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【博評】William:由華龍一號看反核KOL對第三代反應堆的嚴重誤解

福清核電廠5號堆的華龍1號,今年可聯網發電。(網絡圖片)

1月14日時,消息傳出規劃中、位於惠東太平嶺的惠州核電廠,已經通獲國家生態環境部同意中廣核按照報告書所列建設專案的性質、規模、地點以及採取的環境保護措施,開展下一階段工作;同一天,國家核安全局亦通過了對該核電廠廠址安全分析報告的核安全技術審查,若再通過另一份環評報告,惠州核電廠將可展開詳細設計及施工工程。

消息當然惹來香港網上一眾議論,當然還不少得「例牌」的核爆論,以及飯盒環保分子長用長有的「安全風險論」(註1)。話說香港一位工程師出身及從事可再生能源專業的反核KOL,經常議論其他專業,尤好議論核能,而且是香港堅定的反核派,今次他自然又出來發表一番偉論,不但公開宣稱華龍一號為全新反應堆,未經運用、未有公開設計,而且更直指中國政府以數千萬廣東人為「白老鼠」。然而,如同過往一樣他掌握的資料仍是頗多訛誤,或者太多自己「腦補」及想當然的地方,而且語出驚人的程度就算在常面對公眾的專業人士圈內也是令人咋舌……

華龍1號反應堆基本結構,和法國M310設計基本分別不大,只是反應堆內部空間稍為加大,並多裝一組20技的燃料棒,而三組熱交換器容量亦有一定增加,平均工作壓力有0.2 MPa的提升,平均蒸汽溫度則有所下降。(網絡圖片)

 

新反應堆性質究竟是什麼?

華龍一號(HPR-1000)被歸類為第三代反應堆,這種反應堆通常是指第二代反應堆的深度改進型,是「後切爾洛貝爾時代」的設計,當初目的是針對切爾洛貝爾核災難(以及福島核事故)的過失,以更便宜及更可靠的手段來提高核反應堆的安全系數,嚴格來說有三條路走:

 

法國EPR大型壓水堆的安全防護概念。當中甚至有排放圍阻體內過量氫氣的過瀘裝置,及冷卻溶解爐芯的大水池。(網絡圖片)

 

其一是新設計的核反應堆或舊設計進行大幅改良,例如俄國人的新式液態納金屬反應堆 / 快中子堆BN-800,是首個投入商業營運的大型鈉冷快中子反應堆,不但有更大發電量,更可為其他反應堆生產更多核物質供發電用;另一個就是法國的EPR,其是過去法式壓水堆設計的放大改良型,單堆淨電輸出功率提高接近80%,可說是現時發電能力最強大的單一反應堆,而且一次循環的熱交換器由法式一貫的3個變成4個,不但多一重安全冗餘,發電量亦達史上壓水式反應堆之冠。

 

NuScale Power 已獲美國政府批率建造第一個小型模組反應堆,發電能力雖只有60MWe,但小得整個爐心及一迴路都可在路上駄運,第一個發電模組將於2020年建成。(網絡圖片)

 

第二是模組化小型反應堆SMR,這種反應堆其實也不是新設計,而是參考使用多年的核潛艇小型核動力反應堆(即一體化反應堆)放大設計的小型發電用反應堆,務求以小型化、提高產量及減少危險因子來減低價格(註2),每個反應堆發電量平均只有大亞灣M310堆的10%,但體積也大幅縮小,整個反應堆連冷卻一迴路只有一卡長貨櫃大小。另一個比較特別的例子是中國繼續研發的小型氣冷球床堆(HTR-200),它是在北京供電超過16年的HTR-10試驗用小型球床反應堆的加大及商業展示版(註3),號稱可在沒有冷卻劑(氦氣)的情況下完全停止核反應,幾乎沒可能出現爐芯溶毀情況。

 

中國研發的ACP-100小型模組化反應堆,法國80年代核潛艇用的一體化自然循環反應堆,將堆心及一迴路熱校換器同時裝進壓力容器,可說是大部分小型模組化反應堆的共同始祖。(網絡圖片)

 

第三種三代堆,在架構上其實還是第二代反應堆,通常只是提高效率,真正不同點是其防止反應堆過熱熔毀的防護措施,主要是在機械的控制裝置上再加上結構與位能安全裝置,簡單來說,就是應急冷卻水儲存在圍阻體高處,必要時可透過管道落下至反應堆上方,當然,這還有很多「花款」,例如反應堆建在沒裝水的「大水槽」內,必要時透過放水來浸滿反應堆,持續冷卻堆芯;甚至反應堆(如EPR)底有足夠防護的承托空間(Core Catcher,中文譯名是「堆芯捕捉器」),「接住」反應堆意外甚至爐心熔毀時漏出來的高輻射物質,不讓其入侵圍阻體的基座。

 

EPR底部的堆芯捕捉器設計。(網絡圖片)

 

作為準備投標英國Bradwell核電廠的華龍一號反應堆CG結構圖,英國版華龍一號網站部分圖片及資料比華龍一號(HPR-1000)的論文更為詳細。(網絡圖片)

 

首先要澄清一點:華龍一號不像反核KOL在自由亞洲電台上宣稱那樣,其實是有公開設計並刊載於論文之中,IACA及國際核能協會也有不少介紹,而且設計團隊以中法合資團隊的名義送交英國Bradwell核電廠未來反應堆的評審工作,現在還評審中,甚至還推出網站詳細介紹

華龍一號(HPR-1000)雖然號稱第三代反應堆,其實屬於上述所講的第三者,在第一迴路的機器結構分佈及熱 / 發電功率來看,與前代ACP-1000或更早的CPR-1000分別很小(只是由157組燃料棒增至177組),實也是選用更新式熱交換器的法國M310型反應堆授權生產牌改進而已,M310運行超過四十年,而且世界範圍內多達60個反應堆,高冗餘度(一個堆可分成三個熱交換器,其中兩個處於備用狀態或輪流交換運作)與系統可靠度已是世界公認的,現時中國44個發電用反應堆中,60%(26個)都是M310反應堆及其授權生產/改良型;另方面,華龍一號仍採用三個熱交換器的循環迴路 (three-loop design)以及各類機房組採取完全分隔的措施,這和CPR-1000也沒有很大分別,也是傳統法式核電廠防護設計。

 

M310 (CP1)CPR-1000HPR-1000
熱功率(MWt)289530003050
發電功率(MWe)98510301150
一迴路運行壓力(MPa)15.515.515.7
一迴路平均水溫(℃)310311304

法國M310反應堆、CPR-1000及華龍一號(HPR-1000)三者技術指標的比較。法國自己即曾將M310的設計加強到發電功率提升40%,這就是法國80年代開始使用的P4反應堆。相對而言,HPR-1000的性能提升很小。

 

華龍一號安全設計示意圖,可見廠區及圍阻體有大量後備冷卻水供應,紅色管線是要由泵啟動,綠色的則是透過位能及熱循環自然流動。(網絡圖片)

 

華龍一號的最大改良在於採用雙殼圍阻體,同時吸收福島核電廠的慘痛教訓,在圍殼內及圍殼層中間儲備三個對應熱交換器的大型水箱(可由室外持續供水),緊急停機及停電時可依靠位能強制送水進入熱交換器,維持水循環及由堆芯散熱,或者接駁到散熱器以降低圍阻體內的溫度,防止爐芯溶毀,而且這個水循環系統可在現有存水量及電池組的情況下自行連續運作72小時,外部適時注水的情況下可以更久;圍阻體內更有大型冷卻水池,可以柴油機推動泵(設在獨立於圍阻體的另一大樓內,離地面10公尺以上),對反應堆進行噴灑,也能把水直接泵進一迴路以冷卻堆芯,甚至直接灌水進入反應堆外殼底部水池,以進行持續冷卻。簡單而言,它就是透過大量的儲備水及各種主動、被動冷卻裝置,務求讓反應堆在遇上緊急事故時能及時降溫,避免堆芯熔毀。

所以說,反核KOL把華龍一號說成是完全新型的反應堆,不單是嚴重的內容誤讀,更是嚴重誤解至少一半三代堆的性質:人家其實只是改良型,相對於現時仍未商業化的第四代反應堆,第三代反應堆全新內容其實不多,而且相關資料在網上很容易找到,說沒公開設計根本與事實完全不符。

 

防城港第3、4號機組施工情況及福清核雷廠5號堆去年1月裝入反應堆壓力容器的新聞照片。(網絡圖片)

 

在廣東建華能一號就是當廣東人是白老鼠?

KOL可能不知道,核能並非像風能或太陽能等可再生能源一樣,兩、三年內就建成。參考陽江核電廠的建設時間表,其由開始平整地盤至反應堆正式投入發電的的時間最快是10年;若由地盤平整時間到最後一個反應堆投入服役的時間,更需要15至16年。

好了,假設2020年正式開始工程,反應堆最快都要2030年才能投產,全部機組投入運作更可能要到2036至2038年;華龍1號第一堆會在今年夏天投產,2022年前會有四個投產(即防城港核電廠3-4號反應堆及福清核電廠5-6號反應堆),2025年大約6個或以上的反應堆,2030年時首個華龍1號反應堆已運作10年以上,6個機組總計換燃料已經20次以上了,屆時運作還能叫生疏?還能叫白老鼠?11年運行經驗的白老鼠?

 

山東石島灣的HTR-PM/HTR-200反應堆,去年已差不多完成,預料今年可正式進入臨界。單機電量只有M310型的1/5左右,它不但是一種小型模組化第三代反應堆,同時也是第四代反應堆的示範堆。

 

如果要非理性地講什麼北京以廣東人為白老鼠,那麼紅沿河、海陽、石島灣又是否拿北方人為白老鼠?北京市內至少有三個涉及新核技術的試驗型供電反應堆,其中兩個已運行16及29年,離北京市中心也只有30至35公里,北京拿自己造白老鼠(註4)

 

HTR-10反應堆是設在昌平區,離中南海約30公里而已。另外,HTR-10反應堆的結構圖及技術細節在網上隨處可見,並不難查。(網絡圖片)

 

反核KOL從事能源行業,應該知道電網拉得愈長,中間的輸電及電壓改變所帶來的損耗會愈高,所以發電廠最好建在「用電大戶」附近,這不是什麼歧視問題,而是物埋學與電力工程學的問題!中國的核電發展比較集中在大灣區、長三角兩個都會圈及山東半島附近,兩區人口都過億,山東半島人口也上億人,總計已達3億人,用電佔了全國接近一半,自更需要更多核電。對此,反核KOL先生究竟是真的不知道,還是故意不講?

 

現時中國特高壓電網線路圖。雖然沿岸都會區已有多所核電廠並使用天然氣供電,但仍需依靠內陸湖北及雲貴地區水電及內蒙山西的煤電作長程輸電支援。(網絡圖片)

 

再考慮另一個情況:2030年代,大亞灣兩台機組已經進入退役期,嶺澳一期兩個反應堆也接近退役期(四個堆都是法國M310型反應堆,運行壽命大約40年),也要考慮接替的問題;即使拆除而原地重建新核電廠,也需要10年左右的時間。2030年代開始投入運作的惠州核電廠,剛好可以替代它們,不至發電量減少。

大亞灣核電基地,近為大亞灣,遠的是嶺澳。兩者合起來相當於一般大型核電廠(6台反應堆)。(網絡圖片)

 總結

個人認為,質疑核能或中國大陸對核能的管理態度是可以的,但必須以真實可靠的資料去進行駁斥,而且要對核能發電基礎知識以及實際情況有深入了解,才好發言,尤其是非核能專業者,更要小心;如果什麼專業都隨便「講得」,而且當中混入大量失實資料,外人看來其實甚為輕率武斷,甚至顯得「幼稚」,對不起自己的工程及科學專業,就如台灣某些以假資料去嚴重誇大自己的發電潛力,並詆譭核能的綠能行業與及「假環團」一樣;同時,傳媒界亦需好好反省,明知接受訪問者並非核能專業,就好應該先找本地核能專家問一問。城市大學的郭位校長就是在港最專業的相關人才,為何沒有去問他,反而訪問一個完全無核電工程背景但甚麼都可以「講得」、而且不會事先翻查資料(或者不知道華龍一號的型號名HPR-1000)的反核KOL?

 

附註:

註1:綠色和平的論調是指其裝機總容量比大亞灣與嶺澳兩廠之總和更多,安全風險更大。這似乎又是一種語言偽術:現在惠州核電廠會裝多少堆都不知道,且大亞灣與嶺澳廠址相距非常近,後勤設施基本相同,連管理公司都是同一個,甚至救援措施都可互用,外國大型核電廠不少都是六堆體制,事實上兩廠更像是一個大型核發電廠。

註2:這裏的減少危險因子,主要指小型模組化堆無論在發電量及裝載核燃料上都少得多,不但防護措施上可較容易造到,而且由於燃料不多,緊急停堆也相對容易,且發生熔毀事故時也很難造成嚴重核污染問題(甚至有沒有能力熔毀壓力殼也是問題)。事實上,自1955年核潛艇開始運用以來,只有一個海軍船艦反應堆發生過熔毀事故,且那次事故還溶不穿壓力殼

註3及4:和一般香港人理解不同,北京事實上是有核電廠的,而且是三間!不過所用的都是規模小的試驗堆而已。樓上所說的HTR-10球床堆是在北京北面的昌平區南口鎮,另一個是北京西南方房山區、屬第四代反應堆的鈉冷快中子增殖反應爐(SFR),兩個都在六環內;另一個低溫供電供熱反應堆也在昌平區內。

 

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William Lam
現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者

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