在全球就加快能源結構綠色低碳轉型達成普遍共識,且近期俄烏沖突導致國際市場能源價格大幅波動的大背景下,世界各國都把保障能源安全和獨立放在能源工作的首要位置,發展核電成為更多國家的重要選項,全球核能發展由日本福島核事故后的徘徊期進入預期穩定上升的發展期。
目前,全球具有較完整核電出口能力及經驗的國家為俄羅斯、美國、法國、日本、韓國、加拿大和中國。
俄羅斯核電發展及其三代核電技術
自1951年開始建造世界上第一座核電站(奧布寧斯克核電站),70多年來俄羅斯一共建設了約50臺核電機組(不含原蘇聯其他聯邦國家),目前37臺在役、3臺在建、10臺永久關閉。俄羅斯在役核電機組裝機容量約29GWe,核能發電占總發電量的18%左右。
俄羅斯核電行業呈現完全壟斷和“政企合一”特征,所有核資產均由一家國企俄羅斯國家原子能公司(Rosatom)掌控。俄羅斯在核技術上獨樹一幟,目前正傾力打造以壓水堆、快堆、浮動堆和空間核動力為代表的核反應堆技術。
目前,俄力推的第三代核電技術VVER1200機型是在原來的AES-91和AES-92基礎上改進而成,采用能動加非能動的安全設計,額定功率利用因子達92%,已獲得EUR認證和IAEA安全審查,首堆工程(俄羅斯Novovo-ronezh 2-1)于2008年6月開工建設,2016年5月首次并網發電。目前中國(田灣7、8和徐大堡3、4號機組)、土耳其和印度已簽訂引進此機型的合同。后續升級技術為VVER-TOI(AES2010,三代+),目前已獲NRC認證。
俄羅斯將核工業出口上升到國家戰略地位,舉全國之力支持本國核電發展與對外出口。上世紀60~80年代,其以VVER堆型為主向東歐、南歐原社會主義國家和芬蘭等國出口約30臺核電機組,自90年代末期至今,在烏克蘭、伊朗、中國和印度四國建設完成約10臺核電機組,目前在中國、白俄羅斯、埃及、印度、孟加拉和土耳其均有VVER機組在建,占據國際核電市場一大半份額,但隨著俄烏沖突升級,其海外市場開拓受到一定影響。
美國核電發展及其三代核電技術
美國自1955年開始建造國內第一座核電站(Ship-pingport)至今,68年間共開工建設了135臺核電機組,目前在運93臺、在建1臺、永久關閉41臺,是全球已建和在運核電機組均第一的國家。美國在役核電機組裝機容量約96GWe,核能發電占總發電量的19%左右。
美國既是核能大國,也是核電技術強國,其境內所有核電機組均采用本國核電公司的技術。目前美國國內能提供完整核電技術的公司僅有西屋電氣和通用電氣兩家,其分別是商用壓水堆和沸水堆技術的鼻祖。
目前美國第三代核電技術以西屋公司AP1000和通用公司的ABWR為代表。
AP1000機型由美國西屋電氣公司在AP600機組上改進而成,采用非能動安全設計理念,目前已獲NRC、EUR和GDA認證,首堆工程(中國三門核電1號機組)于2009年4月開工建設,2018年6月首次并網發電。2013年美國本土開工建設的三里島事故后34年來的首批四臺機組均采用此機型,其中兩臺V.C.Summer 2和3由于經濟原因于2019年3月終止建設。2017年,西屋公司由于美國國內AP-1000項目嚴重超預算導致公司資不抵債,申請破產保護。前幾年,西屋電氣公司在白俄羅斯、英國等多個出口項目中均競爭落敗,但最近幾年在烏克蘭、波蘭和羅馬尼亞等原俄羅斯優勢區域國家的核電招標中取得較好成績。
ABWR機型由美國通用電氣與日本日立成立合資公司在原二代BWR機型基礎上改進而成,之前已獲美國NRC認證,但未更新(NCR認證要求每15年更新一次),其最新研發的ESABWR三代加核電技術現已獲得美國NRC的設計認證。ABWR首堆工程(日本KashiwazakiKariwa 6)于1992年11月開工建設,1996年1月首次并網運行。日本國內多臺核電機組采用此機型,但2011年福島核事故后,全球再未開工建設一臺沸水堆核電機組。
法國核電發展及其三代核電技術
法國自1955年開始建造國內第一座核電站至今,64年間共開工建設了71臺核電機組,目前在運56臺、在建1臺、永久關閉14臺。法國在役核電機組裝機容量約61GWe,核能發電占總發電量長期保持在70%以上,是全球核能發電占比最高的國家。
法國在前期核電開發過程中建設過壓水堆、氣冷堆、快堆和重水慢化氣冷堆等多種堆型,1974年政策調整后,除了1976年開工建設過一臺快堆(超級鳳凰堆,現已永久關閉)外,只開工建設過壓水堆機組。目前法國主要核電產業(包括核電研發、設計、建設和運營)基本由法國電力(EDF)一家公司掌控。
上世紀末之前,法國壓水堆技術共出口至比利時、南非、伊朗(后由于政治原因取消)、韓國和中國(大亞灣和嶺澳一期)約15臺機組。近年來開工建設的EPR機組為第三代核電技術代表,基于法馬通(現屬于EDF)的N4和西門子公司的Konvoi兩種設計開發而成,設計壽期60年,單臺機組功率達1650MWe,采用四環路、四列安全設施和雙層安全殼,于2004年獲得法國設計認可,目前已取得EUR和GDA設計認證。全球前兩臺機組分別于2005年8月在芬蘭Olkiluoto3(2022年3月并網發電)和2007年12月在法國Flamanville 3核電站(建設中)開始建設。采用同一機型的我國臺山核電1號機組于2009年11月開工建設,2018年6月實現首次并網發電。近年有4臺EPR機組出口英國(其中兩臺在建),與我國的中廣核集團成立合資公司共同建設。
日本核電發展及其三代核電技術
自上世紀50年代,日本在美國的幫助下重啟核技術研究和1960開工建設第一座核電站起,至2011年發生福島核事故前,50年間日本共建設了62座核反應堆。自1986年至2010年長達25年間,日本核電發電量占比保持在25%~34%之間。
日本在核電技術提供和關鍵設備供應方面均處于全球領先水平,國內的核電三巨頭東芝、日立和三菱既具有很強的核電設備設計制造能力,也通過控股(比如東芝控股美國的西屋電氣)或與其他公司合資成立核電公司(比如日立與通用合資開發ABWR,三菱與AREVA合資開發Atmea-1)的方式,具備較強的核電機型開發和出口能力。另外,日本還擁有JSWJCFC、神戶制鋼所、日立制鋼所等代表世界一流技術水平的鑄鍛件生產企業。面對福島事故后本國核電行業萎縮形成的產能過剩,日本非常重視核電產業的出口,日本首相出訪國外時,常將核能合作作為重要議題之一,近些年分別與土耳其、立陶宛、印度、越南等國達成核電開發意向,但截至到目前并未有實際核電項目落地。近年其出口戰略有所調整,從推銷整個核電產業鏈更多轉向日本核電裝備出口。
韓國核電發展及其三代核電技術
韓國1972年引進美國西屋公司壓水堆技術開始建造國內第一臺核電機組,至今共開工建設了約30臺機組,其中在運25 臺,裝機容量約24GWe,核能發電占總發電量約28%,在建核電機組3臺,均為APR1400堆型。近年來韓國核電廠的平均負荷因子達96.5%以上,處于世界領先水平。
韓國核電技術路線相對單一,已開工建設的30臺核電機組中26臺為壓水堆,4臺為加壓重水堆(從加拿大引進的Candu機型))。目前在運的21臺壓水堆中,7臺從美國的西屋公司引進(包括2臺原ABB-CE公司設計的System 80機型)、2臺從法國的法馬通(現已并入EDF)引進,其余12臺分別為自主設計的OPR1000(10臺)和APR-1400(2臺)機型。另有4臺機組處于建設中,均為APR1400機型。
韓國電力資產和技術在1961年~2001年間均由一家國有企業韓國電力公司(KEPCO)掌控,之后其發電資產進行了分拆,核能發電資產全部裝入韓國水力和核電公司(KHNP),電力輸送和分配仍由KEPCO壟斷,并保留工程設計能力(由其下屬子公司韓國電力工程公司KEPCO E&C掌握)。
韓國自上世紀80年代中期推行核電站的標準化設計,選擇美國Syetem80機型的核蒸汽供應系統作為設計基礎,進一步研制出System80+機型,并在此基礎上開發三代壓水堆機型APR1400。APR1400于2019年5月份獲得美國NRC設計認證,首堆工程(韓國Shin Kori3)于2008年10月開工建設,2016年1月首次并網運行。
根據韓國《原子能法》,原子能委員會是核能最高決策機構,由韓國總理擔任主席,建立以總理為核心的政府領導“走出去”戰略決策系統。韓產業通商資源部2022年8月18日宣布“核電出口戰略推進委員會”成立。韓國將中東、北非及拉美等地作為主要目標國推介其OPR1000和APR1400技術。2009年,APR1400成功出口阿聯酋,贏得4臺APR1400核電機組的設計建設合同,合同總額達400億美元;2010年3月,韓國又與土耳其簽署了兩座核電站建設協議;此后,與羅馬尼亞簽署重水堆建設合同,與摩洛哥合作 OPR1000項目,與加拿大合作APR1400項目。2015年,韓國與沙特達成協議,建設兩座韓國自主開發的SMART核反應堆。韓國的核電技術出口目標國家還包括印尼、越南、羅馬尼亞、泰國、芬蘭等。2022年8月,韓國水力和電核電公司與俄羅斯國家原子能集團公司簽訂總價值22.5億美元的合同,為擬建4臺VVER1200機組的埃及首座核電廠埃爾達巴提供常規島相關設備和服務。這是韓國自2009年以來最大的核電技術出口項目。
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