西屋準備在十年內實現首座小堆100%模塊化

西屋準備在十年內實現首座小堆100%模塊化

【核能內情(Nuclear Energy Insider)網站2016年11月2日報道】 西屋公司(Westinghouse)副總裁兼英國和中東地區業務主管Mick Gornall 2016年10月18日在英國小堆峰會上表示，西屋正在利用其模塊化建造和設計審批方面的經驗，縮短其小型模塊化反應堆(SMR)設計的開發時間，提高競爭力，并實現100%模塊化。此次峰會由核能內情主辦，10月18日—19日在倫敦召開，與會者超過200人，是英國2016年最大規模的小堆會議。

英國政府2016年夏啟動小堆競標參加者的咨詢，預計未來幾個月將公布小堆發展路線圖。在發布路線圖前，政府對小堆的部署進行了技術經濟評估，包括研究各種設計的技術成熟度。

Gornall表示，西屋的一體化小型壓水堆設計擁有最高的技術成熟度，且可能最早于本世紀20年代中期在英國部署首堆。這與英國政府到2025年關閉所有未采取減排措施的燃煤發電廠的計劃相符。

西屋小堆電廠將由225 MWe反應堆模塊組成，采用非能動安全特性以及許多與AP 1000大型反應堆設備類似的設備。這種小堆設計已盡可能簡化，因此能夠利用模塊化施工流程并優化成本。

Gornall表示，西屋小堆在市場上將“非常具有競爭力”。這主要是因為這種小堆采用了一體化設計并擁有“恰當的尺寸”，可以取代即將關閉的化石燃料電廠。

他說：“我們從一開始就努力優化可制造性，并在廠址方面減少對基礎設施的要求，這將使我們具備市場競爭力。”

表1 全球小堆需求預測(如果在經濟性方面能與大堆競爭)

2025年2035年美國7.5GWe15GWe俄羅斯5GWe10GWe中國2.5GWe15GWe情景A國家*0GWe5GWe其他國家5GWe20GWe英國0～1.5GWe7～21GWe總計20～21.5GWe70～85GWe

* 情景A國家代表“利基”市場，雖然小堆電廠的經濟性與大型電廠相比不具備競爭力，但這種市場不適于建設大堆電廠。

來源：英國國家核實驗室報告《小型模塊堆可行性研究》(2014年)。

模塊化收益

小堆開發商預測，小堆能夠從模塊化制造過程的大量制造和快速部署中獲得巨大收益。

Gornall表示，西屋已經在8臺AP 1000機組(美國和中國各4臺)在建項目中使用模塊化施工技術，從中獲取的經驗將有利于優化小堆項目。

他說：“AP 1000的模塊化程度低于50%；對于小堆，我們的目標是實現100%模塊化。”

為了實現這一目標，西屋推出了適用于墻壁、地板和設備制造的全套式鋼復合板、全套式超級模塊以及諸如設備、罐、閥門和電氣、一體化管道和電氣電纜的機械模塊以及可以直接使用的預制建筑模塊。

安永會計師事務所(EY)能源顧問Miranda Kirschel在峰會上表示，大堆核電廠項目的學習率較低，通常為1%～3%，而可再生能源技術的學習率約為10%。但小堆將在此方面有所改善。作為英國政府小堆技術經濟評估的一部分，安永最近完成了英國小堆部署的經濟性影響研究。

Kirschel表示，小堆較高的學習率取決于對模塊化的承諾、標準化設計能力和全球客戶渠道。

Gornall表示，西屋已提高在建AP 1000項目的模塊化建設效率。傳遞給小堆的經驗和知識將支持模塊制造和工程改進，從而增強設備的可制造性和可建設性，進而推動向客戶交付的確定性。

他說：“我們從AP 1000項目獲得的反饋是，我們的學習速度非常快——后續反應堆的建設進度實際上已超過第一座反應堆，因為我們在后續建設項目中運用了從首個項目中獲得的經驗。”

工廠計劃

Gornall表示，西屋計劃在英國工廠中進行模塊制造，然后將其運往現場，在現場組裝成大型模塊，并在現場安裝。

他說：“我們為該工廠制定了制造和組裝計劃，并將通過我們最近委托給英國核先進制造研究中心(Nuclear AMRC)的項目對該計劃進行改進。”

西屋正與核能先進制造研究中心聯合開展一項先進制造研究，以提高設計效率并縮短施工周期。最近的工作還涉及Cammell Laird公司，該公司在設計、制造和運輸大型復雜模塊方面有著豐富的經驗。

他說：“我們目前正在研究增材制造或3D打印、先進建模技術、機器和工廠自動化以及熱等靜壓等專項技術。”

安永的Kirschel表示，先進制造技術支出在小堆造價中所占份額相對較低，最大幅的費用降低將發生在焊接自動化、先進鍛造、快速主體計量、高能密度焊接、激光熔覆和高強度鑄造。

盡早將建筑信息模型(BIM)用于簡化設計和建造工作，能夠顯著降低相關支出。BIM是 21世紀興起的一項新技術，被認為是全球建筑行業的變革性理念和里程碑技術。此外，英國選址規定也會對小堆的經濟性產生影響。

設計審批

西屋預計AP 1000在英國的通用設計評估(GDA)將于2017年3月完成。該公司認為其大堆設計在美國和英國接受審批的經驗有助于加快小堆的審批過程。

英國核監管辦公室(ONR)估計，大堆的通用設計評估會持續約五年時間。但西屋預計其小堆設計的評估過程會快得多。

事實上，雖然能源技術研究所(ETI)最近的一份報告估計小堆的通用設計評估也需要約五年時間，但參與競標的小堆開發商紐斯凱爾公司(NuScale)卻僅為此預留了四年時間。

Gornall說，西屋自2008年以來一直與英國核監管辦公室在AP 1000的通用設計評估方面進行合作，小堆設計方法對英國現有的任何審批要求均不構成挑戰。小堆的許多系統如儀控系統與AP 1000相同。盡管配置不同，但兩者非能動安全特性的功能也相同。

他說：“對我們來說，這不是第一次嘗試……，我們打算利用英國核監管辦公室在總體上熟悉壓水堆特別是西屋設計來盡量縮短審批時間。”

最終獎賞

英國和其他國家的小堆開發商已經與英國供應商建立了多年的合作關系，開發商正在等待政府公布部署時間表。政府對快速部署的偏好可能有利于一體化壓水堆設計，但是對知識產權的偏好會有利于非一體化壓水堆設計。

阿特金斯(Atkins)工程咨詢公司的項目總監Richard Beake在峰會上說：“實際上政府有兩條路可走：如果想要更快見效，可以走一體化壓水堆路線，如果想要尋求另一種不同的結果，則可以走非一體化壓水堆路線。”

作為政府技術經濟評估的一部分，阿特金斯研究了來自全球14個供應商的15種反應堆設計的技術成熟度，包括一體化壓水堆、高溫氣冷堆(HTGR)、鉛冷快堆(LFR)、熔鹽堆(MSR)和鈉冷快堆(SFR)。

Beake說：“就英國而言，非一體化壓水堆設計還在進一步開發，因此英國有更多的機會參與這些設計，但代價是風險更高，不確定性更大，而且時間會更長。”

小堆開發商正在敦促政府迅速實施其部署計劃，以便英國可以占據小堆技術出口商的領先地位。

安永的小堆經濟性影響研究發現，英國單獨使用一種小堆設計比使用多種設計更具成本效益，而且僅英國市場不足以實現部署小堆的真正經濟效益。

Gornall說，英國現在真正有機會建立一個可持續的小堆產業。

他說：“市場就在那里，這是一個有限的市場，第一個進入者會具有真正的優勢。”

(伍浩松 譯 張 焰 校)