「科普」EPR、AP1000、CPR1000都有什麼區別?

EPR

EPR是目前國際上最新型反應堆(法國N4和德國近期建設的Konvoi反應堆)的基礎上開發的,吸取了核電站運行三十多年的經驗。具有更高的經濟和技術性能:降低發電成本,充分利用核燃料(UO2或MOX),減少長壽廢物的產量,運行更加靈活,檢修更加便利,大量降低運行和檢修人員的放射性劑量。

「科普」EPR、AP1000、CPR1000都有什麼區別?

EPR的電功率約為1600兆瓦,具有大規模電網的地區適於建設這種大容量機組,另外,人口密度大、場址少的地區也適於採用大容量機組。

EPR可使用各類壓水堆燃料:低富集鈾燃料(5%)、循環複用的燃料(源於後處理的再富集鈾,或源於後處理的鈈鈾氧化物燃料MOX)。EPR堆芯可全部使用MOX燃料裝料。這樣,一方面可實現穩定及減少鈈存量的目標,同時也可降低廢物的產量;EPR的技術壽期為60年,目前在運行的反應堆的技術壽期為40年。由於設備方面的改進,EPR運行40年無需更換重型設備。

主要參數熱功率 4250/4500 MW

電功率1500-1600 MW

效率 36%

一回路數4

燃料組件數241

燃耗>60 GWj/t

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經濟性

發電成本低,比N4系列反應堆低10%,原因有:功率大(約1600兆瓦),建設週期短,建設至商運57月,燃料的利用率高,在發電量相同的條件下,EPR將減少使用15%的鈾。

安全性

加強防範可能損壞堆芯的事件,緩解堆芯熔化的放射性影響兩方面的要求,具有更高的安全性。

1. 加強防範損壞堆芯的事件

通過設計簡單化、功能多樣化和冗餘系統確保安全功能。自動化水平更加先進:EPR配置四個同樣的安全系統,具有非正常狀態下冷卻堆芯的功能。每個系統都能完全獨立發揮其安全功效。這四個系統分別設在四個廠房,實行嚴格的外部事件(地震)造成某一系統失靈時,另一系統代替有故障系統行使安全職能,實現反應堆安全停堆。這些結構性的安全系統將把在役壓水堆極低的堆芯破損概率再降低一個10次方。

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2. 安全殼具有非常高的密封性

如果萬一發生堆芯損壞事件,將對居民和環境採取防禦性保護措施,使他們不受影響。

EPR的密封水平是國際上唯一的,反應堆廠房非常牢固,混凝土底座厚達6米,安全殼為雙層,內殼為預應力混凝土結構,外殼鋼筋混凝土結構,厚度都是1.3米。2.6米厚的安全殼可抵禦墜機等外部侵襲。

即使發生概率極低的熔堆事故,壓力殼被熔穿,熔化的堆芯逸出壓力殼,熔融物仍封隔在專門的區域內冷卻。這一專門區域的內壁使用了耐特高溫保護材料,能夠保證混凝底板的密封性能。EPR的熔堆事故影響嚴格限制在反應堆安全殼內,核電站周邊的居民、土壤和含水層都受到保護。

3. 降低運行和檢修人員的輻照劑量

EPR運行和檢修人員的輻射防護工作將進一步加強:集體劑量目標確定為0.4人希弗特/堆年,與目前經濟合作與發展組織國家核電站的平均劑量(1人希弗特/堆年)相比,將降低一倍以上。

目前法國核電站檢修人員的集體劑量水平約合人均劑量5毫希弗特/年(5mSv)。換言之,法國核電站工作人員的平均劑量等同於法國天然放射性當量。

環保性

EPR的堆芯設計有利於提高燃料的利用率,減少鈾的使用量,降低鈈和長壽命廢物的產量;有利於控制和降低鈈的儲量;由於EPR的技術壽期將達到60年,在生產同等電力的情況下,EPR退役後的最終廢物數量將減少;利用核能有利於儲備本世紀中葉將逐漸枯竭的化石燃料。

AP1000

AP1000是西屋公司開發的一種雙環路1000MW的壓水堆核電機組,其主要特點有:採用非能動的安全系統,安全相關係統和部件大幅減少、具有競爭力的發電成本、60年的設計壽命、數字化儀空室、容量因子高、易於建造(工廠製造和現場建造同步進行)等,其設計與性能特點滿足用戶要求文件(URD)的要求。

「科普」EPR、AP1000、CPR1000都有什麼區別?

AP1000基本上保留了AP600核島底座的尺寸,但也作了適當的設計改進以提升AP1000的先進性和競爭力:增加堆芯長度和燃料組件的數目;加大核蒸汽供應系統主要部件的尺寸;適當增加反應堆壓力殼的高度;採用△125的蒸汽發生器;採用大型密封反應堆主泵(裝備有變速調節器);採用大型的穩壓器;增加安全殼的高度;增加某些非能動安全系統部件的容量;增加汽輪機島的尺寸和容量等。

主要參數電廠設計壽命60年反應堆熱功率2400MWt

設計地震烈度(地面加速度)0.3g電廠效率(淨)32.7%

電廠輸出電功率(毛)1200MWe電廠可利用率93%

電廠輸出電功率(淨)1117MWe堆芯熔化頻率5.08*107l/ry

核蒸汽供應系統功率3415MWt大量早期釋放頻率5.94*108l/ry

經濟性

AP1000安全系統採用非能動的理念,安全系統配置簡化、安全支持系統減少、安全級設備和抗震廠房減少、IE級應急柴油機系統和很多能動設備被取消,以及大宗材料需求明顯降低。AP1000的安全系統及其設備數量得到大量的減少,例如AP1000的安全級泵和閥門分別為6臺(包括4臺主泵)和599臺,EPR則為88臺和7000臺。再加上模塊化設計簡化、系統設置簡化、工藝佈置簡化、施工量簡化、工期縮短以及運行方便、維修簡單等一系列效應。從長遠觀點來看,AP1000不僅使安全性能得到顯著提高,而且費用和長期運行費用也等到明顯降低,在經濟上也具有較強的競爭力。這種優勢在批量建造若干臺(譬如8至10臺)後AP1000核電機組將會越來越明顯。

安全性

AP1000主要特點為事故運行簡化,因此大大降低人因錯誤。在發生事故後,至少在72小時內,操作員不必採取手動動作;在72小時以外,僅需要操縱員簡單的動作和少量的廠外援助;在嚴重事故情況下,安全殼特性滿足廠外放射性劑量限值的要求,至少72小時內,不需要廠外應急援助;在72小時以外,僅需少量的廠外援助。

CPR1000

CPR1000是以中國廣東核電集團從法國引進的百萬千瓦極核電機組基礎,結合技術改進形成的中國大型商用壓水堆技術方案。其設計自主化、設備本地化、建設自主化、運行自主化水平最高且以國內運行業績最佳,成為參考基礎的技術方案。

CPR1000是一個先進、成熟、安全、經濟的,可以自主批量建設的“二代加”主力堆型。正在建設的嶺澳核電站二期1號機組為CPR1000技術方案的首臺機組,遼寧紅沿河核電站一期工程四臺機組採用CPR1000技術方案。

主要參數DNBR裕量 >15%機組可用率≥87%

一回路壓力15.5MP一回路溫度T入/T出 292.4℃/329.8℃

機組額定功率 1080 MWe燃料組件 157組全M5的AFA3G組件

壓力容器設計壽命60年平均線功率密度 186 W/cm

活性區高度 3.66m換料週期 18月

堆容器內徑/高度 3.99m/12.99m電廠熱循環效率 36%

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經濟性

採用半速汽輪發電機組,提高機組效率,繼而提升電價競爭力,半速機組的供貨商選擇範圍較大,可以形成多家廠商競爭的局面。

首爐堆芯即採用18個月換料方案,減少了換料大修次數,降低大修成本,提高電站可利用率,增加年發電量。

工程建造採用可視化進步控制,直接在三維模型上顯示施工進步的進展和狀態,檢驗施工順序和方案,展示進度和計劃的差異,為施工計劃的安排和優化提供支持和服務。

三維輔助設計,系統三維佈置校驗,檢驗接口是否自恰,三維空間佈置核驗,設置最佳路徑,縮短大修工期。

「科普」EPR、AP1000、CPR1000都有什麼區別?

實現4個自主化,同時由於設計的標準化、自主化,並且相對於參考電站改動較小,完全可以實現設計複用。

設備基本實現本地化。如果小批量建設,考慮到設計利用以及批量採購,單位造價可低於1300美元/千瓦,國產化成熟並批量化後爭取實現1萬元人民幣/千瓦。

安全性

CPR1000以大亞灣核電站和嶺澳核電站一期為參考基礎,考慮標準化設計、批量化製造和規模化建設。CPR1000符合核電科技發展規律,可與第三代核電技術平穩過渡銜接。

「科普」EPR、AP1000、CPR1000都有什麼區別?

CPR1000採用縱深防禦的策略,採取事故預防和事故緩解措施。制定嚴重事故對策,採用合理、平衡的安全設計,進一步接近第三代概率安全目標。

在嶺澳核電站二期基礎上進一步完善數字化儀控技術,有助於提高電廠安全性,事故處理規程由事故定向轉為狀態定向,減輕操作員負擔,降低人因失誤,有利於處理多重事故,有利於與嚴重事故處理規程接口。

堆坑注水技術,有利於防止或延遲RPV熔穿防止堆芯熔融物與混凝土反應防止安全殼底板熔穿,抑制安全殼內氫的產生量,安全殼保持安好的概率提高。

低洩漏設計,減少了對壓力容器的中子輻照。

小結

綜上,EPR、AP1000、CPR1000各自有自己的特點,AP1000主要採用非能動性設計理念,增大固有能動性,利用自然特性,穩定性較高,人工操作誤差降低;EPR是利用增加冗餘性來提高安全性,增加安全系統的數量,這需要精準的操作;CPR1000採用縱深防禦的策略,事故預防和事故緩解措施,即預防為主。

而從經濟性上比較,AP1000安全系統採用非能動的理念,安全系統配置簡化、安全支持系統減少、安全級設備和抗震廠房減少、IE級應急柴油機系統和很多能動設備被取消,以及大宗材料需求明顯降低。而EPR是通過增加安全系統冗餘席和系統配置來提高安全性,使得費用增加;但由於單機容量大,廠址利用率高,提高了它的經濟性。CPR1000基本實現了設計自主化,同時由於電站改動較小,完全可以實現並且設計複用。再加上設備基本實現本地化,小批量生產,能進一步降低造價。

因此,AP1000通過非能動理念來減低造價,EPR優勢在於功率大,效率高,CPR1000在於實現了自主化與設備本地化。


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