1核電行業(yè)概述
    核電站（見圖1）就是利用一座或若干座動力反應(yīng)堆所產(chǎn)生的熱能來發(fā)電或發(fā)電兼供熱的動力設(shè)施。反應(yīng)堆是核電站的關(guān)鍵設(shè)備，鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)就在其中進行。目前世界上核電站常用的反應(yīng)堆有壓水堆、沸水堆、重水堆和改進型氣冷堆以及快堆等。但用的最廣泛的是壓水反應(yīng)堆。壓水反應(yīng)堆是以普通水作冷卻劑和慢化劑，它是從軍用堆基礎(chǔ)上發(fā)展起來的最成熟、最成功的動力堆堆型。

    核電站使用的燃料稱為“核燃料”。核燃料含有易裂變物質(zhì)鈾-235。一座100萬千瓦的核電站每年只需要補充30噸左右的核燃料，而同樣規(guī)模的燒煤電廠每年要燒煤300萬噸。

圖一

圖二 核力發(fā)電廠主機DCS系統(tǒng)

A核電站發(fā)電原理及結(jié)構(gòu)
    核電廠用的燃料是鈾。用鈾制成的核燃料在“反應(yīng)堆”的設(shè)備內(nèi)發(fā)生裂變而產(chǎn)生大量熱能，再用處于高壓力下的水把熱能帶出，在蒸汽發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，蒸汽推動汽輪機帶著發(fā)電機一起旋轉(zhuǎn)，電就產(chǎn)生，通過電網(wǎng)送到四面八方。

    核電站除了關(guān)鍵設(shè)備—核反應(yīng)堆外，還有許多與之配合的重要設(shè)備。以壓水堆核電站為例，它們是主泵，穩(wěn)壓器，蒸汽發(fā)生器，安全殼，汽輪發(fā)電機和危急冷卻系統(tǒng)等。它們在核電站中有各自的特殊功能。

    主泵如果把反應(yīng)堆中的冷卻劑比做人體血液的話，那主泵則是心臟。它的功用是把冷卻劑送進堆內(nèi)，然后流過蒸汽發(fā)生器，以保證裂變反應(yīng)產(chǎn)生的熱量及時傳遞出來。

    穩(wěn)壓器又稱壓力平衡器，是用來控制反應(yīng)堆系統(tǒng)壓力變化的設(shè)備。在正常運行時，起保持壓力的作用；在發(fā)生事故時，提供超壓保護。穩(wěn)壓器里設(shè)有加熱器和噴淋系統(tǒng)，當(dāng)反應(yīng)堆里壓力過高時，噴灑冷水降壓；當(dāng)堆內(nèi)壓力太低時，加熱器自動通電加熱使水蒸發(fā)以增加壓力。

    蒸汽發(fā)生器它的作用是把通過反應(yīng)堆的冷卻劑的熱量傳給二次回路水，并使之變成蒸汽，再通入汽輪發(fā)電機的汽缸作功。

    安全殼用來控制和限制放射性物質(zhì)從反應(yīng)堆擴散出去，以保護公眾免遭放射性物質(zhì)的傷害。萬一發(fā)生罕見的反應(yīng)堆一回路水外逸的失水事故時，安全殼是防止裂變產(chǎn)物釋放到周圍的最后一道屏障。安全殼一般是內(nèi)襯鋼板的預(yù)應(yīng)力混凝土厚壁容器。

    汽輪機核電站用的汽輪發(fā)電機在構(gòu)造上與常規(guī)火電站用的大同小異，所不同的是由于蒸汽壓力和溫度都較低，所以同等功率機組的汽輪機體積比常規(guī)火電站的大。

    危急冷卻系統(tǒng)為了應(yīng)付核電站一回路主管道破裂的極端失水事故的發(fā)生，近代核電站都設(shè)有危急冷卻系統(tǒng)。它是由注射系統(tǒng)和安全殼噴淋系統(tǒng)組成。一旦接到極端失水事故的信號后，安全注射系統(tǒng)向反應(yīng)堆內(nèi)注射高壓含硼水，噴淋系統(tǒng)向安全殼噴水和化學(xué)藥劑。便可緩解事故后果，限制事故蔓延。

B核電站分類
壓水堆核電站
    以壓水堆為熱源的核電站。它主要由核島和常規(guī)島組成。壓水堆核電站核島中的四大部件是蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、主泵和堆芯。在核島中的系統(tǒng)設(shè)備主要有壓水堆本體，一回路系統(tǒng)，以及為支持一回路系統(tǒng)正常運行和保證反應(yīng)堆安全而設(shè)置的輔助系統(tǒng)。常規(guī)島主要包括汽輪機組及二回等系統(tǒng)，其形式與常規(guī)火電廠類似。

沸水堆核電站
    以沸水堆為熱源的核電站。沸水堆是以沸騰輕水為慢化劑和冷卻劑并在反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)直接產(chǎn)生飽和蒸汽的動力堆。沸水堆與壓水堆同屬輕水堆，都具有結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠、建造費用低和負荷跟隨能力強等優(yōu)點。它們都需使用低富集鈾作燃料。沸水堆核電站系統(tǒng)有：主系統(tǒng)（包括反應(yīng)堆）；蒸汽-給水系統(tǒng)；反應(yīng)堆輔助系統(tǒng)等。

重水堆核電站
    以重水堆為熱源的核電站。重水堆是以重水作慢化劑的反應(yīng)堆，可以直接利用天然鈾作為核燃料。重水堆可用輕水或重水作冷卻劑，重水堆分壓力容器式和壓力管式兩類。重水堆核電站是發(fā)展較早的核電站，有各種類別，但已實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模推廣的只有加拿大發(fā)展起來的坎杜型壓力管式重水堆核電站。

快堆核電站
    由快中子引起鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)所釋放出來的熱能轉(zhuǎn)換為電能的核電站。快堆在運行中既消耗裂變材料，又生產(chǎn)新裂變材料，而且所產(chǎn)可多于所耗，能實現(xiàn)核裂變材料的增殖。

    目前，世界上已商業(yè)運行的核電站堆型，如壓水堆、沸水堆、重水堆、石墨氣冷堆等都是非增殖堆型，主要利用核裂變?nèi)剂?，即使再利用轉(zhuǎn)換出來的钚-239等易裂變材料，它對鈾資源的利用率也只有1％—2％，但在快堆中，鈾-238原則上都能轉(zhuǎn)換成钚-239而得以使用，但考慮到各種損耗，快堆可將鈾資源的利用率提高到60％—70％。

C中國現(xiàn)有核電站介紹
    截至2013年12月31日，中國投入商業(yè)運行的核電機組數(shù)量已達17臺，總裝機占全國發(fā)電裝機總量的1.19%。在建核電機組約占全球在建核電機組的40%。

    秦山核電站位于杭州灣畔，一期工程是中國第一座依靠自己的力量設(shè)計、建造和運營管理的30萬千瓦壓水堆核電站。1985年3月澆灌第一罐核島底板混凝土，1991年12月首次并網(wǎng)發(fā)電，1994年4月設(shè)入商業(yè)運行，1995年7月通過國家驗收。

    秦山三期（重水堆）核電站采用加拿大成熟的坎杜6重水堆核電技術(shù)，建造兩臺70萬千瓦級核電機組。1號機組于2002年11月19日首次并網(wǎng)發(fā)電，并于2002年12月31日投入商業(yè)運行。2號機組于2003年6月12日首次并網(wǎng)發(fā)電，并于2003年7月24日投入商業(yè)運行。

    廣東深圳大亞灣核電站1987年8月7日工程正式開工，1994年2月1日和5月6日兩臺單機容量為984MWe壓水堆反應(yīng)堆機組先后投入商業(yè)營運。大亞灣核電站二期工程，是中國自主設(shè)計、自主建造、自主管理、自主運營的首座2×60萬千瓦商用壓水堆核電站，于1996年6月2日開工，經(jīng)過近6年的建設(shè)，第一臺機組于2002年4月15日比計劃提前47天投入商業(yè)運行。

    田灣核電站位于江蘇省連云港市連云區(qū)田灣，廠區(qū)按4臺百萬千瓦級核電機組規(guī)劃，并留有再建2至4臺的余地。一期建設(shè)2臺單機容量106萬千瓦的俄羅斯AES-91型壓水堆核電機組，設(shè)計壽命40年，年平均負荷因子不低于80％，年發(fā)電量為140億千瓦時。工程于1999年10月20日正式開工，單臺機組的建設(shè)工期為62個月,分別于2004年和2005年建成投產(chǎn)。

    嶺澳核電站一期工程于1997年5月開工建設(shè)。它位于廣東大亞灣西海岸大鵬半島東南側(cè)。嶺澳核電站是“九五”期間我國開工建設(shè)的基本建設(shè)項目中最大的能源項目之一。嶺澳核電站（一期）擁有兩臺百萬千瓦級壓水堆核電機組，2003年1月全面建成投入商業(yè)運行，2004年7月16日通過國家竣工驗收。目前正展開二期工程建設(shè)。

    陽江核電站位于粵西沿海的陽江市，總投資近700億元人民幣,項目采用中國自主品牌核電技術(shù)――CPR1000，進行標(biāo)準(zhǔn)化、批量化建設(shè)。作為我國一次核準(zhǔn)開工建設(shè)容量最大的核電項目，陽江核電站工程建設(shè)6臺百萬千瓦級核電機組。1號機組于2014年3月25日下午正式投入商運；2號機組1月7日完成冷試；3號機組已進入了設(shè)備安裝和調(diào)試階段；4號機組于2012年11月17日實現(xiàn)FCD,5號機組于2013年9月18日實現(xiàn)FCD；6號機組于2013年12月23日實現(xiàn)FCD。

    紅沿河核電站遼寧紅沿河核電站位于瓦房店市東崗鎮(zhèn),發(fā)電量將達到9600余萬千瓦時，年實現(xiàn)利稅約60億元。1號機組2013年2月17日并網(wǎng)成功，標(biāo)志中國東北第一個核電廠已具備發(fā)電能力。2號機組于2013年11月23日首次并網(wǎng)成功。

2核電行業(yè)自動化產(chǎn)品應(yīng)用介紹
A.自動化產(chǎn)品在核電各個環(huán)節(jié)的應(yīng)用情況
    核電和其他電力行業(yè)相似，主要使用DCS對整個生產(chǎn)流程進行控制。
DCS系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS），模擬量控制系統(tǒng)（MCS），順序控制系統(tǒng)（SCS）三個系統(tǒng)。

A1.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）
    連續(xù)采集和處理所有與系統(tǒng)測點信號及設(shè)備狀態(tài)信號，以便及時向操作人員提供有關(guān)的運行信息，實現(xiàn)系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行。一旦發(fā)生任何異常工況，及時報警。DAS至少有下列功能：顯示，制表記錄，歷史數(shù)據(jù)存儲和檢索，性能計算。

A2.模擬量控制系統(tǒng)（MCS）
    控制系統(tǒng)應(yīng)包括由微處理器構(gòu)成的各個子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)對脫硫系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)控制。應(yīng)脫硫系統(tǒng)作為一個整體進行控制，確保系統(tǒng)快速和穩(wěn)定地滿足工況的變化，并保持穩(wěn)定的運行?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)滿足脫硫島安全啟、停及正常運行的要求。控制系統(tǒng)應(yīng)劃分為若干子系統(tǒng)，子系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)遵守“獨立完整”的原則，以保持?jǐn)?shù)據(jù)通訊總線上信息交換量最少。冗余組態(tài)的控制系統(tǒng)，在控制系統(tǒng)局部故障時，不引起系統(tǒng)的危急狀態(tài)，并應(yīng)使這一影響限制到最小。

    控制的基本策略是快速地響應(yīng)代表負荷或能量指令的前饋信號，并通過閉環(huán)反饋控制和其它先進策略，對該信號進行靜態(tài)精確度和動態(tài)補償?shù)恼{(diào)整。控制系統(tǒng)應(yīng)具有一切必要的手段，自動補償及修正系統(tǒng)自身的瞬態(tài)響應(yīng)及其它必需的調(diào)整和修正。在自動控制范圍內(nèi)，控制系統(tǒng)應(yīng)能處于自動方式而不需任何性質(zhì)的人工干預(yù)?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)能操縱被控設(shè)備，控制設(shè)備實現(xiàn)性能要求的能力，不受到控制系統(tǒng)的限制。閉環(huán)控制的所有測量應(yīng)通過硬接線連到各自的控制回路模件上，此外，所有控制回路應(yīng)保證其運行范圍內(nèi)的穩(wěn)定性。

A3.順序控制系統(tǒng)（SCS）
    所設(shè)計的功能組和子組級順序控制應(yīng)進行自動順序操作，各子組項的啟、停在安全的基礎(chǔ)上能獨立進行；并可手動操作。順序過程是可視化的；順序控制是按邏輯順序進行的，每步都要檢查，在正常運行時，順序一旦啟動直至結(jié)束。在順序過程中每一步有指示，在此步完成后自行熄滅，順序是否完成有指示。設(shè)備的聯(lián)鎖、保護指令具有最高優(yōu)先級：手動指令則比自動指令優(yōu)先。

A4.主要應(yīng)用的自動化產(chǎn)品（見表1）

B.基本市場指標(biāo)
    《核電中長期發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》確定中國2015年將完成原規(guī)劃當(dāng)中的在運4000萬千瓦核電裝機的目標(biāo)，在建核電裝機規(guī)模有所上調(diào)，將略超過2000萬千瓦；到2020年中國核電裝機將達到在運5800萬千瓦，在建3000萬千瓦。

    日前，國務(wù)院常務(wù)會議討論并通過了《核電安全規(guī)劃（2011~2020年）》和《核電中長期發(fā)展規(guī)劃（2011~2020年）》。《規(guī)劃》提出，在核電項目建設(shè)節(jié)奏上要“合理把握”、“穩(wěn)步推進”，“穩(wěn)妥恢復(fù)正常建設(shè)”；在準(zhǔn)入門檻上，“新建核電機組必須符合三代安全標(biāo)準(zhǔn)”，“按照全球最高安全要求新建核電項目”。同時，《規(guī)劃》明確了穩(wěn)妥恢復(fù)核電正常建設(shè)和按照全球最高安全標(biāo)準(zhǔn)新建核電項目的方針。以沿海優(yōu)先、內(nèi)陸暫緩的步驟開始建設(shè)。

    福島核事故發(fā)生以前，我國核電建設(shè)正以世界上絕無僅有的速度突飛猛進，每年新建核電站七八座。此次《規(guī)劃》的出臺，標(biāo)志著今后我國核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展和規(guī)模都將有所放緩。

3核電自動化市場容量和增長預(yù)測
    核電市場增長是較為平穩(wěn)的，大約每年7-10套機組。而隨著市場化的進行，價格會逐漸透明。參與者的增加和國產(chǎn)化的進程（政策導(dǎo)向），會使價格不斷的下降，可以大膽預(yù)測，在不久的將來，隨著價格的下降，市場規(guī)模可能出現(xiàn)萎縮。

ADCS在核電行業(yè)增長預(yù)測（見表2、表3、圖4）
    核電行業(yè)的主要自動化產(chǎn)品是DCS和儀表的應(yīng)用。DCS是核電行業(yè)主要應(yīng)用的自動化產(chǎn)品。可預(yù)測未來幾年之內(nèi)由于各種因素DCS在核電行業(yè)的銷售份額呈現(xiàn)下降趨勢。

    核電行業(yè)DCS供應(yīng)商2013年排名靠前的分別是Mitsubishi/Hollysys，Siemens/Areva，Invensys。其中Mitsubishi/Hollysys，Siemens/Areva的市場份額總和超過60%以上。

B儀表在核電行業(yè)增長預(yù)測（見表4、圖4、表5）
    Emerson由于其在大型電廠以及核電站中的優(yōu)勢,它的儀表銷售在供應(yīng)商中占有絕對優(yōu)勢。Schlumberger儀表的銷量也很大,在整個行業(yè)總銷售額中排名僅次Emerson。

    核電還不是一個常態(tài)的市場，項目的偶發(fā)性，價格不透明，合同范圍的不標(biāo)準(zhǔn)化，導(dǎo)致很難進行準(zhǔn)確的定量評估自動化廠商在核電行業(yè)的表現(xiàn)。

    通過對中國電力行業(yè)自動化產(chǎn)品應(yīng)用的研究后,我們發(fā)現(xiàn)新能源市場主要是風(fēng)力發(fā)電和核電,還有電網(wǎng)建設(shè),今后將會對自動化產(chǎn)品有較大的需求.自動化廠商應(yīng)該抓住此機遇,推出一些更適用的自動化產(chǎn)品以及解決方案,滿足以上客戶的需求,必要時,可以為該行業(yè)提供一些專用產(chǎn)品或解決方案.另外,也應(yīng)抓住國家推動節(jié)能減排政策的時機,提供合適的自動化產(chǎn)品和方案,幫助電力企業(yè)實現(xiàn)高效環(huán)保生產(chǎn)。

4在建核電項目介紹（見表6）

5中國籌建中的核電站（見表7）

供稿/德佳咨詢（www.delkaconsulting.com）