核电机组中非能动技术的应用和发展

核电机组中非能动技术的应用和发展

刘伟陈樊王彬

（山东核电有限公司265100）

摘要：近代工业数百年的发展历程，各类技术日新月异的飞速发展，给人类的生活带来了无限的便利，同时随着工业个体逐渐庞大起来，安全性在每个企业中的占比也逐步升高，特别是核电企业，安全就是企业的生命线，脱离了安全的核电企业也就是一副失去了灵魂的躯壳。经历了近40年来核电史三大核事故之后，核安全被上升到一个顶级的高度，而在此过程中，非能动安全技术也应运而生，它让安全脱离了对电能的高度依赖，在机组发生故障时，能依靠诸如重力、自然对流、蓄压势能等自然现象来实现安全系统的功能。当前正在我国建设的三代核电AP1000、EPR技术均使用了大量非能动安全系统，本文简单阐述了非能动技术的发展历史，同时深入探讨了核电机组之中的非能动技术的应用和发展。

关键词：核电机组；非能动技术；AP1000

非能动技术做为现代工业先进技术之一，利用诸如重力、自然对流等自然现象实现其预定的功能，现在正在建设的诸如AP1000，EPR等先进的三代核电机组更是把非能动技术摆到一个前所未有的高度，它摆脱了事故情况下对电源的依赖，具有很高的固有安全性。然而，三代核电机组虽然设计上较二代机组先进很多，安全性从理论分析上也高了一个数量级，但当前三代机组还没有一台正式商运，很多理论分析也待实践验证，因此，后续还需要技术人员根据机组运行和实验数据深入分析其特点，使得非能动的技术的应用能够越来越广泛、越来越完善。

1.非能动的技术发展历史

1.1第一个阶段

非能动的概念虽然由核电工业首先提出，但实际上其很早就存在于各种其它工业企业中，如：火力发电中的自然循环锅炉，就是利用了非能动技术中水和水蒸气的密度差在管道中循环而无需其它动力，而水电站更是利用抽水蓄能，利用上游蓄水的势能进行发电。虽然诸如自然循环锅炉、水电站等都没有标注其非能动技术，实际上在发电过程中也已经利用了非能动的技术。

1.2第二个阶段

核电企业对于非能动技术的利用让世界有了一个全新的非能动技术的概念，因为核能发电和非核能发电的原理不同，导致出现事故时不能像其它传统能源发电一样立即停止热量的产生，所以在反应堆停运后必须有一套完整的余热排出系统来保证反应堆的安全，最初的核电站设计都是利用能动系统来完成此功能，但是在极端事故下，能动系统均有可能因为各方面的原因失效，所以非能动的概念也就应运而生，逐渐在各个电站设计中出现[1]。

1.3第三个阶段

随着2011年日本福岛核事故的发生，全世界核电企业将非能动安全系统的重要性又提高了几个档次，我们在想尽各种办法提高能动系统可靠性的同时，也在对非能动系统进行着不懈的研究，而现在非能动技术的引领者主要是西屋公司设计的AP1000机组，它设计的非能动堆芯注入系统、非能动余热排出系统和非能动安全壳冷却系统、非能动消氢系统等理念非常先进，在电站发生地震、海啸等极端事故时可以维持机组72小时无需干预而实现其固有安全功能，保证核电站三道安全屏障的完整性。其它如法国的EPR、中国自主设计的CAP1400机组中，非能动技术也逐步取代传统的能动安全系统，将反应堆的安全性大幅度提高。

2.核电机组中的非能动技术应用

2.1非能动的技术概念提出前的应用

非能动技术的诞生和研究实际上很早就出现了，甚至在现代工业出现之前就已经有了非能动技术的应用，甚至可以说，在人们还没意识到非能动技术时，它就已经得到了一定程度的应用。但彼时非能动技术的应用还比较少，层次也较低，还没形成一个体系，直到核电企业因几次核事故后，对核电站安全性开始孜孜不倦的追求之时，非能动的概念才逐渐发展并壮大起来，当前三代核电站的安全性对于非能动技术的依赖性也越来越高[2]。

2.2非能动的技术正式进入市场时的应用

非能动技术正式进入市场应该是从美国的AP600机组开始的，而国内核电行业对于该技术的广泛接触是从引进西屋公司的AP1000技术开始的，AP1000是西屋在AP600的基础上，经过了15年的完善开发出来的，大量的先进非能动设计让所有核电从业者眼前一亮。

随着国家对清洁能源的高度重视，核电也迎来了一个高速发展的机遇，虽然2011年日本福岛核事故让中国对核电的发展更加谨慎，但能源结构的改善离不开核电的发展，而核电的特殊性又必须把安全性摆在不可置疑的首位，所以先进的非能动技术在中国也得到了飞速的发展，我国在AP1000基础上自行研制具有自主知识产权的CAP1400技术也大量运用了非能动安全技术。

2.3非能动的技术广泛应用分析

伴随着核电技术的不断成熟和发展，随着三代核电技术的登台，非能动技术的应用也越来越广泛，现今国内部分高校已经成立了与非能动技术相关的研究小组，该技术的研究前景很值得期待，但也需要众多从业人员孜孜不倦的努力，才能转化为成熟的工业应用[3]。

当前AP1000首批三门和海阳核电站已经进入了装料和商运前的最后冲刺阶段，很多非能动安全系统的实验均已完成，效果良好，期待在后续机组营运过程中发现问题，解决问题，让核电机组的非能动技术越来越先进，越来越成熟是每一个核电从业者的期望，也相信非能动技术在核电机组的市场应用前景会越来越广泛。

3.非能动技术的未来发展趋势

3.1非能动技术发展当前制约因素

非能动技术虽然已广泛应用于核电机组之中，并且得到空前重视，然而，在实际的应用中，依然有诸多问题需要解决。就目前而言，主要问题为可靠性和实际验证。

可靠性是非能动技术深入发展的保障，因为非能动技术主要是依赖于自然力而产生的，整个过程还存在诸多不确定性，特别是实际机组中各种复杂的工况很难在设计中完全体现，同时很多“美丽”的设计暂时还未得到实际验证。由于物力过程的失效与部件的失效是非能动的技术自身可靠性的主要研究部分，通过研究物力过程的失效与部件失效的主要原因，加以改进，可以保证非能动技术与核电技术共同发展。

3.2国内非能动技术的发展趋势

当前国内核电机组的非能动技术的研究主要体现在CAP1400技术中，该技术已被国家列为压水堆重大专项示范工程，虽然它是在AP1000基础上改进设计而成，而且依然有很多设计并未固化，但它依然是我国三代核电技术自主创新的标志，也是我国三代核电技术创新发展不可或缺的试验、验证平台，对于非能动技术而言，更是该技术在国内发展的一个显著的风向标。

CAP1400示范工程开工已指日可待，但非能动技术的发展在国内才刚刚起步，正所谓是任重而道远，但有CAP1400这么好的一个实验平台，有国家的高度重视和大力投入，有诸多务实求进的科研人员的不懈努力，该技术在国内一定能得到很快的发展，研究成果也会逐步体现在实际核电机组运用中。

4.结语

总之，非能动的技术发展属于能源工业特别是核电工业的发展必须，科学发展和使用非能动的技术，可以推动核电技术的革新和发展，尤其对于核电安全性而言更是一个颠覆性的创新。国内应对非能动的技术在核电安全领域的运用进行专项研究，提升非能动技术运行的可靠性，同时交叉研究非能动的技术和能动技术，确保各种非能动技术效应能充分发挥，体现出能动与非能动技术的交叉与综合作用，继而推动核电工业的发展与进步。

参考文献

[1]王大威,李少沛,唐秋月.三代非能动压水堆核电机组安全壳内氢气控制[J].山东工业技术,2015,23(16):73.

[2]刘耀华,周婷.非能动技术在核电机组中的应用和发展[J].科技风,2015,17(09):117.

[3]蔡国杰,李若鲲,姚树密等.核电机组非能动技术的应用及其发展[J].科技视界,2016,21(13):149-149.