非能动先进核电厂AP1000
来源：中国能源报
AP1000，顾名思义，就是一种“先进的（A）、非能动（P）”核电厂，电功率约为1000MWe。
20世纪80年代，美国西屋公司开始了电功率为600MWe的AP600型压水堆设计工作。该项目从一开始，就制定了以下战略开发目标：充分采用非能动系统设计和固有安全特性，尽量降低风险，提高安全性，加快执照审批过程；尽量降低比造价，力争每千瓦造价与现有压水堆核电厂相当；采用模块化和标准化技术，缩短施工周期，确保建造进度；采用工程上成熟的堆芯和部件设计，提高可靠性；尽量简化系统，改进电厂可利用率，降低职业辐射剂量。
为了适应电力用户日益增长的电网规模，提高经济性方面的竞争力，在AP600的基础上又启动了AP1000的开发工作。AP1000的设计以AP600获得的许可证为基础，保留了AP600的设计结构，充分利用成熟设备，反应堆主要部件的容量有所增大。AP1000于2005年12月30日获得了美国核管会颁发的设计证书。
AP1000的安全性
衡量核电安全性有两个重要的指标，一个是发生反应堆堆芯熔化的概率，一个是发生大量放射性逸出厂区以致需要采取临时应急措施的概率。我国核安全局发表的政策声明《新建核电厂设计中几个重要安全问题的技术政策》中，提出新建核电厂运行的安全目标是：堆芯熔化概率为10-5/堆年；大量放射性释放概率为10-6/堆年。AP1000预测的堆芯熔化概率为5×10-7/堆年，大量放射性释放概率为6×10-8/堆年，比法规目标还安全一个量级以上。
AP1000的经济性
AP1000由于简化了安全系统配置，采用模块化的设计与建造技术等，使得建设造价降低，提高了燃料的燃耗深度，延长了换料周期和设计寿命等，使燃料费用和运行费用降低。首批4台依托项目机组平均的建造比投资低于2000$/kW。从第5台开始，由我方自主设计和建造，每台机组造价的比投资可减少300~400$/kW。从第9台开始，由于国产化和批量化的效应，每台机组造价的比投资还可减少，可以达到1500$/kW左右的水平。AP1000的发电成本具有更大的潜在竞争力，其全寿期的经济性更具优势。
AP1000的技术成熟性
AP1000反应堆、冷却剂系统和非能动安全系统的技术成熟性为AP1000核电厂的技术成熟性奠定了基础。AP1000的反应堆设计基于314型反应堆，而314型反应堆已经具有二十年以上的运行经验。AP1000核电厂反应堆冷却剂系统和设备如蒸汽发生器、稳压器等，都是在已有的运行实践基础上选用或改进设计的，包括备受关注的屏蔽电机泵，其供应商也已为军方和石化行业提供了约1500台屏蔽电机泵，并创造了服役40余年免维修和免在役检查的佳绩。AP1000非能动安全系统的功能成熟性已历经试验验证，通过了核安全部门的审评；非能动安全系统设备和部件经过大量工程验证，也是成熟技术。
AP1000设计最大的特色是采用了非能动安全系统。非能动，就是利用自然界物质固有的规律来保障安全，即不需要泵、交流电源、应急柴油机等外界能动动力驱动，而是利用物质的重力、惯性以及流体的自然对流、扩散、蒸发、冷凝等原理，在事故应急时冷却反应堆厂房（安全壳）并带走堆芯余热。
按这种思路的设计，既简化了系统、减少了设备和部件，又大大提高了安全性。AP1000核电厂较传统二代核电厂的阀门减少50％，水泵减少35％，安全级管道减少80％，抗震建构筑减少45％，电缆减少70％，厂房建筑和设备配置也都大幅减少。因而在建造时能够缩短工期，节约成本，在核电厂正常运行期间能够减少试验、检查和维护的工作量。在事故条件下，甚至失去交流电源后72小时以内无需操纵员动作，可以保持堆芯的冷却和安全壳的完整性。
大显身手“非能动”
AP1000非能动安全系统包括应急堆芯冷却系统、安全注入系统、自动降压系统、非能动余热排出系统和非能动安全壳冷却系统等。
以非能动安全壳冷却系统为例，系统利用钢制安全壳壳体作为一个传热表面，事故条件下安全壳内的蒸汽在安全壳内表面冷凝，然后通过导热将热量传递到钢壳体。受热的钢壳体外表面通过对流、辐射等，被安全壳外壁自然循环的空气和水膜带走热量。位于安全壳屏蔽构筑物顶部的“大水箱”，能够通过重力自动对安全壳壳体实施外部喷淋冷却，并形成水膜，大水箱可以连续3天喷淋并重新补水。
又比如，AP1000的反应堆安装在由混凝土屏蔽墙和绝热层组成的堆腔内。在万一发生反应堆堆芯熔化的严重事故时，反应堆压力容器壁被堆芯熔融物加热而急剧升温。此时，设置在安全壳内的换料水箱靠重力自动地向堆腔注水，水经压力容器外壁和绝热层之间的流道向上流动，冷却压力容器外壁，通过自然循环将热量带走，使压力容器不被熔穿，从而使堆芯熔融物保持在压力容器内。
此外，AP1000的安全壳裂变产物去除系统、主控室可居留系统、消防系统等也都采用了非能动理念。
举一反三“非能动”
非能动并不神秘。事实上，非能动作为一种技术手段，从人类尝试利用核能之初即被应用。靠重力使控制棒下落而停堆、主泵惰转技术、止回阀技术等一项项非能动技术的应用解决了核电厂中的某一具体问题或替代了某一具体设备。而AP1000将非能动作为一种理念加以系统应用，成为保证核电安全性不可或缺的手段。
非能动的应用不止于核电领域。例如在油气储运中，采用非能动控制系统实现管道流体输送的调节与控制，不需外设动力源和能动设备，能够适应沙漠、河流、海洋、森林、冰雪等恶劣的自然条件。可以预见，非能动反映了技术探索过程中简单、可靠、节约、本质的需要，必将在核电和其他领域得到更为广泛的应用。
（作者系核科学与技术专业博士 刘志弢）