三大核電公司攻堅(jiān)核燃料

韓舒淋

為確保全面的技術(shù)出口能力，國(guó)內(nèi)三大核電公司正將技術(shù)研發(fā)從核反應(yīng)堆拓展到核燃料組件。同核反應(yīng)堆技術(shù)的研發(fā)格局類似，核燃料技術(shù)的開(kāi)發(fā)也呈現(xiàn)出各自為政的特點(diǎn)。

中廣核彎道加速

2月17日，中廣核發(fā)布消息稱，由中廣核電力（01816.HK）自主研發(fā)的4組STEP-12核燃料組件和4組CZ鋯合金樣品管組件于2月14日正式裝入嶺澳核電站二期1號(hào)機(jī)組，隨反應(yīng)堆進(jìn)行輻照考驗(yàn)。這意味著中廣核的自主燃料組件技術(shù)研發(fā)進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用之前的最后考驗(yàn)階段，中廣核希望借此進(jìn)一步補(bǔ)足在核燃料循環(huán)前端的實(shí)力。

據(jù)中廣核研究院發(fā)布的消息介紹，核燃料組件的技術(shù)開(kāi)發(fā)分為原型組件、定型組件和先導(dǎo)組件三個(gè)階段。此次入堆的STEP-12為先導(dǎo)組件，也是商業(yè)應(yīng)用前技術(shù)研發(fā)的最后一關(guān)。由于中廣核此前并沒(méi)有生產(chǎn)核燃料的經(jīng)驗(yàn)，監(jiān)管部門(mén)對(duì)此次燃料組件入堆進(jìn)行了嚴(yán)格審查。中廣核從2013年10月成立了專項(xiàng)工作組，分別于2014年11月、2015年3月、2015年8月向核安全局呈交了三批工程報(bào)告，并于2014年12月、2015年2月、2015年4月、2015年5月向核安全局呈交了第一批、第二批審評(píng)問(wèn)題的回答、第一次審評(píng)對(duì)話會(huì)工作單回答、第二批審評(píng)問(wèn)題補(bǔ)充回答。最終，2015年11月23日，國(guó)家核安全局下文批準(zhǔn)了入堆考驗(yàn)申請(qǐng)。

中廣核表示，自主核燃料組件和樣品管組件完成輻照考驗(yàn)后，還將全面體檢，包括組件外觀檢查、包殼氧化膜厚度等眾多參數(shù)的測(cè)量，深入掌握組件輻照性能，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在中廣核內(nèi)部，具體承擔(dān)燃料技術(shù)開(kāi)發(fā)任務(wù)的是中廣核研究院，其前身為中科華核電技術(shù)研究院。早在2008年，中科華便曾提出燃料組件設(shè)計(jì)專利。2014年5月，中廣核電力股份有限公司成立，中科華被整體劃入中廣核電力。2014年12月，中廣核電力登陸港交所成功上市。

突破核電出口瓶頸

國(guó)內(nèi)目前在運(yùn)的核電站中除秦山一期核電站之外，其余商用核電站尚無(wú)自主的燃料組件技術(shù)。目前所用的組件技術(shù)均轉(zhuǎn)讓自核反應(yīng)堆技術(shù)出口國(guó)，與反應(yīng)堆技術(shù)相對(duì)應(yīng)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)讓后由國(guó)內(nèi)中核旗下的兩大核燃料基地生產(chǎn)。如在國(guó)內(nèi)建造最多的基于法國(guó)技術(shù)的二代加核電站，其核反應(yīng)堆技術(shù)由法國(guó)出口，因此核燃料組件技術(shù)也采用了法國(guó)的AFA2G/3G燃料組件技術(shù)，主要由宜賓的燃料基地生產(chǎn)。

目前這批進(jìn)口燃料組件技術(shù)制造全部實(shí)現(xiàn)了本地化，可以供國(guó)內(nèi)核電站使用，但是無(wú)法出口。因此，若無(wú)自主燃料技術(shù)，將難以真正實(shí)現(xiàn)核電技術(shù)出口。

此外，核燃料組件本身也價(jià)值不菲。一個(gè)二代加核反應(yīng)堆內(nèi)有157組燃料組件，“華龍一號(hào)”反應(yīng)堆內(nèi)有177組燃料組件，每組燃料組件達(dá)上百萬(wàn)美元。核電站投運(yùn)之后，每次換料大修時(shí)將更換約三分之一的燃料組件，目前嶺澳二期與華龍一號(hào)的設(shè)計(jì)換料周期為18個(gè)月。據(jù)此估算，一個(gè)百萬(wàn)千瓦級(jí)的核電機(jī)組，新投產(chǎn)時(shí)首爐燃料價(jià)格超過(guò)1億美元，投產(chǎn)之后平均每年燃料成本也將達(dá)到約3000萬(wàn)美元左右。

目前國(guó)內(nèi)的核燃料由中核集團(tuán)專營(yíng)，由于歷史原因，核燃料加工各個(gè)環(huán)節(jié)的工廠分布在我國(guó)的各個(gè)三線地區(qū)，從鈾礦濃縮物到生產(chǎn)出核燃料組件，需要在國(guó)內(nèi)五個(gè)省份經(jīng)過(guò)近萬(wàn)公里流轉(zhuǎn)，這使得燃料組件的生產(chǎn)環(huán)節(jié)平添制造成本。另一方面由于三線工廠的歷史遺留問(wèn)題，也增加了人力成本。這些客觀上導(dǎo)致了國(guó)內(nèi)燃料成本與售價(jià)目前高于國(guó)際平均水平。

對(duì)中廣核而言，無(wú)論是從打破出口核電技術(shù)限制考慮，還是提高核燃料的經(jīng)濟(jì)性考慮，擁有自助燃料技術(shù)都是其核燃料循環(huán)前端戰(zhàn)略的重要一環(huán)。目前在前端領(lǐng)域，中廣核已經(jīng)通過(guò)海外貿(mào)易和投資獲得了相當(dāng)數(shù)量的鈾資源保障，在燃料生產(chǎn)環(huán)節(jié)，中廣核試圖通過(guò)與天然鈾大國(guó)哈薩克斯坦合作建設(shè)組件廠實(shí)現(xiàn)海外破局，同時(shí)也始終謀求廣東地區(qū)核燃料產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目的推進(jìn)。而要打通鈾資源與自主燃料供應(yīng)之間環(huán)節(jié)，除了需要政策支持，自身?xiàng)l件中最關(guān)鍵的一環(huán)便是擁有自主的燃料技術(shù)。此次STEP-12組件入堆考驗(yàn)，是中廣核打通該環(huán)節(jié)的重要一步。

三家各自布局

如同核反應(yīng)堆的技術(shù)開(kāi)發(fā)一樣，核燃料組件技術(shù)的開(kāi)發(fā)也顯現(xiàn)出三大核電巨頭“各自為政”的特點(diǎn)。原本專營(yíng)國(guó)內(nèi)核燃料供應(yīng)的中核集團(tuán)，正面臨中廣核和國(guó)家電投的挑戰(zhàn)。

中核集團(tuán)是目前唯一的核燃料供應(yīng)商，其自主燃料技術(shù)研發(fā)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于中廣核和國(guó)家電投。中核目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)了兩代CF系列燃料組件（CF2、CF3），在1月28日中核集團(tuán)的記者見(jiàn)面會(huì)上，中核集團(tuán)新聞發(fā)言人潘建明對(duì)《財(cái)經(jīng)》記者表示，2組N36特征化組件以及4組CF3先導(dǎo)組件已經(jīng)在秦山核電廠二期工程2號(hào)機(jī)組出堆，完成了首個(gè)循環(huán)輻照考驗(yàn)。此外，CF2燃料組件已經(jīng)完成兩個(gè)循環(huán)輻照考驗(yàn)。中核表示，預(yù)計(jì)2017年將實(shí)現(xiàn)CF系列燃料組件的工業(yè)化應(yīng)用。

除開(kāi)在主流壓水堆技術(shù)的研發(fā)中領(lǐng)先之外，其他新技術(shù)堆型的燃料技術(shù)研發(fā)目前也由中核主導(dǎo)，其中包括實(shí)驗(yàn)快堆（CFER）燃料組件與高溫氣冷堆燃料組件的研發(fā)。其中高溫氣冷堆燃料元件生產(chǎn)線已經(jīng)于2015年11月基本完成了前期設(shè)備調(diào)試和工藝調(diào)試任務(wù)。

中廣核此次在消息中稱，STEP-12燃料組件不僅可用于現(xiàn)役的二代改進(jìn)型機(jī)組，也可以用于三代堆型“華龍一號(hào)”機(jī)組。而中核集團(tuán)研發(fā)的CF系列燃料組件也將用于“華龍一號(hào)”核電站。這也就意味著未來(lái)同是華龍一號(hào)機(jī)組，或許將使用不同的核燃料組件技術(shù)。

除了STEP系列燃料組件技術(shù)之外，中廣核還在其他燃料組件技術(shù)上布局，并爭(zhēng)取到國(guó)家支持。2015年10月，中廣核研究院牽頭的國(guó)家科技重大專項(xiàng)——“事故容錯(cuò)燃料關(guān)鍵技術(shù)研究”課題在深圳啟動(dòng)，該項(xiàng)目聯(lián)合了環(huán)保部安審中心、國(guó)家電投、中科院、中核等七家單位聯(lián)合申報(bào)。中廣核集團(tuán)總工程師趙華在啟動(dòng)會(huì)上發(fā)言表示，中國(guó)廣核集團(tuán)將在10年-15年內(nèi)為該項(xiàng)目擬投入企業(yè)自有資金超過(guò)20億元人民幣，確保項(xiàng)目成功。有相關(guān)業(yè)內(nèi)權(quán)威專家曾對(duì)《財(cái)經(jīng)》記者表示，中廣核能為該項(xiàng)目提供資金支持是其牽頭項(xiàng)目的重要原因。

成立較晚的國(guó)家電投在自主燃料領(lǐng)域研發(fā)的起步也相對(duì)較晚，不過(guò)作為AP1000引進(jìn)、消化再創(chuàng)新的主體，國(guó)家電投自主燃料技術(shù)的研發(fā)也已經(jīng)有初步成果。2015年12月31日，由國(guó)家電投旗下上海核工程設(shè)計(jì)研究院自主研發(fā)設(shè)計(jì)的CAP1400自主化燃料原型組件在包頭順利下線，這是上海核工院自主燃料品牌SAF的首個(gè)產(chǎn)品。如前所述，燃料組件的研發(fā)分為原型組件、定型組件和先導(dǎo)組件三個(gè)過(guò)程，目前國(guó)家電投剛剛完成第一階段，接下來(lái)將進(jìn)入整體性能試驗(yàn)階段。

面對(duì)中核集團(tuán)多年積累的技術(shù)基礎(chǔ)，中廣核與國(guó)家電投也在燃料設(shè)計(jì)技術(shù)上展開(kāi)了合作。2015年12月21日，國(guó)家電投在其中央研究院發(fā)布了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核電廠設(shè)計(jì)與安全分析軟件COSINE，該分析軟件包含核燃料設(shè)計(jì)軟件，而核燃料分析軟件由中廣核研究院和上海核工院聯(lián)合開(kāi)發(fā)，這兩家研究院正是兩大巨頭旗下進(jìn)行核燃料技術(shù)開(kāi)發(fā)的研究院。

在燃料生產(chǎn)環(huán)節(jié)，各家布局也不盡相同。中核坐擁包頭、宜賓兩大生產(chǎn)基地，為規(guī)模日漸增長(zhǎng)的核電站提供核燃料保障，同時(shí)也在布局新的核燃料生產(chǎn)基地。中核與中廣核原計(jì)劃在廣東江門(mén)合資建立核燃料產(chǎn)業(yè)園，由于遭受當(dāng)?shù)鼐用穹磳?duì)而意外擱淺。如今，中核在新的燃料產(chǎn)業(yè)園戰(zhàn)略上已經(jīng)調(diào)整為建設(shè)南北兩個(gè)核燃料產(chǎn)業(yè)園，其北方產(chǎn)業(yè)園定在河北滄州，已經(jīng)開(kāi)展部分前期工作。

而南方產(chǎn)業(yè)園則是計(jì)劃與中廣核合資的核燃料產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目，在江門(mén)項(xiàng)目擱淺之后，仍然進(jìn)展緩慢，目前仍處于廠址比選階段。預(yù)計(jì)廠址還會(huì)選在廣東沿海地區(qū)。

中廣核一方面寄希望于廣東的核燃料產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目有所突破。另一方面，也在海外通過(guò)與哈薩克斯坦合作希望從海外破局。2015年12月，中廣核與哈薩克斯坦國(guó)家原子能公司簽署商業(yè)協(xié)議，計(jì)劃與哈原工合作，在哈薩克斯坦設(shè)計(jì)建設(shè)核燃料組件加工廠。

國(guó)家電投目前與中核旗下的包頭燃料生產(chǎn)基地合作。作為引進(jìn)AP1000技術(shù)的主體，國(guó)家電投也將引進(jìn)西屋的燃料組件技術(shù)。其引進(jìn)模式將參考此前二代加技術(shù)引進(jìn)的模式，未來(lái)除了首爐料由西屋供應(yīng)之外，后續(xù)燃料將在國(guó)內(nèi)制造。具體對(duì)AP1000而言，其燃料生產(chǎn)線設(shè)在包頭，國(guó)家電投擁有該生產(chǎn)線35%的股份。而在CAP1400燃料組件的研發(fā)設(shè)計(jì)上，國(guó)家電投也正與包頭基地合作研發(fā)。