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西屋电气:机遇与挑战并存

发布时间:2016-11-15 15:08    来自: 国家电网杂志

2016年5月22日晚20时44分,位于浙江省三门县的AP1000机组1号机组四台反应堆冷却剂泵点动操作成功。这一成功,意味着全球首台AP1000核电站机组主泵初步成功启动。

这台AP1000核电站机组正是基于西屋电气三代核电技术建设的,在拖延了数年之后,该项目终于有了新的进展。

三天后,科研人员又完成了冷态水压试验(CHT),该试验的成功完成,意味着反应堆系统的设计压力在工作和事故工况下达到了设计标准。这两者的顺利完成,标志着全球首个AP1000核电站设计和施工程序的完成。

在经历了日本福岛核电站事件导致的全球核电低谷之后,AP1000首堆进展顺利,可谓给业界打了一剂强心针,也打消了业界对AP1000主泵进展缓慢产生的怀疑。

西屋电气

西屋电气的核电事业被誉为“核电鼻祖”,西屋电气曾参与建造美国第一座核电站,其技术被全球几乎50%的核电厂使用。

1886年1月8日,乔治·威斯汀豪斯(Westinghouse)在美国宾夕法尼亚州创建西屋电气,总部设在宾夕法尼亚州匹兹堡市。1999年,西屋电气将其核电事业以12亿美元卖给英国核燃料公司BNFL公司,之后BNFL的经营恶化。2006年,BNFL又将其转卖给日本东芝。这之后,西屋电气的股权结构为日本东芝占股67%,美国Shaw占股20%,哈萨克斯坦核能公司Kazatomprom占股10%,日本IHI占股3%。在这期间,正是西屋电气核电新机型研发推进之时,这家具有美国血统的企业由于在短期内数度易主,导致母公司支持乏力,因此其安全及技术等研发的进展及深度受到了一定影响。

市场转机

中国市场给了西屋电气难得的机遇。

2003年,中国正式启动了三代核电技术国际招标工作。2004年9月,中国向全球发出三代核电国际招标书。这对处于困境但手握三代核电技术的西屋电气,以及大举扩张、急于进军中国核电市场的西屋母公司东芝集团而言,是一次突破困局的绝佳机遇。

起初,由于西屋电气的三代技术在当时尚无参考电站,工程的具体实施具有不可预测的因素,AP1000在招标中并不占优势。但由于其承诺转让全部技术,且价格低廉(当时报价1000~1200美元/千瓦),最终凭借采用新一代安全技术(非动能安全技术)及技术转让度方面的优势打动了中方,西屋电气于2006年12月获得大订单。

三代核电技术的AP1000被认为是一种“非能动型压水堆核电技术”。在该型电站中,核燃料在“反应堆”中发生裂变而产生大量热能,之后采用具有高压的水将热能传递到蒸汽发生器内,蒸汽发生器将产生蒸汽,最后蒸汽推动汽轮机带动发电机旋转生电。

AP1000核电技术最大的特点在于安全性好,成本低。其设计简约但不简单,完美地利用了诸多“非能动的安全”体系,例如重力理论体系、自然循环体系、聚合反应体系等,节省了大量的泵、阀、管道、电缆等,其效率比传统的复杂压水堆安全体系明显要高。西屋电气认为,这样的技术相对传统设计而言提高了安全性,又可以明显降低核电站的建设和长期运营的成本,且能带来操作上的便捷性。

在工期上,西屋电气采用了其他领域流行且成熟的模块化技术,这样核电站的建设工期将大大缩短。AP1000的建设被认为是最快的,仅需要36个月就可以完成从动工到加料到开始发电,因此在建设方面的成本优势明显。西屋电气预计,中国的4台核电机组可在2013年建成发电。

技术及安全挑战

然而,事与愿违,西屋电气并未按时完成4台机组。主要原因有两个方面,一是主泵研制延期,二是受福岛核事故波及,让业内产生了更多安全顾虑。

AP1000作为“世界首堆”,碰到了诸多处理起来还是有相当难度的、不可预测的问题,如设计完工周期长,导致大量设计不得不变更。

屏蔽主泵在研制过程中也遇到严重挑战,作为首次应用于大型商用核电机组的关键设备,主泵的问题一度是其面临的主要挑战和问题。期间,AP1000主泵研制并不顺利,其主泵在制造过程中陆续历经了三次大的波折。为此,西屋电气、EMD对主泵运转控制和硬件结构进行了改进,并取得成功。

但由于受日本福岛核事故影响,全球均大幅提高了核电安全标准。中方的顾虑在于其为“世界首堆”,安全性缺乏实际验证。

为应对福岛核事故带来的负面影响,西屋电气把福岛事故的经验教训反馈到设计、设备制造和现场工程管理环节,还与中方参研人员分别就AP1000应对福岛核事故条件开展了独立的“压力测试”。测试结果表明,AP1000的安全指标及条件,足以抵御福岛事故(即里氏九级地震、水平方向0.52g的加速度、14米高海啸过后持续5米的洪水等条件下)带来的巨大冲击。

在竞标时,西屋电气宣称其采用的非能动安全和简化的设计使得经济性可以达到很诱人的程度。但在现实的运行中,AP1000的价格可谓让人大跌眼镜。面对质疑,西屋电气的解释是,十年间的各项成本均有上升,因此造价也会上涨。西屋电气给出的解决方案是,希望通过努力最终将造价降到3600美元/千瓦以下。可以说,业内及公众对西屋AP1000核电主泵的质疑与对三门AP1000机组的期待并存。

有收获亦有挫折

AP1000作为西屋电气核电的核心竞争法宝,在取得中国大单之后,有信心开拓更广阔的国际市场。西屋电气开始了全球布局。

其布局的脚步开始于获得证书。2011年年底,西屋电气获得美国NRC批准AP1000新版设计认证证书和英国核监管机构对AP1000安全审评的临时验收证明;2012年2月和4月,美国的两个AP1000项目分别获得NRC颁发的建造和营运联合许可证。

在取得一系列认证之后,西屋电气AP1000开始发力,其布局主抓两头:成熟市场示范性效应及新兴市场的开拓性成果。

除了在中国、英国和美国的市场开拓有所进展以外,在全球范围内,AP1000还是遇到了一系列的挫折。比如在2011年的立陶宛和2012年的白俄罗斯的国际核电市场招标竞争中,西屋电气仅仅取得投标资格。更大的打击是在2013年的芬兰、约旦和匈牙利三场国际招标

竞争中,西屋电气的AP1000竟未取得投标资格。

面对全球日益激烈的竞争,西屋电气的技术及产品在国际市场大潮中拼出了机遇及竞争力,同时也不能否认其技术及成熟性方面仍面临挑战。对于西屋电气的未来发展而言,机遇与挑战并存。

点评技术革新得未来

AP1000在中国的调试成功是西屋电气市场开拓的一个重要转机。正是看准了这一点,西屋电气在中国8个机组上,集中发力推进中国三门项目,以期达到示范效应。

纵观AP1000在中国的成功,原因有四点:首先,承诺转让全部专利;其次,积极落实首堆项目;第三,与中方共同研发;最后,在当地成立合资公司,减小当地政策阻力,取长补短。

根据不同市场采取不同战略,看准机遇,务实且专注是西屋电气这样一个东西方结合企业的优势。西屋电气在市场中所遇到的挑战是多方面的,最主要的原因来自价格和成熟度。居高不下的价格让大多数国家承担起来倍感压力,另外,AP1000采用的技术至今尚无首堆整机整体验证。因此,市场对其成熟性、安全性尚有疑虑。

西屋电气技术领先的竞争优势来自西屋电气对技术研发的不懈追求及高度重视。西屋电气主要的科技研发部门“科技中心”的研究人员屡屡推出各项新技术,这使公司新专利数量长期处于世界领先水平。另一部门“生产率和质量中心”提出的管理创新,大大提升了经营管理部门的工作效率,并促进了技术部门产品质量的提升。

可见,对于技术密集的能源企业而言,研发及技术创新永远是企业成功的坚实保障。百年技术的积累,运用得当则是西屋的财富,如果受其牵绊,西屋将有可能倒在技术革新的路上。

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