次升級都是對安全性的持續優化。從安全性、經濟性以及環保的角度來看,四代核電技術將成為未來發展的主流方向。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

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三、技術更新換代,安全性逐步提升

我國從未發生過二級及以上核事故。核事件分級標準由國際原子能機構(IAEA)制定,共分七級,七級最嚴重。國外共發生過 3 起重大核電事故,其中三裡島為五級,切爾諾貝利、福島為七級。自 1994 年秦山核電站首臺機組投產,我國 46 座核電站已累計安全運行 326 堆年。無論從技術設計、自然稟賦還是人為因素的角度,我國現役核電機組未來發生重大核事故的概率都是微乎其微的。

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(一)二代加:設計優化,安全性增強

1、自然稟賦構築天然屏障

福島核事故發生的直接原因是海嘯造成應急冷卻系統斷電。福島核電站使用能動型冷卻體系,在停堆後依靠柴油發電機發電啟動機組運行。海嘯衝破了核電廠的防禦設施,毀壞了應急柴油發電機,最終導致堆芯喪失冷卻能力,堆芯融化,放射性物質外洩。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

我國沿海海域發生海嘯的可能性很小。從海深條件來看,渤海、黃海平均海深不到 50 米、東海為幾百米,而海深與海嘯發生機率呈正相關關係,地震震源點海水深度越大,則海嘯速度越快,破壞力越強;從地震記錄來看,中國沿海從未發生過 8 級以上的地震;從地形地貌來看,中國近海海域內分佈著數千個島嶼礁灘,構成了天然屏障。

核電站防洪水平完全可以抵禦海嘯災害。在南海發生 9 級地震的情況下,海嘯波對我國沿海核電站廠址水位的最大影響僅約 2.7m,遠低於在役及在建核電站的防洪水平。近年來我國核電防洪標準不斷提升,1991 年我國第一座核電站秦山一期落成,場坪標高為 5 米,防波堤加擋浪牆頂標高為 9 米,目前籌建中的海陽 2 期及廣西白龍核電站,設計標高已提升至 8.1米和 13.47 米。

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2、新技術彌補設計缺陷

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

切爾諾貝利核事故的主要原因是堆型設計存在重大缺陷,從而引起的核電站功率暴走、裂變反應失去控制,最終導致放射性物質洩露。設計缺陷主要體現在三個方面:1)石墨和輕水同時做慢化劑,輕水做冷卻劑,蒸汽化後造成正空泡係數;2)控制棒末端的石墨具有慢化中子及排水效應,起始插入階段反而促進反應增長;3)老式的石墨堆疊式反應堆,缺少內層壓力安全鋼殼和外層混凝土安全殼。

三裡島核電事故的重要誘因是穩壓器釋放閥發生卡開故障,在緊急停堆後該閥門無法自動關閉,導致冷卻劑持續流失。另外,主控室人機交互設計不合理,致使操縱員在事故處置中判斷不明、連續誤操作,切斷了堆芯裂變產物餘熱的導出途徑,最終導致堆芯熔化。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

現階段我國在運核電站,除秦山三期重水堆和臺灣地區少量沸水堆外,全部採用壓水堆堆型。相對於福島、切爾諾貝利等沸水堆而言,壓水堆增設了二回路循壞,將一回路中的放射性冷卻劑隔離密封在安全殼內,汽輪機等設備放射性計量小,易於後期維護檢修。即便發生事故,調節兩回路間的氣壓及溫差,即可實現自然循環冷卻,核洩露的機率大大降低。

我國現役二代加核電站已經徹底解決了切爾諾貝利和三裡島的設計缺陷,在系統設計方面實現了質的提升:

加裝安全殼:加裝由鋼筋混凝土和內襯鋼板構成的安全殼,提高收容能力,防止放射性物質外洩。建造成本升高,但安全性明顯提升;

改進控制棒設計:將冷卻水容器由管道狀改成水池狀,同時縮短控制棒插入時間至 2—3 秒,減弱了控制棒的排水效應;

設計負空泡反應性係數:僅以水充當慢化劑和冷卻劑,水受熱產生氣泡時,慢化和吸收中子的能力同時下降,總體上表現為對反應的抑制作用,切斷了惡性循環;

解決閥門卡開等機械故障:改良設計,在製造過程中採取更嚴格的質量控制,在使用時採取更嚴格的檢驗保養,機械故障是可以消除的;

改進主控室人機界面設計:主控室配置數字化控制系統,增加重要參數實時監測指示,操縱和控制更自動化、集中和精確,大大降低了人為判斷的失誤率;

改進的應急系統可在斷電情況下使用:現役核電站使用的三代壓水堆採用了非能動型安全冷卻體系,能在失去供電的情況下通過重力注入貯存的冷卻水對堆芯進行冷卻,並排出餘熱。

3、完善核安全法規和標準

細化核電法規,防範事故發生。相比於三裡島時期的美國、切爾諾貝利時期的蘇聯、福島時期的日本,我國從核工業發展之始就十分重視核安全,明確制定了“安全第一“的方針,並通過專項立法、發佈部門規章和指導性文件,建立了一個自頂向下、體制完善的法規系統,強化了監管體系與能力建設,確保國家核安全。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

“五道防線”縱深防禦,多重屏障強化核電安全。2016 年發佈的《中國的核應急》白皮書中強調,通過“一案三制”預案和法制、體制、機制建設,輔以“五道防線”有力抓手,建立健全國家核應急組織管理體系:

保證設計、製造、建造、運行等質量,預防偏離正常運行。履行強軍首責,築牢國家安全基石,確保軍工科研生產任務圓滿完成。

嚴格執行運行規程,遵守運行技術規範,使機組運行在限定的安全區間以內,及時檢測和糾正偏差,對非正常運行加以控制,防止演變為事故。

如果偏差未能及時糾正,發生設計基準事故時,自動啟用電廠安全系統和保護系統,組織應急運行,防止事故惡化。

如果事故未能得到有效控制,啟動事故處理規程,實施事故管理策略,保證安全殼不被破壞,防止放射性物質外洩。

在極端情況下,如果以上四道防線均告失效,立即進行場外應急響應行動。同時設置多道實體屏障,防止和控制放射性物質釋入環境。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

全方位,深層次,打好保衛核安全之仗。目前已經落實的法規囊括核設施建設及運行階段的安全監督、放射性同位素與射線防護、核材料管制、放射性廢物運輸及處置、環境評價與監測、人員資質管理和核應急“一案三制”(核應急預案、法制、體制、機制),未來將要在核事故應急及問責、核信息公開、核從業人員崗位培訓上持續發力。

4、國企停堆棄堆執行更徹底

民營企業更看重經濟利益,事故處理時傾向於保護有價設備。三裡島核電站的主運營商 為大都會愛迪生公司,隸屬於美國巴威能源集團。巴威集團是由斯蒂芬·威爾考克斯和喬治·赫爾曼·巴布科克在 1867 年創立,為典型的民營企業。三裡島核事故發生時,為避免主泵汽蝕振動發生損壞,操縱員在堆芯過熱的情況下關閉主泵,中止了冷卻劑循環,從而切斷了堆芯餘熱導出的唯一通道,最終導致堆芯融化。

福島事故後時隔 8 年才決定徹底棄堆。抱著反應堆冷卻系統存在修復可能的僥倖心理,在福島核電站經歷爆炸、起火、堆芯融化等重大事故後,運營福島核電站的東京電力公司消極應對、封鎖信息,直到 2019 年 4 月才首次從嚴重受損的 1 號至 3 號機組燃料池中轉移出核燃料棒,善後工作進展緩慢。8 年時間的不作為,福島核事故產生的 880 噸核殘渣、百萬噸汙染水至今仍難處理。東京電力公司,成立於 1951 年,是日本收入最高的電力公司,也是全球最大的民營核電商。

政府在核電事故的處理中發揮著無可替代的作用。對於核電安全來說,不僅要嚴格管控、從源頭上防範核事故的產生,還要做足危機預防、制定高效科學的應對與善後策略,決策要堅決果斷。在我國,核電站的主要運營主體為國企。而相對民企來說,國企承擔著更多的社會責任,安全、穩定是其核心訴求,將人民的生命安全放到首位,在應該停堆棄堆時會更堅決執行,國企更值得信賴。

(二)三代:安全兜底,在建主流機型

1、堆芯熔化概率降低一個量級

目前,國際主流核電建設標準主要參考美國核電用戶要求文件(URD)和歐洲核電用戶要求文件(EUR)。針對應急安全系統的設計,URD 對第三代核電站兩種類型的核電廠分別提出了嚴格要求。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

三代核電發生事故的概率較二代顯著下降。經過一系列技術設計的優化升級,二代能動核電站進階到三代非能動和改進型能動核電站。西屋公司 AP1000 標準設計證書和芬蘭 OL3核電廠建造許可證中顯示,三代技術具有代表性的 AP1000 和 EPR 的堆芯損壞頻率分別降低到 5.0894×10-7/堆年和 1.18×10-6/堆年,大量放射性釋放概率降低至 5.94×10-8/堆年和 9.6×10-8/堆年,相較二代核電降低了一至二個數量級。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

2、我國在建、籌建電站多采用三代技術

我國目前籌建電站全部使用三代技術,在建佔比高達 80%。與二代相比,除了安全性更強,三代核電還具備經濟性更高的明顯優勢:1)單機功率從 60-100 提升至 100-150 萬千瓦; 2)換料週期由 12-18 個月延長至 18-24 個月;3)建造週期縮短了 6 個月;4)設計壽命延長了 20 年。因此,三代核電已經成為我國在建籌建核電站的首選。目前我國 10 臺在建機組中有7 臺採用三代技術,46 臺籌建機組全部採用三代技術。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

3、“華龍一號”蛟龍出海

“華龍一號” 是中國核電“技術崛起、海外輸出”的主打品牌,是中廣核集團及中核集團在 ACPR1000 和 ACP1000+的基礎上聯合開發的三代加堆型,具有完整自主知識產權,在設計創新方面優勢明顯。

採用“能動和非能動相結合”的安全設計理念,反應堆堆芯配備 177 個燃料組件、單堆佈置、採用多重冗餘的安全系統。非能動以高位冷卻水箱為主體,事故後依靠重力快速向堆芯注入大量含硼水,可有效應對能動系統動力源喪失的情況,防止堆芯裸露。

全面平衡貫徹了“縱深防禦”的設計原則,設置了完善的嚴重事故預防和緩解措施,滿足事故後 72 小時不干預原則,安全指標和技術性能達到了國際三代核電技術的先進水平。

可根據客戶需求,定製個性化的專設安全系統。基於實際情況,可選擇性在餘熱排出、一回路完整性和安全殼完整性等重要環節上設置非能動系統,次臨界、一路水裝量可繼續沿用傳統能動系統,實現資金和資源的有效配置。

實現了安全性和經濟性的平衡,經濟指標上,電廠設計壽命 60 年,採用 18 個月換料方案,設計可利用率大於 90%,市場競爭力突出。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

“一帶一路”延伸新觸角,華龍一號出海勢頭強勁。“一帶一路”沿線中,有 28 個國家計劃發展核電,規劃機組 126 臺總規模約 1.5 億千瓦,市場總量約 2.4 萬億元。受政治、經濟、軍事等因素影響,中國核電企業在“一帶一路”所佔的市場份額難以估計。核電出口的必要條件是擁有自主知識產權,由中核與中廣核自主研發的華龍一號成為“走出去”明星。截至目前,中核集團已簽署兩筆華龍一號出口訂單——巴基斯坦的卡拉奇 2、3 號機組以及阿根廷阿圖查4 號機組。同時,中廣核集團也與英國達成合作協議,幫助布拉德維爾核電站引進華龍一號。

(三)四代:開啟“零放射”時代

目前核電存在兩種發展更安全的反應堆的途徑。一是採用“縱深防禦”策略,在反應堆的設計、建造和操縱方面做進一步的改進。在核事故發生後,被損壞的反應堆中氫積累的可能性、嚴重的蒸汽爆炸被列為重點研究課題,安全殼被設計實驗進行嚴重事故下的驗證。工程師們已經花費了數年時間設計各種專用安全系統,結果使核動力系統過於複雜冗餘,造價高昂。

二是進行技術革新,發展新一代核能系統, 充分利用其固有安全的特點, 這樣容易向公眾說明併為他們所理解和接受。如今壓水堆已不能再通過無限制複雜化縱深防禦來解決安全問題,革新型反應堆技術才是最終出路。

積極開展四代研究。第四代核能系統由美國能源部在 1999 年提出。2002 年美國聯合 10餘個國家、機構提出將鈉冷快堆、鉛冷快堆、氣冷快堆、超臨界水冷堆、超高溫氣冷堆、熔鹽堆 6 種堆型確認為重點研發對象,並預計將於 2030 年開啟商業化進程。中核旗下的原子能科學研究院於 2011 年實現了國內首座鈉冷快堆實驗堆的滿功率穩定運行。

國際合作積極推動核電技術發展,2015 年 9 月,比爾蓋茨投資的泰拉能源公司就與中核集團簽署行波堆(四代核電,屬於鈉冷快堆的一種)合作協議,致力於行波堆技術的研發、落地和投產。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

大幅降低堆芯熔化概率,開啟“零放射”時代。美國核電用戶要求文件(URD)與歐洲核電用戶要求文件(EUR)聯合提出了四代核電堆芯融化概率低於 10-6/年、完全無場外放射性釋放、人為錯誤不會導致嚴重事故, 不需要廠外應急措施等要求。通過加強專設安全系統,設置堅固而大容積的安全殼,收嚴安全裕量基準,提高新一代核電的抗事故能力。

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一、核電盈利能力強,仍存發展空間

人均用電量偏低,電力需求仍有提升空間。近年來隨著 GDP 增長放緩,我國用電增速下移。從人均用電量的角度來看,我國 2017 年僅達到 4537.62 千瓦時/人,遠低於美國(11875.7)、韓國(10061.56)、法國(7155.47)等發達國家。中遠期看,我國電力需求仍有較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電利用率維持高位,遠優於其他能源。核電具備基荷電源屬性,高效、穩定、環保。近 5 年我國核電機組平均利用小時數高達 7305 小時。BP 數據顯示,2017 年我國一次能源消費中核電佔比僅為 1.8%,與世界平均水平 4.4%仍存較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

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二、在役多為二代加,三代或將成主流

自 20 世紀 50 年代核電技術問世,全球核電產業可劃分為四個階段。安全性一直是推動核電行業發展的核心目標。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

目前我國在役機組多采用二代加技術。三代機組已經開始陸續投產,近兩年投入商運的 9臺機組中有 7 臺選擇了三代技術路線。由於目前籌建機組均採用三代技術,預計到 2030 年左右,三代核電站或將成為主力機型。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電發展已歷經四個階段,技術的每一次升級都是對安全性的持續優化。從安全性、經濟性以及環保的角度來看,四代核電技術將成為未來發展的主流方向。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

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三、技術更新換代,安全性逐步提升

我國從未發生過二級及以上核事故。核事件分級標準由國際原子能機構(IAEA)制定,共分七級,七級最嚴重。國外共發生過 3 起重大核電事故,其中三裡島為五級,切爾諾貝利、福島為七級。自 1994 年秦山核電站首臺機組投產,我國 46 座核電站已累計安全運行 326 堆年。無論從技術設計、自然稟賦還是人為因素的角度,我國現役核電機組未來發生重大核事故的概率都是微乎其微的。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

(一)二代加:設計優化,安全性增強

1、自然稟賦構築天然屏障

福島核事故發生的直接原因是海嘯造成應急冷卻系統斷電。福島核電站使用能動型冷卻體系,在停堆後依靠柴油發電機發電啟動機組運行。海嘯衝破了核電廠的防禦設施,毀壞了應急柴油發電機,最終導致堆芯喪失冷卻能力,堆芯融化,放射性物質外洩。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

我國沿海海域發生海嘯的可能性很小。從海深條件來看,渤海、黃海平均海深不到 50 米、東海為幾百米,而海深與海嘯發生機率呈正相關關係,地震震源點海水深度越大,則海嘯速度越快,破壞力越強;從地震記錄來看,中國沿海從未發生過 8 級以上的地震;從地形地貌來看,中國近海海域內分佈著數千個島嶼礁灘,構成了天然屏障。

核電站防洪水平完全可以抵禦海嘯災害。在南海發生 9 級地震的情況下,海嘯波對我國沿海核電站廠址水位的最大影響僅約 2.7m,遠低於在役及在建核電站的防洪水平。近年來我國核電防洪標準不斷提升,1991 年我國第一座核電站秦山一期落成,場坪標高為 5 米,防波堤加擋浪牆頂標高為 9 米,目前籌建中的海陽 2 期及廣西白龍核電站,設計標高已提升至 8.1米和 13.47 米。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

2、新技術彌補設計缺陷

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

切爾諾貝利核事故的主要原因是堆型設計存在重大缺陷,從而引起的核電站功率暴走、裂變反應失去控制,最終導致放射性物質洩露。設計缺陷主要體現在三個方面:1)石墨和輕水同時做慢化劑,輕水做冷卻劑,蒸汽化後造成正空泡係數;2)控制棒末端的石墨具有慢化中子及排水效應,起始插入階段反而促進反應增長;3)老式的石墨堆疊式反應堆,缺少內層壓力安全鋼殼和外層混凝土安全殼。

三裡島核電事故的重要誘因是穩壓器釋放閥發生卡開故障,在緊急停堆後該閥門無法自動關閉,導致冷卻劑持續流失。另外,主控室人機交互設計不合理,致使操縱員在事故處置中判斷不明、連續誤操作,切斷了堆芯裂變產物餘熱的導出途徑,最終導致堆芯熔化。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

現階段我國在運核電站,除秦山三期重水堆和臺灣地區少量沸水堆外,全部採用壓水堆堆型。相對於福島、切爾諾貝利等沸水堆而言,壓水堆增設了二回路循壞,將一回路中的放射性冷卻劑隔離密封在安全殼內,汽輪機等設備放射性計量小,易於後期維護檢修。即便發生事故,調節兩回路間的氣壓及溫差,即可實現自然循環冷卻,核洩露的機率大大降低。

我國現役二代加核電站已經徹底解決了切爾諾貝利和三裡島的設計缺陷,在系統設計方面實現了質的提升:

加裝安全殼:加裝由鋼筋混凝土和內襯鋼板構成的安全殼,提高收容能力,防止放射性物質外洩。建造成本升高,但安全性明顯提升;

改進控制棒設計:將冷卻水容器由管道狀改成水池狀,同時縮短控制棒插入時間至 2—3 秒,減弱了控制棒的排水效應;

設計負空泡反應性係數:僅以水充當慢化劑和冷卻劑,水受熱產生氣泡時,慢化和吸收中子的能力同時下降,總體上表現為對反應的抑制作用,切斷了惡性循環;

解決閥門卡開等機械故障:改良設計,在製造過程中採取更嚴格的質量控制,在使用時採取更嚴格的檢驗保養,機械故障是可以消除的;

改進主控室人機界面設計:主控室配置數字化控制系統,增加重要參數實時監測指示,操縱和控制更自動化、集中和精確,大大降低了人為判斷的失誤率;

改進的應急系統可在斷電情況下使用:現役核電站使用的三代壓水堆採用了非能動型安全冷卻體系,能在失去供電的情況下通過重力注入貯存的冷卻水對堆芯進行冷卻,並排出餘熱。

3、完善核安全法規和標準

細化核電法規,防範事故發生。相比於三裡島時期的美國、切爾諾貝利時期的蘇聯、福島時期的日本,我國從核工業發展之始就十分重視核安全,明確制定了“安全第一“的方針,並通過專項立法、發佈部門規章和指導性文件,建立了一個自頂向下、體制完善的法規系統,強化了監管體系與能力建設,確保國家核安全。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

“五道防線”縱深防禦,多重屏障強化核電安全。2016 年發佈的《中國的核應急》白皮書中強調,通過“一案三制”預案和法制、體制、機制建設,輔以“五道防線”有力抓手,建立健全國家核應急組織管理體系:

保證設計、製造、建造、運行等質量,預防偏離正常運行。履行強軍首責,築牢國家安全基石,確保軍工科研生產任務圓滿完成。

嚴格執行運行規程,遵守運行技術規範,使機組運行在限定的安全區間以內,及時檢測和糾正偏差,對非正常運行加以控制,防止演變為事故。

如果偏差未能及時糾正,發生設計基準事故時,自動啟用電廠安全系統和保護系統,組織應急運行,防止事故惡化。

如果事故未能得到有效控制,啟動事故處理規程,實施事故管理策略,保證安全殼不被破壞,防止放射性物質外洩。

在極端情況下,如果以上四道防線均告失效,立即進行場外應急響應行動。同時設置多道實體屏障,防止和控制放射性物質釋入環境。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

全方位,深層次,打好保衛核安全之仗。目前已經落實的法規囊括核設施建設及運行階段的安全監督、放射性同位素與射線防護、核材料管制、放射性廢物運輸及處置、環境評價與監測、人員資質管理和核應急“一案三制”(核應急預案、法制、體制、機制),未來將要在核事故應急及問責、核信息公開、核從業人員崗位培訓上持續發力。

4、國企停堆棄堆執行更徹底

民營企業更看重經濟利益,事故處理時傾向於保護有價設備。三裡島核電站的主運營商 為大都會愛迪生公司,隸屬於美國巴威能源集團。巴威集團是由斯蒂芬·威爾考克斯和喬治·赫爾曼·巴布科克在 1867 年創立,為典型的民營企業。三裡島核事故發生時,為避免主泵汽蝕振動發生損壞,操縱員在堆芯過熱的情況下關閉主泵,中止了冷卻劑循環,從而切斷了堆芯餘熱導出的唯一通道,最終導致堆芯融化。

福島事故後時隔 8 年才決定徹底棄堆。抱著反應堆冷卻系統存在修復可能的僥倖心理,在福島核電站經歷爆炸、起火、堆芯融化等重大事故後,運營福島核電站的東京電力公司消極應對、封鎖信息,直到 2019 年 4 月才首次從嚴重受損的 1 號至 3 號機組燃料池中轉移出核燃料棒,善後工作進展緩慢。8 年時間的不作為,福島核事故產生的 880 噸核殘渣、百萬噸汙染水至今仍難處理。東京電力公司,成立於 1951 年,是日本收入最高的電力公司,也是全球最大的民營核電商。

政府在核電事故的處理中發揮著無可替代的作用。對於核電安全來說,不僅要嚴格管控、從源頭上防範核事故的產生,還要做足危機預防、制定高效科學的應對與善後策略,決策要堅決果斷。在我國,核電站的主要運營主體為國企。而相對民企來說,國企承擔著更多的社會責任,安全、穩定是其核心訴求,將人民的生命安全放到首位,在應該停堆棄堆時會更堅決執行,國企更值得信賴。

(二)三代:安全兜底,在建主流機型

1、堆芯熔化概率降低一個量級

目前,國際主流核電建設標準主要參考美國核電用戶要求文件(URD)和歐洲核電用戶要求文件(EUR)。針對應急安全系統的設計,URD 對第三代核電站兩種類型的核電廠分別提出了嚴格要求。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

三代核電發生事故的概率較二代顯著下降。經過一系列技術設計的優化升級,二代能動核電站進階到三代非能動和改進型能動核電站。西屋公司 AP1000 標準設計證書和芬蘭 OL3核電廠建造許可證中顯示,三代技術具有代表性的 AP1000 和 EPR 的堆芯損壞頻率分別降低到 5.0894×10-7/堆年和 1.18×10-6/堆年,大量放射性釋放概率降低至 5.94×10-8/堆年和 9.6×10-8/堆年,相較二代核電降低了一至二個數量級。

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2、我國在建、籌建電站多采用三代技術

我國目前籌建電站全部使用三代技術,在建佔比高達 80%。與二代相比,除了安全性更強,三代核電還具備經濟性更高的明顯優勢:1)單機功率從 60-100 提升至 100-150 萬千瓦; 2)換料週期由 12-18 個月延長至 18-24 個月;3)建造週期縮短了 6 個月;4)設計壽命延長了 20 年。因此,三代核電已經成為我國在建籌建核電站的首選。目前我國 10 臺在建機組中有7 臺採用三代技術,46 臺籌建機組全部採用三代技術。

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3、“華龍一號”蛟龍出海

“華龍一號” 是中國核電“技術崛起、海外輸出”的主打品牌,是中廣核集團及中核集團在 ACPR1000 和 ACP1000+的基礎上聯合開發的三代加堆型,具有完整自主知識產權,在設計創新方面優勢明顯。

採用“能動和非能動相結合”的安全設計理念,反應堆堆芯配備 177 個燃料組件、單堆佈置、採用多重冗餘的安全系統。非能動以高位冷卻水箱為主體,事故後依靠重力快速向堆芯注入大量含硼水,可有效應對能動系統動力源喪失的情況,防止堆芯裸露。

全面平衡貫徹了“縱深防禦”的設計原則,設置了完善的嚴重事故預防和緩解措施,滿足事故後 72 小時不干預原則,安全指標和技術性能達到了國際三代核電技術的先進水平。

可根據客戶需求,定製個性化的專設安全系統。基於實際情況,可選擇性在餘熱排出、一回路完整性和安全殼完整性等重要環節上設置非能動系統,次臨界、一路水裝量可繼續沿用傳統能動系統,實現資金和資源的有效配置。

實現了安全性和經濟性的平衡,經濟指標上,電廠設計壽命 60 年,採用 18 個月換料方案,設計可利用率大於 90%,市場競爭力突出。

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“一帶一路”延伸新觸角,華龍一號出海勢頭強勁。“一帶一路”沿線中,有 28 個國家計劃發展核電,規劃機組 126 臺總規模約 1.5 億千瓦,市場總量約 2.4 萬億元。受政治、經濟、軍事等因素影響,中國核電企業在“一帶一路”所佔的市場份額難以估計。核電出口的必要條件是擁有自主知識產權,由中核與中廣核自主研發的華龍一號成為“走出去”明星。截至目前,中核集團已簽署兩筆華龍一號出口訂單——巴基斯坦的卡拉奇 2、3 號機組以及阿根廷阿圖查4 號機組。同時,中廣核集團也與英國達成合作協議,幫助布拉德維爾核電站引進華龍一號。

(三)四代:開啟“零放射”時代

目前核電存在兩種發展更安全的反應堆的途徑。一是採用“縱深防禦”策略,在反應堆的設計、建造和操縱方面做進一步的改進。在核事故發生後,被損壞的反應堆中氫積累的可能性、嚴重的蒸汽爆炸被列為重點研究課題,安全殼被設計實驗進行嚴重事故下的驗證。工程師們已經花費了數年時間設計各種專用安全系統,結果使核動力系統過於複雜冗餘,造價高昂。

二是進行技術革新,發展新一代核能系統, 充分利用其固有安全的特點, 這樣容易向公眾說明併為他們所理解和接受。如今壓水堆已不能再通過無限制複雜化縱深防禦來解決安全問題,革新型反應堆技術才是最終出路。

積極開展四代研究。第四代核能系統由美國能源部在 1999 年提出。2002 年美國聯合 10餘個國家、機構提出將鈉冷快堆、鉛冷快堆、氣冷快堆、超臨界水冷堆、超高溫氣冷堆、熔鹽堆 6 種堆型確認為重點研發對象,並預計將於 2030 年開啟商業化進程。中核旗下的原子能科學研究院於 2011 年實現了國內首座鈉冷快堆實驗堆的滿功率穩定運行。

國際合作積極推動核電技術發展,2015 年 9 月,比爾蓋茨投資的泰拉能源公司就與中核集團簽署行波堆(四代核電,屬於鈉冷快堆的一種)合作協議,致力於行波堆技術的研發、落地和投產。

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大幅降低堆芯熔化概率,開啟“零放射”時代。美國核電用戶要求文件(URD)與歐洲核電用戶要求文件(EUR)聯合提出了四代核電堆芯融化概率低於 10-6/年、完全無場外放射性釋放、人為錯誤不會導致嚴重事故, 不需要廠外應急措施等要求。通過加強專設安全系統,設置堅固而大容積的安全殼,收嚴安全裕量基準,提高新一代核電的抗事故能力。

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提高燃料循環利用率。目前,四代快堆利用熱堆乏燃料後處理分離出的鈈製成 MOX 燃料,在快堆內進行多輪閉式循環,鈾資源利用率可由近 0.6%提升至 30%,同熱堆一次通過模式相比提升了 50 倍。2015 年,中核集團與比爾蓋茨主導投資的美國泰拉能源簽約,合作開發“行波堆”。美國核能專家預計未來以行波堆為代表的鈉冷快堆可將鈾資源的利用率進一步提升至60%,且能以貧鈾、乏燃料回收鈾或者天然鈾為燃料,換料週期有望延長至 10 年以上。

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一、核電盈利能力強,仍存發展空間

人均用電量偏低,電力需求仍有提升空間。近年來隨著 GDP 增長放緩,我國用電增速下移。從人均用電量的角度來看,我國 2017 年僅達到 4537.62 千瓦時/人,遠低於美國(11875.7)、韓國(10061.56)、法國(7155.47)等發達國家。中遠期看,我國電力需求仍有較大提升空間。

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核電利用率維持高位,遠優於其他能源。核電具備基荷電源屬性,高效、穩定、環保。近 5 年我國核電機組平均利用小時數高達 7305 小時。BP 數據顯示,2017 年我國一次能源消費中核電佔比僅為 1.8%,與世界平均水平 4.4%仍存較大提升空間。

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二、在役多為二代加,三代或將成主流

自 20 世紀 50 年代核電技術問世,全球核電產業可劃分為四個階段。安全性一直是推動核電行業發展的核心目標。

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目前我國在役機組多采用二代加技術。三代機組已經開始陸續投產,近兩年投入商運的 9臺機組中有 7 臺選擇了三代技術路線。由於目前籌建機組均採用三代技術,預計到 2030 年左右,三代核電站或將成為主力機型。

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核電發展已歷經四個階段,技術的每一次升級都是對安全性的持續優化。從安全性、經濟性以及環保的角度來看,四代核電技術將成為未來發展的主流方向。

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三、技術更新換代,安全性逐步提升

我國從未發生過二級及以上核事故。核事件分級標準由國際原子能機構(IAEA)制定,共分七級,七級最嚴重。國外共發生過 3 起重大核電事故,其中三裡島為五級,切爾諾貝利、福島為七級。自 1994 年秦山核電站首臺機組投產,我國 46 座核電站已累計安全運行 326 堆年。無論從技術設計、自然稟賦還是人為因素的角度,我國現役核電機組未來發生重大核事故的概率都是微乎其微的。

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(一)二代加:設計優化,安全性增強

1、自然稟賦構築天然屏障

福島核事故發生的直接原因是海嘯造成應急冷卻系統斷電。福島核電站使用能動型冷卻體系,在停堆後依靠柴油發電機發電啟動機組運行。海嘯衝破了核電廠的防禦設施,毀壞了應急柴油發電機,最終導致堆芯喪失冷卻能力,堆芯融化,放射性物質外洩。

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我國沿海海域發生海嘯的可能性很小。從海深條件來看,渤海、黃海平均海深不到 50 米、東海為幾百米,而海深與海嘯發生機率呈正相關關係,地震震源點海水深度越大,則海嘯速度越快,破壞力越強;從地震記錄來看,中國沿海從未發生過 8 級以上的地震;從地形地貌來看,中國近海海域內分佈著數千個島嶼礁灘,構成了天然屏障。

核電站防洪水平完全可以抵禦海嘯災害。在南海發生 9 級地震的情況下,海嘯波對我國沿海核電站廠址水位的最大影響僅約 2.7m,遠低於在役及在建核電站的防洪水平。近年來我國核電防洪標準不斷提升,1991 年我國第一座核電站秦山一期落成,場坪標高為 5 米,防波堤加擋浪牆頂標高為 9 米,目前籌建中的海陽 2 期及廣西白龍核電站,設計標高已提升至 8.1米和 13.47 米。

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2、新技術彌補設計缺陷

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切爾諾貝利核事故的主要原因是堆型設計存在重大缺陷,從而引起的核電站功率暴走、裂變反應失去控制,最終導致放射性物質洩露。設計缺陷主要體現在三個方面:1)石墨和輕水同時做慢化劑,輕水做冷卻劑,蒸汽化後造成正空泡係數;2)控制棒末端的石墨具有慢化中子及排水效應,起始插入階段反而促進反應增長;3)老式的石墨堆疊式反應堆,缺少內層壓力安全鋼殼和外層混凝土安全殼。

三裡島核電事故的重要誘因是穩壓器釋放閥發生卡開故障,在緊急停堆後該閥門無法自動關閉,導致冷卻劑持續流失。另外,主控室人機交互設計不合理,致使操縱員在事故處置中判斷不明、連續誤操作,切斷了堆芯裂變產物餘熱的導出途徑,最終導致堆芯熔化。

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現階段我國在運核電站,除秦山三期重水堆和臺灣地區少量沸水堆外,全部採用壓水堆堆型。相對於福島、切爾諾貝利等沸水堆而言,壓水堆增設了二回路循壞,將一回路中的放射性冷卻劑隔離密封在安全殼內,汽輪機等設備放射性計量小,易於後期維護檢修。即便發生事故,調節兩回路間的氣壓及溫差,即可實現自然循環冷卻,核洩露的機率大大降低。

我國現役二代加核電站已經徹底解決了切爾諾貝利和三裡島的設計缺陷,在系統設計方面實現了質的提升:

加裝安全殼:加裝由鋼筋混凝土和內襯鋼板構成的安全殼,提高收容能力,防止放射性物質外洩。建造成本升高,但安全性明顯提升;

改進控制棒設計:將冷卻水容器由管道狀改成水池狀,同時縮短控制棒插入時間至 2—3 秒,減弱了控制棒的排水效應;

設計負空泡反應性係數:僅以水充當慢化劑和冷卻劑,水受熱產生氣泡時,慢化和吸收中子的能力同時下降,總體上表現為對反應的抑制作用,切斷了惡性循環;

解決閥門卡開等機械故障:改良設計,在製造過程中採取更嚴格的質量控制,在使用時採取更嚴格的檢驗保養,機械故障是可以消除的;

改進主控室人機界面設計:主控室配置數字化控制系統,增加重要參數實時監測指示,操縱和控制更自動化、集中和精確,大大降低了人為判斷的失誤率;

改進的應急系統可在斷電情況下使用:現役核電站使用的三代壓水堆採用了非能動型安全冷卻體系,能在失去供電的情況下通過重力注入貯存的冷卻水對堆芯進行冷卻,並排出餘熱。

3、完善核安全法規和標準

細化核電法規,防範事故發生。相比於三裡島時期的美國、切爾諾貝利時期的蘇聯、福島時期的日本,我國從核工業發展之始就十分重視核安全,明確制定了“安全第一“的方針,並通過專項立法、發佈部門規章和指導性文件,建立了一個自頂向下、體制完善的法規系統,強化了監管體系與能力建設,確保國家核安全。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

“五道防線”縱深防禦,多重屏障強化核電安全。2016 年發佈的《中國的核應急》白皮書中強調,通過“一案三制”預案和法制、體制、機制建設,輔以“五道防線”有力抓手,建立健全國家核應急組織管理體系:

保證設計、製造、建造、運行等質量,預防偏離正常運行。履行強軍首責,築牢國家安全基石,確保軍工科研生產任務圓滿完成。

嚴格執行運行規程,遵守運行技術規範,使機組運行在限定的安全區間以內,及時檢測和糾正偏差,對非正常運行加以控制,防止演變為事故。

如果偏差未能及時糾正,發生設計基準事故時,自動啟用電廠安全系統和保護系統,組織應急運行,防止事故惡化。

如果事故未能得到有效控制,啟動事故處理規程,實施事故管理策略,保證安全殼不被破壞,防止放射性物質外洩。

在極端情況下,如果以上四道防線均告失效,立即進行場外應急響應行動。同時設置多道實體屏障,防止和控制放射性物質釋入環境。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

全方位,深層次,打好保衛核安全之仗。目前已經落實的法規囊括核設施建設及運行階段的安全監督、放射性同位素與射線防護、核材料管制、放射性廢物運輸及處置、環境評價與監測、人員資質管理和核應急“一案三制”(核應急預案、法制、體制、機制),未來將要在核事故應急及問責、核信息公開、核從業人員崗位培訓上持續發力。

4、國企停堆棄堆執行更徹底

民營企業更看重經濟利益,事故處理時傾向於保護有價設備。三裡島核電站的主運營商 為大都會愛迪生公司,隸屬於美國巴威能源集團。巴威集團是由斯蒂芬·威爾考克斯和喬治·赫爾曼·巴布科克在 1867 年創立,為典型的民營企業。三裡島核事故發生時,為避免主泵汽蝕振動發生損壞,操縱員在堆芯過熱的情況下關閉主泵,中止了冷卻劑循環,從而切斷了堆芯餘熱導出的唯一通道,最終導致堆芯融化。

福島事故後時隔 8 年才決定徹底棄堆。抱著反應堆冷卻系統存在修復可能的僥倖心理,在福島核電站經歷爆炸、起火、堆芯融化等重大事故後,運營福島核電站的東京電力公司消極應對、封鎖信息,直到 2019 年 4 月才首次從嚴重受損的 1 號至 3 號機組燃料池中轉移出核燃料棒,善後工作進展緩慢。8 年時間的不作為,福島核事故產生的 880 噸核殘渣、百萬噸汙染水至今仍難處理。東京電力公司,成立於 1951 年,是日本收入最高的電力公司,也是全球最大的民營核電商。

政府在核電事故的處理中發揮著無可替代的作用。對於核電安全來說,不僅要嚴格管控、從源頭上防範核事故的產生,還要做足危機預防、制定高效科學的應對與善後策略,決策要堅決果斷。在我國,核電站的主要運營主體為國企。而相對民企來說,國企承擔著更多的社會責任,安全、穩定是其核心訴求,將人民的生命安全放到首位,在應該停堆棄堆時會更堅決執行,國企更值得信賴。

(二)三代:安全兜底,在建主流機型

1、堆芯熔化概率降低一個量級

目前,國際主流核電建設標準主要參考美國核電用戶要求文件(URD)和歐洲核電用戶要求文件(EUR)。針對應急安全系統的設計,URD 對第三代核電站兩種類型的核電廠分別提出了嚴格要求。

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三代核電發生事故的概率較二代顯著下降。經過一系列技術設計的優化升級,二代能動核電站進階到三代非能動和改進型能動核電站。西屋公司 AP1000 標準設計證書和芬蘭 OL3核電廠建造許可證中顯示,三代技術具有代表性的 AP1000 和 EPR 的堆芯損壞頻率分別降低到 5.0894×10-7/堆年和 1.18×10-6/堆年,大量放射性釋放概率降低至 5.94×10-8/堆年和 9.6×10-8/堆年,相較二代核電降低了一至二個數量級。

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2、我國在建、籌建電站多采用三代技術

我國目前籌建電站全部使用三代技術,在建佔比高達 80%。與二代相比,除了安全性更強,三代核電還具備經濟性更高的明顯優勢:1)單機功率從 60-100 提升至 100-150 萬千瓦; 2)換料週期由 12-18 個月延長至 18-24 個月;3)建造週期縮短了 6 個月;4)設計壽命延長了 20 年。因此,三代核電已經成為我國在建籌建核電站的首選。目前我國 10 臺在建機組中有7 臺採用三代技術,46 臺籌建機組全部採用三代技術。

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3、“華龍一號”蛟龍出海

“華龍一號” 是中國核電“技術崛起、海外輸出”的主打品牌,是中廣核集團及中核集團在 ACPR1000 和 ACP1000+的基礎上聯合開發的三代加堆型,具有完整自主知識產權,在設計創新方面優勢明顯。

採用“能動和非能動相結合”的安全設計理念,反應堆堆芯配備 177 個燃料組件、單堆佈置、採用多重冗餘的安全系統。非能動以高位冷卻水箱為主體,事故後依靠重力快速向堆芯注入大量含硼水,可有效應對能動系統動力源喪失的情況,防止堆芯裸露。

全面平衡貫徹了“縱深防禦”的設計原則,設置了完善的嚴重事故預防和緩解措施,滿足事故後 72 小時不干預原則,安全指標和技術性能達到了國際三代核電技術的先進水平。

可根據客戶需求,定製個性化的專設安全系統。基於實際情況,可選擇性在餘熱排出、一回路完整性和安全殼完整性等重要環節上設置非能動系統,次臨界、一路水裝量可繼續沿用傳統能動系統,實現資金和資源的有效配置。

實現了安全性和經濟性的平衡,經濟指標上,電廠設計壽命 60 年,採用 18 個月換料方案,設計可利用率大於 90%,市場競爭力突出。

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“一帶一路”延伸新觸角,華龍一號出海勢頭強勁。“一帶一路”沿線中,有 28 個國家計劃發展核電,規劃機組 126 臺總規模約 1.5 億千瓦,市場總量約 2.4 萬億元。受政治、經濟、軍事等因素影響,中國核電企業在“一帶一路”所佔的市場份額難以估計。核電出口的必要條件是擁有自主知識產權,由中核與中廣核自主研發的華龍一號成為“走出去”明星。截至目前,中核集團已簽署兩筆華龍一號出口訂單——巴基斯坦的卡拉奇 2、3 號機組以及阿根廷阿圖查4 號機組。同時,中廣核集團也與英國達成合作協議,幫助布拉德維爾核電站引進華龍一號。

(三)四代:開啟“零放射”時代

目前核電存在兩種發展更安全的反應堆的途徑。一是採用“縱深防禦”策略,在反應堆的設計、建造和操縱方面做進一步的改進。在核事故發生後,被損壞的反應堆中氫積累的可能性、嚴重的蒸汽爆炸被列為重點研究課題,安全殼被設計實驗進行嚴重事故下的驗證。工程師們已經花費了數年時間設計各種專用安全系統,結果使核動力系統過於複雜冗餘,造價高昂。

二是進行技術革新,發展新一代核能系統, 充分利用其固有安全的特點, 這樣容易向公眾說明併為他們所理解和接受。如今壓水堆已不能再通過無限制複雜化縱深防禦來解決安全問題,革新型反應堆技術才是最終出路。

積極開展四代研究。第四代核能系統由美國能源部在 1999 年提出。2002 年美國聯合 10餘個國家、機構提出將鈉冷快堆、鉛冷快堆、氣冷快堆、超臨界水冷堆、超高溫氣冷堆、熔鹽堆 6 種堆型確認為重點研發對象,並預計將於 2030 年開啟商業化進程。中核旗下的原子能科學研究院於 2011 年實現了國內首座鈉冷快堆實驗堆的滿功率穩定運行。

國際合作積極推動核電技術發展,2015 年 9 月,比爾蓋茨投資的泰拉能源公司就與中核集團簽署行波堆(四代核電,屬於鈉冷快堆的一種)合作協議,致力於行波堆技術的研發、落地和投產。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

大幅降低堆芯熔化概率,開啟“零放射”時代。美國核電用戶要求文件(URD)與歐洲核電用戶要求文件(EUR)聯合提出了四代核電堆芯融化概率低於 10-6/年、完全無場外放射性釋放、人為錯誤不會導致嚴重事故, 不需要廠外應急措施等要求。通過加強專設安全系統,設置堅固而大容積的安全殼,收嚴安全裕量基準,提高新一代核電的抗事故能力。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

提高燃料循環利用率。目前,四代快堆利用熱堆乏燃料後處理分離出的鈈製成 MOX 燃料,在快堆內進行多輪閉式循環,鈾資源利用率可由近 0.6%提升至 30%,同熱堆一次通過模式相比提升了 50 倍。2015 年,中核集團與比爾蓋茨主導投資的美國泰拉能源簽約,合作開發“行波堆”。美國核能專家預計未來以行波堆為代表的鈉冷快堆可將鈾資源的利用率進一步提升至60%,且能以貧鈾、乏燃料回收鈾或者天然鈾為燃料,換料週期有望延長至 10 年以上。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

首次對經濟性提出要求。第四代核能論壇(GIF)首次針對四代核電設置經濟指標,要求核電機組單位投資不大於 1000 美元/千瓦(二代加約 11000~14000 元)、發電成本不大於 3 美 分/千瓦時(二代加約 0.3 元),同時建設週期從三代核電的 54 個月降低至 36 個月以下。無論從安全性還是經濟性角度來看,四代核電有望帶領核電產業邁入新紀元。

四、安全知識匱乏,科普宣傳尚待加強

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一、核電盈利能力強,仍存發展空間

人均用電量偏低,電力需求仍有提升空間。近年來隨著 GDP 增長放緩,我國用電增速下移。從人均用電量的角度來看,我國 2017 年僅達到 4537.62 千瓦時/人,遠低於美國(11875.7)、韓國(10061.56)、法國(7155.47)等發達國家。中遠期看,我國電力需求仍有較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電利用率維持高位,遠優於其他能源。核電具備基荷電源屬性,高效、穩定、環保。近 5 年我國核電機組平均利用小時數高達 7305 小時。BP 數據顯示,2017 年我國一次能源消費中核電佔比僅為 1.8%,與世界平均水平 4.4%仍存較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

二、在役多為二代加,三代或將成主流

自 20 世紀 50 年代核電技術問世,全球核電產業可劃分為四個階段。安全性一直是推動核電行業發展的核心目標。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

目前我國在役機組多采用二代加技術。三代機組已經開始陸續投產,近兩年投入商運的 9臺機組中有 7 臺選擇了三代技術路線。由於目前籌建機組均採用三代技術,預計到 2030 年左右,三代核電站或將成為主力機型。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電發展已歷經四個階段,技術的每一次升級都是對安全性的持續優化。從安全性、經濟性以及環保的角度來看,四代核電技術將成為未來發展的主流方向。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

三、技術更新換代,安全性逐步提升

我國從未發生過二級及以上核事故。核事件分級標準由國際原子能機構(IAEA)制定,共分七級,七級最嚴重。國外共發生過 3 起重大核電事故,其中三裡島為五級,切爾諾貝利、福島為七級。自 1994 年秦山核電站首臺機組投產,我國 46 座核電站已累計安全運行 326 堆年。無論從技術設計、自然稟賦還是人為因素的角度,我國現役核電機組未來發生重大核事故的概率都是微乎其微的。

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(一)二代加:設計優化,安全性增強

1、自然稟賦構築天然屏障

福島核事故發生的直接原因是海嘯造成應急冷卻系統斷電。福島核電站使用能動型冷卻體系,在停堆後依靠柴油發電機發電啟動機組運行。海嘯衝破了核電廠的防禦設施,毀壞了應急柴油發電機,最終導致堆芯喪失冷卻能力,堆芯融化,放射性物質外洩。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

我國沿海海域發生海嘯的可能性很小。從海深條件來看,渤海、黃海平均海深不到 50 米、東海為幾百米,而海深與海嘯發生機率呈正相關關係,地震震源點海水深度越大,則海嘯速度越快,破壞力越強;從地震記錄來看,中國沿海從未發生過 8 級以上的地震;從地形地貌來看,中國近海海域內分佈著數千個島嶼礁灘,構成了天然屏障。

核電站防洪水平完全可以抵禦海嘯災害。在南海發生 9 級地震的情況下,海嘯波對我國沿海核電站廠址水位的最大影響僅約 2.7m,遠低於在役及在建核電站的防洪水平。近年來我國核電防洪標準不斷提升,1991 年我國第一座核電站秦山一期落成,場坪標高為 5 米,防波堤加擋浪牆頂標高為 9 米,目前籌建中的海陽 2 期及廣西白龍核電站,設計標高已提升至 8.1米和 13.47 米。

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2、新技術彌補設計缺陷

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

切爾諾貝利核事故的主要原因是堆型設計存在重大缺陷,從而引起的核電站功率暴走、裂變反應失去控制,最終導致放射性物質洩露。設計缺陷主要體現在三個方面:1)石墨和輕水同時做慢化劑,輕水做冷卻劑,蒸汽化後造成正空泡係數;2)控制棒末端的石墨具有慢化中子及排水效應,起始插入階段反而促進反應增長;3)老式的石墨堆疊式反應堆,缺少內層壓力安全鋼殼和外層混凝土安全殼。

三裡島核電事故的重要誘因是穩壓器釋放閥發生卡開故障,在緊急停堆後該閥門無法自動關閉,導致冷卻劑持續流失。另外,主控室人機交互設計不合理,致使操縱員在事故處置中判斷不明、連續誤操作,切斷了堆芯裂變產物餘熱的導出途徑,最終導致堆芯熔化。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

現階段我國在運核電站,除秦山三期重水堆和臺灣地區少量沸水堆外,全部採用壓水堆堆型。相對於福島、切爾諾貝利等沸水堆而言,壓水堆增設了二回路循壞,將一回路中的放射性冷卻劑隔離密封在安全殼內,汽輪機等設備放射性計量小,易於後期維護檢修。即便發生事故,調節兩回路間的氣壓及溫差,即可實現自然循環冷卻,核洩露的機率大大降低。

我國現役二代加核電站已經徹底解決了切爾諾貝利和三裡島的設計缺陷,在系統設計方面實現了質的提升:

加裝安全殼:加裝由鋼筋混凝土和內襯鋼板構成的安全殼,提高收容能力,防止放射性物質外洩。建造成本升高,但安全性明顯提升;

改進控制棒設計:將冷卻水容器由管道狀改成水池狀,同時縮短控制棒插入時間至 2—3 秒,減弱了控制棒的排水效應;

設計負空泡反應性係數:僅以水充當慢化劑和冷卻劑,水受熱產生氣泡時,慢化和吸收中子的能力同時下降,總體上表現為對反應的抑制作用,切斷了惡性循環;

解決閥門卡開等機械故障:改良設計,在製造過程中採取更嚴格的質量控制,在使用時採取更嚴格的檢驗保養,機械故障是可以消除的;

改進主控室人機界面設計:主控室配置數字化控制系統,增加重要參數實時監測指示,操縱和控制更自動化、集中和精確,大大降低了人為判斷的失誤率;

改進的應急系統可在斷電情況下使用:現役核電站使用的三代壓水堆採用了非能動型安全冷卻體系,能在失去供電的情況下通過重力注入貯存的冷卻水對堆芯進行冷卻,並排出餘熱。

3、完善核安全法規和標準

細化核電法規,防範事故發生。相比於三裡島時期的美國、切爾諾貝利時期的蘇聯、福島時期的日本,我國從核工業發展之始就十分重視核安全,明確制定了“安全第一“的方針,並通過專項立法、發佈部門規章和指導性文件,建立了一個自頂向下、體制完善的法規系統,強化了監管體系與能力建設,確保國家核安全。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

“五道防線”縱深防禦,多重屏障強化核電安全。2016 年發佈的《中國的核應急》白皮書中強調,通過“一案三制”預案和法制、體制、機制建設,輔以“五道防線”有力抓手,建立健全國家核應急組織管理體系:

保證設計、製造、建造、運行等質量,預防偏離正常運行。履行強軍首責,築牢國家安全基石,確保軍工科研生產任務圓滿完成。

嚴格執行運行規程,遵守運行技術規範,使機組運行在限定的安全區間以內,及時檢測和糾正偏差,對非正常運行加以控制,防止演變為事故。

如果偏差未能及時糾正,發生設計基準事故時,自動啟用電廠安全系統和保護系統,組織應急運行,防止事故惡化。

如果事故未能得到有效控制,啟動事故處理規程,實施事故管理策略,保證安全殼不被破壞,防止放射性物質外洩。

在極端情況下,如果以上四道防線均告失效,立即進行場外應急響應行動。同時設置多道實體屏障,防止和控制放射性物質釋入環境。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

全方位,深層次,打好保衛核安全之仗。目前已經落實的法規囊括核設施建設及運行階段的安全監督、放射性同位素與射線防護、核材料管制、放射性廢物運輸及處置、環境評價與監測、人員資質管理和核應急“一案三制”(核應急預案、法制、體制、機制),未來將要在核事故應急及問責、核信息公開、核從業人員崗位培訓上持續發力。

4、國企停堆棄堆執行更徹底

民營企業更看重經濟利益,事故處理時傾向於保護有價設備。三裡島核電站的主運營商 為大都會愛迪生公司,隸屬於美國巴威能源集團。巴威集團是由斯蒂芬·威爾考克斯和喬治·赫爾曼·巴布科克在 1867 年創立,為典型的民營企業。三裡島核事故發生時,為避免主泵汽蝕振動發生損壞,操縱員在堆芯過熱的情況下關閉主泵,中止了冷卻劑循環,從而切斷了堆芯餘熱導出的唯一通道,最終導致堆芯融化。

福島事故後時隔 8 年才決定徹底棄堆。抱著反應堆冷卻系統存在修復可能的僥倖心理,在福島核電站經歷爆炸、起火、堆芯融化等重大事故後,運營福島核電站的東京電力公司消極應對、封鎖信息,直到 2019 年 4 月才首次從嚴重受損的 1 號至 3 號機組燃料池中轉移出核燃料棒,善後工作進展緩慢。8 年時間的不作為,福島核事故產生的 880 噸核殘渣、百萬噸汙染水至今仍難處理。東京電力公司,成立於 1951 年,是日本收入最高的電力公司,也是全球最大的民營核電商。

政府在核電事故的處理中發揮著無可替代的作用。對於核電安全來說,不僅要嚴格管控、從源頭上防範核事故的產生,還要做足危機預防、制定高效科學的應對與善後策略,決策要堅決果斷。在我國,核電站的主要運營主體為國企。而相對民企來說,國企承擔著更多的社會責任,安全、穩定是其核心訴求,將人民的生命安全放到首位,在應該停堆棄堆時會更堅決執行,國企更值得信賴。

(二)三代:安全兜底,在建主流機型

1、堆芯熔化概率降低一個量級

目前,國際主流核電建設標準主要參考美國核電用戶要求文件(URD)和歐洲核電用戶要求文件(EUR)。針對應急安全系統的設計,URD 對第三代核電站兩種類型的核電廠分別提出了嚴格要求。

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三代核電發生事故的概率較二代顯著下降。經過一系列技術設計的優化升級,二代能動核電站進階到三代非能動和改進型能動核電站。西屋公司 AP1000 標準設計證書和芬蘭 OL3核電廠建造許可證中顯示,三代技術具有代表性的 AP1000 和 EPR 的堆芯損壞頻率分別降低到 5.0894×10-7/堆年和 1.18×10-6/堆年,大量放射性釋放概率降低至 5.94×10-8/堆年和 9.6×10-8/堆年,相較二代核電降低了一至二個數量級。

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2、我國在建、籌建電站多采用三代技術

我國目前籌建電站全部使用三代技術,在建佔比高達 80%。與二代相比,除了安全性更強,三代核電還具備經濟性更高的明顯優勢:1)單機功率從 60-100 提升至 100-150 萬千瓦; 2)換料週期由 12-18 個月延長至 18-24 個月;3)建造週期縮短了 6 個月;4)設計壽命延長了 20 年。因此,三代核電已經成為我國在建籌建核電站的首選。目前我國 10 臺在建機組中有7 臺採用三代技術,46 臺籌建機組全部採用三代技術。

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3、“華龍一號”蛟龍出海

“華龍一號” 是中國核電“技術崛起、海外輸出”的主打品牌,是中廣核集團及中核集團在 ACPR1000 和 ACP1000+的基礎上聯合開發的三代加堆型,具有完整自主知識產權,在設計創新方面優勢明顯。

採用“能動和非能動相結合”的安全設計理念,反應堆堆芯配備 177 個燃料組件、單堆佈置、採用多重冗餘的安全系統。非能動以高位冷卻水箱為主體,事故後依靠重力快速向堆芯注入大量含硼水,可有效應對能動系統動力源喪失的情況,防止堆芯裸露。

全面平衡貫徹了“縱深防禦”的設計原則,設置了完善的嚴重事故預防和緩解措施,滿足事故後 72 小時不干預原則,安全指標和技術性能達到了國際三代核電技術的先進水平。

可根據客戶需求,定製個性化的專設安全系統。基於實際情況,可選擇性在餘熱排出、一回路完整性和安全殼完整性等重要環節上設置非能動系統,次臨界、一路水裝量可繼續沿用傳統能動系統,實現資金和資源的有效配置。

實現了安全性和經濟性的平衡,經濟指標上,電廠設計壽命 60 年,採用 18 個月換料方案,設計可利用率大於 90%,市場競爭力突出。

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“一帶一路”延伸新觸角,華龍一號出海勢頭強勁。“一帶一路”沿線中,有 28 個國家計劃發展核電,規劃機組 126 臺總規模約 1.5 億千瓦,市場總量約 2.4 萬億元。受政治、經濟、軍事等因素影響,中國核電企業在“一帶一路”所佔的市場份額難以估計。核電出口的必要條件是擁有自主知識產權,由中核與中廣核自主研發的華龍一號成為“走出去”明星。截至目前,中核集團已簽署兩筆華龍一號出口訂單——巴基斯坦的卡拉奇 2、3 號機組以及阿根廷阿圖查4 號機組。同時,中廣核集團也與英國達成合作協議,幫助布拉德維爾核電站引進華龍一號。

(三)四代:開啟“零放射”時代

目前核電存在兩種發展更安全的反應堆的途徑。一是採用“縱深防禦”策略,在反應堆的設計、建造和操縱方面做進一步的改進。在核事故發生後,被損壞的反應堆中氫積累的可能性、嚴重的蒸汽爆炸被列為重點研究課題,安全殼被設計實驗進行嚴重事故下的驗證。工程師們已經花費了數年時間設計各種專用安全系統,結果使核動力系統過於複雜冗餘,造價高昂。

二是進行技術革新,發展新一代核能系統, 充分利用其固有安全的特點, 這樣容易向公眾說明併為他們所理解和接受。如今壓水堆已不能再通過無限制複雜化縱深防禦來解決安全問題,革新型反應堆技術才是最終出路。

積極開展四代研究。第四代核能系統由美國能源部在 1999 年提出。2002 年美國聯合 10餘個國家、機構提出將鈉冷快堆、鉛冷快堆、氣冷快堆、超臨界水冷堆、超高溫氣冷堆、熔鹽堆 6 種堆型確認為重點研發對象,並預計將於 2030 年開啟商業化進程。中核旗下的原子能科學研究院於 2011 年實現了國內首座鈉冷快堆實驗堆的滿功率穩定運行。

國際合作積極推動核電技術發展,2015 年 9 月,比爾蓋茨投資的泰拉能源公司就與中核集團簽署行波堆(四代核電,屬於鈉冷快堆的一種)合作協議,致力於行波堆技術的研發、落地和投產。

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大幅降低堆芯熔化概率,開啟“零放射”時代。美國核電用戶要求文件(URD)與歐洲核電用戶要求文件(EUR)聯合提出了四代核電堆芯融化概率低於 10-6/年、完全無場外放射性釋放、人為錯誤不會導致嚴重事故, 不需要廠外應急措施等要求。通過加強專設安全系統,設置堅固而大容積的安全殼,收嚴安全裕量基準,提高新一代核電的抗事故能力。

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提高燃料循環利用率。目前,四代快堆利用熱堆乏燃料後處理分離出的鈈製成 MOX 燃料,在快堆內進行多輪閉式循環,鈾資源利用率可由近 0.6%提升至 30%,同熱堆一次通過模式相比提升了 50 倍。2015 年,中核集團與比爾蓋茨主導投資的美國泰拉能源簽約,合作開發“行波堆”。美國核能專家預計未來以行波堆為代表的鈉冷快堆可將鈾資源的利用率進一步提升至60%,且能以貧鈾、乏燃料回收鈾或者天然鈾為燃料,換料週期有望延長至 10 年以上。

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首次對經濟性提出要求。第四代核能論壇(GIF)首次針對四代核電設置經濟指標,要求核電機組單位投資不大於 1000 美元/千瓦(二代加約 11000~14000 元)、發電成本不大於 3 美 分/千瓦時(二代加約 0.3 元),同時建設週期從三代核電的 54 個月降低至 36 個月以下。無論從安全性還是經濟性角度來看,四代核電有望帶領核電產業邁入新紀元。

四、安全知識匱乏,科普宣傳尚待加強

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“鄰避效應”客觀存在,需要科學、理性地看待核電。核電進入公眾科普領域的時間較晚,目前公眾對核電基礎知識的瞭解還比較匱乏,存在一定的誤解,其危害性被渲染誇大,導致“鄰避效應”較強。破解誤解的正確出路在於公開透明,用科學數據說話。事實上,輻射在生活中隨處可見,常人一年內允許接受的最大輻射量為 1000 微西弗。在事故等級為五級的三裡島核事故中,方圓 80 公里以內的居民平均接受到的輻射量為 10 微西弗,對健康產生的影響非常有限。

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一、核電盈利能力強,仍存發展空間

人均用電量偏低,電力需求仍有提升空間。近年來隨著 GDP 增長放緩,我國用電增速下移。從人均用電量的角度來看,我國 2017 年僅達到 4537.62 千瓦時/人,遠低於美國(11875.7)、韓國(10061.56)、法國(7155.47)等發達國家。中遠期看,我國電力需求仍有較大提升空間。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電利用率維持高位,遠優於其他能源。核電具備基荷電源屬性,高效、穩定、環保。近 5 年我國核電機組平均利用小時數高達 7305 小時。BP 數據顯示,2017 年我國一次能源消費中核電佔比僅為 1.8%,與世界平均水平 4.4%仍存較大提升空間。

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二、在役多為二代加,三代或將成主流

自 20 世紀 50 年代核電技術問世,全球核電產業可劃分為四個階段。安全性一直是推動核電行業發展的核心目標。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

目前我國在役機組多采用二代加技術。三代機組已經開始陸續投產,近兩年投入商運的 9臺機組中有 7 臺選擇了三代技術路線。由於目前籌建機組均採用三代技術,預計到 2030 年左右,三代核電站或將成為主力機型。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

核電發展已歷經四個階段,技術的每一次升級都是對安全性的持續優化。從安全性、經濟性以及環保的角度來看,四代核電技術將成為未來發展的主流方向。

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三、技術更新換代,安全性逐步提升

我國從未發生過二級及以上核事故。核事件分級標準由國際原子能機構(IAEA)制定,共分七級,七級最嚴重。國外共發生過 3 起重大核電事故,其中三裡島為五級,切爾諾貝利、福島為七級。自 1994 年秦山核電站首臺機組投產,我國 46 座核電站已累計安全運行 326 堆年。無論從技術設計、自然稟賦還是人為因素的角度,我國現役核電機組未來發生重大核事故的概率都是微乎其微的。

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(一)二代加:設計優化,安全性增強

1、自然稟賦構築天然屏障

福島核事故發生的直接原因是海嘯造成應急冷卻系統斷電。福島核電站使用能動型冷卻體系,在停堆後依靠柴油發電機發電啟動機組運行。海嘯衝破了核電廠的防禦設施,毀壞了應急柴油發電機,最終導致堆芯喪失冷卻能力,堆芯融化,放射性物質外洩。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

我國沿海海域發生海嘯的可能性很小。從海深條件來看,渤海、黃海平均海深不到 50 米、東海為幾百米,而海深與海嘯發生機率呈正相關關係,地震震源點海水深度越大,則海嘯速度越快,破壞力越強;從地震記錄來看,中國沿海從未發生過 8 級以上的地震;從地形地貌來看,中國近海海域內分佈著數千個島嶼礁灘,構成了天然屏障。

核電站防洪水平完全可以抵禦海嘯災害。在南海發生 9 級地震的情況下,海嘯波對我國沿海核電站廠址水位的最大影響僅約 2.7m,遠低於在役及在建核電站的防洪水平。近年來我國核電防洪標準不斷提升,1991 年我國第一座核電站秦山一期落成,場坪標高為 5 米,防波堤加擋浪牆頂標高為 9 米,目前籌建中的海陽 2 期及廣西白龍核電站,設計標高已提升至 8.1米和 13.47 米。

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2、新技術彌補設計缺陷

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切爾諾貝利核事故的主要原因是堆型設計存在重大缺陷,從而引起的核電站功率暴走、裂變反應失去控制,最終導致放射性物質洩露。設計缺陷主要體現在三個方面:1)石墨和輕水同時做慢化劑,輕水做冷卻劑,蒸汽化後造成正空泡係數;2)控制棒末端的石墨具有慢化中子及排水效應,起始插入階段反而促進反應增長;3)老式的石墨堆疊式反應堆,缺少內層壓力安全鋼殼和外層混凝土安全殼。

三裡島核電事故的重要誘因是穩壓器釋放閥發生卡開故障,在緊急停堆後該閥門無法自動關閉,導致冷卻劑持續流失。另外,主控室人機交互設計不合理,致使操縱員在事故處置中判斷不明、連續誤操作,切斷了堆芯裂變產物餘熱的導出途徑,最終導致堆芯熔化。

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現階段我國在運核電站,除秦山三期重水堆和臺灣地區少量沸水堆外,全部採用壓水堆堆型。相對於福島、切爾諾貝利等沸水堆而言,壓水堆增設了二回路循壞,將一回路中的放射性冷卻劑隔離密封在安全殼內,汽輪機等設備放射性計量小,易於後期維護檢修。即便發生事故,調節兩回路間的氣壓及溫差,即可實現自然循環冷卻,核洩露的機率大大降低。

我國現役二代加核電站已經徹底解決了切爾諾貝利和三裡島的設計缺陷,在系統設計方面實現了質的提升:

加裝安全殼:加裝由鋼筋混凝土和內襯鋼板構成的安全殼,提高收容能力,防止放射性物質外洩。建造成本升高,但安全性明顯提升;

改進控制棒設計:將冷卻水容器由管道狀改成水池狀,同時縮短控制棒插入時間至 2—3 秒,減弱了控制棒的排水效應;

設計負空泡反應性係數:僅以水充當慢化劑和冷卻劑,水受熱產生氣泡時,慢化和吸收中子的能力同時下降,總體上表現為對反應的抑制作用,切斷了惡性循環;

解決閥門卡開等機械故障:改良設計,在製造過程中採取更嚴格的質量控制,在使用時採取更嚴格的檢驗保養,機械故障是可以消除的;

改進主控室人機界面設計:主控室配置數字化控制系統,增加重要參數實時監測指示,操縱和控制更自動化、集中和精確,大大降低了人為判斷的失誤率;

改進的應急系統可在斷電情況下使用:現役核電站使用的三代壓水堆採用了非能動型安全冷卻體系,能在失去供電的情況下通過重力注入貯存的冷卻水對堆芯進行冷卻,並排出餘熱。

3、完善核安全法規和標準

細化核電法規,防範事故發生。相比於三裡島時期的美國、切爾諾貝利時期的蘇聯、福島時期的日本,我國從核工業發展之始就十分重視核安全,明確制定了“安全第一“的方針,並通過專項立法、發佈部門規章和指導性文件,建立了一個自頂向下、體制完善的法規系統,強化了監管體系與能力建設,確保國家核安全。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

“五道防線”縱深防禦,多重屏障強化核電安全。2016 年發佈的《中國的核應急》白皮書中強調,通過“一案三制”預案和法制、體制、機制建設,輔以“五道防線”有力抓手,建立健全國家核應急組織管理體系:

保證設計、製造、建造、運行等質量,預防偏離正常運行。履行強軍首責,築牢國家安全基石,確保軍工科研生產任務圓滿完成。

嚴格執行運行規程,遵守運行技術規範,使機組運行在限定的安全區間以內,及時檢測和糾正偏差,對非正常運行加以控制,防止演變為事故。

如果偏差未能及時糾正,發生設計基準事故時,自動啟用電廠安全系統和保護系統,組織應急運行,防止事故惡化。

如果事故未能得到有效控制,啟動事故處理規程,實施事故管理策略,保證安全殼不被破壞,防止放射性物質外洩。

在極端情況下,如果以上四道防線均告失效,立即進行場外應急響應行動。同時設置多道實體屏障,防止和控制放射性物質釋入環境。

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全方位,深層次,打好保衛核安全之仗。目前已經落實的法規囊括核設施建設及運行階段的安全監督、放射性同位素與射線防護、核材料管制、放射性廢物運輸及處置、環境評價與監測、人員資質管理和核應急“一案三制”(核應急預案、法制、體制、機制),未來將要在核事故應急及問責、核信息公開、核從業人員崗位培訓上持續發力。

4、國企停堆棄堆執行更徹底

民營企業更看重經濟利益,事故處理時傾向於保護有價設備。三裡島核電站的主運營商 為大都會愛迪生公司,隸屬於美國巴威能源集團。巴威集團是由斯蒂芬·威爾考克斯和喬治·赫爾曼·巴布科克在 1867 年創立,為典型的民營企業。三裡島核事故發生時,為避免主泵汽蝕振動發生損壞,操縱員在堆芯過熱的情況下關閉主泵,中止了冷卻劑循環,從而切斷了堆芯餘熱導出的唯一通道,最終導致堆芯融化。

福島事故後時隔 8 年才決定徹底棄堆。抱著反應堆冷卻系統存在修復可能的僥倖心理,在福島核電站經歷爆炸、起火、堆芯融化等重大事故後,運營福島核電站的東京電力公司消極應對、封鎖信息,直到 2019 年 4 月才首次從嚴重受損的 1 號至 3 號機組燃料池中轉移出核燃料棒,善後工作進展緩慢。8 年時間的不作為,福島核事故產生的 880 噸核殘渣、百萬噸汙染水至今仍難處理。東京電力公司,成立於 1951 年,是日本收入最高的電力公司,也是全球最大的民營核電商。

政府在核電事故的處理中發揮著無可替代的作用。對於核電安全來說,不僅要嚴格管控、從源頭上防範核事故的產生,還要做足危機預防、制定高效科學的應對與善後策略,決策要堅決果斷。在我國,核電站的主要運營主體為國企。而相對民企來說,國企承擔著更多的社會責任,安全、穩定是其核心訴求,將人民的生命安全放到首位,在應該停堆棄堆時會更堅決執行,國企更值得信賴。

(二)三代:安全兜底,在建主流機型

1、堆芯熔化概率降低一個量級

目前,國際主流核電建設標準主要參考美國核電用戶要求文件(URD)和歐洲核電用戶要求文件(EUR)。針對應急安全系統的設計,URD 對第三代核電站兩種類型的核電廠分別提出了嚴格要求。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

三代核電發生事故的概率較二代顯著下降。經過一系列技術設計的優化升級,二代能動核電站進階到三代非能動和改進型能動核電站。西屋公司 AP1000 標準設計證書和芬蘭 OL3核電廠建造許可證中顯示,三代技術具有代表性的 AP1000 和 EPR 的堆芯損壞頻率分別降低到 5.0894×10-7/堆年和 1.18×10-6/堆年,大量放射性釋放概率降低至 5.94×10-8/堆年和 9.6×10-8/堆年,相較二代核電降低了一至二個數量級。

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2、我國在建、籌建電站多采用三代技術

我國目前籌建電站全部使用三代技術,在建佔比高達 80%。與二代相比,除了安全性更強,三代核電還具備經濟性更高的明顯優勢:1)單機功率從 60-100 提升至 100-150 萬千瓦; 2)換料週期由 12-18 個月延長至 18-24 個月;3)建造週期縮短了 6 個月;4)設計壽命延長了 20 年。因此,三代核電已經成為我國在建籌建核電站的首選。目前我國 10 臺在建機組中有7 臺採用三代技術,46 臺籌建機組全部採用三代技術。

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3、“華龍一號”蛟龍出海

“華龍一號” 是中國核電“技術崛起、海外輸出”的主打品牌,是中廣核集團及中核集團在 ACPR1000 和 ACP1000+的基礎上聯合開發的三代加堆型,具有完整自主知識產權,在設計創新方面優勢明顯。

採用“能動和非能動相結合”的安全設計理念,反應堆堆芯配備 177 個燃料組件、單堆佈置、採用多重冗餘的安全系統。非能動以高位冷卻水箱為主體,事故後依靠重力快速向堆芯注入大量含硼水,可有效應對能動系統動力源喪失的情況,防止堆芯裸露。

全面平衡貫徹了“縱深防禦”的設計原則,設置了完善的嚴重事故預防和緩解措施,滿足事故後 72 小時不干預原則,安全指標和技術性能達到了國際三代核電技術的先進水平。

可根據客戶需求,定製個性化的專設安全系統。基於實際情況,可選擇性在餘熱排出、一回路完整性和安全殼完整性等重要環節上設置非能動系統,次臨界、一路水裝量可繼續沿用傳統能動系統,實現資金和資源的有效配置。

實現了安全性和經濟性的平衡,經濟指標上,電廠設計壽命 60 年,採用 18 個月換料方案,設計可利用率大於 90%,市場競爭力突出。

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“一帶一路”延伸新觸角,華龍一號出海勢頭強勁。“一帶一路”沿線中,有 28 個國家計劃發展核電,規劃機組 126 臺總規模約 1.5 億千瓦,市場總量約 2.4 萬億元。受政治、經濟、軍事等因素影響,中國核電企業在“一帶一路”所佔的市場份額難以估計。核電出口的必要條件是擁有自主知識產權,由中核與中廣核自主研發的華龍一號成為“走出去”明星。截至目前,中核集團已簽署兩筆華龍一號出口訂單——巴基斯坦的卡拉奇 2、3 號機組以及阿根廷阿圖查4 號機組。同時,中廣核集團也與英國達成合作協議,幫助布拉德維爾核電站引進華龍一號。

(三)四代:開啟“零放射”時代

目前核電存在兩種發展更安全的反應堆的途徑。一是採用“縱深防禦”策略,在反應堆的設計、建造和操縱方面做進一步的改進。在核事故發生後,被損壞的反應堆中氫積累的可能性、嚴重的蒸汽爆炸被列為重點研究課題,安全殼被設計實驗進行嚴重事故下的驗證。工程師們已經花費了數年時間設計各種專用安全系統,結果使核動力系統過於複雜冗餘,造價高昂。

二是進行技術革新,發展新一代核能系統, 充分利用其固有安全的特點, 這樣容易向公眾說明併為他們所理解和接受。如今壓水堆已不能再通過無限制複雜化縱深防禦來解決安全問題,革新型反應堆技術才是最終出路。

積極開展四代研究。第四代核能系統由美國能源部在 1999 年提出。2002 年美國聯合 10餘個國家、機構提出將鈉冷快堆、鉛冷快堆、氣冷快堆、超臨界水冷堆、超高溫氣冷堆、熔鹽堆 6 種堆型確認為重點研發對象,並預計將於 2030 年開啟商業化進程。中核旗下的原子能科學研究院於 2011 年實現了國內首座鈉冷快堆實驗堆的滿功率穩定運行。

國際合作積極推動核電技術發展,2015 年 9 月,比爾蓋茨投資的泰拉能源公司就與中核集團簽署行波堆(四代核電,屬於鈉冷快堆的一種)合作協議,致力於行波堆技術的研發、落地和投產。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

大幅降低堆芯熔化概率,開啟“零放射”時代。美國核電用戶要求文件(URD)與歐洲核電用戶要求文件(EUR)聯合提出了四代核電堆芯融化概率低於 10-6/年、完全無場外放射性釋放、人為錯誤不會導致嚴重事故, 不需要廠外應急措施等要求。通過加強專設安全系統,設置堅固而大容積的安全殼,收嚴安全裕量基準,提高新一代核電的抗事故能力。

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提高燃料循環利用率。目前,四代快堆利用熱堆乏燃料後處理分離出的鈈製成 MOX 燃料,在快堆內進行多輪閉式循環,鈾資源利用率可由近 0.6%提升至 30%,同熱堆一次通過模式相比提升了 50 倍。2015 年,中核集團與比爾蓋茨主導投資的美國泰拉能源簽約,合作開發“行波堆”。美國核能專家預計未來以行波堆為代表的鈉冷快堆可將鈾資源的利用率進一步提升至60%,且能以貧鈾、乏燃料回收鈾或者天然鈾為燃料,換料週期有望延長至 10 年以上。

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

首次對經濟性提出要求。第四代核能論壇(GIF)首次針對四代核電設置經濟指標,要求核電機組單位投資不大於 1000 美元/千瓦(二代加約 11000~14000 元)、發電成本不大於 3 美 分/千瓦時(二代加約 0.3 元),同時建設週期從三代核電的 54 個月降低至 36 個月以下。無論從安全性還是經濟性角度來看,四代核電有望帶領核電產業邁入新紀元。

四、安全知識匱乏,科普宣傳尚待加強

核電深度研究報告:技術更新迭代,安全極致優化

“鄰避效應”客觀存在,需要科學、理性地看待核電。核電進入公眾科普領域的時間較晚,目前公眾對核電基礎知識的瞭解還比較匱乏,存在一定的誤解,其危害性被渲染誇大,導致“鄰避效應”較強。破解誤解的正確出路在於公開透明,用科學數據說話。事實上,輻射在生活中隨處可見,常人一年內允許接受的最大輻射量為 1000 微西弗。在事故等級為五級的三裡島核事故中,方圓 80 公里以內的居民平均接受到的輻射量為 10 微西弗,對健康產生的影響非常有限。

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科普宣傳、公眾溝通仍待加強。目前,我國核電公眾宣傳的主體力量是核電運營企業和全國性協會,宣傳手段主要包括向公眾開放中國核聚變博物館,定期舉辦核電工業及裝備展覽會以及核電企業官網開設科普宣傳專欄。近年來公眾科普宣傳力度已明顯增強,但仍與美國、日本、法國等發達國家仍存在不小差距。

五、投資建議(略)

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(報告來源:中國銀河證券;分析師:周然)

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