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1核電行業(yè)概述
    核電站（見(jiàn)圖1）就是利用一座或若干座動(dòng)力反應(yīng)堆所產(chǎn)生的熱能來(lái)發(fā)電或發(fā)電兼供熱的動(dòng)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(jìn)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(jìn)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(lái)的最成熟、最成功的動(dòng)力堆堆型。

    核電站使用的燃料稱(chēng)為“核燃料”。核燃料含有易裂變物質(zhì)鈾-235。一座100萬(wàn)千瓦的核電站每年只需要補(bǔ)充30噸左右的核燃料，而同樣規(guī)模的燒煤電廠(chǎng)每年要燒煤300萬(wàn)噸。

圖一

圖二 核力發(fā)電廠(chǎng)主機(jī)DCS系統(tǒng)

A核電站發(fā)電原理及結(jié)構(gòu)
    核電廠(chǎng)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(dòng)汽輪機(jī)帶著發(fā)電機(jī)一起旋轉(zhuǎn)，電就產(chǎn)生，通過(guò)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(jī)和危急冷卻系統(tǒng)等。它們?cè)诤穗娬局杏懈髯缘奶厥夤δ堋?/p>

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

    穩(wěn)壓器又稱(chēng)壓力平衡器，是用來(lái)控制反應(yīng)堆系統(tǒng)壓力變化的設(shè)備。在正常運(yùn)行時(shí)，起保持壓力的作用；在發(fā)生事故時(shí)，提供超壓保護(hù)。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(guò)高時(shí)，噴灑冷水降壓；當(dāng)堆內(nèi)壓力太低時(shí)，加熱器自動(dòng)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(guò)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(jī)的汽缸作功。

    安全殼用來(lái)控制和限制放射性物質(zhì)從反應(yīng)堆擴(kuò)散出去，以保護(hù)公眾免遭放射性物質(zhì)的傷害。萬(wàn)一發(fā)生罕見(jiàn)的反應(yīng)堆一回路水外逸的失水事故時(shí)，安全殼是防止裂變產(chǎn)物釋放到周?chē)淖詈笠坏榔琳稀０踩珰ひ话闶莾?nèi)襯鋼板的預(yù)應(yīng)力混凝土厚壁容器。

    汽輪機(jī)核電站用的汽輪發(fā)電機(jī)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(jī)組的汽輪機(jī)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(hào)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(lèi)
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(yùn)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(jī)組及二回等系統(tǒng)，其形式與常規(guī)火電廠(chǎng)類(lèi)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(dòng)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(fèi)用低和負(fù)荷跟隨能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。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(lèi)。重水堆核電站是發(fā)展較早的核電站，有各種類(lèi)別，但已實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模推廣的只有加拿大發(fā)展起來(lái)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(lái)的熱能轉(zhuǎn)換為電能的核電站。快堆在運(yùn)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(shí)現(xiàn)核裂變材料的增殖。

    目前，世界上已商業(yè)運(yùn)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)剂希词乖倮棉D(zhuǎn)換出來(lái)的钚-239等易裂變材料，它對(duì)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(guó)現(xiàn)有核電站介紹
    截至2013年12月31日，中國(guó)投入商業(yè)運(yùn)行的核電機(jī)組數(shù)量已達(dá)17臺(tái)，總裝機(jī)占全國(guó)發(fā)電裝機(jī)總量的1.19%。在建核電機(jī)組約占全球在建核電機(jī)組的40%。

    秦山核電站位于杭州灣畔，一期工程是中國(guó)第一座依靠自己的力量設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營(yíng)管理的30萬(wàn)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(yùn)行，1995年7月通過(guò)國(guó)家驗(yàn)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(tái)70萬(wàn)千瓦級(jí)核電機(jī)組。1號(hào)機(jī)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(yùn)行。2號(hào)機(jī)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(yùn)行。

    廣東深圳大亞灣核電站1987年8月7日工程正式開(kāi)工，1994年2月1日和5月6日兩臺(tái)單機(jī)容量為984MWe壓水堆反應(yīng)堆機(jī)組先后投入商業(yè)營(yíng)運(yùn)。大亞灣核電站二期工程，是中國(guó)自主設(shè)計(jì)、自主建造、自主管理、自主運(yùn)營(yíng)的首座2×60萬(wàn)千瓦商用壓水堆核電站，于1996年6月2日開(kāi)工，經(jīng)過(guò)近6年的建設(shè)，第一臺(tái)機(jī)組于2002年4月15日比計(jì)劃提前47天投入商業(yè)運(yùn)行。

    田灣核電站位于江蘇省連云港市連云區(qū)田灣，廠(chǎng)區(qū)按4臺(tái)百萬(wàn)千瓦級(jí)核電機(jī)組規(guī)劃，并留有再建2至4臺(tái)的余地。一期建設(shè)2臺(tái)單機(jī)容量106萬(wàn)千瓦的俄羅斯AES-91型壓水堆核電機(jī)組，設(shè)計(jì)壽命40年，年平均負(fù)荷因子不低于80％，年發(fā)電量為140億千瓦時(shí)。工程于1999年10月20日正式開(kāi)工，單臺(tái)機(jī)組的建設(shè)工期為62個(gè)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(kāi)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(guó)開(kāi)工建設(shè)的基本建設(shè)項(xiàng)目中最大的能源項(xiàng)目之一。嶺澳核電站（一期）擁有兩臺(tái)百萬(wàn)千瓦級(jí)壓水堆核電機(jī)組，2003年1月全面建成投入商業(yè)運(yùn)行，2004年7月16日通過(guò)國(guó)家竣工驗(yàn)收。目前正展開(kāi)二期工程建設(shè)。

    陽(yáng)江核電站位于粵西沿海的陽(yáng)江市，總投資近700億元人民幣,項(xiàng)目采用中國(guó)自主品牌核電技術(shù)――CPR1000，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、批量化建設(shè)。作為我國(guó)一次核準(zhǔn)開(kāi)工建設(shè)容量最大的核電項(xiàng)目，陽(yáng)江核電站工程建設(shè)6臺(tái)百萬(wàn)千瓦級(jí)核電機(jī)組。1號(hào)機(jī)組于2014年3月25日下午正式投入商運(yùn)；2號(hào)機(jī)組1月7日完成冷試；3號(hào)機(jī)組已進(jìn)入了設(shè)備安裝和調(diào)試階段；4號(hào)機(jī)組于2012年11月17日實(shí)現(xiàn)FCD,5號(hào)機(jī)組于2013年9月18日實(shí)現(xiàn)FCD；6號(hào)機(jī)組于2013年12月23日實(shí)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(dá)到9600余萬(wàn)千瓦時(shí)，年實(shí)現(xiàn)利稅約60億元。1號(hào)機(jī)組2013年2月17日并網(wǎng)成功，標(biāo)志中國(guó)東北第一個(gè)核電廠(chǎng)已具備發(fā)電能力。2號(hào)機(jī)組于2013年11月23日首次并網(wǎng)成功。

2核電行業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品應(yīng)用介紹
A.自動(dòng)化產(chǎn)品在核電各個(gè)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(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)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(gè)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(cè)點(diǎn)信號(hào)及設(shè)備狀態(tài)信號(hào)，以便及時(shí)向操作人員提供有關(guān)的運(yùn)行信息，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。一旦發(fā)生任何異常工況，及時(shí)報(bào)警。DAS至少有下列功能：顯示，制表記錄，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索，性能計(jì)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(gè)子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)對(duì)脫硫系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。應(yīng)脫硫系統(tǒng)作為一個(gè)整體進(jìn)行控制，確保系統(tǒng)快速和穩(wěn)定地滿(mǎn)足工況的變化，并保持穩(wěn)定的運(yùn)行。控制系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足脫硫島安全啟、停及正常運(yùn)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(jì)應(yīng)遵守“獨(dú)立完整”的原則，以保持?jǐn)?shù)據(jù)通訊總線(xiàn)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(shí)，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(fù)荷或能量指令的前饋信號(hào)，并通過(guò)閉環(huán)反饋控制和其它先進(jìn)策略，對(duì)該信號(hào)進(jìn)行靜態(tài)精確度和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整。控制系統(tǒng)應(yīng)具有一切必要的手段，自動(dòng)補(bǔ)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(dòng)控制范圍內(nèi)，控制系統(tǒng)應(yīng)能處于自動(dòng)方式而不需任何性質(zhì)的人工干預(yù)。控制系統(tǒng)應(yīng)能操縱被控設(shè)備，控制設(shè)備實(shí)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(cè)量應(yīng)通過(guò)硬接線(xiàn)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(yùn)行范圍內(nèi)的穩(wěn)定性。

A3.順序控制系統(tǒng)（SCS）
    所設(shè)計(jì)的功能組和子組級(jí)順序控制應(yīng)進(jìn)行自動(dòng)順序操作，各子組項(xiàng)的啟、停在安全的基礎(chǔ)上能獨(dú)立進(jìn)行；并可手動(dòng)操作。順序過(guò)程是可視化的；順序控制是按邏輯順序進(jìn)行的，每步都要檢查，在正常運(yùn)行時(shí)，順序一旦啟動(dòng)直至結(jié)束。在順序過(guò)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(hù)指令具有最高優(yōu)先級(jí)：手動(dòng)指令則比自動(dòng)指令優(yōu)先。

A4.主要應(yīng)用的自動(dòng)化產(chǎn)品（見(jiàn)表1）

B.基本市場(chǎng)指標(biāo)
    《核電中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》確定中國(guó)2015年將完成原規(guī)劃當(dāng)中的在運(yùn)4000萬(wàn)千瓦核電裝機(jī)的目標(biāo)，在建核電裝機(jī)規(guī)模有所上調(diào)，將略超過(guò)2000萬(wàn)千瓦；到2020年中國(guó)核電裝機(jī)將達(dá)到在運(yùn)5800萬(wàn)千瓦，在建3000萬(wàn)千瓦。

    日前，國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議討論并通過(guò)了《核電安全規(guī)劃（2011~2020年）》和《核電中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2011~2020年）》。《規(guī)劃》提出，在核電項(xiàng)目建設(shè)節(jié)奏上要“合理把握”、“穩(wěn)步推進(jìn)”，“穩(wěn)妥恢復(fù)正常建設(shè)”；在準(zhǔn)入門(mén)檻上，“新建核電機(jī)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(xiàng)目”。同時(shí)，《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(xiàng)目的方針。以沿海優(yōu)先、內(nèi)陸暫緩的步驟開(kāi)始建設(shè)。

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

3核電自動(dòng)化市場(chǎng)容量和增長(zhǎng)預(yù)測(cè)
    核電市場(chǎng)增長(zhǎng)是較為平穩(wěn)的，大約每年7-10套機(jī)組。而隨著市場(chǎng)化的進(jìn)行，價(jià)格會(huì)逐漸透明。參與者的增加和國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)程（政策導(dǎo)向），會(huì)使價(jià)格不斷的下降，可以大膽預(yù)測(cè)，在不久的將來(lái)，隨著價(jià)格的下降，市場(chǎng)規(guī)模可能出現(xiàn)萎縮。

ADCS在核電行業(yè)增長(zhǎng)預(yù)測(cè)（見(jiàn)表2、表3、圖4）
    核電行業(yè)的主要自動(dòng)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(dòng)化產(chǎn)品。可預(yù)測(cè)未來(lái)幾年之內(nèi)由于各種因素DCS在核電行業(yè)的銷(xiāo)售份額呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

    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(chǎng)份額總和超過(guò)60%以上。

B儀表在核電行業(yè)增長(zhǎng)預(yù)測(cè)（見(jiàn)表4、圖4、表5）
    Emerson由于其在大型電廠(chǎng)以及核電站中的優(yōu)勢(shì),它的儀表銷(xiāo)售在供應(yīng)商中占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。Schlumberger儀表的銷(xiāo)量也很大,在整個(gè)行業(yè)總銷(xiāo)售額中排名僅次Emerson。

    核電還不是一個(gè)常態(tài)的市場(chǎng)，項(xiàng)目的偶發(fā)性，價(jià)格不透明，合同范圍的不標(biāo)準(zhǔn)化，導(dǎo)致很難進(jìn)行準(zhǔn)確的定量評(píng)估自動(dòng)化廠(chǎng)商在核電行業(yè)的表現(xiàn)。

    通過(guò)對(duì)中國(guó)電力行業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品應(yīng)用的研究后,我們發(fā)現(xiàn)新能源市場(chǎng)主要是風(fēng)力發(fā)電和核電,還有電網(wǎng)建設(shè),今后將會(huì)對(duì)自動(dòng)化產(chǎn)品有較大的需求.自動(dòng)化廠(chǎng)商應(yīng)該抓住此機(jī)遇,推出一些更適用的自動(dòng)化產(chǎn)品以及解決方案,滿(mǎn)足以上客戶(hù)的需求,必要時(shí),可以為該行業(yè)提供一些專(zhuān)用產(chǎn)品或解決方案.另外,也應(yīng)抓住國(guó)家推動(dòng)節(jié)能減排政策的時(shí)機(jī),提供合適的自動(dòng)化產(chǎn)品和方案,幫助電力企業(yè)實(shí)現(xiàn)高效環(huán)保生產(chǎn)。

4在建核電項(xiàng)目介紹（見(jiàn)表6）

5中國(guó)籌建中的核電站（見(jiàn)表7）

供稿/德佳咨詢(xún)（www.delkaconsulting.com）