自世界第一個商業(yè)化核反應堆1956年在英格蘭賽拉菲爾德投入使用后,數以百計的核電站應運而生。根據美國核能研究所(NEI)的數據,截至到 2010年8月,全球共有441個發(fā)電核反應堆,分布在29個國家。世界核協(xié)會的資料顯示,另有15個國家的59個核電站正在興建之中,這些反應堆及未來將開發(fā)的反應堆都需要復雜的技術標準和合格評定程序作為框架,而這種框架不僅適用于管理核電站的設計,還可確保核電站安全可靠運行。
傳統(tǒng)規(guī)劃下標準存差異
在許多行業(yè),提高機械設備現有部件的使用壽命均比更換新部件更經濟,核電行業(yè)也是一樣。在美國,核管理委員會(NRC)按照《原子能法案》可將一項商業(yè)反應堆的許可在40年期限的基礎上再延長20年。根據NRC的說法,當初選用40年作為許可期限是出于經濟因素和反壟斷方面的考慮,而非由于技術上的限制。目前,104個核電站中,已有80個申請將運行許可期限延長20年。
延長核電站的使用壽命,從成本/效益角度來看很有意義。同時,這種做法也使檢驗和維護在核電站運行過程中顯得尤為關鍵,并且有必要采用歷時幾代的標準。然而,由于基本標準在某種意義上視設計不同而定,而且這些標準的高度監(jiān)管性質需要法律支撐,所以制訂統(tǒng)一的全球標準框架一直沒有受到監(jiān)管機構戰(zhàn)略的重視。所以,各種標準化方法一直存在著差異。
在美國,對包括沸水堆(BWR)和壓水堆(PWR)的現有堆型,很多標準都由美國機械工程師學會(ASME)會同地方行業(yè)(包括承包商、監(jiān)管機構和材料與組件供應商)共同制訂的。但法國決定創(chuàng)立一套單獨的體系來編撰核規(guī)范,并于1980年成立了AFCEN(法國核島設備設計和建造規(guī)則協(xié)會),負責制訂獨立于 ASME流程的標準。與ASME規(guī)范相類似,AFCEN的RCC-M規(guī)范用于監(jiān)管PWR核島機械組件的設計和概念,AFCEN的RSE-M規(guī)范則用于監(jiān)管 PWR核島機械組件的在役檢查規(guī)則。
同樣,日本機械工程師學會(JSME)和韓國電力工業(yè)規(guī)范(KEPIC)也分別為制訂了相關標準。
全球框架加強合作
鑒于越來越多的國家尋求將核電納入其能源范疇及組件供應商期待參與多元市場的競爭,了解基本標準的發(fā)展動態(tài)已成為實現低成本發(fā)展的關鍵。
經濟合作與發(fā)展組織(OECD)核能局原子能委員會(NEA)已認識到國際合作的需求,設立了多國設計評價計劃(MDEP),并于2006年召開了第一次會議。目前,有10個國家的核能監(jiān)管機構加入了這一計劃,其中包括經合組織核能機構(NEA)七個成員國:加拿大、芬蘭、法國、日本、韓國、英國和美國,另外還有中國、俄羅斯和南非。
貫穿MDEP工作的主導理念是,國家監(jiān)管機構利用主管機關來負責所有發(fā)放許可和監(jiān)管方面的決策。 MDEP的主要目標是加強合作,建立基準監(jiān)管規(guī)范來提高反應堆新設計的安全性。由于審核過程是所有國家發(fā)放許可的必經一步,因此加強監(jiān)管機構之間的合作,將利于提高監(jiān)管設計審核的效力和效率。
同時,MDEP還成立了“規(guī)范和標準工作小組”,其任務是找出規(guī)范和標準之間的共同點和不同點,并與標準開發(fā)組織共同促進組件設計領域監(jiān)管實踐的融合。MDEP在2010年6月發(fā)布的2009年度報告中,宣布了該工作組在比較1級壓力容器標準方面取得的重大進展,包括材料、設計、制造、檢查、測試、過壓保護以及總體要求。起初,工作重點是壓力容器規(guī)范要求,后來帶動了數據庫的開發(fā),該數據庫用于識別 ASME規(guī)范與韓國、日本以及法國規(guī)范之間的相同之處和不同之處。項目中計劃采用ASME規(guī)范作為比較基準(因為被比較的規(guī)范是建立在ASME規(guī)范基礎之上的)。
另外,年度報告比較后的主要結論為:目前情況來看,在壓力邊界規(guī)范的各個領域都徹底采用國際統(tǒng)一標準不大可行,因為核電站設計的范圍及現有的特定國家建設慣例、監(jiān)管要求以及采納流程方面均存在很大差異。該報告指出,要想進一步擴展工作范圍以便將2、3級容器、管道、泵和閥門包括在內,取決于第1、2階段的成功,取決于將規(guī)范和標準的統(tǒng)一工作擴大到壓力邊界組件以外領域所做的努力。報告最后表明,規(guī)范和標準工作小組可能會探索新的監(jiān)管方案,允許在新反應堆的審批中采用國外規(guī)范。
ASME如何應對核能發(fā)展
ASME最近新成立了一些組織,旨在解決電廠老化以及新建電廠預期的問題,其中一個就是核電站老化管理特別工作組,此工作具體任務包括了解核電站老化管理和長期運營的技術、經濟和監(jiān)管等各個方面的情況,對第XI卷規(guī)范的修訂進行審核、提出建議或起草規(guī)則與要求。而“新建電站行業(yè)實踐小組”則負責考慮新反應堆的設計,并根據設計、材料、檢驗、可獲得性或文件要求,來確定所需要的技術領域/問題或變更。聯合小組將利用掌握的知識對第III卷(建造)和第XI卷(檢驗)的規(guī)范進行適當修訂。
2008年,ASME與美國核學會(ANS)聯合發(fā)布了“核動力設備用1級/大型早期釋放頻率概率風險評估標準”標準。目前正與美國混凝土協(xié)會(ACI)就復合混凝土和鋼質反應堆容器、安全殼、儲罐以及組件支撐結構(包括石墨芯支撐)方面展開進一步合作。
在標準制訂方面,ANS也發(fā)布了大量新標準和修訂標準,如ANS-3.5-2009“操作人員訓練和檢驗用核電廠模擬裝置”、ANS-15.11-2009“研究反應堆設施輻射的防護”、ANS-8.27-2008“LWR燃料燃耗效益”。
合格評定及人才培養(yǎng)
在確保核電廠(以及基礎組件)的安全性和可靠性方面,標準化固然重要,但合格評定(即通過一套程序來驗證組件或過程符合規(guī)定標準)也舉足輕重。方法之一就是通過第三方檢查的形式來檢驗供應商的運營。
但是,標準本身在很大程度上屬于技術貿易語言,而流暢的語言應用是核電廠設計、建造和運營的重要組成部分。隨著核工業(yè)發(fā)展的趨勢,許多標準開發(fā)機構認識到了開發(fā)正確應用標準技能的重要性,并將培訓作為其業(yè)務的組成部分。同時,信息技術的進步以及其在全球的廣泛傳播,使得這些機構可以方便地通過互聯網提供培訓,在大大降低成本的同時提高了整體實用性。
標準和監(jiān)管體系的融合(像MDEP中設想的那樣)究竟能達到何種程度,尚不確定。在全球經濟背景下,要更多地依賴于已經擁有或尋求建立核電計劃的國家的政治舉措和財政狀況。但是,曾經一段時間的行業(yè)低迷,會使核能利用工作抓住機遇開展最大程度的合作,發(fā)掘最大潛能。