第二代核電站概述

第二代核電站從70年代至今，有多種堆型而且運(yùn)行業(yè)績良好，還在增效延壽并批量建設(shè)，目前仍有23臺(tái)機(jī)組在建。2005年，全球第二代核電站（堆）共有443臺(tái)套，積累了超過1.2萬多堆年的安全運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。核電裝機(jī)占發(fā)電總裝機(jī)的16%，核電占總發(fā)電量的20%左右。

從堆型上看，壓水堆占核電的56%，沸水堆占21%，重水堆占7%，其他堆型占16%。近年來的第二代機(jī)組增效延壽研究表明，美國第二代機(jī)組核電可利用率可以從70%左右提高到90%，壽命由40年延長至60年，相當(dāng)于新建25臺(tái)百萬千瓦機(jī)組。預(yù)計(jì)未來30年壓水堆仍將是核電發(fā)展的主力堆型。

第二代核電技術(shù)被廣泛應(yīng)用于上世紀(jì)七十年代至今仍在運(yùn)行的大部分商業(yè)核電站，它們大部分已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和批量建設(shè)，主要種類有壓水堆（PWR）、沸水堆（BWR）、重水堆（CANDU）和蘇聯(lián)設(shè)計(jì)的壓水堆（VVER）和石墨水冷堆（RBMK）等。

第二代核電站技術(shù)證明了發(fā)展核電在經(jīng)濟(jì)上是可行的。但是前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站和美國三哩島核電站嚴(yán)重事故的發(fā)生，引起了公眾對(duì)核電安全性的質(zhì)疑，同時(shí)也讓人們意識(shí)到第二代核電技術(shù)的不完善性，許多國家的核電發(fā)展也都因此一度停滯。

第二代核電站是目前世界正在運(yùn)行的439座核電站（2007年9月統(tǒng)計(jì)數(shù)）主力機(jī)組，總裝機(jī)容量為3.72億千瓦。還共有34臺(tái)在建核電機(jī)組，總裝機(jī)容量為0.278億千瓦。在三里島核電站和切爾諾貝利核電站發(fā)生事故之后，各國對(duì)正在運(yùn)行的核電站進(jìn)行了不同程度的改進(jìn)，在安全性和經(jīng)濟(jì)性都有了不同程度的提高。

20世紀(jì)70年代以來，建設(shè)的商用核電站稱為第二代。90年代為解決公眾關(guān)注 的核安全和核廢料問題，在第二代基礎(chǔ)上研發(fā)的先進(jìn)輕水堆核電站稱為第三代，實(shí)際上是第二代技術(shù)沿著提高安全性和經(jīng)濟(jì)性的方向不斷改進(jìn)的結(jié)果。第三代技術(shù)相當(dāng)于在第二代技術(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)嚴(yán)重事故預(yù)防和安全系統(tǒng)的改進(jìn)提高，安全可靠性從設(shè)計(jì)上得到進(jìn)一步提高，經(jīng)濟(jì)性則依賴設(shè)計(jì)、制造、施工安裝和運(yùn)行管理水平的提高。就主要核電站設(shè)備而言，大部分技術(shù)是通用的，單臺(tái)設(shè)備容量向大型化發(fā)展，同時(shí)建設(shè)工期縮短為4～5年。

目前，第三代核電技術(shù)的代表為美國西屋公司AP1000技術(shù)和法國法瑪通公司EPR技術(shù)。其中，美國機(jī)型向簡化和非能動(dòng)化發(fā)展，百萬千瓦級(jí)核電站（120萬千瓦）的核島由3回路減為2回路，循環(huán)系統(tǒng)大量采用依靠自然循環(huán)的非能動(dòng)設(shè)計(jì)，并使用屏蔽式循環(huán)水泵；法國機(jī)型核島由3回路增加至4回路，常規(guī)島主設(shè)備向大型化發(fā)展，單臺(tái)設(shè)備容量加大。

目前，第二代核電站運(yùn)行業(yè)績良好，尚有改進(jìn)潛力和發(fā)展空間，在一定時(shí)期內(nèi)仍是核電技術(shù)的主流；第三代核電的設(shè)計(jì)目標(biāo)要求比第二代具有更好的安全性和經(jīng)濟(jì)性，尤其是非能動(dòng)安全系統(tǒng)和嚴(yán)重事故應(yīng)對(duì)措施, 可減少故障演變成事故的風(fēng)險(xiǎn)，從而使堆芯熔化和大量放射性釋放的概率進(jìn)一步降低。第三代的壓水堆核電機(jī)組目前尚未取得實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，沒有成熟的商用機(jī)型，達(dá)到批量規(guī)模建設(shè)的階段還需要有個(gè)過程。發(fā)達(dá)國家都準(zhǔn)備采取先建設(shè)首堆工程的審慎做法以減少風(fēng)險(xiǎn)。2005年9月，世界首臺(tái)第三代核電機(jī)組（EPR）在芬蘭開工建設(shè)；法國預(yù)計(jì)在2009年建設(shè)首臺(tái)第三代機(jī)組并取得運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，2015年以后再?zèng)Q定是否開工后續(xù)機(jī)組；美國將對(duì)采用第三代（AP1000）建設(shè)的第一、二臺(tái)機(jī)組，由政府提供5億美元的資金補(bǔ)貼，與投資商共同承擔(dān)首堆風(fēng)險(xiǎn)。由于第三代壓水堆核電站剛開始建設(shè)，在經(jīng)濟(jì)性方面尚難以顯現(xiàn)競爭優(yōu)勢，但可以預(yù)計(jì)，隨著第三代核電站的批量建設(shè)，經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢將得到逐步體現(xiàn)。 ?

第二代與第三代核電站的銜接特點(diǎn)2.1 SYSTEM80、M314和AP1000從上世紀(jì)80年代中期開始，美國西屋公司致力于開發(fā)改進(jìn)型壓水堆——非能動(dòng)先進(jìn)壓水堆。當(dāng)時(shí)根據(jù)電力市場環(huán)境條件和電力公司的建議，選擇了600MWe級(jí)的容量作設(shè)計(jì)（AP600）。西屋公司投入了巨大的人力，完成了大量的設(shè)計(jì)文件和試驗(yàn)研究。AP600設(shè)計(jì)經(jīng)過美國核管會(huì)的技術(shù)審查，于1998年9月獲得最終設(shè)計(jì)許可（Final Design Approval）。1999年12月，核管會(huì)向西屋公司頒發(fā)了最終設(shè)計(jì)認(rèn)證證書（Final Design Certification）。近年來，隨著美國電力市場非管制化的發(fā)展以及天然氣價(jià)格的下跌，市場競爭要求進(jìn)一步降低發(fā)電成本。由于不能通過繼續(xù)改進(jìn)AP600設(shè)計(jì)達(dá)到新的目標(biāo)，西屋公司決定提高電功率至百萬千瓦級(jí)來提高非能動(dòng)先進(jìn)壓水堆的市場競爭能力。AP1000堆芯采用成熟的、經(jīng)工程驗(yàn)證的西屋公司加長堆芯設(shè)計(jì)（M314型），活性段高度14英尺，首爐裝料157個(gè)17×17 Performance+高性能燃料組件。壓力容器內(nèi)徑3.98m，環(huán)鍛結(jié)構(gòu)；經(jīng)驗(yàn)證的堆芯圍筒，代替通常用的徑向反射層，采用全焊接結(jié)構(gòu)；堆芯測量系統(tǒng)經(jīng)上封頭穿出，取消下封頭貫穿件；通過材料改進(jìn)等措施保證壓力容器60年設(shè)計(jì)壽命；堆內(nèi)構(gòu)件和控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)均應(yīng)用M314堆型成熟技術(shù)。就反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)而言，M314與AP1000相比堆芯尺寸沒有太大的變化，但環(huán)路數(shù)不同，系統(tǒng)設(shè)置也變化極大。System80的反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)為兩環(huán)路，雖然與AP1000環(huán)路數(shù)相同，但System 80裝載177個(gè)型號(hào)為Turbo的燃料組件，燃料組件與其他堆芯相差很大，完全不兼容，AP1000的主泵為全密封屏蔽泵，直接倒掛在SG出口空腔，與System80相差甚大。M314和System80原始設(shè)計(jì)中沒有考慮LBB準(zhǔn)則，而在AP1000設(shè)計(jì)中采用了LBB技術(shù)。很多在役的M314和System80電廠為了簡化系統(tǒng)，節(jié)約運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，提高電廠的安全性和經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)用LBB技術(shù)進(jìn)行了改造。

因此從第二代NPP過渡到采用LBB技術(shù)的第三代不存在技術(shù)上的問題。AP1000相對(duì)于第二代NPP，采用了非能動(dòng)的安全系統(tǒng)，大大提高了機(jī)組的安全性。M314和System80的抗震設(shè)計(jì)輸入較低，而AP1000增大到0.3g，機(jī)組抗震能力提高，可適應(yīng)更廣泛的廠址。從抗震設(shè)計(jì)的角度，第三代NPP的結(jié)構(gòu)有所改進(jìn)，另外，M314和System80的設(shè)計(jì)中考慮OBE、SSE兩級(jí)地震水平，而在AP1000設(shè)計(jì)中，已將OBE從設(shè)計(jì)考慮中刪去，只按SSE進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。M314、System 80的儀控系統(tǒng)主要采用的是模擬技術(shù)，其技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已非常成熟。AP1000采用更先進(jìn)的數(shù)字化儀表和控制系統(tǒng)。綜上所述，AP1000是革新型第三代核電站，與第二代相比變化很大。從M314過渡到AP1000，在反應(yīng)堆方面較容易，系統(tǒng)設(shè)置需做一定變動(dòng)；從System 80過渡到AP1000，難度較大。2.2 N4、M310和EPR二十世紀(jì)七十年代，法國從美國西屋公司引進(jìn)M312核電技術(shù)，先后建造了一批M312核電機(jī)組（CPY型，M310型）；從1977年起，采用西屋公司M414核電技術(shù)，建造了20臺(tái)四環(huán)路的P4/P’4核電機(jī)組；從1984年起開發(fā)、建造N4型四環(huán)路150萬千瓦級(jí)核電機(jī)組。

九十年代末，法國法瑪通公司和西門子公司聯(lián)合開發(fā)新一代壓水堆核電機(jī)組EPR，目標(biāo)是根據(jù)歐洲用戶要求（EUR）設(shè)計(jì)新一代核電機(jī)組，以替代二十一世紀(jì)退役核電站。其設(shè)計(jì)綜合了法國N4核電站和德國Konvoi核電站的優(yōu)點(diǎn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)反饋，是全面滿足歐洲電力公司要求文件（EUR）的第三代改進(jìn)型先進(jìn)PWR核電站，已經(jīng)法國和德國核安全當(dāng)局審核批準(zhǔn)，具備了作出決定開工建造第一臺(tái)機(jī)組的條件，但尚未有具體建造計(jì)劃。EPR合作開發(fā)單位選擇了在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的方式開發(fā)EPR，在設(shè)計(jì)中也對(duì)非能動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行了研究，也采用了一些特殊的非能動(dòng)部件。EPR設(shè)備和部件設(shè)計(jì)盡可能吸收了法國N4和德國Konvoi機(jī)組的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)反饋。當(dāng)采用新技術(shù)時(shí)，通過配套的綜合研發(fā)和試驗(yàn)計(jì)劃對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。主回路設(shè)計(jì)和布置與N4機(jī)組極其相近，可以看作經(jīng)過驗(yàn)證。堆內(nèi)構(gòu)件總體布置、材料與N4相似，堆芯測量裝置和控制棒導(dǎo)向管設(shè)計(jì)則以Konvoi設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，布置在壓力容器上封頭，避免在壓力容器底部使用貫穿件，下封頭空間供處理嚴(yán)重事故使用。M310為大亞灣核電站和嶺澳核電站采用的堆型。采用12英尺燃料組件，三環(huán)路布置方式。

綜上所述，EPR為改進(jìn)型第三代核電站，基于能動(dòng)設(shè)計(jì)思想。N4采用14英尺燃料組件、四環(huán)路布置方式，過渡到EPR相對(duì)較容易；M310采用12英尺燃料組件、三環(huán)路布置方式，過渡到EPR相對(duì)較難。3 技術(shù)升級(jí)便捷程度分析比較3.1 System80、M314和AP1000AP1000屬第三代革新型先進(jìn)PWR核電站。采用成熟的技術(shù)，通過系統(tǒng)簡化、減少設(shè)備以及采用非能動(dòng)專設(shè)安全設(shè)施，顯著提升了電廠安全性、經(jīng)濟(jì)性，滿足URD有關(guān)要求。由于采用非能動(dòng)技術(shù)，技術(shù)難度較大，目前尚無工程經(jīng)驗(yàn)。M314與AP1000反應(yīng)堆基本相同，都裝載157個(gè)燃料組件，堆芯尺寸沒有變化，但環(huán)路數(shù)不同，系統(tǒng)設(shè)置變化較大；雖然System 80環(huán)路數(shù)與AP1000相同，但反應(yīng)堆和主回路設(shè)置相差很大。從M314升級(jí)到AP1000比從System 80升級(jí)到AP1000稍容易一些。3.2 N4、M310和EPR由M310、N4發(fā)展至EPR，安全系統(tǒng)仍保持能動(dòng)基礎(chǔ)，通過增加安全系列，采用多樣化設(shè)施，改進(jìn)技術(shù)，加強(qiáng)嚴(yán)重事故對(duì)策，提高設(shè)備可靠性，來提高安全性；并采取一些措施，來降低發(fā)電成本，滿足EUR對(duì)新一代核電機(jī)組要求。EPR屬第三代改進(jìn)型先進(jìn)PWR核電站。從N4升級(jí)到EPR比從M310升級(jí)到EPR稍容易一些

根據(jù)國際核電發(fā)展趨勢，第一代核電站建設(shè)于20世紀(jì)50～60年代，采用原堆型；第二代核電站從70年代至今，有多種堆型而且運(yùn)行業(yè)績良好，還在增效延壽并批量建設(shè)，目前仍有23臺(tái)機(jī)組在建；第三代核電站研發(fā)始于90年代，安全和經(jīng)濟(jì)性能提高，市場前景樂觀，2005年首堆工程開始建設(shè)，但尚未形成批量；第四代核電站興起于90年代后期，尚在研究開發(fā)階段，主要特點(diǎn)是更加安全、經(jīng)濟(jì)，資源利用率提高，廢棄物量減少，具有防止核擴(kuò)散等性能，特別是核燃料利用率大大提高，預(yù)計(jì)2035年將出現(xiàn)商用堆。?

英國

Calder Hall核電站

Calder Hall核電站是英國建成的第一座核電站，建于坎布里亞郡，它是鎂諾克斯氣冷堆的原型，于1953年興建，1956年開始向國家電網(wǎng)送電，是世界上第一座商用核電站。

欣克利角核電站

欣克利角核電站，有欣克利A核電站、欣克利B核電站、欣克利C核電站。欣克利A核電站，屬于壓水堆核電站，始建于1957年，2000年被關(guān)閉。欣克利B核電站，屬于高溫氣冷堆核電站，始建于1976年，目前正在使用。欣克利C核電站，正在籌建。

哈特爾普爾核電站

哈特爾普爾核電站是一個(gè)核電站位于口的北部央行河T恤 ，2.5英里（4.0公里）的南哈特爾普爾在達(dá)勒姆郡，英格蘭東北部 。該站有一個(gè)輸出1,190凈電氣兆瓦 ，這是需求相當(dāng)于150萬的電力需求的家庭或能源3%的英國。電力是二產(chǎn)，通過使用先進(jìn)氣冷反應(yīng)堆 （地帶）。

美國

三里島核電站

三里島核電站位于美國賓夕法尼亞州哈里斯堡，薩斯奎哈納河三里島。三里島核電站采用壓水反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)。三里島沸水式反應(yīng)爐的功率為95萬千瓦，每小時(shí)可產(chǎn)生每平方吋985磅壓力的飽和蒸汽7,620,000磅。