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加拿大全国的电力中约15%来自核能,安大略省的17座核反应堆提供了12.7千兆瓦的电力容量。
加拿大计划建设新的大型核电能力和小型模块化反应堆。
多年来,加拿大一直是核研究和技术的领导者,出口在加拿大开发的反应堆系统,以及世界上用于医学诊断和癌症治疗的放射性同位素的高比例供应。
截至目前,加拿大有17座可运营的反应堆,容量为12669兆瓦,暂无在建反应堆,且有8座反应堆已停用,停用反应堆的总容量为3181兆瓦。
2022年,加拿大电力行业总发电量为656太瓦时,其中水电399太瓦时(占61%),核电87.2太瓦时(占13%),天然气81.5太瓦时(占12%),风能37.5太瓦时(占6%),煤炭29.3太瓦时(占2%),生物燃料和废物10.2太瓦时(占2%),太阳能7.0太瓦时,石油4.2太瓦时。
进出口平衡方面,加拿大净出口51.3太瓦时(进口14.1太瓦时,出口65.4太瓦时)。
根据国际能源署和世界银行的数据,2022年的总消费量为533太瓦时,人均消费接近13700千瓦时。
根据加拿大核能协会和加拿大核工业组织的研究估计,2019年,加拿大核能产业创造了76,000个工作岗位,比2012年增加了16,000个。
近年来,加拿大的核能形势出现了两个显著发展:第一是基于2015年安大略省对达灵顿四个核单元和布鲁斯六个单元的翻新(延长使用寿命)决定。这项耗资260亿加元、历时15年的项目是北美最大的清洁能源项目之一。达灵顿的第一个单位(单位2)于2016年10月开始翻新,2020年6月恢复商业运行,第三单位于2023年7月恢复商业运行。
第二个发展与小型模块化反应堆(SMR)相关。2018年,加拿大自然资源部发布了其SMR路线图,规划核技术的发展以促进小型模块化反应堆的发展。
2019年12月,新不伦瑞克省和萨斯喀彻温省同意与安大略省合作,推动小型模块化反应堆的开发和部署,以应对气候变化、地区能源需求、经济发展及研究和创新机会。
此外,加拿大核安全委员会设有预许可供应商设计审查过程,以评估基于供应商反应堆技术的核电厂设计。现在大约有十个小型反应堆的合作,以提供最多300兆瓦的容量。
与此同时,加拿大核实验室邀请表达意向,这导致近20个建议提交用于在CNL管理的网站上设立SMR基地。CNL计划在其查克河地点于2026年前建立一座新的SMR。
2020年12月,加拿大自然资源部发布了SMR行动计划,以响应SMR路线图中的53项建议,明确制定在国内外开发、示范和部署SMR的步骤。
该计划预计第一个SMR将在2020年代末投入运营。
2023年2月,加拿大政府推出了“支持小型模块化反应堆计划”,提供了2960万加元(约2200万美元)用于SMR的开发和部署支持。
根据该计划,申请人可以为研发项目申请最多500万加元的资金,且计划提供高达75%的项目总成本支持,或者对由土著申请人领导的项目提供100%的支持。
2023年11月,政府修订了绿色债券框架,明确允许“部署核能以发电和/或供热。”2024年2月,在修订框架下首次发行40亿加元(29亿美元)的债券。
反应堆开发方面,加拿大从1944年开始开发自己的核电反应堆,最初在魁北克省的蒙特利尔组建了一支工程设计团队,开发重水调节的核反应堆。国家研究实验反应堆(NRX)于1947年在安大略省的查克河投入运行,查克河实验室如今是加拿大很多核研究与开发的重心。1952年,政府成立了加拿大原子能公司(AECL),作为一家国有企业,负责编制和平利用核能的研究与开发。1957年,查克河建成了国家研究万能反应堆(NRU)。截至2016年10月,NRU生产了世界上40%的钼-99,该同位素广泛用于医学诊断和治疗,此外还生产了用于癌症治疗的钴-60。2018年3月,该反应堆因优异的使用寿命而停止运行。
Candu设计由AECL与加拿大工业界合作开始开发,第一座Candu(加拿大重氘铀)反应堆于1950年代末开发,第一座商业Candu反应堆于1971年在安大略省的皮克林投入运营。加拿大19座商业反应堆中有18座位于安大略省(仅有一座位于新不伦瑞克省的点勒普罗)。2021年,安大略省约58%的发电量来自核能。除了用于发电,Candu电力反应堆还几乎生产了全球所有的钴-60放射性同位素,用于医疗和消毒。
目前,加拿大在七个国家有27座Candu电力反应堆,以及印度的17座“Candu衍生”反应堆。向韩国(4)、罗马尼亚(2)、印度(2)、巴基斯坦(1)、阿根廷(1)和中国(2)出口了12个Candu单位和相关工程技术。
Candu反应堆使用重水(重氘氧)作为调节剂和冷却剂,并使用天然铀作为燃料(而非浓缩铀)。Candu反应堆的优势在于燃料成本节省,因为铀无需通过浓缩过程,且因燃料更换和维护停机时间较少。这些节省部分抵消了重水生产成本。1962年,加拿大在查克河上游的Rollphton投入运行了一座小型(22兆瓦)Candu原型反应堆。在1967年,另一座较大的(200兆瓦)原型反应堆在安大略省的道格拉斯点投入发电,成为印度PHWR电力反应堆(拉瓦特巴塔1和2)的设计基础。
Candu反应堆的技术和设计经过几代演变,最新型号为增强型Candu 6(EC6,基于中国的秦山)。下一代的先进Candu反应堆(ACR-1000)尚未完全开发。
不同设计的Candu反应堆每台蒸汽发生器的数量不同。布鲁斯站单位每台有八个独特设计的蒸汽发生器,未在其它地方使用。Candu-6电厂(如点勒普罗)每个单位有四个蒸汽发生器,而较大的达灵顿单位也同样有四个。旧的皮克林反应堆每个单位有12个小型蒸汽发生器。
在2011年中,AECL以1500万加元将其反应堆部门出售给SNC-Lavalin的Candu Energy子公司,同时加拿大政府保留了Candu反应堆的知识产权,寄希望于通过新建和延长使用寿命项目获得未来的版权收入,从而减少纳税人对核商业风险的暴露。
Candu Energy可以利用这些现有Candu反应堆的业务机会,并开发EC6型号的新建机会。政府将为完成EC6开发项目贡献7500万加元。Candu Energy将通过与加拿大政府的分包服务协议完成布鲁斯、皮克林和乌尔松的翻新项目。
截至2016年,Candu Energy主要专注于调整其设计,使之能使用来自轻水反应堆的再生铀,从而与这些反应堆的运营商互补而非竞争。在2012年和2016年与中国国家核电公司及其他公司达成的协议是为了最终确定设计并建设基于EC6的先进燃料CANDU反应堆(AFCR)。
2023年底,AtkinsRéalis(前SNC-Lavalin)公布了其新的Candu Monark设计,具有多项被动安全特征。这是一种1000兆瓦的重水冷却和调节的Candu反应堆核心,具备480个燃料通道,具有两个回路的“8”字形热运输系统,类似于达灵顿站的设计。燃料采用37元素束(37M)的天然铀。
为了满足当前和未来的电力需求,各省政府和电力公司决定通过翻新延长多座反应堆的使用寿命。
翻新Candu单位的步骤包括更换燃料通道和蒸汽发生器,以及将附属系统升级至当前标准。
1995年至1998年,布鲁斯A和皮克林A四个单位被原省电网公司安大略电力公司停用。经过安大略电力公司委托的一项审查发现,公司的管理存在问题,并建议采取分阶段的改进措施,包括关闭七座反应堆(其中一座已经停用)并集中精力恢复其他12座在运的反应堆(布鲁斯B、皮克林B和达灵顿)。
皮克林A与布鲁斯A的故事是关于如今所称为知识管理(KM)的警示案例。至1990年代中期,绘图与逐步进行的修改出现了偏差,公司未与设计师共享运营经验,导致维护标准下降、成本上升。1997年和1998年进行的详细审计显示,设计基础未得到维持,纠正所有安大略电力公司工厂情况需要额外4000名员工,因此决定关闭两座A型电厂(共8个单位),使员工可以专注于12个运行中的单位。从2003年起,六座A型单位被恢复运营,设计依据得以纠正,大大减少了业主的资产基础。由于翻新代价过高,皮克林的两座单位(2和3)被认为经济效益不佳,未能恢复。
对Candu 6等较新型号的全面翻新包括更换所有的卡兰特管、蒸汽发生器、仪器和控制系统。第一项项目超出时间和预算,但第二项在经历了经验教训后在韩国的乌尔松1号取得了成功。
目前,布鲁斯和达灵顿选址正在进行大规模翻新项目,以延长这些反应堆的服务年限30年。
皮克林站包括四个可运营的Candu 500反应堆,即皮克林单位5至8,统称为皮克林B。
皮克林A包括四个反应堆,均于1997年停用。皮克林A1和A4经过翻新以延长使用期限,其中单位4于2003年9月恢复运行,单位1于2005年9月恢复运行。皮克林1的翻新成本超过安大略电力公司估算的每千瓦1600美元,实际费用是原估算的两倍,导致政府决定退休单位2和3,选择不翻新。
2010年2月,安大略电力公司决定不进行全面翻新,但将花费2亿加元用于燃料通道管理项目,以继续运营十年。2013年8月,加拿大核安全委员会批准对所有六座可运营反应堆的单一运营许可续期五年,前提是对B单位5和6进行全场概率安全评估。对这些单位的设计限制通常是210,000个等效满负荷小时。2014年8月,加拿大核安全委员会将单位6的限制延长至247,000小时(约2019年),成为第一座超过210,000小时限制的加拿大反应堆。
2024年1月,加拿大政府批准安大略电力公司的提议,对皮克林电厂的5至8号机组进行翻新。该项目的启动阶段耗资20亿加元(15亿美元),包括工程和设计工作以及确保长周期组件的准备,预计持续到2024年底。
该翻新项目预计在2030年代中期完成。安大略电力公司已获加拿大核安全委员会许可,运营5至8号机组至2026年底,届时它们将停用进行翻新。
皮克林1于2024年9月退休,接着是单位4于2024年12月退休。
布鲁斯核电公司成立于2001年,作为一家加拿大公司从安大略电力公司租赁布鲁斯站。该站包括八个可运营的Candu反应堆,均匀分布在两座电厂中。根据安排,布鲁斯A包括两座Candu-791反应堆和两座Candu-750反应堆,而布鲁斯B则有四座Candu-750反应堆。
布鲁斯A的3号和4号单位在1998年开始停用,而在2004年和2003年分别于2004年1月和10月恢复运行。
面临即将到来的电力短缺,安大略省电力局于2005年10月同意与布鲁斯核电公司合作对最老的布鲁斯A反应堆进行翻新。由于2005年1月和1995年5月发生维护事故,单位2已停用,单位1与四个皮克林A单位于1997年底一起停用,以使运营重点集中在更年轻的电站上,单位1和2的有效使用寿命通过翻新延长了25年。单位3和4的翻新在2004年返回服务之后进行,2012年完成。
于2012年,布鲁斯A的翻新总成本被预期为52.5亿加元,布鲁斯电力公司负责所有电力销售,负责电价为6.3美分/千瓦时的基准价格,在此之前25年内参与调整。与政府及投资者之间的资本支出差额由政府与投资者共同承担。2008年初,布鲁斯电力公司宣布翻新单位2和1的总成本将超过30亿加元。
布鲁斯B的四个反应堆的决定仍在进行中,不过布鲁斯电力公司宣布将集中精力翻新这些反应堆,而不是在布鲁斯建造新电厂,预期成本将约为新建电厂的一半。2010年,单位的额定能力以95%的运行能力提高至93%。从2001年至2015年间,布鲁斯电力公司在整个电厂上支出了约100亿加元。
2013年12月31日,加拿大铀矿业公司以4.5亿加元将其31.6%的布鲁斯部分资产出售给布赖特电力,等额增持至63.2%。在2009年,这个平台的出资方布鲁斯电力公司与前者为了促成电力生成而签订协议,向布鲁斯电力公司支付,以发现并分享3000万加元的估算支出。预计布鲁斯的翻新于2020-2033年间完成,6020兆瓦的容量将被延长至2036年。
布鲁斯反应堆将在安大略省的五座燃煤电站提供大约1/3的灵活发电,确保在省内的长期电力需求,主要是碳基设施的转变。
2029年,布鲁斯核电公司将参加小型模块反应堆(SMR)开发的计划,尝试将这些设备用于进入国家电网或运行备用电源。
2021年,安大略省的独立电力系统运营商(IESO)发布了一份报告,预计到2050年,安大略省的电力需求将超过其现有的发电能力(42000兆瓦),建议开始计划、协调和环境评估工作,及时开发包括核电在内的电源。
关于达灵顿站,2016年,安大略省电力公司应用于审核最多可建4座新核电站的许可证。
达灵顿站包括4个CANDU-850反应堆,这些是加拿大最新的CANDU反应堆。经过详细研究,安大略省电力公司决定于2016年开始全面翻新,以便在未来30年延长其使用年限。
该项目于2015年11月获得批准,预计耗资128亿加元,约为更换电厂的一半,且比原先预测的减少9%。
安大略省政府于2016年1月批准了该项目。
安大略省计划依次关闭反应堆,以确保同时不超过两个反应堆停用。该项目获得600百万加元的7010号项目的合同,由一个SNC-Lavalin核能公司和Aecon建设的合资企业负责,2016年1月授予该项目2750万加元的合同进行翻新。
在2026年之前,安大略省电力公司预计所有四个反应堆翻新项目将完成。
点勒普罗电厂拥有一个635兆瓦的单一反应堆。2005年中,决定翻新新不伦瑞克电力公司点勒普罗反应堆,它是第一个商业运营的Candu 6类型的反应堆,也是第一个经过全面翻新的Candu-6反应堆。
该项目在2008年预计将在2009年9月完成,费用为14亿加元,但该项目超支超过27亿加元,且时间比计划长出54个月(而原预计为18个月)。
其后,AECL决定因需处理在项目中出现的密封问题而再次拆卸和重新安装所有380个反应堆核心中的卡兰特管。
纳税人承担的高成本引发了省政府对表达财政损失的抗议,最终在2012年获得了核安全委员会批复。
在2012年,点勒普罗反应堆获得了10年运营许可证,重返电网时焖锅使用最低功率。
尽管这个项目的许多调试工作存在滞后,反应堆于12年再次重启时仍没有达到安全标准。
在与某一大型工业的电缆设施或核能后生运行紧密相关的情况,采用小型模块反应堆的提案在新不伦瑞克有积极的页面。
由于大部分的电力来自水电,新不伦瑞克省决定于岁末关闭669兆瓦的Gentilly 2,而不是继续翻修。
塞尔克退役的提案未能实施并暂停了电力生产设施。
2023年,加拿大不同省份的各大业务也启动了SMR的选择研究,将核电行业重新引入省政府决策事项。
为了应对2050年的电力需求,加拿大核电的经济潜力也会在未来的投资项目中被重新分析。
各省的电力公司主张借助核能更多的解决气候变化和碳排放问题,促进社会经济发展。
同时,核能在供应链的合理结构中也表现出了其灵活性,这将使新建核设施设计更为轻量化。
因此各界开设了细分的前期工作以及核电电商项目的职能分配。
在这些新建和翻新项目中,如何建立有效的项目管理机制并水平确保核安全,是各国政府、企业及专家更加关注的话题。
在未来数十年中,加拿大有能力成为全球核能产业的重要中心,而政府也会为此提供必要的支持。