看俄羅斯核電如何攻城略地
【核電工科女神】第80篇文章
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鋼鐵是怎樣煉成的
——俄羅斯征戰世界核電市場歷程回顧
撰文 | 王廷奎
傲人的成績單
在烏克蘭，伊朗，中國，印度有8台俄羅斯機組穩定運行；在中國，白俄羅斯，印度，孟加拉及土耳其等國家有6台正在建設中的俄羅斯機組。
與中國，印度，孟加拉，土耳其，芬蘭，伊朗已經簽訂合同即將開建的有13台機組；在非洲，歐洲及中東和南亞國家還有15台已經下了訂單的機組，另有他國家提出談判意向的24台機組。
這就是俄羅斯核電出口國際核電市場傲人的成績單！
現在的俄羅斯核電在國際核電市場攻城略地，氣勢如虹，碾壓群雄，但它進軍國際核電市場的過程並非一帆風順，也是一路披荊斬棘，英雄也曾淚流滿襟。
與西方合作首次試水—烏克蘭K2/R4
1995年，歐洲七國政府與烏克蘭政府簽訂2000年底前關閉切爾諾貝利運行機組的協議。作為交換條件，歐洲銀行以及歐洲委員會提供貸款幫助烏克蘭完成Khmelnitski 2號機組和 ROVNO 4號機組的建設。
俄羅斯本來就是這兩台機組的最初設計，供貨和建造商，在續建過程中，它理所當然地成了不二人選。但是歐洲國家提供貸款的條件是，保證這兩台機組按照歐洲的安全標準建設，而且整個續建過程必須由指定的歐洲核電專家—法瑪通監護。
儘管歐洲銀行在2000年批准貸款2.15億隻占工程總價14.8億美元的一小部分，但是卻在很大程度上保證了工程按照歐洲的安全標準實施。
2001年烏克蘭政府批准兩台機組修改後的預算分別為6.21和6.41億美元。同年，歐洲委員會也批准5.85億美元的貸款。烏克蘭國內融資和債券發行彌補剩餘缺口。
俄羅斯原子能出口公司ASE承擔工程建設和機組啟動承包商，而法瑪通作為歐洲的技術代表與俄羅斯合作，保證歐洲標安全標準得以實施。
2004年兩台機組啟動前，歐洲銀行和歐洲委員會再次提供貸款4200萬和8300萬美元，用於機組啟動後的安全系統升級和機組的現代化改造。改造項目主要由IAEA提出的147項推薦項構成。
烏克蘭K2/R4項目本來就是按照VVER-1000/V-320設計的，在續建過程中，俄羅斯遇到的技術挑戰並不大。
在此項目上俄羅斯的主要收穫不是賺了多少錢，而是通過與西方合作了解了西方的核安全設計標準，監管機構設立機組的退役基金，以及國際核保險責任等，為俄羅斯進軍世界市場賺了一些入場券而已。
把大象裝進冰箱-伊朗BUSHEHR1
在德國人70年代建造的廠房裡裝下俄羅斯90年代的核電站，這樣的神操作不僅僅需要高超的現場設計變更管理，更需要在伊朗和俄羅斯的核安全框架下認證和融合德國人留下的系統和設備，更需要耐心和技巧協調包括國際原子能監管機構在內的多方關係。
從1992年伊俄簽訂合同到2013年9月機組商運，俄羅斯人用了21年時間來完成伊朗人出的考卷。
1975年， 西門子KWU公司根據合同在波斯灣BUSHEHR廠址開始兩台1293MWe 德國機組的建設，其參考機組是德國Biblis電站的核電機組。
1979年，BUSHEHR 1號機組幾乎完成設備安裝，2號機組幾乎完成近半工程時，伊朗伊斯蘭革命爆發，德國人撤走，工程被迫廢止。
1980年代，兩伊戰爭中，BUSHEHR電站遭到伊拉克的轟炸，儘管1號機組室內設備沒有多大損傷，但露天設備損失嚴重，主變只剩下一相可用。
1992年，伊朗跟蘇聯解體後新成立的俄羅斯政府簽訂建設核電機組的協議。伊朗人的附加條件是，必須使用BUSHEHR廠址現有的基礎設施和可用的機組設備。
談判持續到1995年初，伊俄才簽訂合同，雙方達成一致，用俄羅斯V-320機組的主設備去嫁接已經荒廢16年的德國核電機組。而且整個工程建設過程必須在IAEA的監管下按照90年代的核安全標準完成。
俄羅斯接手BUSHEHR後的第一道難題是，在德國人拒絕提供幫助的情況下排查一堆不熟悉的德國設備，重新認證德國設備的設計標準和抗震等級。
經過排查，約47000件德國設備通過了俄羅斯標準的審查，另外11000件仍處於良好的狀態但是設備手冊丟失。
根據最後的工程統計，24%的機組設備仍然使用德國原供設備，36%是伊朗製造，40%是俄供設備。改造工程的難度之大，遠遠超過俄羅斯人的想像。
整個工程斷斷續續持續了近10年時間，到2005年才接近機組裝料。
2005年，俄羅斯人面臨第二個難題，機組裝料收到伊朗擁核企圖的影響。
2005年伊俄羅斯擬定燃料供應合同，合同規定俄羅斯保證供應新燃料，伊朗保證乏燃料送還俄羅斯。伊朗政府極不情願答應這樣的條件。雙方一直磋商到2007年底，伊朗才答應條件。
2008年，第一批燃料抵達BUSHEHR。隨後又因為伊朗的鈾濃縮活動，俄羅斯暫停了燃料運輸。
根據工程計劃2009年9月就可以裝料，由於伊朗政府的態度問題，一直拖到2011年俄羅斯才將全部首堆燃料運抵現場。2011年2月完成機組裝料。
2011年2月，就在BUSHEHR1啟動前，俄羅斯人遇到了第三個頭疼的問題，發現德國主泵葉輪破損，碎片可能進入反應堆。
俄羅斯人只好把剛裝好的料卸出來，打撈進入一迴路的金屬碎片，並逐一檢查163組燃料的受傷情況，檢查完畢再回裝燃料。再次啟動時，已經是2011年5月。9月首次併網。
本來計劃2012年4月商運的，可是再次發現一迴路有碎片異物，2012年10月再次卸料打撈異物。12月回裝燃料，準備啟動。
與IAEA等監管機構的溝通不暢應該算俄羅斯在BUSHEHR項目的第四個突出問題。在處理主泵葉輪破碎以及堆芯異物清理的過程中，進展報告沒有及時與IAEA溝通，是2012年進度嚴重滯後的主要原因。
BUSHEHR1最終在2013年1月再次啟動併網，5月又遇到7.7級大地震，6月遇到發電機問題，但還是在2013年9月移交伊朗進入正式商運。
2013年10月去BUSHEHR回訪時，終於看到伊朗老同學和俄羅斯老朋友們在經歷一路風霜之後臉上終於綻開了燦爛的笑容。
BUSHEHR1項目，俄羅斯飽經磨難，費勁九牛二虎之力，耗時21年。但是俄羅斯人在此項目的收穫遠遠超過合同價格。
比如，俄羅斯人能夠把大象裝進冰箱的國際聲譽，比如處理如此複雜的不同設計標準和協調多邊關係的寶貴經驗，比如BUSHEHR1讓伊朗人認識到核電站每年能為他們節省20億美元的石油和天然氣帶來的經濟價值，從而為俄羅斯帶來更多核電訂單。
其實，這些賬面以外的收穫才是俄羅斯在BUSHEHR項目的最大收益，而且在以後的國際市場競爭中逐步得以兌現。
雙劍合璧揚名天下-田灣TW1/2
田灣1/2不僅僅是上演俄羅斯安全可靠的反應堆設計與引領潮流的西門子數字化控制的雙劍合璧的舞台，更是俄羅斯消化吸收先進管理理念，培養隊伍拓展世界市場的大課堂。
田灣1/2是俄羅斯AES-91機組，採用V-428版本的VVER-1000反應堆，西門子-阿海琺的儀控系統。但堆芯測量，控制棒控制以及反應堆保護等核心部分仍然保留俄羅斯的控制系統。
該項目為俄羅斯提供了一個培養自己人才隊伍的絕佳機會，使得俄羅斯在核電設計，裝備製造，電廠調試等隊伍等方面的斷層得到彌補，因而國內有同行說，田灣1/2拯救了俄羅斯的核電工業。
同時，田灣1/2也是一個讓俄羅斯消化吸收西門子先進的數字化控制技術的絕佳機會，並為核電站數字化控制在俄羅斯今後的所有VVER機組建設中廣泛應用奠定基礎。在田灣1/2項目中，俄羅斯人是通過類似以下的挫折提高了自己的戰鬥力。
介面管理失效導致的主要工程問題。最突出的例子要數支吊架設計標準管理失效。一號機熱試後發現核島廠房內有相當部分支吊架無法承受系統動態載荷而變形，大面積更換支吊架工作成為工程的關鍵路徑。
在支吊架更換工作的掩蓋下還隱藏著施工介面管理失效和設計介面管理失效兩類問題導致的設備冷卻水系統問題成為整個工程的次關鍵路徑。由於田灣1/2的設備冷卻水系統跟隨安全系統劃分為四個通道，一四通道既提供安全系統又保證正常運行用戶的冷卻水。所以它的設計變更的工程施工直接影響整個機組的運行狀態和調試進度。
為了確保改造方案和施工方案最優化，不至於從次關鍵路徑上升到機組的關鍵路徑，當時的電站老總親自把關，把我和俄方的調試系統工程師找去討論方案。因為有這個細節，在系統成功改造後，俄羅斯人慫恿我申報傑出貢獻獎， it turned out to be a farce!
設備冷卻水系統的施工介面管理失效。1號機組熱試後，去支援調試到崗後的第一個發現就是設備冷卻水凈化單元沒有按照系統設計連接一四通道。提出的問題很快得到澄清，由於施工管理失效，連接四通道的工藝管道已經供貨到現場但是沒有安裝施工，系統就移交調試了。
設備冷卻水四通道與凈化單元連接管道的施工成為熱試後最大的現場工藝管線的施工。
設計介面管理失效導致設備冷卻水流量分配成為難題。由於主泵空冷器的設計參數與設備冷卻水系統設計介面管理失效導致主泵冷卻水流量無法滿足設計流量，俄羅斯人已經使勁渾身解數通過限流設備冷卻水系統其他分支，但是主泵空冷器的冷卻水流量就是無法達到設計流量。
接下來就是考慮重新供貨冷卻水泵大葉輪改變泵的流量揚程特性，但增大葉輪直徑帶來的潛在後果就是可能超過現有電機功率，面臨更換電機的風險。這種方案不僅增加巨額費用，還帶來難以控制的調試工期問題。
在俄方調試單位等待設計院方案的同時，經再次研究了系統設計，並在現場收集試驗數據，經過系統的水力計算，提出了新的解決方案：改變三通閥旁路閥的運行狀態，減少系統水阻壓降。
俄羅斯調試單位研究了該方案，經過複核計算，並最終採納。試驗證明此方案是可行的，為了保證系統的設計餘量，還是決定增加泵的葉輪尺寸。
經過前兩次的技術交鋒，我被俄羅斯人邀請參與葉輪尺寸計算。葉輪直徑計算的邊界條件有兩個，切削後的葉輪尺寸保證所需的流量特性曲線，泵電機能夠提供足夠的餘量保證新葉輪的工作。
我使用相似理論計算公式，並根據試驗數據修正；俄羅斯人直接使用工程經驗公式計算。我們得出計算結果不同，我們對自己的計算結果都不自信。但是我們一致地同意保守決策，實現葉輪切削和順利更換並保證工程的計划進度。
在利用數字化優勢解決工藝系統問題時，俄羅斯人一直奉行簡單即可靠的原則。
我提出的設備冷卻水改造方案直接影響到系統的溫度調節。我的解決方案是利用數字化，實現全年內海水溫度變化範圍內的全自動調節。正當我信心滿滿地拿著自以為高明的解決方案找俄羅斯人確認簽字時，俄羅斯人很認真地說：對不起，你的方案能夠實現全自動調節，但是新引入了兩個邏輯判斷條件，降低了可靠性，我們決定不採用。
俄羅斯人奉行數字化控制簡單即可靠原則的另一個例子是，解決一迴路凈化單元旁路切換試驗失敗的問題。試驗失敗的主要癥結是，切換過程中凈化床與旁路流量的差異以及切換過程中的一迴路側的流量變化速度，超過了冷卻水調節閥的響應速度，最終由於凈化床前的一迴路介質溫度超限導致試驗失敗。
我還是提出利用數字化控制優勢，改調節器參數，提高響應速度。俄羅斯人表示能夠實現，但是調節過程的振蕩時間長甚至可能有發散的風險，他們寧願重新供貨，保證閥門的流量開度特性，從而保證調節的可靠。
但是俄羅斯人利用數字化控制優勢解決工藝問題的例子更多。田灣1/2機組穩壓器沒有比例式電加熱器，但是利用數字化控制實現近乎比例調節的效果。
最初的設計是穩壓器電加熱器分為四組，根據不同的一迴路壓力值進行電加熱器的投切，實現一迴路的壓力控制。熱試的結果發現一迴路的壓力波動幅度大，甚至懷疑是穩壓器波動管探傷超標的潛在原因。
俄羅斯人巧妙地分出一根電加熱器劃分為第五組，根據偏離一迴路目標壓力更窄的範圍進行投切控制。
當然，俄羅斯人也考慮到了第五組電加熱器工作時長和電器開關的開合次數的壽命，進行每個換料周期輪換第五組的方式來達到所有電加熱器壽命的相對均衡消耗。
俄羅斯人除了從上面所述的管理失效中學到了經驗之外，還從許多設備設計和製造，甚至運輸管理上學到許多經驗。
例如，俄羅斯人以燒掉一台主泵電機為代價學到了大型電機的啟動保護；以損失蒸汽發生器傳熱管設計裕量為代價學到了設備遠洋運輸和現場保養中的氯離子腐蝕。
尊重技術權威，更尊重技術本身，也許是俄羅斯的人才隊伍能夠在田灣項目快速成長的文化背景所在。
田灣1/2遇到的問題在當時看來似乎不可克服，甚至感覺有些不幸，但是田灣的建設者們認真解決每一個問題，把每一個問題變成為成長的財富。
俄羅斯人的獲益更大，不僅僅田灣1/2卓越的業績表現給俄羅斯機組做了最有效的廣告，俄羅斯在田灣1/2學到的先進的管理理念，培養出來的人才隊伍，是後續 NOVOVORONEZH6/7, ROSTOV4, LENINGRAD2-1以及白俄羅斯項目成功的基礎。
最重要的是，VVER與西門子儀控技術雙劍合璧成了世界核電市場上一張響噹噹的名片，為俄羅斯拿下了一張張核電訂單。
兵戎相見英雄折戟-烏克蘭K3/4
2006年，俄羅斯掐斷送往烏克蘭的天然氣供應。
能源安全的威脅使烏克蘭政府痛下決心到2030年再建11座核電機組，新增核電機組容量16.5吉瓦，包括置換9台退役機組的10.5吉瓦。
開建於1985，1986並在蘇聯解體前1990年已經分別完成75%和28%的Khmelnitski 3&4兩台機組成為烏克蘭的首選項目。
2008年，烏克蘭搞了一次國際招標，阿海琺，西屋，韓水原KHNP，俄羅斯核電出口公司ASE以及斯柯達被邀請競標。在只有ASE和KHNP兩家投標的情況下，ASE很容易就成為贏家。
這兩台打算在2010年恢復建設並計劃分別於2016，2017年投產的機組一路命運多舛。
2010年烏俄雙方預測兩台機組剩餘的工程投資需要37億美元，俄羅斯政府貸款85%。
2012年烏克蘭政府再次預測工程剩餘投資需要49億美元，計劃在2012年底敲定融資方案。
2015年工程復工。2014年俄羅斯軍隊開赴克里米亞，烏克蘭國會在2015年投票撤銷與俄羅斯的K3/4項目合作協議。烏克蘭政府希望斯柯達接手該項目，但俄羅斯是斯柯達的大股東。所以，烏克蘭需要第三方參與。
韓水原似乎又轉了好運，2016年8月終於與烏克蘭簽訂了K3/4的合作協議。2017年7月，斯柯達宣布修改設計，確定70%的設備由烏克蘭國內供應，使用西屋核燃料，計劃分別於2023年2025年投產兩台機組。
鋼鐵是這樣煉成的
顯然，競技場上的英雄並不是從一入場就所向披靡，而是經過一場場艱苦卓絕的血肉拼搏才逐漸打響名頭，從而贏得更大的勝利。成長的秘訣是，不僅僅在每次挑戰中求生存，還要在一次次打擊中不斷強壯自己！
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