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核电 | 吸取福岛教训,我国加大核电安全投入

发布时间:2017-2-8 11:17 原作者: 高志鹏、郑丹丹   来自: 分析师



其次,采用“能动+非能动”的专设安全系统。目前中核集团主导的“华龙1号”采用“二列能动+非能动”的专设安全系统设计。“能动”理念为传统二代核电设计思路,而“能动”安全系统在二代核电中也得到了较为广泛和成熟的应用,总体经济性与可靠性都有保障。在“能动”安全系统的基础上,在各加一道“能动”与“非能动”安全系统,引入多重冗余与多样化设计,能够利用“非能动”原理抵御类似“福岛核事故”的超设计基准事故,同时实现了经济性与安全性的平衡。图3为“华龙1号”“能动+非能动”的设计示意图。

 

第三,采用双层安全壳设计,细化分工,较单层安全壳更为可靠。“华龙1号”内层安全壳为预应力钢制安全壳,主要用于承受事故压力,保证事故情况下放射性不外泄。外层安全壳为混凝土安全壳,主要用于抵御外部冲击,包括大飞机撞击等。

最后,“华龙1号”采用单堆设计,更加具有灵活性。单堆设计使得核电站在选址、电力需求、投资成本等方面具有更多的选择,灵活性更加突出。表3为“华龙1号”的特色与优势。

 

以高温气冷堆为代表的新型反应堆在安全性方面更具优势

20世纪80年代以来,我国逐步加大对核电研究与产业化的投入,并且在历经切尔诺贝利、三里岛、福岛等多起核事故之后依然保持对于新型核电技术的投入力度,在高温气冷堆、快中子反应堆、钍基熔盐堆、磁约束聚变装置等领域,我国已经走到了世界的前列,而新型核技术在安全性与经济性方面较传统压水堆均有较大的提升。

目前我国在高温气冷堆领域进展最快,其在安全性方面具有较大突破。模块式高温气冷堆(HTGR),简称“高温气冷堆”,采用耐高温的陶瓷型包覆颗粒燃料元件,用化学惰性和热工性能良好的氦气作为冷却剂,用耐高温的石墨作为慢化剂和堆芯结构材料,具备如下优势:

其一,具有固有的安全性。高温气冷堆的燃料外表面是耐高温、耐腐蚀的碳化硅(SiC),采取惰性气体氦气作为冷却剂,结合反应堆的巧妙设计,即使遇到类似福岛事故的海啸袭击,全厂断电,亦可保证反应堆不会熔化。其二,发电效率高。燃料循环灵活,转换比高,铀燃料燃耗深;热效率高。其三,未来可拓展的应用领域广泛。反应堆提供直至950℃高温工艺气体和高品质蒸汽,可用于黑色金属生产、制氢、煤化工、海水淡化等工业领域。其四,多模块组合方式,可灵活适应市场。高温堆通过多模块组合方式,可以建设200、400、600、800、1000MW等系列装机容量的核电机组,适合建在靠近负荷中心及拥有中小电网的国家和地区,尤其适合“一带一路”沿线国家。

目前国内高温气冷堆采用了全陶瓷型球型燃料元件的技术路线,燃料元件的直径不到1mm,弥散在石墨基体当中,它由球形陶瓷核燃料核芯、疏松热解炭层、内致密热解炭层、SiC层和外致密热解炭层组成。4为全陶瓷球型燃料元件及燃料球结构。

 

碳化硅高稳定性为高温气冷堆的固有安全性提供保障。据《碳化硅材料在核燃料元件中的应用》介绍,在4层包覆结构中最为重要的是碳化硅层,完整的碳化硅层可以阻挡绝大部分的气体和固体裂变产物,并能够承受包覆燃料内气体产物的内压,是高温气冷堆安全性的重要保障。此外碳化硅在2100℃以下保持较强的稳定性,而据中国核建集团官网介绍高温气冷堆堆芯的温度不会超过其安全限值1620℃,因此燃料颗粒无论如何不会被烧坏,从根本上避免了放射性泄露。

我们认为正是由于高温气冷堆在安全性、经济性上具备以上诸多优势,能够有效推动我国核电机组向更安全、高效方向发展,因此随着高温气冷堆及其他新型核电技术的发展,能够有效降低我国核电机组发生类似福岛核事故的概率。

 

我国重视核电安全问题,多项目标已写入《能源技术创新“十三五”规划》

国家能源局于2016年年末发布《能源技术创新“十三五”规划》,将发展“安全先进核电技术”作为五大重点任务之一,彰显出国家层面对于安全发展核电的重视。

按照该《规划》相关内容,“十三五”期间,在新型反应堆研发领域,我国将加快自主知识产权先进核电堆型的持续改进创新,推广应用自主知识产权的先进三代压水堆,加快高温气冷堆、快堆、模块化小型堆的技术示范工程建设和产业化,积极开展微型堆、钍基熔盐堆等新堆型研究;在关键零部件研发领域,我国将开展先进核燃料元件研发,力争掌握全陶瓷微包覆燃料及包壳材料技术;在乏燃料处理技术推广领域,将发展大型核燃料后处理厂自主技术,突破严重事故预防和缓解技术、废物最小化技术、设备管道去污技术等;对于在役核电机组,我国将积极推进在役核电机组延寿相关技术的研究开发,发展先进监/检测技术、关键设备时限老化评估技术和缓解/修复技术等。

结合具体的发展目标,我们认为,我国将从推动新型反应堆技术发展、加强核电关键零部件研发、推进乏燃料处理技术推广、加强在役机组监管并开展延寿评估等多个维度,推动国内核电产业健康发展,并将安全性视为第一考量。可见,安全高效地发展核电,并不是一句空话。

 3投资建议

我们认为,福岛事故的升温将引发我国对于核电安全关注度的进一步提高。目前提升核电安全行的主要措施在于加强核电设计,提升反应堆的固有安全性,主要落脚点在于三代及以上核电技术的持续突破。AP1000全球首台机组将于2017年在三门投运,建议关注该项目业主方:中国核电;国产三代“华龙1号”示范项目建设稳步推进,建议关注核心设备供应商:浙富控股、东方电气、上海电气;高温气冷堆领域,建议关注中国核建。

4风险提示

国内核电批复进度或有所放缓;理论上不能完全排除超基准事故的发生。

 

以上内容源自浙商证券研究报告:《核能应用系列报告4:吸取福岛教训,我国持续加大核安全投入》(20170206,分析师:郑丹丹,数据支持:高志鹏)

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