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未来我国核电安全目标发展取向的思考

发布日期:  [2012-03-09]

摘 要:How safety is safety enough?核电厂对公众和环境的风险应该维持在什么程度才是可接受的?本文介绍了核电安全目标设定的历史沿革及国内外核电安全目标的选取,分析了我国 核电安全现状、面临的形势,对核安全规划中提出的核电安全目标可行性从技术、经济、社会的角度进行了讨论。

关键词:核电安全目标;发展取向;思考。

1前言

“安全”和“风险”是相对应的。最理想和最终的安全目标意味着零风险和绝对安全,除此之外的安全目标都是在最终安全目标的框架下,在向绝对安全无限接近过程中,基于人们对风险的理解和认识,根据社会、经济、技术发展水平而设定的、具体的、期望通过努力可达的一种安全状态。
随着对核能认识的日渐加深,人们意识到核事故可能会对人员和环境产生严重危害,对核安全问题日益关注。美国三哩岛、前苏联切尔诺贝利和日本福岛核事故等重 大核事故的发生更是将人们对核安全的关注提到了前所未有的高度。然而,How safety is safety enough?作为核能产业中最重要的一环,核电厂对公众和环境的风险应该维持在什么程度才是可接受的?本文介绍了核电安全目标发展的历史沿革及国内外核 电安全目标的选取,分析了我国核电安全现状、面临的形势,对核安全规划中提出的核电安全目标可行性从技术、经济、社会的角度进行了讨论。

2核电安全目标设定的历史沿革

2.1核电安全目标

就 核电而言,安全目标是人们期望核电达到的安全水平,以抽象或具体的形式,对核设施的运行所力争取得的安全水平的高度概括,包括设计、建造、调试、运行和管 理等方面。核电安全目标既有总的安全目标,又有具体安全目标;既有针对工作人员、公众和环境的辐射安全目标,又有针对核电厂选址、设计、运行和应急的技术 安全目标;既有定性描述的安全目标,又有定量描述的安全目标;在核电技术安全目标中,既有基于确定论而提出的安全目标,又有基于概率论提出的安全目标。
核 电最终的安全目标就是保证工作人员、公众及环境免受放射性危害。因此,在核电厂建立并维持一套有效的防御措施,以保证工作人员、公众及环境免受放射性危 害,就是核电的安全总目标。所有的具体目标均是在此总目标框架下建立的,安全标准均是为实现总目标而设定的具体目标。核电的安全总目标由辐射防护目标和技 术安全目标两个具体安全目标所支持,这两个目标互相补充、相辅相成,技术措施与管理性和程序性措施一起保证对电离辐射危害的防御。

辐射防护目标,是指保证在所有运行状态下核动力厂内的辐射照射或由于该核动力厂任何计划排放放射性物质引起的辐射照射保持低于规定限值并且合理可行尽量低,保证减轻任何事故的放射性后果。该目标是基于保护工作人员、公众健康和环境安全而设定的。

技术安全目标,是指采取一切合理可行的措施防止核动力厂事故,并在一旦发生事故时减轻其后果。该目标是针对核电选址、设计、运行和应急而设定的。对 于在设计 该核动力厂时考虑过的所有可能事故,包括概率很低的事故,要以高可信度保证任何放射性后果尽可能小且低于规定限值,并保证有严重放射性后果的事故发生的概 率极低。

2.2核电安全目标设定的历史沿革

所有的核电安全目标均是基于风险控制的思想,采用纵深防御的理念而设定的。风险控制包括个人风险控制和社会总风险控制。

早期的辐射安全目标多为定性的描述,即不明显增加个人风险和社会风险。三哩岛事件后,美国核管会(简称NRC)将“不明显增加”定量为风险增加量小于千分之一,并由此推导出辐射安全目标的定量指标——剂量限值。

早 期的技术安全目标是在确定论的基础上建立的,其原理是采用纵深防御的理念,按照可靠性、多重性、多样性、独立性、单一故障等基本原则,提出具体的安全要求 和安全标准。确定论的前提是规定典型假想核事故,多为概率小的后果严重的事故,而忽略了概率高的小事故和人因可能导致的严重后果,且多为定性的描述,难以 采用定量的方式将核电风险与其它社会风险进行比较。

概 率风险分析方法是确定论方法的发展和补充,它把整个系统的失效概率通过结构的逻辑推理与它的各个层次的子系统、部件及外界条件等失效概率联系起来,从而找 出各种事故发生的概率。其原理是采用事件树-故障树的概率分析方法,用初因事件发生概率及估算得出的安全系统失效概率导出由它引起的堆芯融毁事故链概率, 并估算出放射性进人环境后对公众的风险。从而将技术安全目标与辐射安全目标有机地联系起来。

随着概率风险分析方法确立,技术安全目标增加了基于概率论方法的定量指标——概率安全目标,包括堆芯损坏概率(CDF)和放射性早期大规模释放概率(LERF)。

3国内外核电安全目标的发展

3.1美国

美国是世界上最早将安全目标定量化的国家,也是最早在技术安全目标研究中将确定论方法与概率论方法结合起来的国家。

1979年三哩岛核事故后,美国核管会(NRC)开展了定量安全目标的研究。在1986年8月份发布的《核电厂运行的安全目标》(《Safety goals for the operations of nuclear power plants》(51FR30028))政策声明中,NRC给出了两个定性的安全目标(qualitative safety goal):

1)应当为公众成员提供这样一种水平的防护,以使核电厂运行不会对其生命和健康造成明显的附加风险;

2)核电厂运行对公众生命和健康造成的社会风险应当比当前可竞争的发电技术的风险要低或相当,而且不应使社会风险增加较大。
为了便于实现上述安全目标,NRC提出了两个定量的安全目标(定量健康目标),这就是常说的“两个千分之一”:

1)反应堆事故对核电厂附近的个人或居民群体可能产生的急性死亡风险,不应超过由于其他事故而普遍受到的急性死亡风险的0.1%;

2)反应堆事故对核电厂附近的个人或居民群体可能产生的晚期(癌症)死亡风险,不应超过由于其他原因产生的癌症风险的0.1%。

为了方便监管决策,NRC使用了概率安全目标作为定量健康目标的替代辅助目标,即核电厂发生严重堆芯损坏的概率应小于10-5/运行堆年。2001 年,美国在对所运营核电厂的安全评估(IPE),以及核电厂的辐射死亡风险与其他社会活动风险的比较后(比较结果见附表),得出了核电站事故导致的早期健 康风险和晚期健康风险均小于总社会风险的0.0004%, 远低于NRC的安全目标和其他社会活动风险的结论。将其概率安全目标修改为目前的堆芯损坏概率小于10-4/运行堆年,大量放射性早期释放概率小于 10-5/运行堆年(《Modified reactor safety goal policy statement》(SECY-2001-09))。

3.2国际原子能机构(IAEA)

1986年切尔诺贝利核事故后,IAEA直接采用了美国的概率安全目标作为国际核电业统一的安全目标。在1988年IAEA出版的《核电厂基本安全 原则》(INSAG-3,1999年后升版为INSAG-12)中,该文件明确提出核电安全目标由总体目标和两个具体目标组成,具体目标是辐射防护目标与 技术安全目标。

在技术安全目标表述中,分别对运行和新建核电厂提出了相应的定量目标——堆芯损坏概率(CDF)和放射性大量早期释放概率(LERF)。INSAG-12中的定量技术安全目标是:

与技术安全目标一致,现有核电厂发生严重堆芯损坏的概率每运行堆年约低于10-4,严重事故管理和缓解措施能够将需要厂外早期响应的大规模放射性释 放的概率至少降低一个数量级。全部的安全原则和未来核电厂所需要的改进应用后,未来核电厂的安全目标是每运行堆年严重堆芯损坏不超过10-5。
除上述描述外,IAEA还提出未来核电厂的另一个目标是实际地消除(practical elimination)需要早期厂外响应的大规模放射性释放。对此,IAEA指出,在设计过程中使用现实的假设和最佳估算分析考虑能够导致安全壳晚期失 效的严重事故,以至其后果仅需要在区域和时间上都是有限的防护措施。

2001年,IAEA在新版《核动力厂设计安全规定》(NS-R-1)中沿用了原有的核安全总目标、辐射防护目标和技术安全目标,并在《核动力厂安 全评价与验证》(NS-G-1.2)中给出了概率安全准则(probabilistic safety criteria)及其数值,包括堆芯损坏概率和放射性物质大量厂外释放概率,与INSAG-12基本一致,但将“需要早期厂外响应的大规模放射性释放” 改为“大规模放射性释放”,安全要求进一步提高。

3.3我国

除美国和IAEA外的很多其他国家或监管当局也都制定了安全目标,包括定量安全目标(概率风险准则),如日本、加拿大、英国、捷克、芬兰、韩国等 (北欧核安全研究概率安全目标项目第2阶段研究报告(NKS-172)和OECD/NEA《概率风险准则和安全目标》(《Probabilistic risk criteria and safety goals》,NEA/CSNI/R(2009)16))。各个国家或监管当局的定量安全目标及数值虽不完全一致,但大体相同,一般而言,对新建和运行核 电厂有不同的定量标准,或是有不同的描述。
我国的核安全法规、导则体系从最初发展核电时就与国际接轨,直接吸收和借鉴了大量国际先进经验,并根据我国的具体情况进行了适应性修改,目前采用的法规、标准与IAEA最新的核安全标准体系基本一致。

在安全目标方面,2002年,国家核安全局发布了《新建核电厂设计中几个重要安全问题技术政策》,规定了我国未来新建核电安全的总目标及具体安全目 标(辐射防护目标和技术安全目标),并给出了定量概率安全目标:每堆年发生严重堆芯损坏事件的概率低于10-5;每堆年需要场外早期响应的大量放射性释放 事件的概率低于10-6。这是我国核安全监管当局第一次提出安全目标的概念和具体的推荐值,该政策声明与世界其他国家一样,仅对未来的核电厂提出了安全要 求和安全目标,并未涉及运行核电厂。

2004年,国家核安全局发布了《核动力厂设计安全规定》(HAF102),该文件第一次对安全目标进行了分解和详细说明。

2006年6月5日,国家核安全局发布《核动力厂安全评价与验证》(HAD102/17),规定了制定概率安全准则的目的,并对已有核动力厂和新的 核动力厂分别给出了堆芯损坏概率和放射性物质大量释放的概率安全准则目标值:关于堆芯损坏概率安全目标,对已有的核动力厂,每堆年10-4;对新的核动力 厂,每堆年10-5。关于放射性物质大量释放的概率安全目标,对已有的核动力厂,每堆年10-5;对新的核动力厂,每堆年10-6。该安全目标已高于 NRC和IAEA设定的基于需要场外早期响应的大量放射性释放事件的概率安全目标。

2007年3月29日,国家核安全局根据我国基本国情和核电发展技术状况,在岭澳二期、秦山二期扩建两个项目核安全审评原则基础上,结合多年来核安 全审评工作的经验反馈,发布了《第二代改进型核电项目核安全审评原则》(国核安函[2007]28号)。该文件将二代改进型核电机组的概率安全目标适当调 低为:堆芯损坏概率为每堆年10-4,放射性物质大量释放的概率为每堆年10-5。

从上述我国的核电安全目标表述变化中可知,我国对安全目标的认识和判断是逐渐深入的,其结论是符合核电技术发展的客观规律的;与国际上大多数国家, 包括美 国,是基本保持一致的,甚至更高;我国是发展中国家,但我国核电安全水平却是与发达国家相当的,从逻辑推理的角度,我国的核电安全风险应远低于我国社会风 险的0.1%。因此,可以说核电安全目标的选取是出于我国政府对核电安全的重视与核事故后果的清醒认识,也是与我国的基本国情是相一致的。在此体系下,多 年来,我国的核电安全基本得到了控制,未发生不可接受的事故。

4我国核电安全现状及面临的形势

4.1核电总体安全现状

我国党和政府历来高度重视核安全工作,在核能领域确立了“安全第一,质量第一”的根本方针,采用国际通行标准,按照纵深防御的理念进行设计、建造和运行核电,视核安全是核能的生命线,核电安全基本得到了保障,总体具有较高的安全水平。

截至2011年11月,我国大陆地区运行的15台核电机组安全业绩良好,未发生国际核事件分级表2级及以上事件和事故,气态和液态流出物排放远低于 国家标准限值。在建的26台核电机组质量保证体系运转有效,工程建造技术水平与国际保持同步。大型先进压水堆和高温气冷堆核电站科技重大专项工作有序推 进。

2011年日本福岛核事故后,我国实施的核设施综合安全检查结果表明,我国运行和在建核电机组基本满足现行核安全法规和国际原子能机构最新标准的要求,所有核电机组均具备一定的预防和缓解严重事故的能力,安全和质量是有保障的。

4.2面临的形势

未来我国面临着节能减排和转变经济结构的压力,福岛核事故并不能改变我国经济、社会发展的现状,核电由于自身的优势所在依然具有超强的魅力,然而,核电的发展必须以安全为前提。《国民经济与社会发展“十二五”规划纲要》提出,必须“在确保安全的基础上高效发展核电”。

需 要注意的是,我国核电在抵御和缓解地震、洪水等极端自然灾害叠加与飞机撞击、爆炸冲击波、对安全相关设施的故意破坏等人为事件方面,尚需改进;在预防和应 对冗余系统序列失效、全厂断电、安全水源长期不可用等超设计基准事故序列与电力供应不可用、氢气爆炸风险、人员活动受限制、高辐射水平导致工作人员不可进 入、外部技术支持不足等应急的外部条件恶化方面,存在一定缺陷;由于基础薄弱,我国核电概率安全分析、评价尚不够全面、深入,二级和三级概率安全分析工作 开展较少,现有的核电概率安全水平并未将所有外部事件纳入考虑范围。

日 本福岛核事故的经验和教训表明,我们需要进一步提高对核安全的极端重要性和基本规律的认识,进一步提高核安全标准要求和设施固有安全水平。与此同时,公众 对核电安全的关注度也在逐步升高,对核电安全提出了更高的要求。因此,核电安全目标是未来我国核电安全工作的努力方向,核电安全目标的选择直接关系到未来 我国核电能否顺利发展。

5 未来我国核电安全目标取向分析

5.1未来我国核电安全目标取向
根据目前国际原子能机构为新建核电厂推荐的安全指标,立足于我国核电发展的工程经验,结合我国多年的核安全实践和可能实现的技术手段,综合考虑经济、社会 等多方面因素,经广泛听取各方意见,《核安全与放射性污染防治“十二五”规划及2020年远景目标》提出了未来我国核电安全目标:

1)“十二五”期间,新建核电机组具备较完善的严重事故预防和缓解措施,每堆年发生严重堆芯损坏事件的概率低于十万分之一,每堆年发生大量放射性物质释放事件的概率低于百万分之一。

2)“十三五”及以后新建核电机组力争实现从设计上实际消除大量放射性物质释放的可能性。

对于第一个安全目标,核安全规划将2007年后调低的目标再次提高至与《核动力厂安全评价与验证》(HAD102/17)完全一致,与IAEA推荐的最新标准也是一致的。
对于第二个安全目标,其含义是指:即使未来发生堆芯损坏事故,也可以通过在设计中采用堆芯熔融物在压力容器内滞留(IVR)的技术或采用堆芯捕集器、堆腔 注水、双层安全壳等硬件措施,必要时适当释放部分放射性气体以缓解安全壳内的压力,而确保其完整性等应急措施,使堆芯熔融物滞留在安全壳和混凝土底板之间 的封闭空间,不会融穿底板,从而使放射性物质不会向外大规模释放的技术。该目标也比IAEA “实际地消除(practical elimination)需要早期厂外响应的大规模放射性释放”的安全要求更加严格。

上述安全目标的提出将我国对核电安全水平的要求提到了前所未有的高度,成为对核电安全水平要求最高的国家。

5.2技术可行性分析

对于第一个安全目标,目前我国正在开展引进、消化、吸收、再创新工作的百万千瓦级非能动压水堆机组(AP1000)和欧洲压水堆(EPR)核电技术 已具备实现条件;正在大量建设的二代改进型机组总体接近这一目标,目前,国家核安全局基于核电综合安全检查要求,吸取福岛核事故经验教训,结合各核电厂自 身情况,和国内外改进交流与经验反馈,针对二代改进型核电厂的共性问题,提出了下列主要措施:

1)增强严重事故预防和缓解能力。包括设置堆芯注水,改进安全壳过滤排放系统,增加严重事故专用处理机柜,确保严重事故下水源的可靠性,确保主泵轴封完整性,完善严重事故下的仪控监测方案和严重事故下设备可用性/可达性分析,编制全范围严重事故管理导则等。

2)冷源设计改进。包括增加二次侧临时补水,增加乏燃料水池临时补水,一次侧注水与安全壳临时喷淋等。

3)电源设计改进。水压试验泵发电机组在线补油改进,增加移动式电源供电,增加严重事故专用蓄电池等。

4)地震、水淹等极端外部事件应对。提升反应堆冷却剂系统抗震裕量,进行抗震裕量分析,对核岛厂房、泵房及应急柴油机厂房进行防水淹封堵等。

可以看出,上述改进措施落实后可显著提升核电安全水平,有助于实现安全目标,具备技术可行性,但实现安全目标的措施并不局限于此范围。

对于第二个安全目标,针对在设计中采用堆芯熔融物在压力容器内滞留(IVR)的技术或采用堆芯捕集器、堆腔注水、双层安全壳等硬件措 施,AP1000、EPR等 机型现有的设计中已包含部分措施,在原有基础上,经一些改进后可以满足要求,主要包括蓄电池室的密封防水、乏燃料池的抗震,以及可移动应急电源接口等,没 有技术难度;二代改进型核电机组需做较大的设计变更才能满足要求,基本具备技术可行性;我国自主研发的高温气冷堆的设计安全水平能够满足要求。

5.3经济可行性分析

据初步测算,对于第一个安全目标,二代改进型机组经设计改进后其建设成本约为1.25万元/kW,与原建设成本(约为1.1万元/kW)相比,增加约10%。
对于第二个安全目标,AP1000等机型所需做的技术改进不会明显增加其建设成本(约为1.4万元/kW);二代改进型核电机组经较大设计变更后其建设成本约为1.6万/kW。
从上可知,提高安全水平必然会或多或少增加核电的建设成本,但是,不会过多增加;从发电成本的角度,安全水平提高后,可能会降低事故发生率、减小事故后果、增加核电运行时间或延长核电机组寿期等,从而降低了发电成本。因此,安全目标具备一定经济可行性。

5.4社会可行性分析

目前来看,未来我国核电安全目标不仅仅是与其他国家基本一致,而是严于IAEA, 可以说是世界最先进的标准。该安全目标的提出将我国对核电安全水平的要求提到了前所未有的高度,使我国成为对核电安全水平要求最高的国家。其目的是进一步 提高安全要求,确保既使发生假想反应堆堆芯熔化的严重事故,也不会对环境和公众造成不可接受的后果,从而达到从设计上实际消除了场外早期应急的需要,也就 是在各种情况下,核电厂都不会对环境和公众造成不可接受的后果,保证对放射性的有效包容,在设计上实现“兜底”。充分体现了我国政府要以最先进的安全标准 发展核电的决心,也表明我国核电的开发和利用所带来风险将被降低到很低的水平,可从根本上消除国际社会、国内公众对发展核电带来的安全疑虑,提高公众对核 电的接受度。因此,具备社会可行性。

6结论与建议

6.1结论

核 电的发展必须以安全为前提,日本福岛核事故的经验和教训表明,我们需要进一步提高对核安全的极端重要性和基本规律的认识,进一步提高核安全标准要求和设施 固有安全水平。从未来我国核电安全目标取向来看,该安全目标具备技术、经济、社会可行性,核电的开发和利用所带来风险将被降低到很低的水平。

6.2建议

1)充分论证、审慎决策,逐步实现安全目标
本次规划提出的安全目标,是目前世界最先进的安全标准,“兜底”目 标更是我国政府基于高度责任感和使命感而领先于世界上其他国家第一个提出该目标,充分体现了我国政府对核电安全的重视。但是,该安全目标的实现需要通过各 项设计修改论证、工程实施验证等逐步推进,建议在充分论证、审慎决策的基础上,稳步推进核电技术升级换代,逐步实现安全目标。

2)全面加强安全监管,在实践中不断提升安全水平
设计上实现“兜底”并不意味着绝对安全,真正确保核电安全还需从核电选址、设计、建造、运行直至退役的全过程进行全面、严格的监管,因此,未来核电安全工作仍需不断加强,在实践中不断提升安全水平。

3)尽快开展研究堆和核燃料循环设施安全目标研究
由 于核电的安全风险远大于其他核设施,因此,世界各国对于安全目标的研究多针对于核电,在研究堆和核燃料循环设施安全目标研究方面尚未开展全面系统的研究, 而随着社会进步和技术发展,研究堆和核燃料循环设施的安全风险也是不可忽视的,建议我国尽快从确定论和概率论的角度深入分析研究堆和核燃料循环设施的安全 目标。

参考文献
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12.国家核安全局,HAD102/17核动力厂安全评价与验证,2006。
13.国家核安全局,国核安函[2007]28号第二代改进型核电项目核安全审评原则,2007。
14.国家核安全局,核安全与放射性污染防治“十二五”规划及2020年远景目标(草稿),2012

(以上仅代表作者个人观点)

 

 

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