《加快提升三代核电经济性和市场竞争力》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2020-10-29
  • 9月2日,国务院常务会议核准了采用“华龙一号”三代核电技术的海南昌江二期、浙江三澳一期两个核电项目,为核电发展注入了新的信心和动力。围绕“华龙一号”新项目核准的意义、我国核电发展主要成绩、当前核电发展面临的机遇与挑战、“十四五”核电发展目标及建议等话题,本文展开了调研。
    “华龙一号”进入批量化建设阶段
    积极稳妥推进核电项目建设,是扩大有效投资、增强能源支撑、减少温室气体排放的重要举措。综合多位业内人士观点,此次核准这两个项目具有多方面意义。
    其一,说明“华龙一号”进入批量化建设阶段。目前国内6台、国外2台“华龙一号”机组正在顺利建设中,还有2台核电机组已核准待建,“华龙一号”首堆福清核电5号机组预计今年年底并网发电,现在又核准4台“华龙一号”核电机组,这说明我国具有完全自主知识产权的三代核电技术“华龙一号”进入批量化建设阶段,对保障我国能源安全和核能产业链持续健康稳定发展具有十分重要的作用。
    其二,拉动内需,带动就业,促进经济发展。粗略计算,一个2台百万千瓦级机组的核电项目投资大约为400亿元人民币,年发电收入近100亿元人民币。海南昌江二期、浙江三澳一期两个项目4台机组,有效总投资超过700亿元,可以有效拉动内需,带动大量就业,促进地方经济发展,是实现“六稳”的重要举措。
    其三,利于推动我国“华龙一号”走向国际市场。两个核电项目采用中国具有完全自主知识产权的三代核电技术“华龙一号”,国产化率已达到85%以上,并在首堆基础上进行了设计优化和工程验证,设计和建设经验得到反馈,这将巩固和提高我国三代核电技术的比较优势,更加有效推动我国“华龙一号”走向国际市场。
    已形成每年8~10台套主设备国产化制造产能
    经过几十年的发展,截至2020年6月底,我国大陆在运核电机组已达47台,分布在浙江、福建、广东等8个省18个核电厂中,总装机容量达到4870万千瓦,位居世界第三。在建14台,总装机容量1550万千瓦,位居世界第一。已核准待开工核电机组2台,装机容量241万千瓦。今年9月份,海南、浙江两核电项目4台机组核准,田湾核电站5号机组建成投运。2019年我国核电发电量占全国发电量的4.88%,低于世界10%的平均占比水平。
    目前,我国已建成了秦山、大亚湾等13个核电基地,自我国第一座核电站发电以来,47台机组累计运行383堆年,没有发生2级以上核事故,核电安全总体水平位居国际先进行列。具备了核电自主创新和自主设计能力,实现了核电技术由“二代”向“三代”的跨越,实现了与世界同行并跑,具有完全自主知识产权的三代技术“华龙一号”及国家重大专项“国和一号”;形成了每年8~10台套核电主设备的国产化制造产能;具有同时建造30多台核电机组的工程施工能力。建立了较为完整、自主的核燃料循环产业链,核燃料生产与供应能力满足核电发展的需要。已完成初可研阶段的核电厂址总规划容量约4亿千瓦左右。总体看,我国核电发展取得了巨大成绩。
    核电经济性面临更高要求
    9月22日,中国宣布二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。这为我国核电发展提供了更好的政策环境,意味着我国未来能源发展必须加快向清洁低碳转型,核电在我国能源体系中的地位将更加突出。
    这主要基于核电具有以下优势:一是环保方面,核电不产生二氧化硫和氮氧化物等有害气体,不排放二氧化碳,放射性气体液体均控制在国家标准允许水平以下,具有可再生能源的清洁低碳属性。二是核电具有运行稳定、可靠、换料周期长等特点,适于承担电网的基本负荷及必要的负荷跟踪,是目前唯一可大规模替代化石能源的基荷并具备一定负荷跟踪能力的电源。三是天然铀能量密度大,易于储存,具有准国内资源属性,有助于提高我国的能源安全保障水平。四是核能还可在清洁供暖、海洋开发、空间探索、海岛及特殊偏远地区供电、海水淡化及工业供汽等诸多综合应用领域发挥重要作用。
    当然,我国核能产业还存在发展不平衡不充分、自主创新能力有待提升、法规标准有待完善、产业发展不稳定、公众沟通有待加强等问题。
    需特别强调的是,核电面临的市场竞争更加激烈。一方面,风、光等可再生能源的发电成本正持续降低,而近10年来,由于产业升级、安全性要求提高等诸多因素,我国新建三代核电机组的发电成本却升高了。另一方面,核电参与电力市场化交易的电量占比正在提高,交易电价有不同程度降低,而且核电机组参与调峰,存在导致机组运行可靠性降低的风险,还会造成核燃料的浪费,增加放射性废物的产生和处理量。2019年,全国核电累计上网电量3263.24亿千瓦时,其中市场交易电量1076亿千瓦时,上网电量市场化比例约33%,较2018年提高约8个百分点。这对核电经济性提出更高要求。
    正积极推动我国自主核电技术出海
    近年来,我国核电“走出去”东风劲吹,目前取得诸多积极进展,但除出口到巴基斯坦的6个核电机组,目前我国还没有出口核电机组到其他国家。
    接下来,我国将积极推动自主核电技术出海。中核集团稳步推进巴基斯坦C-5项目、阿根廷压水堆核电项目、约旦高温气冷堆项目合作。中国广核集团稳步推进“华龙一号”海外认证:在英国的通用设计审查(GDA)认证工作第三阶段进展顺利,即将开展第四阶段工作;欧洲用户要求认证(EUR)第三阶段主要工作基本完成,多国技术认证(MDEP)启动相关工作。国家电投集团与意大利安萨尔多能源集团签署合作谅解备忘录,推动第三方核电市场开发、研发设计及工程建设领域务实合作。华能集团以高温气冷堆示范工程为依托,向泰国、阿尔及利亚等国展示技术特点和优势。此外,我国核电企业在哈萨克斯坦、阿联酋、孟加拉国、斯洛文尼亚、泰国等国的核电项目前期工作取得新进展,技术推介、人员培训等领域交流持续扩大。
    “十四五”推动三代核电在市场竞争中形成比较优势
    2020年2月底,中国核能行业协会向国家发展改革委呈报了《关于统筹推进新时代核能产业高质量发展的有关建议》的报告。报告显示,“十四五”核电发展总体目标是核电大国向核电强国迈进取得重要进展。
    核电装机目标和经济性指标上,到2025年,核电在运规模达到7000万千瓦以上,约占全国总装机容量的3%,比目前提高0.5个百分点左右;核电发电量约占全国发电量的6%,提高1个百分点左右;在建规模接近4000万千瓦。批量化建设的三代核电每千瓦建成价15000元左右,核电上网标杆电价在0.40元/千瓦时左右,具有市场竞争的比较优势。
    先进核能科技创新上,20万千瓦高温堆、60万千瓦快堆示范工程相继建成并实现满功率运行,开展商业化推广工程深度优化设计工作;掌握小型模块化核能供热堆、海上浮动堆等关键技术和工程化设计技术,建设相关示范工程。
    核电装备制造上,攻克核电领域“卡脖子”技术,全面实现核电关键设备的自主研发、设计和制造;核电成套装备供应具有全球竞争力。
    法律法规与标准体系完善上,原子能法、核损害赔偿法、核电管理条例、乏燃料管理条例等一批法律法规发布,基本形成我国三代核电技术的标准体系。
    为此,报告建议:一是推进先进核电安全高效可持续发展。稳定建设节奏,优化布局,加强厂址开发与保护,开展核能多用途推广应用。二是促进核能全产业链关键技术及装备创新发展。三是建立稳定的天然铀供应保障体系。四是优化核燃料加工产业布局、完善产业政策。五是推进核燃料循环后段产业体系建设与能力布局。六是加强核安全保障、管理与监管。七是完善核能法律法规体系,为核电发展营造良好的政策与发展环境。大力提升核电经济性。
    在中国核能行业协会秘书长张廷克看来,从核电企业自身来讲,唯有增强市场主体意识,降低工程造价、降低运行维护成本,提升核电项目经济性与市场竞争力才能实现可持续发展。从政策层面,要充分考虑核电机组不宜频繁、深度、长期参与负荷调节的特点,让核电适度有序参与电力市场竞争。明确核电按基本负荷方式运行,保障核电带基荷满发,7000小时以上的电量可参与电力市场竞争,执行市场化电价。同时,结合我国电力体制改革进程,进一步完善核电定价机制。

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    • 全球核电出口与经济增长整体上呈正相关,经济增长为核电出口提供了资金保障,同时核电出口与两国关系、核电政策、融资条件等密切相关。 核电属于技术密集和资金密集型项目,投入高、产出高、风险也高,比较而言其总体开发成本较高。但核电一旦成功投入运营,其稳定的电力输出、较低的运维成本也将带来持续、稳定、可观的收益。 发展核电,不仅需要强大的核工业基础、专业的监管运营队伍,更需要有力的国家财力支持,成功的核电建设运行也会促进项目所在国工业水平提升和经济发展。经济实力和投融资能力是推动核能发展的关键因素之一。从已开工和建成的项目反馈来看,国际核电项目有赖于进口国的经济状况、政府支持力度,并与出口国的融资政策和融资条件息息相关。而这些影响因素又取决于进出口国经济发展水平和经济运行情况。 借鉴全球核电出口影响分析,业内人士建议从以下几个方面做好相关工作。 1、定位目标国 核电出口不单纯是市场行为,它受两国关系、核电政策和经济条件的影响比较明显,因此要重点关注这些因素,精准定位出口目标国。 首先要筛选地缘政治稳定、关系友好的国家清单,作为潜在核电出口合作的目标,为将存续百年的核电投资、建设、运行和维护选择一个良好的国家间合作环境。其次,根据是否制定积极核电发展计划作为条件再次缩小目标清单,筛选出拟合作国家,分析其工业和电网条件,抓住需求积极推进。第三,评估目标清单中国家经济实力和经济发展趋势,区别对待,经济实力较强的国家作为重点开发市场,经济发展水平落后的国家作为长期跟踪市场。 2、提高经济性 当前世界经济增长乏力,而核电站建设成本持续上涨,新建核电的资金筹措和不断升高的平准化电价已成为核电发展的主要屏障。如英国HinkleyPointC核电项目,项目总成本已从2010年的195亿英镑(合240亿美元)攀升至215亿英镑(合265亿美元)-225亿英镑(合278亿美元),HinkleyPointC项目差价合约(CFD)价格在2012年被确定为92.50英镑/MWh(合114美元/MWh),而英国的风电价格在2019年9月20日仅为40英镑/MWh(合49美元/MWh)。如此大的电价差距,使得手握先进机型的核电站供应商,在合作谈判中往往因为买方筹资困难、成本太高、电价不能承受而遭挫折。 正如中国工程院院士叶奇蓁所说,“核电企业需加快适应进一步开放竞争的电力市场的新要求,从技术改造更新、降低造价、提高安全运行能力等各方面积极采取应对措施。同时,三代核电批量化、规模化建设,将推动其经济性持续提升。” 3、创新核电项目投融资方式 2008年金融危机以来,中国成为世界经济增长的新引擎,中国投融资能力进一步增强。从核电出口所需资金体量看,中国金融机构资金充足,能够很好地支撑核电“走出去”需求,但目前中资银行提供的商业贷款成本普遍偏高,成为制约我国核电参与世界竞争的一个因素。未来可考虑通过设立海外投融资平台,发行海外债权或联合世界合作伙伴投资等方式,获取低成本资金。此外还可参考其他海外工程的投融资模式,创新海外核电工程投融资模式和渠道。
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    • NC-Link(数控机床互联通讯协议标准)的研发应用已进入第5个年头。2016年5月23日,国家工信部发布开展“智能制造综合标准化与新模式应用项目”,数控机床互联通讯协议标准联盟启动项目“数控机床互联通讯协议标准与试验验证”,正式开始了NC-Link的研发。 智能制造的核心技术之一是CPS(Cyber-Physical Systems,信息物理系统),实现CPS的关键核心技术之一是数控装备的互联互通,为实现数控装备互联互通,标准至关重要。数控机床互联通讯协议标准联盟由中国机床工具工业协会牵头,组织数控行业15家企事业单位、研究机构与高校(发起单位)于2016年5月在武汉成立。旨在整合行业内优势企业和研究机构的技术资源,围绕智能制造的需求,制定具有国际先进水平的数控机床互联通讯协议标准。 经过几年的努力,进行了20余次标准内容修订和10余次技术架构调整。截至目前,NC-Link标准初步形成并在多个智能工厂进行应用验证。 一、标准试验验证平台应用情况 标准试验验证平台的核心包括NC-Link代理器、数控装备及适配器、华中数控云平台、验证软件NC-Link Test、NC-Link开放平台用户管理系统。 平台首先在项目组单位进行了应用,连接了广州数控智能加工单元、科德数控智能加工单元、沈机i5数控智能加工单元、西门子数控智能加工单元。 随后在生产线和智能工厂进行了应用,主要包括华工激光板金自动化激光切割生产线、普什宁江FMS63柔性制造系统智能生产线、华大电机智能生产线,以及嘉泰多种数控系统混合的智能工厂。 应用系统领域的应用包括兰光MES应用系统和华中数控的云平台。 目前,本项目的标准(草案)已经通过了国家标准化管理委员会国标立项,并在联盟单位内和相关行业内企业中进行推广。目前已应用本标准的企业和单位包括: (1)NC-Link与智能云科iSESOL平台对接,为机床提供远程运维服务。 (2)大连鑫豪机械有限公司:使用NC-Link采集机床信息,用于远程监控机床项目,实现无人管理的功能。 (3)泉州佳润新材料科技有限公司:使用NC-Link进行车间生产管理。 (4)华大电机股份有限公司:使用NC-Link进行产线控制。 (5)宝鸡机床集团有限公司:使用NC-Link进行信息采集,实现机床状态监控、报警分析、效率分析、生产管理和远程运维。 (6)格力电器(芜湖)有限公司:使用NC-Link进行设备互联,用于激光加工生产。 (7)陕西航天时代导航设备有限公司:使用NC-Link采集机床信息,用于设备监控。 二、标准在国家重大工程和重点项目的应用情况 1.“便携式电子产品结构模组精密加工智能制造新模式”项目 华中数控与苏州胜利精密制造科技股份有限公司合作建设的“便携式电子产品结构模组精密加工智能制造新模式”项目是中国制造2025智能制造示范专项。本项目综合应用自主可控智能装备,打造便携式电子产品结构模组精密加工智能制造车间(如图1所示),使用NC-Link协议原型实现了数控机床实时大数据采集功能,建成了由200台套国产高速高精钻攻中心、106台套工业机器人、10台AGV小车、20条自动输送线、立体智能仓库、在线视觉检测装备、自动化清洗与包装线、中央生产调度控制室以及3D CAPP、PLM、MES、ERP、云数控等工业软件组成的智能化、数字化车间。基于NC-Link标准协议及高速高精加工云服务平台,远程进行数据采集监控,监控诊断,大数据存储、分析、可视化,以及可集成智能应用,生产控制中心软件提供报表组件数﹥20,图表类型﹥20种,支持移动端展示,平均响应时间﹤5秒。提供报表组件数﹥20,图表类型﹥20种,支持移动端展示,平均响应时间<5秒。实现远程实时监测故障或异常状态的发生,在做出故障提示的同时自动给出对应的诊断维修方法指导。有效提高了公司的生产效率,满足产品加工效果,加工效率提升25%以上。本项目于2019年初通过了江苏省工业和信息化厅组织的现场验收,验收结论如图2所示。 图1 苏州胜利精密智能制造车间 图2 项目验收结论 2. “华中9型-新一代智能型数控系统研究开发及应用验证”项目 在国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项“华中9型-新一代智能型数控系统研究开发及应用验证”项目中采用了NC-Link技术进行数据传递。如图3所示。 图3 基于NC-Link的数据采集 具体应用情况如下: 为了进行数据采集和命令下发,NC-Link定义了一个机床定义模型,机床定义模型是一个抽象和具有扩展性的模型,对每一种接入网络平台的数控机床和现场设备根据机床定义模型,生成一个实例化的具体设备描述文件,该文件描述设备的结构和属性,并把实例化的模型保存在本地。 NC-Link采用三层架构即由适配器(Adapter)、代理器(Agent)和客户应用(Client)组成。项目实现了统一的代理服务,代理服务作为中间层在适配器和应用之间传递数据。 项目针对网络平台中每一种数控机床和设备实现一个特定的适配器(软件插件或者硬件),适配器的主要功能是从数控系统或者设备中采集数据或者把控制命令下发到数控系统或现场设备。适配器将把自己接口在代理器上注册,同时代理还将实现一个应用接口。 代理和适配器以及应用都需要在注册服务器上进行注册,在进行数据传递前,适配器需要把自己所代表的数控机床或者设备的实例化机床或者设备模型传送到代理器上。 在进行数据采集时,适配器周期性地根据自己的模型结构把需要采集的批量数据通过自己的注册接口传递到代理器,代理器把数据缓存在自己的存储设备上。网络化平台或者云平台将根据代理提供的接口服务去获取代理上缓存的数据,然后应用将利用网络平台获取自己所需的数据。当应用需要下发命令时,首先把命令发送的网络平台,在传递到代理,代理直接把命令通过适配器提供的接口传递到指定的适配器,由适配器转发到特定的设备或数控系统。应用也可以不通过网络化平台直接和代理器交换数据。 通过以上过程就可以达到网络化平台内设备之间的互联互通。 三、项目成果应用所取得的经济和社会效益 1. 经济效益 本项目以“数控机床互联通讯协议联盟”为依托,联盟成员单位包含数控系统厂商、数控机床厂商及高校和科研机构等。目前,本项目制定的标准(草案)正在联盟单位内和相关行业内企业中进行推广,涉及领域包括国内机床制造、汽车零部件加工、3C加工等,应用1000余台套。 团体标准和国家标准颁布实施,标准的应用领域范围将进一步扩展。数控装备已形成了庞大的产业规模,产品配套完善。随着中国智能制造的推进,需求量也将逐年递增,应用领域日益广泛,应用前景十分可观。预计联盟成员单位国内销售的数控系统平均按10万台/年,2万元/台计算,实现的经济效益可至20亿元。另外,标准应用后,初步估计能够节省人工、维修、备件、坯料消耗、停机损失等成本30%以上。 2. 社会效益 项目对推动我国数控行业的自主可控,打破国外的垄断有积极意义。美国制造技术协会和德国机床工业协会都已进行了沟通和联系,希望加强技术交流,也希望我们的标准能够兼容他们的标准MTConnect和OPC UA。 本项目的标准(草案)已通过国家标准化管理委员会国标立项和中国机床工具工业协会团标立项,全社会可共享标准成果。 标准成果对使用企业所在地的经济发展起到了促进作用。以本项目的验证单位嘉泰为例:嘉泰数控科技股份公司已成为泉州市智能制造示范工程建设的首选示范单位,泉州市政府明确了基于该项目,建立应用国产智能数控装备的智能制造示范车间的目标和任务,泉州市政府将从资金、金融、土地、人才、子女入学、用电保障等多方面,出台综合性政策用于支持企业进行智能制造示范车间的建设。通过本项目在泉州的实施,可以推进地方的政策模式,可起到很好的示范作用。本项目在成套技术解决方案推广方面具有独特的优势,嘉泰数控作为智能装备的生产商,在实施本项目中,就可以着手布局由本项目成果形成的非金属结构件减材加工的智能化生产车间的成套技术推广,克服一般终端使用企业在成果推广中无形的商业障碍。 从成套技术推广的便利性考虑,本项目的模式对国家智能制造的推动具有很好的示范作用。以i5为例,本项目的成果已经作为沈机智能产品拓展的一个重要方向,在数控机床上应用了NC-Link协议,不仅方便了机床研发企业开发通用的机床通讯接口等,降低企业开发费用,同时,也便于向用户进行推广,降低用户的使用维护费用。NC-Link协议将为提升数控装备行业整体竞争力发挥重要作用。 四、标准对提升数控行业技术创新能力(市场竞争力)的作用 数控行业智能制造的未来将实现数字双胞胎、CPS等功能,为此需要采用人工智能、大数据、互联网、物联网、云计算等技术。 上述这些技术实际上都是建立在装备互联的基础之上的,本项目标准属于智能制造的基础技术领域。为了实现数字双胞胎和CPS等功能,需要采集不同数控装备的毫秒甚至微秒级的大数据,需要双向数据传递,本标准的实施将会使得各个企业之间的数据壁垒被打破,应用系统(包括未来的数字双胞胎)可以方便、高效地访问各种不同类别的数控装备。 本次提出的标准能够实现数控装备(包括机器人、测量仪器、传感器)等系统的工业互联互通和提升使用效能,从而解决多种数控系统并存的异构系统的工业联网难题,降低信息化实施成本,能够为中国智能制造提供强有力的支撑。解决多种设备并存的复杂系统的工业联网难题,降低生产线组线难度;解决数控机床与企业信息化软件(CAX、MES、ERP、CAPP、PDM等)互联互通的问题。 因此,采用本项目标准的企业将会具有更好的创新和市场能力。目前已经有很多企业意识到本项目标准的重要性,主动要求在自己的产品中兼容NC-Link标准,除了项目单位外,还包括智能云科、宝鸡机床、广州中国科学院工业技术研究院等传统机械制造领域企业,此外,包括华为、联想等ICT企业也参加到标准的技术验证、推广应用的行列。 五、标准的宣传推广情况 近年来,为不断扩大NC-Link标准的应用范围,中国机床工具工业协会组织相关企业开展了一系列的宣传推广活动。在2017和2019年北京机床展(CIMT)、2018上海机床展(CCMT)、2018东京机床展(JIMTOF)、2019德国汉诺威机床展(EMO)上,分别对NC-Link进行了宣传,举办了5次国内技术学习交流会和宣贯会,与德国机床工业协会和美国制造技术协会共进行了5次技术交流。这些活动取得了良好的效果。 当前,受新冠疫情的负面影响,制造业企业普遍受到很大冲击,一方面企业正常经营活动遭遇障碍,但另一方面企业对于装备自动化、智能化,以及设备的互联互通的功能需求明显加大,这也为NC-Link标准的推广应用奠定了良好的发展基础。 广大机床工具行业企业应顺应这一市场需求,积极主动参与到NC-Link标准的应用推广活动中,不断提升自身装备的互联互通和智能化水平,在竞争中求得不断发展和壮大。