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新项目核准,双碳目标下如何推动核电高质量发展?

作者:
侯艳丽
来源:
能源杂志
2022/04/21 21:51
浏览量
【摘要】:
4月20日国务院常务会议指出,要在严监管、确保绝对安全前提下有序发展核电。

碳达峰、碳中和目标愿景的提出,为推动气候环境治理和我国经济社会可持续发展擘画了宏伟蓝图,指明了道路方向。双碳目标下中国实现深度脱碳路径面临着发展方式根本性转变和科技创新支撑的需求。

面对未来巨大的低碳能源缺口,核电由于能量密度大、清洁低碳、运行稳定、安全高效等优势,正处于“史上最大的战略机遇期”。我国将更加坚定地贯彻新发展理念,推进产业转型升级,走绿色、低碳、循环的发展路径,引导民众低碳消费和生活方式转变,实现高质量发展;也将引领全球在“后疫情时代”实现绿色、低碳复苏,对推进全球应对气候变化合作行动、构建人类命运共同体,具有非常现实和重要的意义。

双碳时代,核电发挥更大作用

2020年9月22日,国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上郑重提出:“应对气候变化《巴黎协定》代表了全球绿色低碳转型的大方向,是保护地球家园需要采取的最低限度行动,各国必须迈出决定性步伐。中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。”

中国实现深度脱碳路径,需要发展方式根本性转变和科技创新的支撑:提升能效、控制一次能源消费总量是最直接、最有效的能源碳减排方式;建立绿色发展产业体系和社会消费方式,以数字化和电气化推进脱碳;建立清洁低碳高效安全的能源生产和消费体系,形成以新能源和可再生能源为主体的零碳排放能源体系;低碳循环推进支撑深度脱碳技术研发和产业化发展。

核能可作为清洁低碳、安全高效的基荷电源。核电能量密度大,生产过程中几乎不产生碳排放。同时,核电运行稳定、可靠、换料周期长,适用于电网基本负荷及必要的负荷跟踪,是当前乃至未来一段时间内唯一可以大规模替代化石能源的基荷电源。

核能的多用途利用将为高碳排放部门的脱碳提供技术方案。与化石燃料通过燃烧将化学能转变为热能的利用形式不同,核能通过核反应过程(包括裂变、聚变或衰变)获得高品位热能,可以满足稠油热采等工业生产过程的需求,还可以为新型工业园区、新型城镇等清洁供暖,实现对化石能源的替代。核能制氢可以替代焦炭用作炼钢过程的还原剂,优化生产工艺的原料投入,大幅降低生产过程的排放。此外,核能还可在制冷、海水淡化、同位素生产、空间电源、水下能源网、陆上移动电源、应急电源等多场景下应用。在“双碳”背景下,通过与高碳排放行业耦合发展,核能的零碳价值将进一步凸显。

核电高质量发展的定义与机遇

如《碳达峰碳中和工作意见》中提到“要积极安全有序发展核电”,核安全始终是核工业的生命线,把握此轮机遇,助力双碳目标,核电高质量发展的积极探索需要关注如下事项:

提高现有运行核电站的安全可靠性;提高核电的运行经济性;不断优化核电新机型设计,打造更具竞争力的核电堆型。提高公众对核电的接受度;总之,对于核电的高质量发展,需要立足新发展阶段、贯彻新发展理念、构建新发展格局;需要在宏观上,生产、流通、分配和消费循环畅通;提升产业链水平,强化双循环联动,推动建设核强国。在国家打造高水平安全、创造高品质生活、推进高效能治理方面继续发挥核电新的更大作用。

               

面对未来巨大的低碳能源缺口,核电发展正处于“史上最大的战略机遇期”。核电是一种优缺点都相当明显的能源,其主要优点包括:能量密度大,碳排放量低;运行稳定,可靠性高;是目前唯一可以大规模替代化石能源的基核电源;核电具有几乎不受气候、昼夜等因素影响的特点,有着稳定的供应能力,可以与风光等可再生能源形成互补,有利于整个电网的安全和消纳。

2021年1-8月份,全国发电设备累计平均利用2560小时。其中,核电设备平均利用小时数为5219小时,作为对比,同为清洁能源的风电设备平均利用小时数只有1500小时。核能可以通过核反应过程产生高品质热能,可以满足一部分工业生产的需求,例如稠油热采、余热供暖;核能还可以用于制氢、制冷、海水淡化、同位素生产等应用场景,可以部分实现对化石能源的替代。核电的广泛利用有助于核能科技创新,解决产业链中的各种“卡脖子”问题。

核电建设的高质量发展

核电一次性建设投入成本高,新代核电规模化不足,安全系统简洁高效性还不充分,非标准化设备相对较多,模块化设计和建造应用偏少,制造及日常运维成本偏高。核电安全标准绝远高于其他电力行业,但历史上核电行业的三次重大核安全事故造成了国际核电发展的停滞,国外不少拥核国家宣布放弃核电,转而投向其他能源怀抱。双碳目标下,确保核电安全稳定运行成为核电行业全体从业者的首要准则。

首先,以工程设计优化为关键,全面提升核电工程建造经济性。

经济性是决定核电未来市场竞争力的关键因素。随着我国能源和电力市场化改革深化乃至未来全国“碳市场”的快速发展,核电不可避免地将面临与其他低碳能源形式的竞争发展。当前我国核电发展已逐步完成向三代技术的全面转型升级,要进一步进行设计优化降低建设成本,体现技术经济优势和规模效应。

加强技术创新能力。以技术创新促进核电产业发展基于国内已有核电技术研发体系,整合相关资源。对自主三代核电机组通过不断的设计改进和优化,形成型号系列,在确保安全的前提下,提升经济性和市场竞争力,全力推动批量化系列化发展;积极推进高温气冷堆、快堆设计优化改进,适时开展商业化工程建设;依据市场需求,加强革新型小型模块化先进堆技术的研发及商业化推广。

加强核电关键技术和共性技术研究,开展严重事故预防缓解技术研究,数字化反应堆技术研究,核电厂延寿技术研究;加快核电关键软件、材料、元器件的自主研发和应用,逐步实现国产化替代。加快核能产业链关键设备、部件及原材料研发,实现核心技术自主可控,解决“卡脖子”问题。积极推进数字化技术与核能产业深度融合,加快智慧核电厂建设与发展,促进全产业链转型升级,提高管理效率和全员劳动生产率,降低成本,提升核心竞争力。

简化安全系统和减少冗余。需要在保证足够安全性的条件下简化安全系统、非安全级系统、减少冗余,降低工程造价、增加经济性。如:集团在组织“华龙优化”工作的过程中,中国核电提出取消厂址附加柴油机,可以减少投资1.5亿元。在简化安全系统和减少冗余这一方面,AP1000机型的经验值得参考。

采用模块化设计和建造技术。模块化设计与建造技术已经被工程实践证明,是减少现场施工量,降低安全隐患、缩短建造工期和降低工程造价的有效方式。该技术已经不同程度的应用于国内外三代核电机型的建设中。

压水堆新型号要实现在安全性、经济性上的领先,模块化设计与建造技术是必须要突破的关键技术,其中,模块划分方法、步骤和原则以及模块化对布置、结构和设备设计的影响识别又是模块化设计和建造技术中最为关键的两个方面,模块化技术研发如何有效地完成经济性评估、制造水平评估、施工可建造性评估是决定关键模块设计技术研发的重点。

建立运行核电厂向设计院的长效经验反馈机制。目前,各运行核电厂都建立了经验反馈体系,并用状态报告系统进行流程管理和记录。各运行核电厂之间在中国核电的管理和协调下也实现了共享和快速反馈机制。但在运行核电厂和设计院之间并未建立起经验反馈机制,有些事件和问题在不同项目上重发。

第二,以产品服务市场化为方向,大力降低材料设备采购成本。

以系统化思维构建核电设备设计、选型的统一品牌体系。需在建设之初就做出合理规划,保持同一核电基地设备的一致性或统一性,为核电基地的高质量发展创造基础。

锁定关键设备资源,集约化采购管理。设备的成本、进度直接影响核电机组建设工期和经济效益,进而关系到核电行业的发展大势。核电设备制造周期长、技术要求高、管理难度大、供货成本高,常规采购方式和流程已不能适应高质量发展的新要求。因此,需要与关键供应商展开长期合作,提前锁定关键设备资源,在依法依规基础上以“动软不动硬”或“联储联备”等方式提前采购长周期主设备和关键核级设备。

进一步完善设备、设计相互工作逻辑,有机有序精益管理。核电厂的基本构成单元是单台设备。在总体设计完成后,各系统、各设备的设计要求是设备采购的上游条件,同时各设备的详细设计和参数也是电厂相关系统、土建布置、安装工艺、施工图纸等的资料输入;设备、设计相互依存,紧密衔接,逻辑顺序和计划管控极为重要。应进一步细化项目三级、四级进度计划,梳理形成设计、设备提资专项计划或接口清单,以设计向建安、调试提供文件的进度和内容要求反推采购启动和厂家设计,再结合正常所需采购周期进一步完善技术规格书、总图、详图等商务采购技术文件出版计划。

第三,以管理能力精益化为抓手,聚力核电工程建设提质增效。

一方面是加强数字化应用,打通数字化移交最后一公里。目前,核电领域信息化、数字化技术普遍受到关注。各核电业主、参建单位、监理单位均已建设有各自的工程管理信息系统,已经具备了一定的核电工程项目信息化管理技术基础,但存在各自为政、标准不一、数据来源单一、彼此之间基础性及结构化数据交互及共享度不高,也存在在不同信息平台重复录入信息的现象。这些信息化的投入,一方面能够提升各方内部的管理效能,另一方面也造成了重复投入,从项目总体上看,推高了实际投入,也降低了各方之间的管理效能。因此,有必要对各个信息化应用进行整合,打通项目参与各方的最后一公里,使信息提供更高的价值。

另一方面是采用BIM三维建模技术。通过采用BIM三位建模技术,在土建施工方面对于结构复杂部位,进行模拟施工,使得施工逻辑分析更加直观。建模应用有利于在技术策划过程中提前发现问题,解决问题,避免出现现场实施时才发现各种问题,再去解决,制约现场工期。

推进核电运维安全、经济发展

核电机组运行高质量发展:坚持底线思维,筑牢核安全屏障。核安全永远是核电机组运行最基本的原则,没有核安全,一切经济、高效发展都是空中楼阁,不能为了追求核电经济、高效发展而牺牲或者在核安全层面让步。

核电机组运行坚持底线思维,就是牢牢把握安全生产底线。核电机组运行过程中尤其需要对涉及核安全、停堆、停机、三废(废气、废液、废物)排放及环境敏感SSC做好切实有效的风险管控,在严格遵守技术规程书的前提下安全、经济运行,牢牢守住核安全的屏障。

坚持对标管理,推动电站高质量改革。借鉴国外绩优核电企业经验和管理,对标领域包括:生产流程、运行管理、大修管理、设备可靠性管理、安全质量管理、业绩指标管理、培训管理等领域。

大力推动核电站生产组织机构人数改革,提高单位劳动力的产能、效率。使组织机构更加扁平化,切实发挥专业技术人员的职能才华,专业人的做专业的事,精益求精。

新技术广泛运用助推核电机组安全、经济、高效运行。一方面是积极推进预防人因失误工具的应用。目前核电站开展的人因管理的主要目的是预防人因失误、减少和避免重大人因事件、保证机组的安全稳定运行。

另一方面是积极推进计算机化规程、智慧巡检、数字化改革。计算机化的规程,在构架时和电站的控制系统底层逻辑数据点相连接,在处理机组报警响应、异常响应、事故处理期间可以实现智能逻辑判定,减少事故工况下的人因失误。

维修高质量发展

当前核电厂维修工作主要包括预防性维修和纠正性维修,其中预防性维修以时间为周期,通常在日常或者大修期间实施。大纲编制前期主要基于厂家的维修手册,后期可结合运行经验和故障模式分析调整或取消项目。纠正性维修以现场消缺为主,无固定周期,主要取决于设备的运行质量,设备可靠性越高,纠正性维修就越少。维修高质量发展主要体现在提高维修质量,减少维修数量,缩短大修工期,这三者都可以显著提升运行核电厂的经济性。

加强维修高技能人才培养。目前各电厂大部分维修工作都外委检修公司承担,自身主要承担检修管理职责,长期的检修业务外包导致培养的全国技术能手较少,高质量发展下需要进一步梳理维修人员的核心技能,加强核心技能的培训,逐步做到核心设备自主维修,培养更多的国家级、省级技术能手。

提高设备可靠性,减少纠正性维修。从技改和检测着手。一方面,加快技改,替代等流程,避免设备老化。各电厂应加大技改的实施力度,将技改流程纳入电厂生产计划体系中,统筹设计、采购、施工、调试等各个环节,做到有机衔接提高技改项目的实施完成率。同时对技改项目进行更为精准的优先级排序,抓主要矛盾,优先实施影响机组安全稳定运行的项目,对于长期未实施的改造进行再评估,取消锦上添花的一些项目。

另一方面,运用先进监测手段,防治“未”病。应继续加强设备的状态监测,提前发现设备故障的“小苗头”,及早干预,避免酿成大的事故。优化预维大纲,避免过度维修。

一要巩固现有成果,调整预维项目。目前各运行电厂已基本实现RTM设备只做简单维护,不做侵入性维修,通过该优化,大量的RTM设备侵入性维修工作被取消,节约了大量人力,物力。后续应继续巩固将该经验并推广至中国核电新建核电厂。

二要创新分析方法,优化预维周期。当前对于NC设备的预维优化有一些基本的方法,如通过调整设备分级、结合预维模板对维修任务和周期进行优化,对NC设备的平均故障时间计算和分析,但具体的评估分析方法需要各电厂自行探索。

三要从基于时间的维修(TBM)转为基于状态的维修(CBM)。下图为典型设备性能随时间变化的曲线。

 

基于状态的维修通过采集设备状态数据,提前洞察设备性能劣化和预警设备故障,实现精准维修。开展状态维修需要采用在线监测、预测性维修检测技术(PdM)、巡检、定期试验、在役检查等多种手段,目前国内核电厂应用较为成熟的PdM技术主要有热成像、振动分析、油品分析、声波探测、电机诊断、内窥镜检测等。

 

四要利用维修规则延长预维周期。维修规则是美国核管会基于有效维修对核安全有重要影响的认知,是美国第一个风险指引和基于性能的强制性管理要求,适用于对安全相关和部分非安全相关SSCs的维修监管。美国核电站实施维修规则后在降低核电厂重大事件次数、提高核电厂平均能力因子、减少核电厂平均换料大修时间方面成效显著。国内国家核安全局强制要求延寿核电厂必须在延寿前实施维修规则,其他核电推荐实施。

持续强化核应急能力

贯彻创新、协调、绿色、开放、共享发展理念,坚定不移推进核能事业发展,是中国的重要战略选择。发展核能事业的步伐不停止,加强核应急的步伐就不会停止。我国缺少应对重特大核事故的经验,培训和演习是检验应急准备水平和提升应急响应能力的主要手段。通过模拟实战化的演习情景,定期组织区域性、专业类、模块化、无脚本的核与辐射应急演习,以点带面,以演代训,互学互鉴,示范引领,检验和完善预案,全面锻炼队伍,促进应急装备和信息化水平的升级换代,真正提高演习水平,检验实战能力。

福岛事故以后,我国核电都开发了相应的“严重事故管理导则”,但是还不够细化,事故后的恢复策略也还不够完善。充分吸收国际上在事故后管理方面的经验教训,完善我国的核事故应急预案,提出核设施事故后管理策略的相关要素及其具体要求,促进应急响应向恢复阶段的转变,是核电高质量发展的最后防线,也是落实十九大报告的“统筹发展和安全”重要论述。

(图片来源:veer图库) 

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