日本ABWR核電技術(shù)研發(fā)和制造概況

1、日本ABWR核電技術(shù)考察記研發(fā)和制造概況劉志銘（蘇州熱工研究院有限公司 江蘇 蘇州）中國的核電事業(yè)，隨著90年代秦山、大亞灣核電站建成投入商業(yè)運行，揭開了我國大規(guī)模和平利用核能的歷史篇章。黨中央、國務(wù)院對發(fā)展核電極為重視，提出了“十五”和“十一五” 期間“積極發(fā)展核電”的方針。世界核電發(fā)展經(jīng)歷了一段曲折之后，現(xiàn)正朝著積極的方向發(fā)展，核電將成為實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實施的重要支柱之一。各國的開發(fā)商、電力公司以及研究機構(gòu)正在積極地進行新型反應(yīng)堆電站的開發(fā)項目，大家熟知的第三代核能系統(tǒng)的典型代表有：先進沸水堆ABWR、系統(tǒng)80+、AP-600、APWR、歐洲壓水堆EPR。系統(tǒng)80+、AP-600、

2、AP-1000和ABWR均已通過最終設(shè)計批準(zhǔn)（FDA），并由美國核管會NRC頒發(fā)了設(shè)計證書，而其中在日本的ABWR是唯一建成投產(chǎn)的改良型核電機組。ABWR優(yōu)異的性能及安全運行的實績理所當(dāng)然使其成為各電力公司尋求新建核電站的首選堆型之一。自1997年日本東京電力公司的柏崎刈羽6、7號先進沸水堆機組投入商業(yè)運行以來，到2006年6月底為止，在日本已經(jīng)相繼建成并投運了2臺ABWR機組：濱岡（Hamaoka）5號和志賀（Shika）2號，另外有幾家電力公司正在考慮建造ABWR。我國臺灣省臺灣電力公司正在建設(shè)2臺先進沸水堆機組，即龍門（ Lungmen）核電站1、2號機組。美國能源部DOE也將ABWR與

3、其他幾種先進堆型一起列入2010年核電興建計劃（2010 Initiative）中的候選堆型；美國的TVA電力公司也考慮建造ABWR機組，并完成了建造ABWR核電站的可行性研究報告；美國的NRG能源公司正在研究在南德克薩斯廠址上建造ABWR的可行性。為此對ABWR技術(shù)的各個方面近年來，國內(nèi)有關(guān)機構(gòu)在堆型比較、安全性、成熟性、經(jīng)濟性的研究中也把ABWR作為候選堆型，并展開了與ABWR集團（東芝、日立和GE）的聯(lián)合研究。蘇州熱工研究所與ABWR集團開展了“ABWR核電廠安全特性聯(lián)合研究項目”，日本進行了考察訪問，以進一步了解ABWR核電技術(shù)，并為下一階段聯(lián)合項目的工作、項目中期報告的編寫以及中方專

4、業(yè)人員赴日、美接受培訓(xùn)作安排下面是在日本進行ABWR技術(shù)考察到的情況匯總?？疾斓闹攸c是，了解日本核電設(shè)備的制造能力、先進沸水堆核電站的實際運行性能情況?？疾炝嗽跒槠谝恢艿目疾炱陂g，代表團先后訪問了東芝公司核電事業(yè)部磯子核工程技術(shù)中心（IEC）、東芝公司京浜事業(yè)所、石川島播磨重工業(yè)株式會社橫濱事業(yè)所（IHI）、日立制作所及其核電設(shè)備制造工廠、東京電力公司的柏崎刈羽先進沸水堆核電站、ABWR仿真機培訓(xùn)中心等。本次考察的重點是：了解日本核電設(shè)備的制造能力、先進沸水堆核電站的實際運行性能情況。5月14日訪問了訪問了東芝磯子核電工程技術(shù)中心(Isogo Nuclear Engineering Cente

5、r)，。東芝公司改進型BWR的開發(fā)建設(shè)就是以東芝磯子核工程技術(shù)中心為核心開展的。該中心是東芝核能技術(shù)的中樞，從事規(guī)劃、開發(fā)、設(shè)計至建設(shè)、試驗運轉(zhuǎn)及運行服務(wù)、維修保養(yǎng)等與先進沸水堆成套設(shè)備相關(guān)的全部核電工程技術(shù)工作。該中心本館于1982年1月開業(yè)，新館于1991年12月開業(yè)，實驗樓于1982年以后分期開業(yè)，1997年2月取得ISO 9001資格認(rèn)證。據(jù)該中心負(fù)責(zé)人介紹，IEC工程技術(shù)的管理范圍包括：BWR、ABWR、FBR設(shè)備、核燃料循環(huán)設(shè)施、先進的能源系統(tǒng)、后處理系統(tǒng)、鈾濃縮系統(tǒng)、超導(dǎo)、聚變研究。磯子中心自己確定的目標(biāo)為：設(shè)計研究開發(fā)的一體化、產(chǎn)品質(zhì)量保證和國際合作。代表團在磯子核工程技術(shù)中心

6、先后參觀了擁有沸水堆核電站模型展覽室、先進沸水堆內(nèi)置泵（RIP）實體分解樣品、全尺寸先進沸水堆堆芯橫端面模型以及控制棒驅(qū)動機構(gòu)和燃料組件展覽樣品。磯子核工程技術(shù)中心還承擔(dān)了東芝公司的對外核能宣傳工作，積極接待公眾，開放相關(guān)的技術(shù)和安全研究設(shè)施，每年有三千多人次參觀IEC。 磯子核工程技術(shù)中心向我們作介紹的最后展出一幅說明東芝核事業(yè)理念的宣傳畫，圖案的下面是一個抽象的人，上面是一個五彩的地球，它的含義是：以人性為本，提供安全可靠的電源，為了人類和地球的明天。代表團隨后即前往石川島播磨重工業(yè)株式會社橫濱工廠訪問。石川島播磨重工業(yè)株式會社（IHI）是日本乃至世界上著名的重工業(yè)機械制造公司，公司創(chuàng)立于

7、1853年，目前擁有職工人數(shù)12794名，在核電站工程中，IHI一直是東芝公司的協(xié)作單位或分包商，自1971年制造第一臺沸水堆壓力容器以來已生產(chǎn)了20臺反應(yīng)堆容器。在石川島播磨重工橫濱工廠主要參觀了反應(yīng)堆壓力容器的制造，這里巨大的廠房、各種精密的加工設(shè)備給人留下了深刻的印象，廠房內(nèi)包容了先進沸水堆壓力容器制造的所有工序段。世界上第一臺ABWR東京電力公司柏崎刈羽核電站6號機組（1356 MWe）的反應(yīng)堆壓力容器就是從這里制造出廠的。IHI還承擔(dān)了中國臺灣省龍門核電站2號機組（1350 MWe）壓力容器的制造。據(jù)IHI專家介紹，在IHI橫濱工廠制造的重型設(shè)備，其詳細(xì)設(shè)計都由IHI自己完成，并有從

8、事焊接、熱處理和材料研究的科研機構(gòu)。5月14日下午來到東芝京浜（Keihin）事業(yè)所訪問，。東芝京浜事業(yè)所從事參觀了反應(yīng)堆設(shè)備和汽輪機、發(fā)電機的制造車間。京浜反應(yīng)堆設(shè)備制造工廠主要生產(chǎn)堆內(nèi)構(gòu)件、控制棒及驅(qū)動機構(gòu)、內(nèi)置泵、廢物處理系統(tǒng)機械、燃料操作機，據(jù)介紹，除燃料組件由GE、東芝、日立的合資公司制造外，其余堆內(nèi)設(shè)備均由京浜工廠制造，而汽輪機制造工廠則主要生產(chǎn)汽輪機、發(fā)電機、大型電動機和熱交換器，為了引進先進的汽輪機葉片設(shè)計的制造技術(shù)，和美國通用電氣公司（GE）合資建立了由GE控股的合資企業(yè)。在柏崎刈羽先進沸水堆的建設(shè)中，京浜事業(yè)所承擔(dān)了6號機組的堆內(nèi)構(gòu)件和內(nèi)置泵的制造以及7號機組常規(guī)島汽輪發(fā)電

9、機的制造。公司介紹說，京浜事業(yè)所迄今為止生產(chǎn)的火電汽輪機總?cè)萘恳堰_到1億千瓦。京浜還生產(chǎn)水電設(shè)備，它制造了日本第一臺水輪發(fā)電機；并生產(chǎn)制造聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠、燃?xì)廨啓C和余熱回收鍋爐、各種電動機、發(fā)電機、燃料電池，與關(guān)西電力公司、京都大學(xué)聯(lián)合開發(fā)超導(dǎo)發(fā)電機。另外，近年來東芝公司還通過京浜事業(yè)所大力開發(fā)環(huán)保設(shè)備，重視環(huán)保使京浜事業(yè)所于1994年獲得ISO 14000環(huán)境體系的認(rèn)證。京浜汽輪發(fā)電機制造廠有著相當(dāng)大的生產(chǎn)規(guī)模，代表團訪問時生產(chǎn)線上正在加工的汽輪機、發(fā)電機分別是有我國臺灣、埃及和美國杜克電力公司的訂貨。可見東芝公司在電力、能源、環(huán)保領(lǐng)域里制造的產(chǎn)品之繁多、范圍之廣泛。東芝公司從1965年開始

10、，一直長期從事核電站建設(shè)事業(yè)，積累了豐富的建設(shè)經(jīng)驗。建設(shè)施工以保證電站的可靠性為最高宗旨，在縮短工期、提高經(jīng)濟效益方面發(fā)明了許多新型施工法。有關(guān)輕水堆技術(shù)、包括新一代BWR在內(nèi)，東芝正朝著建設(shè)一個可靠的、安全的、運行性好、經(jīng)濟效益高的核電站目標(biāo)不斷地研究、開發(fā)新技術(shù)。5月15日訪問了日立制作所。在日立制作所首先由日立專家介紹了日立公司開發(fā)的三維計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)（3D-CAD），并觀看了展示了ABWR的三維計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)的專題介紹片。日立公司經(jīng)多年努力開發(fā)并完善的工廠綜合CAE系統(tǒng)以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫為主的最新計算機技術(shù)，把從概念設(shè)計到制造、安裝、運行和維修全過程有機結(jié)合起來，謀求工廠的高可靠性

11、和最佳化的系統(tǒng)，達到節(jié)省設(shè)計時間、優(yōu)化設(shè)計和最終加快安裝進度的目的。在這之后參觀了日立公司的ABWR內(nèi)置泵（RIP）試驗中心和汽輪機制造工廠，ABWR與BWR最大的區(qū)別之一就是ABWR采用了內(nèi)置式冷卻水循環(huán)泵，為了驗證內(nèi)置泵的性能日立公司專門建造了該試驗中心，每臺制造完工的內(nèi)置泵出廠前均要在這里以ABWR實際運行工況作檢驗。在日立海峰工廠的汽輪機制造情況與東芝大致相似。參觀了還包括凝汽器制造工廠之后，又在臨海工廠參觀了和控制棒驅(qū)動機構(gòu)（FMCRD）和堆內(nèi)構(gòu)件的制造設(shè)施，、日立公司儀表和控制系統(tǒng)（I&C）的研發(fā)工廠以及不銹鋼產(chǎn)品制造車間，這里主要生產(chǎn)新燃料、乏燃料貯存架；最后順訪了日立公司儀表和

12、控制系統(tǒng)（I&C）的研發(fā)工廠。由此可見，日立公司的生產(chǎn)制造規(guī)模同樣巨大。日立公司與中國核工業(yè)集團在大連建立了一家合資企業(yè)：，大連日立寶原機械設(shè)備有限公司（DHME），該公司成立于1997年5月，主要從事核電站、火電站供熱輔機及發(fā)電輔機設(shè)備、鑄造產(chǎn)品的制造和銷售業(yè)務(wù)。至1999年底，日立公司作為主承包商共建造了10座沸水堆核電站，在柏崎刈羽核電站先進沸水堆的建設(shè)中承擔(dān)了7號機組核島和6號機組常規(guī)島的工程。日立制作所下設(shè)諸多事業(yè)部，原子能事業(yè)部在其中占有舉足輕重的地位，截止到2000年3月，原子能事業(yè)部核電設(shè)備的銷售額已占各事業(yè)部總額的51%。經(jīng)過多年的實踐，原子能事業(yè)部形成了自己獨特的體制，其特

13、點是通過“可靠性與速度”不斷提高顧客滿意程度。日立集團的組織體制是以項目為主導(dǎo)的快速對應(yīng)和責(zé)任體制；項目管理體制反映在通過從開發(fā)到維護、保養(yǎng)的一元化管理來提高總體的可靠性。日立公司專家最后介紹說，日立集團依靠自主研究、開發(fā)基礎(chǔ)技術(shù)，此外還同電力公司一道開展聯(lián)合研究，積極致力于開發(fā)面向21世紀(jì)的沸水堆所需的主要基礎(chǔ)技術(shù)，不僅如此，日立公司過去是、將來仍將大力開展快堆、新型轉(zhuǎn)換堆、核聚變等未來原子能技術(shù)的開發(fā)工作。5月17日代表團訪問了日本西海岸上的柏崎刈羽核電廠。該核電站位于東京西北220公里處，屬于東京電力公司，占地4.2平方公里，共有7臺機組，其中1至5號為BWR，6、7號為ABWR，總裝機

14、容量達到8212 MWe，每年這7臺機組大約發(fā)出電力600億kWh，負(fù)荷因子為82.4%，為世界第一大核電廠，而其營運機構(gòu)東京電力公司是日本最大的電力公司，擁有柏崎刈羽、福島-、福島-三座核電廠，全為沸水堆。東京電力公司的顧客所消耗電力的45.6%來自核電，而核電中又有大約一半來自柏崎刈羽核電站提供。核電廠除了七臺發(fā)電機組之外，廠內(nèi)還包括公共信息中心，技術(shù)培訓(xùn)中心。柏崎刈羽核電站僅有940名電廠運行和管理人員，此外還有兩至三千名常駐現(xiàn)場的設(shè)備供應(yīng)商（東芝和日立公司）員工從事著各種各樣的維修工作。柏崎刈羽核電站6、7號ABWR機組，是世界上投入商業(yè)運行的唯一滿足URD要求的先進型反應(yīng)堆，分別于1

15、996年11月和1997年7月投運，目前運行情況良好，設(shè)備可利用率為87.6%。參觀首先來到主控室，6、7號機組的儀控采用先進的全數(shù)字化系統(tǒng)（A-PODIA），具有優(yōu)良的運行性能和可操作性，系統(tǒng)具有先進的人機界面；監(jiān)控操作可在小型化操作控制臺上完成；運行中的重要情報數(shù)據(jù)以大型顯示盤表示，全體操作人員均可監(jiān)視；增強了控制棒操作等運行自動化，進一步減輕操作人員負(fù)擔(dān)；報警顯示依輕重緩急，分類先后表示，提高判斷識別；廣泛采用數(shù)字式技術(shù)，以光纖作為傳輸介質(zhì)的多路信號傳輸網(wǎng)絡(luò)，提高了控制性、可靠性和維修保養(yǎng)性。整個儀控系統(tǒng)給人以深刻的印象。根據(jù)電廠主管人員介紹，因為ABWR機組啟停堆和運行都非常平穩(wěn)，操作

16、方便，所以在ABWR機組工作過的運行人員都不再愿意回BWR機組工作。代表團隨后來到安全殼頂部和汽輪機發(fā)電機旁參觀，。輻射劑量監(jiān)測儀顯示分別為0.0005 mSv/hr（NI反應(yīng)堆頂部廠房）、0.003 mSv/hr（CI距高壓缸10m處）、0.02 mSv/hr（CI高壓缸邊），遠低于限值，體現(xiàn)了良好的安全防護性。兩臺ABWR機組的可用率、停堆大修時間、職業(yè)輻照量及年核廢料排放量均在設(shè)計指標(biāo)以下。在柏崎刈羽電廠了解到，日本核電的平均上網(wǎng)價為9日元/kWh（按16年折舊）和6日元/kWh（按40年壽期）；日本居民用電電價為2022日元/kWh，而日本工作人員的平均工資為25萬元日/月，因此日本核

17、電電價是電力公司能接受的。這次訪問的最后一站是BWR操作員培訓(xùn)中心（BTC），該中心座落在柏崎刈羽核電站附近，為一獨立法人單位，股東由BWR制造商和電廠聯(lián)合組成。該中心自1971年創(chuàng)立以來，一直專心致力于沸水型核電站運行人員的培養(yǎng)和訓(xùn)練，對受訓(xùn)人員的培訓(xùn)十分規(guī)范和全面且系統(tǒng)性強，要求十分嚴(yán)格。培訓(xùn)中心內(nèi)有容量為784 MW、1100 MW和1356 MW的仿真機5臺，培訓(xùn)對象不僅是柏崎刈羽核電廠的運行人員，也承擔(dān)了全日本沸水堆核電廠的運行人員?？疾炱陂g還親臨1356 MW的5號仿真機觀看一次事故的模擬情況。柏崎刈羽核電站不僅為社會奉獻了安全、可靠、經(jīng)濟的電力，而且十分重視公共關(guān)系和安全文化的宣

18、傳，讓公眾獲知核電站運行及安全方面的信息，具體措施包括：廠內(nèi)設(shè)立公共信息中心，內(nèi)設(shè)有模型（1/5比例的安全殼和反應(yīng)堆模型）和展覽，該中心每年吸引約十萬名訪客；核電站每月發(fā)行一期名為原子新聞的通訊，分發(fā)于柏崎市和刈羽村的每個家庭，該通訊介紹了核電站發(fā)生的各種事件和有關(guān)輻射的各種事實；開通網(wǎng)站（英文和日文）；出版年報，每期共100頁，其內(nèi)容包括核電站在運行、性能、事故方面的信息，環(huán)境監(jiān)測結(jié)果以及為保證核電站安全可靠運行所采取的自我調(diào)節(jié)活動；“電廠開放”日，電站每年兩次邀請當(dāng)?shù)鼐用駞⒂^電站。早在1987年，東京電力公司決定采用ABWR用于柏崎刈羽核電站6號和7號機組是大膽而有遠見的，如今，ABWR已

19、成功投入了運行標(biāo)志著先進性反應(yīng)堆首次實現(xiàn)商業(yè)化，為日本乃至整個世界建造先進核電站樹立了榜樣。東京電力公司開發(fā)利用ABWR實現(xiàn)了下述目標(biāo)：提高安全性和可靠性，減少職業(yè)輻射照射量和放射性廢物；提高可操作性，改善了經(jīng)濟性。電力公司最關(guān)心的是核電站安全性和經(jīng)濟性，東京電力公司的實踐表明，ABWR的經(jīng)濟性與上一代的BWR電廠相比已得到了確認(rèn)。隨著電廠設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化，預(yù)計后續(xù)ABWR電廠的建設(shè)和營運會更經(jīng)濟。正因如此，ABWR的市場前景十分看好，訪問期間日本專家介紹，目前正在進行的新建先進沸水堆核電新項目有：全堆芯混合氧化物燃料（MOX）大間核電站兩臺機組（大間廠址已獲得批準(zhǔn)）、東通1、2號機組（計劃階段）、福島- 7、8號機組（環(huán)評報告EIS提交）、浜岡5號機組（已頒發(fā)開工許可證，2005年商業(yè)運行），以及我國臺灣省的龍門核電站兩臺ABWR機組。本次訪問從考察雖然時間很短，但代表團仍有較大收獲，中可以總結(jié)一下出有如下一些感受：1ABWR是世界上唯一投