役齡不會阻礙核電機組延壽

(伍浩松 譯　張　焰 校)

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役齡不會阻礙核電機組延壽

【世界核新聞網站2016年4月25日報道】由于數十年前的反應堆設計者未能預料到的技術進步，役齡已不再阻礙核電機組的長期運行。這是核工業領導人近日在于倫敦召開的世界核電運營者協會(WANO)會議上得出的結論。

一些與會者認為，將通常被稱為“延壽”(即對現役機組進行升級改造，從而使其能運行更長時間)的活動稱為“恢復安全裕量”更恰當。Duncan Hawthorne表示：“我們今天在這一行業工作的每一個人都站在巨人的肩膀上。第二代反應堆的設計者在開展相關工作時沒有多少運行經驗可供借鑒——僅有不到100堆年的運行經驗。因此，我從來不談延壽，只是討論恢復安全裕量。” Hawthorne 在會議召開時是加拿大布魯斯電力公司(Bruce Power)總裁兼首席執行官，曾擔任WANO亞特蘭大中心主席和WANO理事會總裁，從2016年5月1日起就任地平線核電公司(Horizon Nuclear Power)首席執行官。

他還表示，第二代反應堆的設計者沒有計算機、動畫和三維應力分析工具可供使用。“毫無疑問，他們使用了保守設計。”

今天，核工業界已有超過1.2萬堆年的運行經驗可供借鑒，并有大量分析工具可供使用。他表示，在設計和建設目前的在運核電廠時，設計者們甚至都沒有談論過晶間應力腐蝕開裂。但在今天，“我們中的每一個人”都必須采用某種方式處理它。作為一個行業，“我們已經知道它對于預防性維護計劃的重要性，并擁有相應的計劃，對所有設備面臨的這一風險進行管理。”

今天的核電運營商能夠使用多種相控陣超聲波探傷儀來檢查反應堆。Hawthorne 表示，目前能夠使用大量數據計算對反應堆運行壽期的限制因素進行適當的分析。

英國挑戰

法電能源公司(EDF Energy)電力計劃主管Jerry Haller表示，法電能源正在投資6億英鎊(8.68億美元)用于安全且經濟地延長英國在運核電機組的運行壽期。

自2009年收購英國能源公司(British Energy)以來，法電能源一直致力于英國在運核電機組的延壽。法電能源2016年2月宣布，希舍姆一期電廠(2臺機組)和哈特爾普爾電廠(2臺機組)的運行壽期將延長5年至2024年，希舍姆二期電廠(2臺機組)和托內斯電廠(2臺機組)的運行壽期延長7年至2030年。這4座電廠共計8臺核電機組正在為英國約四分之一的家庭供應電力。

法電能源在英國運營著15臺核電機組，其中包括14臺先進氣冷堆機組和1臺壓水堆機組。目前預計：20世紀70年代中期投運的亨特斯頓B電廠(2臺機組)和欣克利角B電廠(2臺機組)將于2023年關閉；20世紀80年代中期投運的鄧杰內斯B電廠(2臺機組)將于2028年關閉；唯一的壓水堆電廠，即1995年投運的塞茲韋爾B電廠計劃于2035年關閉。

Haller表示，根據最初的計劃，一半的機組應當不能運行至今天，另一半機組也將在2023年之前關閉。但在今天，法電能源在2023年之前將不會關閉任何先進氣冷堆機組，而且一些機組能運行至2030年。先進氣冷堆機組繼續運行面臨的挑戰可分為三類：技術安全、經濟可行性和干系人支持。先進氣冷堆的核島“大部分是不可替代的”，這是法電能源從長期角度對相關安全部件進行投資的基礎。

在安全監管方面沒有變化。他表示，“在完成三年一次的法定停堆之后，我們仍然需要獲得啟動許可。我們十年進行一次安全檢查。當然，我們必須隨時確保安全。”因此，法電能源的戰略方針與監管形成互補，不會對監管產生損害。

法電能源已為每一個關鍵電廠系統制定并執行全壽期管理戰略，并對所有關鍵系統制定老化管理計劃。這些計劃對下述問題進行了考慮：哪里需要投資？哪里需要接受附加檢查？需要開展哪些研發工作？供應鏈企業如何參與？

先進氣冷堆是石墨慢化、二氧化碳冷卻反應堆。在反應堆運行壽期中，不能更換或修理石墨塊。但是，輻照會改變石墨晶體的形狀和尺寸，從而降低石墨的機械性能。因此，要使反應堆延壽，必須證明石墨仍然能夠發揮預期作用。

為支持先進氣冷堆的老化管理，法電能源與阿特金斯集團(Atkins)、Frazer Nash公司和NRG公司在十年前啟動了石墨輻照研究計劃，其目標是模擬石墨在反應堆中的加速老化過程，涉及在適當溫度下對石墨進行中子照射，并同時發生輻射分解氧化。

Haller表示，加大研發投資力度和增加檢查頻次創造了雙贏的安全形勢。

在先進氣冷堆延壽面臨的外部因素中，干系人參與十分重要。因此，法電能源在核電機組延壽過程中與重要合作伙伴保持密切聯系，例如負責核燃料后處理的塞拉菲爾德(Sellafield)場區以及擁有核燃料制造設施的斯普林菲爾茲(Springfields)場區。

加拿大經驗

Hawthorne對先進氣冷堆和坎杜(Candu)堆在延壽時面臨的挑戰進行了比較，并表示，在坎杜堆中，沒有部件是不可以更換的。

他說：“石墨是先進氣冷堆的限制性因素，而燃料通道完整性是坎杜堆的限制性因素，因為這些通道會吸氫或者伸長。”在對燃料通道進行取樣分析并進行吸氫計算后發現最初的設計假設十分保守：最初的假設是反應堆能夠滿功率運行17.5萬小時，而目前認為這一數值應為滿功率運行30萬小時。

Hawthorne表示，進行大量更為深入的檢查，能夠使坎杜堆實現這一巨大的運行潛能。

“通過延長機組的運行壽期，我們恢復了部分安全裕量。坎杜堆最初的設計預計燃料通道的運行壽期為25年，但這是基于滿功率運行17.5萬小時的假設。我們將在機組運行40年后再更換燃料通道。”他說，“我剛剛與安大略政府簽署一份坎杜機組的整修協議，從而將它們的運行壽期延長至2060年達到近80年，幾乎延壽近50年。當然，為了實現這一目標，我們將更換燃料通道和蒸汽發生器，而且重要的是有良好的檢查技術，即更強的對群數據進行分析和統計評價的能力。行業共享的大量運行經驗使我們能夠恢復安全裕量。”

加拿大原子能有限公司(AECL)與加拿大核工業界合作，在20世紀50年代后期啟動坎杜堆研發。坎杜堆使用重水作為慢化劑和冷卻劑，并以天然鈾為燃料(其他商業核電機組通常以濃縮鈾為燃料)。坎杜堆的優勢是燃料費用低(因為在制造燃料時不需要進行鈾濃縮)，且換料和停堆維護時間短。首臺商業坎杜機組1971年在安大略省皮克靈投運。加拿大現有19臺在運商業坎杜機組。

目前最新型坎杜堆是在中國秦山坎杜機組基礎上研發的改進型坎杜6(EC6)。下一代坎杜堆即先進坎杜堆(ACR-1000)尚未完成全面開發。目前，7個國家(加拿大、韓國、阿根廷、印度、中國、羅馬尼亞和巴基斯坦)運行著31臺坎杜機組，印度還運行著16臺“坎杜衍生”機組，并計劃建設更多該型機組。

除了發電，坎杜機組還生產了全球幾乎所有用于醫療和殺菌的鈷-60放射性同位素。

法國戰略

法國電力公司(EDF)負責核電的高級副總裁Olivier Lamarre表示，役齡不會影響核電機組的運行績效和可靠性。法電運營著法國全部58臺在運核電機組，其中22臺機組的役齡將在2022年底前達到40年。核發電量目前占法國全國總發電量的約80%。

法電準備將核電機組的運行壽期延長超過最初設計的40年壽期，并為此開展相關工作。Lamarre表示：“自2010年以來，法國安全監管機構的基本立場是40年期是核安全的一個新領域。”

法電認為，將在運核電機組延壽至超過40年需要開展四方面工作：首先，在運核電機組日復一日地長期保持高性能、無故障運行；第二，為在運機組的長期運行設定基于第三代反應堆、能夠獲得公眾接受的核安全和環保目標，并實現這些目標；第三，保持和更新內部工程和運行技能；第四，保持和更新工業設備。

他表示，反應堆設計的發展目標是將發生堆芯事件的風險減半，將設計基準事故放射性后果降至最初的1/10～1/5。為實現這一目標，法電將開展設計改進。法電已為設備和設施的長期健康運行建立三個工業程序，即在役檢查和維護程序、老化系統結構件和部件的管理程序和設備報廢管理程序。

法電十分關注研發并參加了與國際接軌的大型國際項目。相關情況詳見國際原子能機構(IAEA)2014年發布的有關法電的企業運行安全評審(OSART)報告。

他表示：“法電已啟動經過深思熟慮且具有挑戰性的工業計劃。對于不可更換的設備，我們需要證明它能夠運行超過50年時間。對于可更換設備，我們需要證明其繼續運行或當預期其運行壽期不足50年時進行更換的合理性。”

繼續運行至超過40年對于法國在運核電機組極具挑戰性，但不是不能實現。這些機組可能會達到一個極高的核安全水平，即接近全球為新建反應堆設定的水平。

美國困境

美國核電運營協會(INPO)負責電廠運行和供應商支持的副總裁Bob Duncan表示，一些美國核電運營商正在被迫關閉在運核電機組，不是因為技術因素，而是因為 “經濟性很差”。

Duncan表示，1979年三里島事故之后，核電運營商對核電廠的運行作出了安全、可靠性、高容量因子和更嚴格安全措施的承諾。但沒有對核電廠運行的經濟性作出承諾。因此，美國核電廠當前面臨的最大挑戰是如何在發電成本方面與天然氣電廠以及太陽能和風能電廠競爭：目前預計天然氣價格在未來50年內將保持在百萬英熱單位4美元的低水平，而太陽能和風能電廠能夠獲得生產稅抵免。小型單機組核電廠已成為這一不利形勢的首批受害者，美國中西部地區的大型雙機組核電廠也正面臨經濟困境。

這方面的一個最新實例是安特吉公司(Entergy)2016年4月初宣布，流浪者核電廠(僅有一臺680 MWe沸水堆機組)將在2017年進行最后一次換料，并在2019年停運。安特吉表示，關閉該電廠的原因是市場條件不佳、收入下降、運行費用上升。該電廠1972年投運，目前的運行許可至2032年。

(伍浩松 譯張焰 校)