全球主要核电供应国及其三代核电技术概述

2024-08-12 10:31  来源:中国核工业  

在全球就加快能源结构绿色低碳转型达成普遍共识,且近期俄乌冲突导致国际市场能源价格大幅波动的大背景下,世界各国都把保障能源安全和独立放在能源工作的首要位置,发展核电成为更多国家的重要选项,全球核能发展由日本福岛核事故后的徘徊期进入预期稳定上升的发展期。


在全球就加快能源结构绿色低碳转型达成普遍共识,且近期俄乌冲突导致国际市场能源价格大幅波动的大背景下,世界各国都把保障能源安全和独立放在能源工作的首要位置,发展核电成为更多国家的重要选项,全球核能发展由日本福岛核事故后的徘徊期进入预期稳定上升的发展期。

目前,全球具有较完整核电出口能力及经验的国家为俄罗斯、美国、法国、日本、韩国、加拿大和中国。

俄罗斯核电发展及其三代核电技术

自1951年开始建造世界上第一座核电站(奥布宁斯克核电站),70多年来俄罗斯一共建设了约50台核电机组(不含原苏联其他联邦国家),目前37台在役、3台在建、10台永久关闭。俄罗斯在役核电机组装机容量约29GWe,核能发电占总发电量的18%左右。

俄罗斯核电行业呈现完全垄断和“政企合一”特征,所有核资产均由一家国企俄罗斯国家原子能公司(Rosatom)掌控。俄罗斯在核技术上独树一帜,目前正倾力打造以压水堆、快堆、浮动堆和空间核动力为代表的核反应堆技术。

目前,俄力推的第三代核电技术VVER1200机型是在原来的AES-91和AES-92基础上改进而成,采用能动加非能动的安全设计,额定功率利用因子达92%,已获得EUR认证和IAEA安全审查,首堆工程(俄罗斯Novovo-ronezh 2-1)于2008年6月开工建设,2016年5月首次并网发电。目前中国(田湾7、8和徐大堡3、4号机组)、土耳其和印度已签订引进此机型的合同。后续升级技术为VVER-TOI(AES2010,三代+),目前已获NRC认证。

俄罗斯将核工业出口上升到国家战略地位,举全国之力支持本国核电发展与对外出口。上世纪60~80年代,其以VVER堆型为主向东欧、南欧原社会主义国家和芬兰等国出口约30台核电机组,自90年代末期至今,在乌克兰、伊朗、中国和印度四国建设完成约10台核电机组,目前在中国、白俄罗斯、埃及、印度、孟加拉和土耳其均有VVER机组在建,占据国际核电市场一大半份额,但随着俄乌冲突升级,其海外市场开拓受到一定影响。

美国核电发展及其三代核电技术

美国自1955年开始建造国内第一座核电站(Ship-pingport)至今,68年间共开工建设了135台核电机组,目前在运93台、在建1台、永久关闭41台,是全球已建和在运核电机组均第一的国家。美国在役核电机组装机容量约96GWe,核能发电占总发电量的19%左右。

美国既是核能大国,也是核电技术强国,其境内所有核电机组均采用本国核电公司的技术。目前美国国内能提供完整核电技术的公司仅有西屋电气和通用电气两家,其分别是商用压水堆和沸水堆技术的鼻祖。

目前美国第三代核电技术以西屋公司AP1000和通用公司的ABWR为代表。

AP1000机型由美国西屋电气公司在AP600机组上改进而成,采用非能动安全设计理念,目前已获NRC、EUR和GDA认证,首堆工程(中国三门核电1号机组)于2009年4月开工建设,2018年6月首次并网发电。2013年美国本土开工建设的三里岛事故后34年来的首批四台机组均采用此机型,其中两台V.C.Summer 2和3由于经济原因于2019年3月终止建设。2017年,西屋公司由于美国国内AP-1000项目严重超预算导致公司资不抵债,申请破产保护。前几年,西屋电气公司在白俄罗斯、英国等多个出口项目中均竞争落败,但最近几年在乌克兰、波兰和罗马尼亚等原俄罗斯优势区域国家的核电招标中取得较好成绩。

ABWR机型由美国通用电气与日本日立成立合资公司在原二代BWR机型基础上改进而成,之前已获美国NRC认证,但未更新(NCR认证要求每15年更新一次),其最新研发的ESABWR三代加核电技术现已获得美国NRC的设计认证。ABWR首堆工程(日本KashiwazakiKariwa 6)于1992年11月开工建设,1996年1月首次并网运行。日本国内多台核电机组采用此机型,但2011年福岛核事故后,全球再未开工建设一台沸水堆核电机组。

法国核电发展及其三代核电技术

法国自1955年开始建造国内第一座核电站至今,64年间共开工建设了71台核电机组,目前在运56台、在建1台、永久关闭14台。法国在役核电机组装机容量约61GWe,核能发电占总发电量长期保持在70%以上,是全球核能发电占比最高的国家。

法国在前期核电开发过程中建设过压水堆、气冷堆、快堆和重水慢化气冷堆等多种堆型,1974年政策调整后,除了1976年开工建设过一台快堆(超级凤凰堆,现已永久关闭)外,只开工建设过压水堆机组。目前法国主要核电产业(包括核电研发、设计、建设和运营)基本由法国电力(EDF)一家公司掌控。

上世纪末之前,法国压水堆技术共出口至比利时、南非、伊朗(后由于政治原因取消)、韩国和中国(大亚湾和岭澳一期)约15台机组。近年来开工建设的EPR机组为第三代核电技术代表,基于法马通(现属于EDF)的N4和西门子公司的Konvoi两种设计开发而成,设计寿期60年,单台机组功率达1650MWe,采用四环路、四列安全设施和双层安全壳,于2004年获得法国设计认可,目前已取得EUR和GDA设计认证。全球前两台机组分别于2005年8月在芬兰Olkiluoto3(2022年3月并网发电)和2007年12月在法国Flamanville 3核电站(建设中)开始建设。采用同一机型的我国台山核电1号机组于2009年11月开工建设,2018年6月实现首次并网发电。近年有4台EPR机组出口英国(其中两台在建),与我国的中广核集团成立合资公司共同建设。

日本核电发展及其三代核电技术

自上世纪50年代,日本在美国的帮助下重启核技术研究和1960开工建设第一座核电站起,至2011年发生福岛核事故前,50年间日本共建设了62座核反应堆。自1986年至2010年长达25年间,日本核电发电量占比保持在25%~34%之间。

日本在核电技术提供和关键设备供应方面均处于全球领先水平,国内的核电三巨头东芝、日立和三菱既具有很强的核电设备设计制造能力,也通过控股(比如东芝控股美国的西屋电气)或与其他公司合资成立核电公司(比如日立与通用合资开发ABWR,三菱与AREVA合资开发Atmea-1)的方式,具备较强的核电机型开发和出口能力。另外,日本还拥有JSWJCFC、神户制钢所、日立制钢所等代表世界一流技术水平的铸锻件生产企业。面对福岛事故后本国核电行业萎缩形成的产能过剩,日本非常重视核电产业的出口,日本首相出访国外时,常将核能合作作为重要议题之一,近些年分别与土耳其、立陶宛、印度、越南等国达成核电开发意向,但截至到目前并未有实际核电项目落地。近年其出口战略有所调整,从推销整个核电产业链更多转向日本核电装备出口。

韩国核电发展及其三代核电技术

韩国1972年引进美国西屋公司压水堆技术开始建造国内第一台核电机组,至今共开工建设了约30台机组,其中在运25 台,装机容量约24GWe,核能发电占总发电量约28%,在建核电机组3台,均为APR1400堆型。近年来韩国核电厂的平均负荷因子达96.5%以上,处于世界领先水平。

韩国核电技术路线相对单一,已开工建设的30台核电机组中26台为压水堆,4台为加压重水堆(从加拿大引进的Candu机型))。目前在运的21台压水堆中,7台从美国的西屋公司引进(包括2台原ABB-CE公司设计的System 80机型)、2台从法国的法马通(现已并入EDF)引进,其余12台分别为自主设计的OPR1000(10台)和APR-1400(2台)机型。另有4台机组处于建设中,均为APR1400机型。

韩国电力资产和技术在1961年~2001年间均由一家国有企业韩国电力公司(KEPCO)掌控,之后其发电资产进行了分拆,核能发电资产全部装入韩国水力和核电公司(KHNP),电力输送和分配仍由KEPCO垄断,并保留工程设计能力(由其下属子公司韩国电力工程公司KEPCO E&C掌握)。

韩国自上世纪80年代中期推行核电站的标准化设计,选择美国Syetem80机型的核蒸汽供应系统作为设计基础,进一步研制出System80+机型,并在此基础上开发三代压水堆机型APR1400。APR1400于2019年5月份获得美国NRC设计认证,首堆工程(韩国Shin Kori3)于2008年10月开工建设,2016年1月首次并网运行。

根据韩国《原子能法》,原子能委员会是核能最高决策机构,由韩国总理担任主席,建立以总理为核心的政府领导“走出去”战略决策系统。韩产业通商资源部2022年8月18日宣布“核电出口战略推进委员会”成立。韩国将中东、北非及拉美等地作为主要目标国推介其OPR1000和APR1400技术。2009年,APR1400成功出口阿联酋,赢得4台APR1400核电机组的设计建设合同,合同总额达400亿美元;2010年3月,韩国又与土耳其签署了两座核电站建设协议;此后,与罗马尼亚签署重水堆建设合同,与摩洛哥合作 OPR1000项目,与加拿大合作APR1400项目。2015年,韩国与沙特达成协议,建设两座韩国自主开发的SMART核反应堆。韩国的核电技术出口目标国家还包括印尼、越南、罗马尼亚、泰国、芬兰等。2022年8月,韩国水力和电核电公司与俄罗斯国家原子能集团公司签订总价值22.5亿美元的合同,为拟建4台VVER1200机组的埃及首座核电厂埃尔达巴提供常规岛相关设备和服务。这是韩国自2009年以来最大的核电技术出口项目。

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