核電建設的學習效應和標準化效應

康椰熙，肖定生，司國建

（1.核工業標準化研究所，北京　100091；2.興原認證中心有限公司，北京　100091；3.環境保護部核與輻射安全中心，北京　100082）

核電建設的學習效應和標準化效應

康椰熙1，肖定生2，司國建3

（1.核工業標準化研究所，北京100091；2.興原認證中心有限公司，北京100091；3.環境保護部核與輻射安全中心，北京100082）

摘要：介紹了學習效應和標準化效應，分析了其對核電經濟性的影響程度，并提出了發揮學習效應和標準化效應，提高核電經濟性的思路。還實際分析得到我國核電建設中的學習率高于國際平均水平。

關鍵詞：核電；學習效應；標準化效應

加快發展核能是優化能源結構和電力結構的重要舉措，是解決能源供應緊張、保護環境、確保我國經濟可持續發展的必然選擇。我國已制定積極發展核電的戰略，到2020年，核電裝機容量將達到4 000萬kW。核電要發展，不僅要安全可靠，還必須經濟可行。國外經驗表明，學習效應和標準化效應是影響核電經濟性的重要因素。本文介紹了學習效應和標準化效應及其對經濟性的影響程度，以對我國核電建設提供參考意見。

1　學習效應

核電開發的國際經驗表明：系列化制造、建造過程中，由于經驗的累積，生產率會不斷提高，相應的成本會逐步下降，這種現象稱為學習效應。持續生產中生產技能的熟練、供應鏈與生產設施的改良、程序化與信息化管理經驗的積累等都是生產率提高的直接原因。

“干中學”或“學習效應”的概念是20世紀30年代中期形成的。60多年來產生了許多有價值的研究成果，例如，Dutton和Thomas在1984年針對不同獨立制造商中100多種制造業產品系列匯編了學習率的頻度分布，McDonald和Schrattenholzer在2001年針對各種能源技術評價匯集了26種學習率的頻度分布。從兩者的比較可以看到，在他們的統計范圍內，能源技術的學習率中值是16%～17%，制造業是19%～20%，前者不比后者低很多，而且兩者的頻度分布寬度也相當接近。

學習率是學習效應的量化表達。學習效應導致的費用減少可以用學習曲線來描述。不同的產品系列有不同的學習曲線。在核電領域，對于各種確定的機組系列，一般用國際原子能機構（IAEA）所推薦的下列公式計算學習效應：

式中： U C(1 )——第一代機組的比投資；

UC(n)——第 n 代機組的比投資；

n——第幾代機組；

a——學習彈性指數。

從式（1）不難看出，U C (n )與 n的關系在雙對數坐標系中是一條直線，- a是直線的斜率，通常稱為學習彈性指數。當 n=2時，表示機組數量翻番。此時，機組的比投資按2-a的比率下降。一般將2-a稱為該系列關于比投資的推進率，而將（1－2-a）作為該系列關于比投資的學習率，它表示機組翻番時比投資的下降速率。從式（1）可得：

以下根據我國百萬千瓦級核電的發展情況推算我國核電發展的學習率。

我國3批百萬千瓦級核電廠的投資情況如表1所示。

表1　我國百萬千瓦級核電廠的投資情況Table 1　Investment in 1 000 MW-class nuclear power plants in China

3批機組比投資的下降趨勢如圖1所示。

圖1　我國核電學習效應示意圖Fig. 1　Sketch of learning effect in nuclear power industry in China

根據表1的參數， 按式（2）可計算得到平均

從而得到學習率（1－2-a）=18.7 %。

該值與國際水平16%～17%基本相當，并略高，這不僅實證了公式（1）的合理性，還表明我國核電學習率較國際水平為高。

我國核電的學習效應是很顯著的，但要充分發揮學習效應，必須實現規模化和系列化。

2　標準化效應

標準化是對科學、技術與經濟領域內重復使用的問題給出解決方法的活動，其目的在于獲得最佳效益。標準化有助于核電發展的原因在于，其一，通過系列化、模塊化和通用化，促進了生產工序的統一性和流水線作業的可能性，從而可提高機器設備使用效率，降低了勞動成本和投資成本；其二，標準化為判斷質量問題提供了一個客觀性依據，增加了生產者在產品質量中的責任要求，這無疑有助于生產者提高自己生產的產品質量，從而有利于提高核電設備的安全性和可靠性；其三，標準化有助于促進增加信息收集的渠道，行業標準是相關企業相互交換技術的結果，可以促進整個核電產業研發水平的提高和質量的改進；其四，標準化有可能促進企業的技術革新，標準化的過程是多個企業聯合開發的過程，在標準化過程中，相互技術得到了共同提高，從而加大了企業技術革新的可能性。

標準化和系列建造機組也許能最大可能地減少建造成本。標準是對經驗的總結，是學習的結果，廣義上講，標準化效應也是一種學習效應。在設計、部件制造、建造和運行過程中采用標準化方法可以顯著地提高工程設計、設備制造、施工管理、投資管理以及運行維修等方面的質量和效率。只需根據具體廠址條件進行微小修改的標準化設計為批量生產和系列化制造提供了基礎。標準化設計和建造還可以增加管理的穩定性并減少執照申請的時間和費用。基于設備制造、電廠建造和運行的標準化，從某個電廠獲得的經驗或教訓可應用于所有該類型電廠。通過設計、制造和施工經驗的反饋，標準將改進得愈加完善，其結果是縮短建造周期和降低建造成本。

采用標準化對電廠基礎價的影響非常顯著。根據韓國的數據，標準化電廠的基礎價可降低15%～20%，由工期縮短造成的時間相關成本（建造期利息)可下降60%多，總成本可減少26%～30%。參考機組與標準化機組的建造成本的比較如表2所示。

然而，標準化的實施需要政府的協調和推動。標準化效應的影響也需要建造一系列機組才能體現。研究表明，建造6臺以上機組才能體現標準化效應的較大效益。由于實行標準化可以集中而有效地運用技術和經濟資源，各種資源可以通用，可大大減少備品備件的種類和數量，運行可靠性增加，維修簡化，運行維修成本降低。

3　發揮學習效應和標準化效應,促進核電發展

核電的學習效應和標準化效應是顯著的。我國核電發展慢，成本高，主要是規模小。反過來，規模小，不利于經驗的反饋積累和技術進步，不能發揮學習效應和標準化效應，使得成本會居高難下，從而制約核電的發展。因此，我國應通過大力發展核電，利用學習效應，形成標準化的系列機組，使成本明顯地降下來，從而促進核電良性發展。

但是，對于在較長時期內進行的涉及多個廠址的大規模核電發展計劃而言，下列標準化的限制因素應引起充分的注意。

（1）每個具體廠址都有其特殊的地質、地震數據，系列化設計應盡量適應每個廠址的特殊條件。

（2）因為技術是在不斷發展的，因此系列化的機組必須考慮到兩點：一是保持所采用的技術在一個足夠長時期內的相對穩定性，以獲得系列化施工的最大效益；二是將技術進步的成果、經驗的反饋和管理要求不斷地反映在設計中，使每個機組都是最“新”的。

（3）為了實現學習效應和標準化效應的效益最大化，執行較長期（約10年)的大型核電發展計劃是首要條件也是主要條件。

通過學習效應，不斷掌握技術，然后通過標準化，固化技術成果，除了有利于推動國產化外，還將至少會在下列方面有利于改善核電經濟性。

（1）作為標準化的一種形式，模塊式建造對減少基建投資是很重要的。有關結構組裝件、管道、管子、電纜托盤架、鋼網、儀表、電控板、支承與出入平臺等方面的模件都可以在工廠里預制。工廠裝配的工作環境比電廠現場裝配要好，因為前者的裝配活動有較高的質量保證，有更高自動化的潛力和更高的生產效率，模塊式建造減少電廠擁塞并縮短建設周期。它還減少現場勞作和監督，盡管這些減少可能會被增加的運費和工廠設備費抵消。

表2　成本的標準化效應Table 2　Effect of standardized costs 單位：美元/kW

（2）縮短建設工期。實現標準化和系列化是縮短建設工期的根本手段。縮短施工周期減少了許多可變成本，并可提前獲得利潤。縮短施工周期可以通過在施工中采取許多措施來實現，例如：采用先進的工程方法；簡化反應堆基礎建設；采用模塊化工藝技術；預先工程和許可證審批；有效改變管理、項目規劃、監測和控制；改進人力開發與培訓，但其中標準化是主要的措施。

（3）標準化有利于提高質量和安全性，可以降低質量成本和非預期支出，從而改善核電的經濟性。

（4）標準化有利于固化技術創新成果，從而為大規模提高經濟性創造條件。

以美國的AP1000為例子，過去15年，美國西屋電氣公司投資了近5億美元開發先進壓水堆AP1000，AP1000是以標準化形態展示給世人的。2004年9月，USNRC（美國核管會）向西屋公司的AP1000壓水反應堆頒發了最終設計批準。AP1000技術是非常安全的技術，它的獨特之處體現在它的安全理念上，它沒有使用傳統的主動式的安全方式，而是表現出非能動的特點。如將大自然中存在的一成不變的如重力、對流、冷凝等原理，用這些作為安全系統的驅動力，省去了一大批能動設備（閥門、泵），使得整個系統大幅度簡化。如閥門減少了50%，泵減少了35%，電纜減少了80%，抗震等級要求的建筑物減少45%。設備材料成本自然下降，安裝、建造周期也更短了。在將來60年的使用過程當中，運行維修的工作量也大幅度下降。作為第三代核反應堆的AP1000，既達到了安全性能高，又實現了成本的大規模下降。

為了充分發揮核電標準化效應，必須努力創建核電標準化文化。“核電標準化文化”是指存在于系統和個人中的這樣一種態度和觀念：一方面，是在核電建設、運行和維修等諸過程中，不斷學習和總結經驗，及時將經驗系統化，形成規則和標準；另一方面，是確保一切行動符合特定規則和標準。

“核電標準化文化”中包含著面向技術和管理的學習、積累和創造精神。在核電標準化文化的氛圍中，人人會自覺地遵守標準規則，統一了流程，提高了工作的可預見性，并會減少事故和錯誤的出現，使質量成本降低。同時，核電標準文化也為安全文化、質量文化的建設奠定了基礎。

把核電廠標準化從管理層面上升到文化層面去考慮，使其變為企業的理念、工作的環境、職工的習慣，最終由制度的約束過渡到人性的自覺，這是企業在標準化上追求的最高境界。只有建立起核電標準化文化，才能充分發揮核電標準本身的作用和價值，才能使標準更好服務于核電經濟性的改善。努力創建核電標準化文化，是實現核電經濟性的持續改善的重要手段。

對于我國核電建設來說，要想使核電安全可靠、經濟可行，在技術上趕超國際先進水平，就必須借鑒國內外先進經驗，采取適合自身的實踐形式，大力加強核電標準化文化的創建。我國核電標準化文化的創建可從以下幾方面努力。

（1）制定核電標準化戰略

盡早在國家層面確定我國核電的技術路線，并以我國現有的核電設計、建造和運行經驗為基礎，確定核電標準化體系。從戰略高度，確保我國核電技術創新體系和技術標準研制體系協調；建立核電標準、技術法規和合格評定程序的緊密結合機制。

（2）建立和健全各種制度和法規

制度文化是企業管理各種法規制度的總和。建立和健全各種制度是培育標準化文化的一個重要保證。標準化文化的培育，迫切需要透明的成套的法規和運行規則的約束。樹立標準化觀念，提高標準化意識，本身需要一系列的制度和法規。

（3）積極開展標準化文化教育

標準化文化教育的內容應包括：標準法規教育、標準化意識教育、標準的重要性教育以及與標準化文化有關的其他方面的知識教育等。要利用世界標準化日或其他形式，宣傳和實踐核電標準化文化。

（4）核電標準化文化的建設應與企業質量文化、核安全文化的建設緊密聯系在一起

標準化文化是企業文化的重要組成部分，與質量文化和安全文化息息相關，因此，核電標準化文化的建設，要與質量文化和核安全文化建設緊密結合起來。

中圖分類號：TL36

文獻標志碼：A

文章編號：1674-1617（2009)03-0244-05

收稿日期：2009-04-21

作者簡介：康椰熙（1968—），男，湖南人，研究員級高工，核工業標準化所副所長，從事核工業標準化研究。

Learning Effect and Standardization Effect in NPP’s Construction

KANG Ye-xi1，XIAO Ding-sheng2，SI Guo-jian3
(1. Institute for Standardization of Nuclear Industry ，Beijing 100091，China；2. Xingyuan Qualifi cation Center Co.，Ltd.，Beijing 100091，China；3. Nuclear Safety and Radiation Center，Ministry of Environmental Protection，Beijing 100082，China)

Abstract:This paper describes the learning effect and standardization effect in the nuclear power construction， analyses their influence degree on nuclear power economics. Furthermore， the paper provides the ideas on how to improve the economics of nuclear power through implementing the learning effect and standardization effect. The paper also concludes that the learning rate in China is better than the average value in the world by analysis actual example.

Key words:nuclear power；learning effect；standardization effect