超设计基准事故的应对

1、超设计基准事故的应对内容摘要：2011年3月11日，日本福岛县发生里氏9级大地震，地震 随后引发大海啸，袭击了福岛核电站，最终引发了 7级核电事故。本文旨在 分析此次事故，通过介绍福岛核电站的基本情况，然后回顾整个事故发生过程， 具体分析事故原因，最后提出一些可行性建议。关键词:福岛核电站；事故；分析；建议1背景介绍1.1日本电力工业概况日本是世界上电力工业最发达的国家之一，无论是年装机量还是年发电量都居世 界前列。二战后日本进入经济腾飞时期，与此同时，发电量也快速增长。从1951 年到1973年的二十多年时间里，日本发电量以年均10%的速度快速增长。1973 年石油危机后，日本调整了能源政策

2、，逐步减少油电的装机份额，扩大天然气和 核能发电的份额。目前日本各种能源的发电比例是:核电35%，天然气发电25%， 油电16%，煤电10%，水电12%，地热和其他能源2%。日本全国共有10个电力公司，分别为北海道、东北、东京、中部、北陆、 关西、中国、四国、九州、冲绳。其中，东京电力公司是日本最大的电力公司， 它承担了日本全国1/4的发电任务。而发生事故的福岛核电站就属于东京电力公 司。1.2日本核电工业概况日本核电工业起步于二十世纪60年代，1963年在茨城县东海村建成了第一座核 电站。目前日本共拥有54座核电机组，核电装机容量仅次于美国和法国，居世 界第三位。由于日本是一个矿产资源极端贫

3、乏的国家，日本政府很早就开始重视 核电在解决国家能源问题上的重要地位。日本经济产业省资源能源厅于2006年 制定了中长期“核能立国计划”大纲，把发展核能作为国家的一项重大战略计划。 福岛核事故对日本核电工业有一定影响，所以日本核电的前景还不明朗，但从世 界范围来看，继续安全高效地发展核电是解决能源问题的最切实有效的途径。1.3福岛核电站福岛核电站是目前世界上最大的核电站，有福岛一号电站和福岛二号电站组 成，共10台机组，一站6台，二站4台，全部为沸水堆，为二代核电技术，属 于东京电力公司。福岛一电站有六台机组，首台机组于1970年并网发电，1971 年投入商业运行，电功率439MW，BWR-3

4、型堆。二号机组至五号机组陆续从1974 年至1978年投入运行，电功率760MW，BWR-4型堆。六号机组于1979年投产， 电功率1067WM，BWR-5型堆。装机占日本现役核电装机总容量的9.33%，发电 量占到日本总发电量的6%左右。福岛一号机组已运行40年，原本计划延寿20 年，正式退役时间是2031年。一号机组的设计能够抵挡尖峰地表加速度为0.18g 的地震。1978年宫城县发生了尖峰地表加速度为0.125g的地震，地震持续时间 长达30秒。在震后对反应堆的关键部件做了全面检查，并没有发现严重损坏， 这显示了福岛核电站抵抗地震的优越性能。但这次地震的断层达到400KM，并 且还有大海

5、啸，而福岛核电站的设计部门东京电力公司在设计时仅考虑了断层几 十米的地震，几米高的海啸。超出设计基准的海啸破坏了核电站的重要设备，这是导致事故发生的设计层面的原因。2事故过程回顾日期事件3月11日核反应堆因地震紧急停止运转；反应堆厂房的地表加速实测值显示，2、3、5号机组水平E-W 方向的地表加速度（所谓地表加速度响应值，是指如果地震 时的地表加速度值小于这些响应值，反应堆的相关安全系统 仍能保持正常的安保功能。）超出响应值，超出范围分别为 24.4%、15.6%和21.7%，从而使电厂失去厂外电源，但电厂 内的应急柴油机组正常启动，为电厂提供交流电源； 随后，地震引发大规模海啸，到达福岛第一

6、核电厂的海啸高 度为1415m，电厂的防洪堤高度只有5.7m，远低于海啸高 度。14号机组的场坪高度约为10m，5、6号机组约为13m， 14号机组的汽轮机厂房和核岛厂房的浸水深度达到了 45m，5、6号机组为12m，整个厂区的建构筑物几乎都 被海水浸泡，由于采用低位布置的方式布置在汽轮机厂房地 下一层，柴油机组被海水淹没而失效，电厂失去全部交流电 源，全厂断电。至此，全厂仅剩备用的蓄电池，只够为阀门、 仪表等设备的控制提供必要的直流电源，不足以提供冷却系 统所需的电力，而蓄电池在运行约8小时后耗尽。3月12日1号机组周围检测出放射性物质；1号机组核反应堆厂房发生氢气爆炸3月14日3号机组核反

7、应堆厂房发生氢气爆炸3月15日4号机组核反应堆厂房发生氢气爆炸；2号机组传出爆炸声3月17日东电公司出于利益考虑，直到事故发生后近一周，自卫队才 被允许从地面向3号机组注水，但却失去了注水的最好时 机；由于事故进 步恶化，自卫队使用直升机向3号机组注水3月18日经济产业省原子能安全保安院公布本次核事故为INES（国 际核能事件分级表）5级3月19日东京消防厅向3号机组注水3月20日自卫队向4号机组注水3月22日3号机组中央控制室恢复照明3月24日3名工作人员在3号机组受到高浓度放射线辐射；1号机组中央控制室恢复照明3月25日向1号机组、3号机组核反应堆改注淡水（之前为海水）3月26日核电站附近

8、海水中检测出高浓度的放射性物质碘131； 向2号机组核反应堆改注淡水（之前为海水）；2号机组中央控制室恢复照明3月27日1号-4号机组相邻的涡轮机房出现含有高浓度放射性物质 的积水，对冷却功能复原作业造成障碍3月28日东京电力公司公布在核电站设施内检测出微量的钚；2号机组涡轮机房外的管线通道积水中检测出高剂量的放 射线，1号机组和3号机组也出现积水3月29日4号机组中央控制室恢复照明4月2日2号机组临海的混凝土竖井发现裂缝，含有高浓度放射性物 质的污水正流入海中，造成海水污染4月4日将积存在处理设施内的低辐射污水排入大海，再次造成海 水污染4月7日为避免1号机组核反应堆容器发生爆炸，向容器内注

9、入氮 气4月12日经济产业省原子能安全保安院宣布，根据国际核能事件分 级表（INES）将福岛核电站事故上调至最高级别7级4月17日东京电力公司公布了核电站事故处理工程表，计划在6至9 个月内稳定核电站情况，并阻止放射性物质继续外泄4月19日2号机组管地下积存的高放射性污水开始向集中废弃物处 理设施转移5月12日东京电力公司确认，1、2、3号机组的燃料已部分熔化3事故原因分析此次日本福岛核电厂事故，有一部分人持着其机型属于沸水堆为二代核电技术、设计存 在一定问题、设备已经老化等内部原因造成的看法。不可否认，这是一方面因素，但我们认 为，地震和海啸这两个外部自然事件叠加造成了超设计基准的事故，由于

10、对这种情况考虑非 常欠缺，导致各项安全措施失效，造成最后堆芯熔化，氢爆，使得放射性物质向周围环境释 放，最终造成了严重事故。3.1沸水堆技术沸水堆只有一个回路，由于蒸汽是在反应堆内产生，并直接进入汽轮机，因 此带有极强的放射性，汽轮机也会受到放射性的沾染。在事故状态下，放射性物 质容易泄露扩散，这是沸水堆的设计缺陷。3.2设备老化问题其中福岛一站1号机组于1971年3月投入商业运行，1号机组已建成40 多年，是福岛第一核电站中最早完工的，各种设备和管道都已老化，甚至存在锈 蚀状况，所以最容易出现问题。设备老化也是此次事故可能原因之一。但实际上，当地震发生后，反应堆正常停堆，应急堆芯冷却系统都正

11、常运行， 在海啸来临之前反应堆是安全的。所以我认为最重要的原因不是以上两点，而是 超设计基准事故的欠考虑或者说是应对措施的欠缺。3.3超设计基准事故的应对欠缺表面上看，福岛事故是由于，面对海啸等设计基准事故安全裕度不足， 如文章前面提到的防洪堤高度只有5.7m，而此次地震的断层达到400公里，并 且产生了海啸高度高达15m，远超过设计标准，应急柴油机组，厂内设备因遭海 水淹没而丧失功能。但从另一方面考虑，即使防洪堤的设计高度超过了这次海啸 高度，但有可能发生更大海啸，自然灾害的强度是无法准确预测的。一旦海啸高 度超过了设计高度，正如这次福岛事故，核电的各项安全措施在海啸面前显得无 能为力。在海

12、啸发生后，对这种超过设计基准事故的应对显得尤为重要，但从福 岛事故结果来看，东电公司和日本政府的应对是极为失败的，各种准备不足，甚 全出现新调配的柴油发电机接口不匹配等问题，最后造成反应堆状况不断恶化， 放射性物质的大量泄漏。4启示和建议面对福岛核电站所发生的超设计基准的严重事故，我们认为最重要的不是尽 可能的提高设计基准。提高设计基准带来的直接影响就是建造成本的上升，但安 全性提高还未知，因为只要设计基准存在，就有可能发生超过设计基准的事故。 我们认为最重要的建立这种事故发生后的有效应对机制。4.1应对超设计事故的原则一：尽可能的提高设计基准，以减小事故发生的概率。二：保证全厂失电情况下，安

13、全系统正常运行，保证堆芯安全，确保事故 发生后无需外部支援的时间充足。三：在加强对堆芯保护的同时，需要做好对堆芯熔毁可能引发的不良后果 的应对策略，并最大限度减轻其负面影响。4.2建议在发生严重时故事，仅有高可靠性的硬件设备做保证是不够的，我们还需要 在发生事故后的处理上做充分的准备。例如，建立更加完善周密的事故应对详细 步骤，后续系统处置以及人员调度，对工作人员做好充分的知识培训等。4.2.1建立更加完善周密的事故应对详细步骤1）考虑到实际情况往往会超出预期，建立最基本的响应步骤以便在面对突发事 件时能根据反应堆实际情况更加灵活地在预置设备中选择合适的对象用以处理 事故。2）在完善了相关步骤

14、以后，应当明确相关路径，包括撤离路线以及相关放射物 泄漏应急处理设备的存放地点等。4.2.2后续系统处置以及人员调度1）冷却水注入以及确保堆芯不至熔毁的冷却剂需求量时刻都在变化，因此，需 要建立一个人力系统使得时间流逝的同时相关操作能得到执行。2）需要考虑到即使在多个反应堆同时受到冲击时，命令链能及时传达并得到响 应，同时基础设施资源（如防护衣，食品，庇护所等）的配置。4.2.3知识技能培训知识技能需要针对特定情况有针对性地进行培训，同时亦需要对相关人员进行时 间模拟训练，以保证在关键时刻重要的只能能保证执行。此外，加强人员之间的 协作，明确各自的分工以及灾难发生时相关人员不能就位时应采取何种

15、后背方案 进行补救也是培训的重点。5参考文献：Timeline of the Fukushima Daiichi nuclear accidents. 维基百科， HYPERLINK http:/en.wikipedia.Org/wiki/Timeline_of_the_Fukushima_I_nuclear_accidents%23 http:/en.wikipedia.Org/wiki/Timeline_of_the_Fukushima_I_nuclear_accidents# cite_note-189Effects of the Earthquake andTsunami on the

16、 FukushimaDaiichi and DainiNuclear Power Stations. TEPCO, 2011.5.24The Fukushima DaiichiIncident. AREVA, 2011.4.1TEPCO Press Release, Nov. 29, 2010, “Periodic Maintenance of Nuclear PowerPlant Fukushima Unit 4”，in Japanese( HYPERLINK http:/www.tepco.co.jp/cc/press/10112901-j.html http:/www.tepco.co.jp/cc/press/10112901-j.ht