沃格特勒核电站引领下一代核电-2011.doc

沃格特勒核电站引领下一代核电-将获得美国核能管制委员会批准于2011年开工作者：本网编辑文章来源：POWER电力发布时间：2010-07-05图1 核电站外景 沃格特勒核电站位于萨凡纳河沿岸，奥古斯塔（Augusta）南部约40 km处，占地13 km2。该厂两台机组于20世纪80年代后期投入商业运营，共发电2200多MW。2009年8月，美国核能管制委员会（NRC）分别向南方核运营公司（Southern Nuclear）在沃格特勒（Vogtle）厂址建设2台核电机组以及西屋电气公司（Westinghouse）的AP1000压水反应堆设计颁发了第四次早期场地许可以及第一次早期场地许可。沃格特勒核电站因筹备组建的这2台新机组，于2009年6月成为NuStart能源开发集团旗下AP1000机组的示范工厂。这意味着沃格特勒核电3号机组和4号机组将成为美国第一批获得批准的采用新型AP1000反应堆的核电机组。预计沃格特勒核电站将获得美国核能管制委员会的批准于2011年开始动工。沃格特勒核电站（Plant Vogtle）为佐治亚电力公司（Georgia Power）所拥有的两组核设施之一，是南方电力公司（Southern Company）系统内三组核设施之一（见图1）。南方核运营公司（Southern Nuclear）是南方电力公司于1990年建立的一家子公司，该子公司是佐治亚州奥古斯塔（Augusta, GA）南部约40 km处沃格特勒核电站的许可运营商。沃格特勒核电站由佐治亚电力公司（45.7%）、奥格尔索普电力公司（Oglethorpe Power Corp.）（30%）、佐治亚州市政电力管理局（Municipal Electric Authority of Georgia） （22.7%），以及道尔顿电力公司（Dalton Utilities）（1.6%）共同拥有。1号机组和2号机组由西屋电气公司（Westinghouse）提供的额定功率分别为1 109 MW和1 127 MW的四环路压水反应堆（PWRs）组成。1号机组于1987年开始商业运营；2号机组则随后于1989年开始商业运营。图2 双体式设计 南方核运营公司正在推进一项计划，在沃格特勒核电站厂址上建设2台新型AP1000 III+（Generation III+）核反应堆。这2座新核电站预计分别于2016年和2017年投入商业运营。设计师的概念图显示这2台新机组位于最显著的前景，而现有的2台机组则作为背景。沃格特勒核电站的3号、4号机组由副总裁大卫.琼斯（David Jones）筹备组建，并负责新机组的建设和运营。大卫.琼斯近期和电力杂志谈到美国东南部电力需求的增长。“根据能源部的统计数据，40%的美国人口将生活在美国东南部，而预计到2030年，仅佐治亚州就将增加4百万人口。在过去的13年里，佐治亚州的平均居民消耗量已上升了约16%。在接下来的15年，佐治亚电力系统的电力需求计划将增长30%。电力需求增长如此之快，因此我们得为我们的客户提供一个可靠的新增电力供应。” 在沃格特勒核电站厂址上扩建3号机组和4号机组是南方电力公司为满足日益增长的用电需求而率先采用的方法（见图2）。大卫.琼斯补充说，南方电力公司的能源组合中的每个元素核能、化石能源，以及可再生能源都是同等重要的。然而，远景发电规划进程将核能确定为满足其服务领域内日益增长的电力需求的最具成本效益、最可靠和最具环保责任性的能源。此要求连同沃格特勒1号机组和2号机组的连续成功运营就是为什么核能被选为沃格特勒扩建项目的主要原因。“以一家公司的观点看来，我们的电力仅有16%是由核能产生的，并且我们希望维持能源发电解决方案的适当混合。因此，我们选择发展核能。”大卫.琼斯表示。建设两台新机组的积极步骤最初设想的是以NuStart能源开发集团作为申请程序的示范，来取得建造和运行联合许可（COL）的申请许可证程序，该程序已发展成为支持美国的新核电站实际部署所必须的关键成功因素之一。大卫.琼斯说，“从标准化的立场来看，此项目对于NuStart能源开发集团是十分有价值的。其优势在于后续的工程项目将来能够参考沃格特勒核电站项目建造和运行联合许可（COL）申请中包含标准许可证申请、工程、技术、质量以及安全信息的经验，并能更有效地发展他们自己的申请。这种资源组合创造了有价值的经验基础，这种经验基础能够用于新厂施工的标准化，并能够及时地为市场带来新技术。这一程序使得美国核能管制委员会能够将其资源集中于不同之处，而非重复他们已获批准的证明文件。”图3 早期场地施工动工 采用高精度的基康（Geokon）引伸仪、位移传感器和孔压传感器来监督地下岩土位移。其他使用仪器的应用包括测量隧道周围以及拥壁背后的地层运动。每天数次收集每个监测点所获得关于使用仪器的数据，并通过无线电将每个监测点的数据记录器所记录的数据进行现场传输，然后通过IP电话进行非现场传输，从而将这些数据传输至数据服务中心。“实施一步式许可证申请程序和使用标准设计（例如AP1000）的目标对于我们核能核电站的成功是十分有价值的，”大卫.琼斯继续说。NuStart能源开发集团正在参与作为能源部核动力2010年倡议的组成部分之一的费用分摊计划。未来项目的时间节约许可可能在将来对于AP1000压水反应堆（PWR）设计的采用者来说是惊人的。南方电力公司关于在沃格特勒核电站厂址上,扩建两台新机组的时间进度表是合理可行的（见表1）。继续在沃格特勒核电站厂址上建设两台新机组的计划在达到以下重大的里程碑后得到了确认。美国核能管制委员会将1号机组和2号机组的运营许可有效期延长了20年（于2009年6月完成）。该延期申请于2007年6月27日提交。2009年6月，美国核能管制委员会将1号机组和2号机组的运营许可有效期延长了20年，新许可将分别于2047年1月16日和2049年2月9日期满。根据佐治亚州的法律要求，佐治亚州公共服务委员会（PSC）认证了在沃格特勒核电站厂址上建设两台新反应堆的批准（于2009年3月完成）。 佐治亚州公共服务委员会（PSC）于2009年3月17日通过了一项提议，允许佐治亚电力公司索回在建造过程中为核电站提供资金的费用。这两家公用事业机构将共同研发向纳税人提供风险分担的保护机制以防止重大超限成本。此外，佐治亚州参议院投票允许该公司索回其在反应堆建造过程中的融资成本，因此随着时间的推移为客户节约了约300百万美元。佐治亚州公共服务委员会（PSC）协议将佐治亚电力公司关于每台新机组的经鉴定成本的份额设定为65亿美元左右。图4 新的压水反应堆（PWR）准备运营 基于西屋电气公司所设计的压水反应堆的证明性能，AP1000是一座先进的1 154MW电力级核电站，该核电站利用自然力和设计来提高核电站安全性和运营效率，并降低建造成本。美国核能管制委员会颁布了早期场地许可（ESP）和有限施工授权（LWA） （于2009年8月完成）。南方核运营公司已分别于2006年8月15日和2007年8月16日提交了沃格特勒核电站厂址的早期场地许可申请和有限施工授权申请。早期场地许可申请请求美国核能管制委员会批准临近现有沃格特勒核电站1号机组和2号机组的项目厂址。美国核能管制委员会2009年8月26日批准了该早期场地许可申请和有限施工授权申请。早期场地许可的有效期为20年；根据美国核能管制委员会，有限施工授权允许“厂址上的窄系列施工活动”。根据南方核运营公司的有限施工授权，该公司能够开展限于工程设计的回填、拥壁、贫混凝土、防沉板以及防水膜的施工活动(见图3）。建造和运行联合许可申请，可以通过参考将标准设计认证和早期场地许可两者合并在一起，或两者皆不合并。该方法的优势在于，设计认证规则制定以及早期场地许可。听证过程中解决的议题在建造和运行联合许可阶段中不在随后的再议范围之内。然而，如果早期场地许可和设计认证未经参考，美国核能管制委员会将审查两步式许可证申请程序所规定的技术和环境信息。2009年8月26日，美国核能管制委员会为沃格特勒厂址上的两台新机组颁布了早期场地许可。南方核运营公司的早期场地许可，是由美国核能管制委员会批准的第四个该等许可，也是第一个基于特定技术，即西屋（Westinghouse）AP1000压水反应堆（PWR）的许可（见图4）。图5 本质安全设计 AP1000的本质非能动安全是从其模块结构设计中获得的，该设计较当今美国运营的典型核电站使用了较少的泵和阀门，从而提升可靠性、减少维护，以及降低运营成本。尽管早期场地许可,有限施工授权，以及建造和运行联合许可能够结合在一起，但南方核运营公司决定分别处理每个程序。大卫.琼斯解释说：“我们选择这样做是为了同时管理我们的建造和许可证申请进度。同样，在收到美国核管委批准之前便可实施某些施工活动。”举例来说，工人一直在继续进行3号机组的挖掘活动，这些挖掘活动预计持续2010年的整个2月份。挖掘包括约28m深，数十米宽，差不多共涵盖17万m2面积的掘洞。该挖掘工作将搬离约186万m3泥土。现有泥土一经搬除，回填和压实活动必须由美国核能管制委员会批准和监督。2008年3月31日，南方核运营公司向美国核能管制委员会提交了建造和运行联合许可申请。美国核能管制委员会已将沃格特勒终期安全评估报告的完成日期预定为2011年4月。南方核运营公司预计稍后于2011年获得建造和运行联合许可，并随后立即开始安全施工。NuStart能源开发集团与南方电力公司共同示范国家许可核电站的新程序。举例来说，沃格特勒核电站最近成为NuStart能源开发集团旗下AP1000机组的示范工厂。这意味着沃格特勒核电站3号机组和4号机组，将首先执行经美国核能管制委员会批准的AP1000技术，而且沃格特勒核电站许可证申请将成为建造和运行联合许可的参考。“许可证申请程序以及我们到2016年和2017年运营新机组的时间表，都是选择AP1000的关键因素，”大卫.琼斯说到。他又补充说，该时间表是合理可行的，因为美国核能管制委员会已为南方核运营公司提供了，其预计完成特殊许可证申请提交的进度表或里程碑日期。图6 减少对施工的要求AP1000核电站布局由五个主要建筑结构组成：核岛、涡轮厂房、附属厂房、柴油发电机厂房和放射性废料厂房。评论到即将来临的监管监督，大卫.琼斯注意到，“一旦我们开始预定于2010年第一或第二季度开始的相关安全工作，我们将在现场安排一位美国核能管制委员会驻地检查员。目前，南方核运营公司内的许可证申请组织，正首先与华盛顿的美国核能管制委员会总部进行沟通。我们已经与佐治亚州亚特兰大的第II区全体成员召开了两次会议，以便他们调整他们的资源，从而确保他们能够适时地进行必要的现场检查，保证工程进度。”南方核运营公司已与Shaw集团和西屋电气公司就3号机组和4号机组签订了设计采购施工（EPC）合同。值得注意的是，早期场地许可、有限施工授权，以及建造和运行联合许可程序并非沃格特勒核电站3号机组和4号机组所独有的。美国核能管制委员会报告称，截止2009年7月，已有17家公司提交了多达26个新的核反应堆的建造和运行联合许可申请。该程序的早期申请人中的部分还正在签订设计采购施工合同。由于在沃格特勒厂址上，考虑新的核电建设的其他公司正在进行厂址准备工作，例如预计建造新的核电站而需进行的场地清理、泥土测试，以及通道施工。表1 沃格特勒核电站3号机组和4号机组的时间表。资料来源：南方核运营公司。AP1000经过美国核能管制委员会认证西屋电气公司于2002年3月28日提交了其AP1000反应堆设计的标准设计认证申请。美国核能管制委员会于2006年1月27日在联邦注册薄上颁布了最终规则以认证III+（Generation III+）设计，并且此认证III+（Generation III+）反应堆至今仍为唯一经认证的设计。此外，欧洲电力公司要求欧洲公用事业需求组织证明AP1000能部署于欧洲。中国目前正在建设多个AP1000反应堆；其第一台机组预计到2013年上线。AP1000旨在利用现代模块结构技术（见图5）。如表2所示，该设计融合了供应商设计滑道、成套设备、以及大型多吨级结构模块。在工厂环境中进行焊接和装配活动，在减少现场所需的特殊工具和设备的同时还能改善工作条件和进度灵活性。另外，模块化使得传统上依次执行的施工任务得以平行进行，从而降低资金成本，并将从第一次浇注混凝土到装载燃料的施工进度缩短至36个月左右。主要厂房建筑结构AP1000核电站配备了五个主要建筑结构核岛、涡轮厂房、附属厂房、柴油发电机厂房和放射性废料厂房每个结构都位于自身的基垫上（见图6）核岛则由独立式钢制安全壳厂房、混凝土防护厂房，以及辅助厂房构成。这些建筑结构是AP1000设计要求的I级地震结构。核岛的基础是支撑这些建筑物的综合基垫。为了防止不良因素的相互作用，核电站布局为安全相关系统和设备以及非安全相关系统和设备之间提供了分离。通过用混凝土墙来分隔区域获得的分离为能够执行安全设计功能提供了保证。剩余的非地震结构不包含安全相关设备。表2 AP1000模块的典型分解。资料来源：西屋电气公司（Westinghouse）非能动安全系统AP1000核电站的非能动安全系统包括非能动堆芯冷却系统、安全壳隔离、非能动安全壳冷却系统和主控室应急可居留系统。非能动核电站的主要安全优势在于无需操作人员操作或依赖于非现场或现场交流电源便可维持长期事故缓解。无需依赖于有源元件，AP1000核电站仅凭自然循环便可避免堆芯和安全壳过热。举例来说，倘若遇到如冷却剂管道破裂等设计基本事故也无需担心，因为该核电站旨在达到并维持安全停机条件。为了提供高度可靠性，这些系统旨在一旦功率耗损或一旦收到保护启动信号便移到保护位置，即单个移动由多个可靠的IE级直流电池驱动。非能动安全系统设计不要求典型核电站所需的能动安全级支持系统的大型网络（如交流电源、柴油发电机，以及高压交流电（HVAC）。因此，只需较小体积的I级地震建筑物来安置安全设备，从而较拥有同样发电能力的现有核电站而言能节约差不多45%的覆盖区，进而节约了大量资金成本，因为地震建筑结构的成本大概是非地震建造结构的三倍。AP1000采用经广泛分析和测试的非能动系统来提高核电站的纵深防御安全性。反应堆安全防卫咨询委员会（ACRS）和美国核能管制委员会已仔细检查了这些系统，并裁定这些系统符合所有要求的准则。事故缓解的纵深防御能力在将安全壳泛滥、增压以及加热事故降低到最小程度的同时还导致了非常低的堆芯损伤概率。举例来说，AP1000的概率风险评估（PRA）堆芯损伤频率（CDF）为当前运营核电站的堆芯损伤频率的1/100以及适用于新型先进反应堆设计的最大堆芯损伤频率的1/20。AP1000旨在缓解假定的严重事故，例如堆芯熔化。附加特点和对包括缺少底式堆芯测量以及缺乏堆芯顶部以下容器贯穿的改进，使堆芯在反应堆容器中降低将冷却剂损耗事故中的堆芯超温减少到最低程度。AP1000操作人员能够立即令水注入至反应堆腔空间，从而用水将反应堆容器包围。这种冷却足以防止底盖的堆芯熔融物将钢制容器壁熔化，并涌进安全壳。运营和维护效率的改进与燃煤电站相比，正在运营的美国核电站已经是具有竞争性的电力生产商。他们还具有以下优势：燃料占核电生产成本的25%左右，而剩余的75%则为运营和维护的固定成本。因此，核电生产对于燃料成本的变动远没有燃料占生产成本75%或以上的化石燃料发电厂那么敏感。由于附加的好处，AP1000反应堆具有提高核电站生产、提升工人安全性，以及降低成本的数个设计特点。模块核电站设计和元件标准化确保高度可靠性，从而要求显著降低维护、分段，以及测试和检查要求。18月的燃料周期提高了可用性，并降低总燃料成本。降低辐射暴露并减小核电站体积。设计寿命60年竞争者在建造下一代美国核电站的比赛中可能由于阻碍而慢下来，但我们预计活动程度将于2010年加速，因为对建造III+（Generation III+）反应堆态度严肃的公司加强了员工和现场施工的监督，从而为20112013年的全面建设做准备。我们预计沃格特勒核电站将成为第一个下一代核电站，在2016年开始商业服务。改进核电站的许可证申请程序美国核能管制委员会负责批准和管理美国的商业核电站。当前的核电站是按照两步式程序进行许可证申请，即既要求建造许可又要求运营许可。早在1989年，美国核能管制委员会就已经颁布了一项补充的许可证申请程序，将以下三个基础元素融为一体：早期场地许可，标准设计认证，以及联合许可（即建造和运行联合许可），以提高许可证申请程序的管制效率以及可预见性。早期场地许可申请人能够评估关于美国核管会批准中与未来核电站厂址相关的议题（例如安全、环保，以及应急准备）；其中