西屋准备在十年内实现首座小堆100%模块化

来源:中国核科技信息与经济研究院2017-01-12 

内容描述

 西屋公司(Westinghouse)副总裁兼英国和中东地区业务主管Mick Gornall 2016年10月18日在英国小堆峰会上表示,西屋正在利用其模块化建造和设计审批方面的经验,缩短其小型模块化反应堆(SMR)设计的开发时间,提高竞争力,并实现100%模块化。

 英国政府2016年夏启动小堆竞标参加者的咨询,预计未来几个月将公布小堆发展路线图。在发布路线图前,政府对小堆的部署进行了技术经济评估,包括研究各种设计的技术成熟度。

 Gornall表示,西屋的一体化小型压水堆设计拥有最高的技术成熟度,且可能最早于本世纪20年代中期在英国部署首座小堆。这与英国政府到2025年关闭所有未采取减排措施的燃煤发电厂的计划相符。

 西屋小堆电厂将由225 MWe反应堆模块组成,采用非能动安全特性以及许多与AP 1000大型反应堆设备类似的设备。这种小堆设计已尽可能简化,因此能够利用模块化施工流程并优化成本。

 Gornall表示,西屋小堆在市场上将“非常具有竞争力”。这主要是因为这种小堆采用了一体化设计并拥有“恰当的尺寸”,可以取代即将关闭的化石燃料电厂。

 他说:“我们从一开始就努力优化可制造性,并在厂址方面减少对基础设施的要求,这将使我们具备市场竞争力。”

                                                        表1 全球小堆需求预测(如果在经济性方面能与大堆竞争)

  

 2025年

 2035年

 美国

 7.5 GWe

 15 GWe

 俄罗斯

 5 GWe

 10 GWe

 中国

 2.5 GWe

 15 GWe

 情景A国家*

 0 GWe

 5 GWe

 其他国家

 5 GWe

 20 GWe

 英国

 0~1.5 GWe

 7 ~21 GWe

 总计

 2021.5 GWe

 70 GWe/85 GWe

 *情景A国家代表“利基”市场,虽然小堆电厂的经济性与大型电厂相比不具备竞争力,但这种市场不适于建设大堆电厂。

 来源:英国国家核实验室报告《小型模块堆可行性研究》(2014年)。

 模块化收益

 小堆开发商预测,小堆能够从模块化制造过程的大量制造和快速部署中获得巨大收益。

 Gornall表示,西屋已经在8台AP 1000机组(美国和中国各4台)在建项目中使用模块化施工技术,从中获取的经验将有利于优化小堆项目。

 他说:“AP 1000的模块化程度低于50%;对于小堆,我们的目标是实现100%模块化。”

 为了实现这一目标,西屋推出了适用于墙壁、地板和设备制造的全套式钢复合板、全套式超级模块以及诸如设备、罐、阀门和电气、一体化管道和电气电缆的机械模块以及可以直接使用的预制建筑模块。

 安永会计师事务所(EY)能源顾问Miranda Kirschel在峰会上表示,大堆核电厂项目的学习率较低,通常为1%~3%,而可再生能源技术的学习率约为10%。但小堆将在此方面有所改善。作为英国政府小堆技术经济评估的一部分,安永最近完成了英国小堆部署的经济性影响研究。

 Kirschel表示,小堆较高的学习率取决于对模块化的承诺、标准化设计能力和全球客户渠道。

 Gornall表示,西屋已经提高在建AP 1000项目的模块化建设效率。传递给小堆的经验和知识将支持模块制造和工程改进,从而增强设备的可制造性和可建设性,进而推动向客户交付的确定性。

 他说:“我们从AP 1000项目获得的反馈是,我们的学习速度非常快——后续反应堆的建设进度实际上已超过第一座反应堆,因为我们在后续建设项目中运用了从首个项目中获得的经验。”

 工厂计划

 Gornall表示,西屋计划在英国工厂中进行模块制造,然后将其运往现场,在现场组装成大型模块,并在现场安装。

 他说:“我们为该工厂制定了制造和组装计划,并将通过我们最近委托给英国核先进制造研究中心(NuclearAMRC)的项目对该计划进行改进。”

 西屋正与核能先进制造研究中心联合开展一项先进制造研究,以提高设计效率并缩短施工周期。最近的工作还涉及Cammell Laird公司,该公司在设计、制造和运输大型复杂模块方面有着丰富的经验。

 他说:“我们目前正在研究增材制造或3D打印、先进建模技术、机器和工厂自动化以及热等静压等专项技术。”

 安永的Kirschel表示,先进制造技术支出在小堆造价中所占份额相对较低,最大幅的费用降低将发生在焊接自动化、先进锻造、快速主体计量、高能密度焊接、激光熔覆和高强度铸造。

 尽早将建筑信息模型(BIM)用于简化设计和建造工作,能够显著降低相关支出。BIM是 21世纪兴起的一项新技术,被认为是全球建筑行业的变革性理念和里程碑技术。此外,英国选址规定也会对小堆的经济性产生影响。

 设计审批

 西屋预计AP 1000在英国的通用设计评估(GDA)将于2017年3月完成。该公司认为其大堆设计在美国和英国接受审批的经验有助于加快小堆的审批过程。

 英国核监管办公室(ONR)估计,大堆的通用设计评估会持续约五年时间。但西屋预计其小堆设计的评估过程会快得多。

 事实上,虽然能源技术研究所(ETI)最近的一份报告估计小堆的通用设计评估也需要约五年时间,但参与竞标的小堆开发商纽斯凯尔公司(NuScale)却仅为此预留了四年时间。

 Gornall说,西屋自2008年以来一直与英国核监管办公室在AP 1000的通用设计评估方面进行合作,小堆设计方法对英国现有的任何审批要求均不构成挑战。小堆的许多系统如仪控系统与AP 1000相同。尽管配置不同,但两者非能动安全特性的功能也相同。

 他说:“对我们来说,这不是第一次尝试……,我们打算利用英国核监管办公室在总体上熟悉压水堆特别是西屋设计来尽量缩短审批时间。”

 最终奖赏

 英国和其他国家的小堆开发商已经与英国供应商建立了多年的合作关系,开发商正在等待政府公布部署时间表。政府对快速部署的偏好可能有利于一体化压水堆设计,但是对知识产权的偏好会有利于非一体化压水堆设计。

 阿特金斯(Atkins)工程咨询公司的项目总监Richard Beake在峰会上说:“实际上政府有两条路可走:如果想要更快见效,可以走一体化压水堆路线,如果想要寻求另一种不同的结果,则可以走非一体化压水堆路线。”

 作为政府技术经济评估的一部分,阿特金斯研究了来自全球14个供应商的15种反应堆设计的技术成熟度,包括一体化压水堆、高温气冷堆(HTGR)、铅冷快堆(LFR)、熔盐堆(MSR)和钠冷快堆(SFR)。

 Beake说:“就英国而言,非一体化压水堆设计还在进一步开发,因此英国有更多的机会参与这些设计,但代价是风险更高,不确定性更大,而且时间会更长。”

 小堆开发商正在敦促政府迅速实施其部署计划,以便英国可以占据小堆技术出口商的领先地位。

 安永的小堆经济性影响研究发现,英国单独使用一种小堆设计比使用多种设计更具成本效益,而且仅英国市场不足以实现部署小堆的真正经济效益。

 Gornall说,英国现在真正有机会建立一个可持续的小堆产业。

 他说:“市场就在那里,这是一个有限的市场,第一个进入者会具有真正的优势。”(核信息院 伍浩松 译 张焰 校)

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