来源:中国核能行业协会 发布日期:2023-04-20
IAEA于2022年8月发布了《近期部署核反应堆技术评估》,该文制定了反应堆技术评估方法,作为在确定、评价和选择可用技术方案的过程中向其成员国提供建议的相对全面的指南。该方法包括但不限于大型水冷堆、中小型反应堆或小型模块化反应堆及其广泛应用。
该反应堆技术评估方法有助于评价、选择最合适在短期内实施和部署的技术。需要在一开始就明确和理解启动核电计划或特定核项目的目标和目的。只有这样,技术要素才能与政策目标联系起来,并选择最适合发电和其它应用的设计。
当在整个国家核电计划的制定过程中客观和一致地应用该反应堆技术评估方法,其中可能还包括一套用户要求和准则时,决策者能够最终选择最能实现国家政策目标的核电厂类型。
国家核电计划中的反应堆技术评估
本节讨论了反应堆技术评估方法与核电项目开发中其它活动之间的关系,并介绍了组织方法的类型、人力资源分配以及可交付的内容和质量。介绍了开始和交付成功的反应堆技术评估方法所必须理解的关键期望。
反应堆技术评估时间表。为了确定符合国家需求、要求和准则的技术,反应堆技术评估活动可以在可行性研究阶段启动。反应堆技术评估从可行性研究阶段结束( 确定核电计划的国家政策目标 )一直持续到为选择第一个项目的反应堆技术。因此,反应堆技术评估是对初步可行性研究及其结果的总结;初步可行性研究中开发的关键信息随后被用于过渡到反应堆技术评估,以执行和支持在招标之前和进入招标邀请和评标的决策过程。
反应堆技术评估——第1阶段。在实施核电计划的第1阶段,为了确定核电技术是否是特定应用( 例如发电或供热 )的适当技术和经济选择,核电初步可行性研究通常由核能计划执行组织实施。反应堆技术评估的作用是首先评价可用的技术,对可能合适的技术进行分类,并通过记录核电厂技术或一系列技术的选择来支持继续进行的决定。
对于初步可行性研究或反应堆技术评估的启动,可以以市场调查的形式对核电厂技术进行审查。在初步可行性研究中,反应堆技术评估将结合燃料循环的相关内容检查核电厂的技术。
对于初步可行性研究,为了根据国家计划政策目标和核电项目目标( 如果已经可用 )审查可用的核电技术,因此反应堆技术评估方法被用作筛选评价。在初步可行性研究中执行的这一评价过程,预计将确定导致核电厂与备选方法或与它们相结合的方法( 例如石油、天然气、煤炭、水力、可再生能源 ),相比在融资和技术上更具吸引力的条件或限制。然后在第2阶段的详细反应堆技术评估中应用这些条件,并为招标和评标做准备。
为了筛选评价的目的,需要确定用于执行初步可行性研究的具体重点领域。例如:
核电厂技术筛选。计划或项目的具体要求;关于承担计划或项目风险的考虑;技术持有者或其它计划或项目关系考虑。
每个核电厂技术的核燃料循环筛选。确定和阐述有可能区分反应堆技术或反应堆类型的关键特征;应用反应堆技术评估方法来评估这些特征在多大程度上有可能区分反应堆技术或反应堆类型;燃料循环技术评价结果与可行性研究通用技术评估结果一起审查,以制定最终选择部署的核电厂技术指南。
反应堆技术评估——第2阶段。第2阶段的反应堆技术评估为核电项目提供更详细的决策过程,并支持招标文件的编制,其中反应堆类型和技术持有者由业主/营运商组织选择。在某些情况下,可能会使用公开招标流程而不是邀请特定技术持有者,在这种情况下,反应堆技术评估将用于筛选第3阶段的投标。
反应堆技术评估——第3阶段。为了从合格的技术持有者处获得高质量和充分响应的投标,第3阶段的反应堆技术评估的目的是协助招标和评标,并评价在竞争性投标中提出的设计方案,以对要建造的技术做出最终决定。
反应堆技术评估概述
反应堆技术评估是一种决策方法,可帮助评价和选择可用于满足国家能源需求及其核能政策目标的最合适的反应堆技术方案。在第1阶段,为了支持初步可行性研究并促进开展有意义的反应堆技术评估,反应堆技术评估团队可能需要执行一些反应堆技术评估前的步骤,特别是确定有可能满足要求的核电技术。
国家核能政策目标、限制和要求。国家核能政策目标通常基于国家能源计划;相关的国家战略;经济和融资的目标及限制;国家基础设施——现状和未来预期;当地人口和基础设施;监管和安全要求;实体安保、网络安保、实体保护和保障要求;厂址和环境条件。
建立一支称职的国家反应堆技术评估团队。该反应堆技术评估团队的作用是使用政策目标重要性的加权结构,为感兴趣的不同反应堆技术收集可信和一致的信息,以及充分理解技术和反应堆技术评估方法的组成部分和结构,以便向技术持有者提出正确的问题并获得必要的比较数据。
该反应堆技术评估团队不仅要拥有核电厂及其附属设施的设计、工程、建设和运营方面的全面专业知识,还要对燃料、燃料循环和废物管理有足够的了解。
反应堆技术评估的质量保证。在核电计划开发的任何阶段,在反应堆技术评估执行期间确保高质量的三个主要要素是:(1)明确规定核电计划的国家要求;(2)关于正在评估的反应堆技术的充分客观信息;(3)具有涵盖反应堆技术评估所有关键要素资格的反应堆技术评估团队。
文件中的细节和质量可以增强对技术、反应堆选项和技术持有者设计差异的理解,这些差异在选择、建造和运行过程中很重要。因此,一旦开始能力建设和可行性研究,建议规定文件的形式以及支持这种文件形式的质量计划。在此过程中,重要的是创建文件的组织清楚地说明每份文件的应用目的。
反应堆技术初步评估步骤
制定用户准则和要求。反应堆技术评估的目标是为了区分一种反应堆技术或设计与另一种技术或设计的不同,以确定最能实现其目标的技术或设计。
除了确保对所确定的这些政策目标进行清晰的描述之外,政策制定者还需要通过为每个目标分配相对重要性的权重来确定这些政策目标的优先级。一旦为项目定义了这些政策目标及其各自的重要性,反应堆技术评估团队就能够确定那些最能用于展示如何评价或衡量这些政策目标的技术特性。
反应堆技术评估中的方法是将支持每个策略目标的技术特征分类为关键要素和关键议题。然后使用这两个关键因素对这些分析进行评价:
——每个关键要素和关键议题对正在评价的反应堆技术应用决策者的重要性( 权重 );
——反应堆技术评估团队确定并分配给正在评价的每个反应堆技术的比较值( 分数 )。
重要性排序。核能计划执行组织或业主/运营商根据其针对技术和风险准则的客观评估建立自己的候选清单。
在下一步中,政策制定者确定最重要的候选政策目标。通常,可能会选择四到八个政策目标。然后为了与政策保持一致,必须对这些目标中的每一个分配相对的重要性或权重,并进行排序。
识别潜在技术。反应堆技术评估前的最后一步是确定有可能满足用户和技术准则的核电厂设计和技术;此步骤将输出有可能满足通用准则和政策目标的技术清单。
反应堆技术评估方法
决策方法。反应堆技术评估中的决策或选择矩阵,显示了针对关键要素和关键议题清单对核电厂的每个选项的客观或主观评估。这种简单的方法为每个关键要素/关键议题分配百分比权重,并在比较或绝对基础上为核电厂的每个选项分配分数或排名,然后将结果相加得出总分数或排名。
一个理性的决策过程以存在一个最佳结果为前提。在一组技术边界条件( 恢复性、灵活性、适应性、安全性、环境影响、安全性、可靠性、可持续性 )下,可以围绕最小化技术性能风险和最小化成本和进度风险来制定目标函数。
需要进行评估的技术选择。在开始评估可能适用的技术之前,理想情况下,所有不适用的技术都将被淘汰,并参考国家政策目标制定或采用一组用户要求。只有这样,才能使用本文中所介绍的反应堆技术评估方法或类似的方法,根据用户的准则评估潜在的合适技术。
比较相似的备选方案对反应堆技术评估很重要,例如,如果需要约1200 MWe的发电能力,这可以通过不同和等效的方式来实现,但实现它的各种备选技术可能不够相似,无法与单个反应堆技术评估进行比较。
关键要素和关键议题
反应堆技术评估方法由10个关键要素组成。它们是:1)厂址和环境(KE1);2)燃料循环(KE2);3)核安全(KE3);4)核岛设计与性能(KE4);5)电厂配套设施的设计及并入电网(KE5);6)用于发电以外目的的电厂配套设施的设计(KE6);7)保障和保护(KE7);8)技术成熟度(KE8);9)项目交付(KE9);10)经济性和融资(KE10)。
厂址与环境(KE1)。厂址与环境考虑对核电厂设计有影响的厂址特定参数,这些参数可以根据所列的8个关键要素区分所考虑的技术:1)厂址地震活动;2)气象和水文;3)水资源;4)人口;5)建造和运营的进厂道路;6)厂址规模;7)环境和辐射影响;8)其它外部事件。
燃料循环(KE2)。基于所列的9个可以区分所考虑的技术关键议题来考虑燃料循环:1)燃料材料及组成部分;2)燃料产品供应链;3)燃料组件制造;4)燃料运行经验;5)停堆换料;6)燃料的灵活性;7)适合本土的燃料制造;8)中期乏燃料贮存能力;9)长期乏燃料贮存。
核安全(KE3)。考虑核电厂运行工况、预防事故或减轻事故后果,从而保护工作人员、公众和环境免受过度辐射危害,这可以根据所列的12个关键议题区分所考虑的技术:1)纵深防御理念的实施;2)安全设计理念;3)多样性与冗余的程度;4)防止内部和外部危害;5)对丧失厂外电源的响应;6)运行限值和工况、安全分析报告、概率安全评估、运行和应急规程、严重事故管理指南等的完整性;7)确定论安全分析的结果;8)概率安全评估的结果;9)严重事故的缓解;10)影响安全的运行预期;11)燃料贮存设施的安全性;12)管理体系。
核岛设计与性能(KE4)。考虑对核电厂设计有影响的核岛设计与性能,这可以根据所列的10个关键议题区分所考虑的技术:1)电厂规模;2)电厂的可用性和容量因子;3)电厂寿期;4)标准化;5)简单化;6)可建造性;7)可运行性、可检查性、可维护性和可靠性;8)机动性;9)电厂控制和保护架构;10)辐射防护。
电厂配套设施的设计及并入电网(KE5)。考虑核电厂配套设施的设计和并入电网的平衡,这可以根据所列的6个关键议题区分所考虑的技术:1)净热效率;2)电网设计规范要求;3)防止内部和外部危害;4)主要部件的标准化;5)正常运行时对来自电网的供电要求;6)电网接受新增发电容量的能力。
用于发电以外目的的电厂配套设施的设计(KE6)。考虑核电厂的容量和与非发电生产要求的兼容性,例如工业工艺热、区域供热、制氢和/或海水淡化,这可以根据所列的8个关键议题区分所考虑的技术:1)净热效率;2)与当地使用要求的兼容性;3)防止内部和外部危害;4)主要部件的标准化;5)电力要求;6)需求跟随和贮存能力;7)最大输出能力( 热当量和质量 );8)综合能源系统。
保障和保护(KE7)。考虑保障措施以及核电厂和厂址的保护,这可以根据所列的4个关键议题区分所考虑的技术:1)设计保障;2)特殊核材料的管理;3)核电厂的实体保护;4)核电厂的网络安保措施。
技术成熟度(KE8)。在较高层次上考虑核电厂设计的技术成熟度,这可以根据所列的3个关键议题区分所考虑的技术:1)中小型反应堆或小型模块化反应堆设计的成熟度;2)设计许可和/或认证状态;3)语言。
项目交付(KE9)。根据所列的7个关键议题考虑技术持有者按规定的进度和费用交付核电厂的能力:1)业主/运营商的供货范围;2)供应商/技术持有者的问题;3)保证项目进度能力;4)技术转让和技术支持;5)项目合同选择;6)为燃料循环前端提供的服务( 新燃料供应 );7)为燃料循环后端提供的服务( 乏燃料管理 )。
经济性和融资(KE10)。考虑经济性和融资,这可以根据所列的6个关键议题区分所考虑的技术:1)资金成本;2)运行和维护成本;3)燃料成本;4)乏燃料管理成本;5)退役成本;6)融资。
本文通过国家核电计划中的反应堆技术评估、反应堆技术初步评估步骤、反应堆技术评估方法、反应堆技术评估关键要素和关键议题的介绍,给出了如何执行反应堆技术评估方法以及这项工作的过程和结果如何使国家决策能够为核电计划和实施做出有效的决定。
(作者:张庆春 系大唐集团核能专家)
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