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加拿大开发SMR的宏伟蓝图

2021-01-08 13:25:45 5e   作者: 杜铭海  

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2020年12月18日,加拿大自然资源部部长谢默斯·奥里根(Seamus O’regan)在(YouTube)视频网站的一场虚拟直播中,介绍了加拿大政府的SMR《行动计划》。他称小型模块化反应堆(SMR)是“下一个帮助我们在2050年前实现净零排放的创新。” 并“将为未来创新的新篇章和成功奠定基础”......到2040年,预计SMR的全球市场将达到$1500-3000亿/年。所以,要“确保到那一天,加拿大准备好发挥领导作用。”[1]

SMR《行动计划》

开发SMR《行动计划》是加拿大在国内外开发、示范和部署多用途SMR的行动计划。SMR是很有前途的新技术,可以带来一系列好处。这个行动计划是全加拿大努力,汇集了来自加拿大各地的关键推动者,称之为“加拿大团队”:联邦政府、各省和地区、原居民和社区、电力设施、工业、创新者、实验室、学术界和公民社会。SMR作为安全、清洁、负担得起的能源来源,为有弹性、低碳的未来创造机会,并为加拿大和加拿大人民带来利益。

美国和加拿大开发的SMR,最大特点是安全和经济。安全:电厂运行只是业主的事,不扰民,即应急规划区域的边界是电厂“围栏”或主厂房“外墙”。经济:指标是相对的,可取代各种排放CO2的能源装置,而成本低于燃煤或柴油机发电。

《行动计划》响应加拿大SMR路线图中的全部53项建议,还包括超越SMR路线图建议的“自愿行动”。路线图进程产生的四个主题支柱继续指导加拿大人的行动:

支柱1:演示和部署,包括风险分担

支柱2:政策、立法和规范条例,包括核责任、安全和废物管理

支柱3:能力、参与和公众信心,重点是原居民社区的参与

支柱4:国际伙伴关系和市场,包括国际支持框架

这让更多的团体加入加拿大团队,现已从参与路线图的55个组织,发展到参与行动计划的100多个组织。战略伙伴关系对成功至关重要。

行动之路:SMR《行动计划》是在2018年11月发布的《呼吁行动:加拿大小型模块化反应堆路线图》基础上迈出重要一步。[2] 这个文件长达89页,在首届国际第四代和小型反应堆会议上发布,宣传开发SMR的承诺。加拿大多个省政府、地方政府和电力公司组织共同制定了加拿大自然资源倡议,其路线图包括53项建议,涉及废物管理、监管准备和国际参与等多个课题。

奠定基础:据加拿大自然资源部称,这个行动计划旨在“通过泛加拿大方式,与省和地区政府、原居民、工会劳工、公用事业、工业、创新者、学术界和公民社会合作”,推进SMR开发、示范和部署。除了一项原则声明外,该计划还包括许多“章节”,109个参与组织各一章,还列出450项具体行动的现况,各个组织都可参与或能完成。

鼓励言辞:加拿大核协会主席兼首席执行官约翰·戈尔曼(John Gorman)说,“SMR行动计划加强了加拿大在创新、零排放核技术发展方面的领导地位。” “小型模块式反应堆是其他清洁能源的强大推动者。它们有独特的能力与可再生能源合作,可帮助脱碳有困难的关键地区和行业,实现减排目标。”

重要的SMR开发商、美国NuScale 能源公司董事长兼首席执行官John Hopkins说,“我们对加拿大启动SMR行动计划感到兴奋,并对加拿大政府迈出重要的一步,使SMR技术成为其能源领域的关键组成部分表示赞赏。NuScale能源公司将用它证实的、可靠的、可扩展的技术,适宜满足加拿大各地的特定电力需求,支持这个行动计划。”

加拿大建筑工会执行董事肖恩·斯特里克兰(Sean Strickland)也强调发布这个计划的积极作用。他说,“随着更小、更简单、更便宜核能需求的不断增长,今天的声明确保加拿大在核能方面发挥重要作用,同时帮助加拿大实现2050年净零排放目标。目前核行业工会有几千会员,可在SMR开发和维护中提供需要的高技能的劳动大军。”

CEO SMR论坛

加拿大开发SMR的创意、路线图和行动计划,具体活动是在首席执行官(CEO)SMR论坛的指导下进行的。[3] CEO SMR论坛成立于2019年,是安大略、新不伦瑞克和萨斯喀彻温三省主要电力公司之间的合作。论坛由布鲁斯电力公司(BrucePowe)、新不伦瑞克省电力公司(NBPower)、安大略发电公司(OPG)、萨斯克省电力公司(SaskPowe)、CANDU堆业主集团(COG)和加拿大核协会(CNA)的首席执行官组成,目的是协调、优化加拿大SMR开发和部署战略的框架,实现行业大联合。4家电力公司发电装机总容量~31GWe,直接雇佣的员工2.04万人。

这些电力(公用事业)公司一直在合作,要使核能、特别是创新的SMR在加拿大和世界的低碳未来发挥关键作用。加拿大的SMR的路线图开辟了成功的道路,CEO SMR论坛一直在努力,使加拿大成为世界这个高科技创新领域的领导者,以稳定就业、知识产权和全球供应链;在履行气候变化和清洁能源承诺的同时,为地区发展开辟机遇,使有可能与北部和原居民社区就边远能源问题进行建设性对话。

CEO SMR论坛依靠CEO SMR工作组支持、并制定加拿大统一的推进SMR发展的战略。CEO SMR工作组合作伙伴包括4个电力公司以及CNL(加拿大核实验室)、CNA和COG。CNL是SMR成功示范和部署战略的关键伙伴。

CEO SMR工作组:支持省级的谅解备忘录。2019年,安大略、新不伦瑞克和萨斯喀彻温三省省长签署合作开发SMR的谅解备忘录。为支持这一重要举措,CEO SMR论坛成立了跨省的谅解备忘录小组,以确保按照谅解备忘录推进各项活动得到各省的支持。4大电力公司和CNA参与跨省MOU小组。这个小组与省级部委的代表密切合作,按照MOU完成可行性研究,以及承诺应交付的其他成果。

CEO SMR工作组:与行业伙伴协作。除支持CEO SMR论坛外,CEO SMR工作组还代为其他协作行业实体发挥重要作用。这些包括:

· CEO SMR工作组是COG SMR技术论坛(SMRTF)的资助成员。SMRTF由提供资助的成员和观察员组成,其任务与活动在《行动计划》中单独的COG章节有详细说明。

· CEO SMR工作组成员还是“指导委员会”成员,监督加拿大核工业SMR秘书处的工作。2020年初,CNA和COG合作成立了SMR秘书处。建立这个伙伴关系的目的是与支持伙伴进行接触,协调、跟踪和记录关于“泛加拿大SMR路线图”建议的进展。

· CEO SMR工作组还加入了加拿大行动计划的指导组。

通过行业团体的合作和倡议,CEO SMR论坛和工作组成员与其他合作伙伴合作,继续扮演重要角色,推动解决影响SMR成功的核心优先事项,包括:

· 为首个商用堆分担风险的措施(与联邦政府和各自的省份讨论)

● 监管参与和效率(通过COG监管事务规划)

● 燃料供应(通过燃料供应委员会)

● 废物管理(通过COG放射性废物领导论坛)

● 核责任(通过COG核责任任务组)

● 原居民和公众参与(通过各电力公司、加拿大核安全委员会和加拿大自然资源部的活动)

● 核安全(通过COG SMR安全工作组)

这些优先事项的性质是多方面和复杂的。支持加拿大团队(Team Canada)的合作伙伴,包括电力公司和业主-运营商、联邦和省政府以及其他方面,响应SMR路线图要求的行动号召。不断发展的伙伴关系和分担责任对于构成支持优先事项的战略至关重要,诸如分担首个商用SMR的风险、分担废物管理风险和寿期成本、燃料供应安全、SMR示范场址准备等。

CEO SMR论坛努力携手合作,在相应行动上保持一致,并对政策和规定方面的改变提供行业见解,同时建立自信和能力,保持加拿大人对核工业安全的信任,使SMR有助于满足加拿大到2050年实现净零排放的承诺

CEO SMR论坛通过在每个辖区内共同行动,联合成为加拿大团队,利用加拿大的广泛能力,CEO SMR论坛的成员,认可、支持加拿大的SMR行动计划的原则。三省电力公司和CNL在示范和商业部署SMR型核能方面已走在前面,这就有可能提供清洁能源,发展经济,同时确立全新的商业机会。

开发和部署SMR的综合方法

按照“泛”加拿大SMR路线图的规定,SMR涵盖广泛的功率等级、设计类型、技术准备水平和最终用户应用。在加拿大,从传统上网发电到热电联产、重工业、矿业和远程社区能源供应。

为了满足加拿大的广泛需求,四家电力公司在过去两年一直在共同合作和投资,开发三个SMR项目“组”(Stream)。它们将降低碳排放量并为社区创造连接上网的机会(第1组),支持核能技术进步和创新方法,减少核副产品(第2组),并为偏远社区和矿山提供负担得起的清洁能源(第3组)。三个组“平行发展,同等优先”。

第1组:重点任务是在加拿大为早期部署电网规模的SMR提供机会。推进上网规模SMR技术“堆群”的工作正在进行,以便即使部署,从而使电电力系统脱碳与经济、可靠的发电,满足电力公司几十年的需要。于此同时,进一步开发加拿大的核供应链。对于上网的第1组反应堆,OPG、BP和SaskP作为开发商合作伙伴,审评了潜在的SMR技术,部署目标是首堆在2028年前后、在安大略省达灵顿核电现场建成发电。利用达林顿和布鲁斯核电厂场址有效颁证设施的优势,能确认加拿大的“先发优势”,支持第1组SMR下个阶段在萨斯喀彻温省的发展,并且用该省有潜力在2030年代初部署SMR,支持它的脱碳计划。部分“先发优势”是有能力维持和建成加拿大核供应链,并在安大略省通过坎杜堆整修,得到强化。

到目前为止,第1组反应堆,主要是美国NRC已颁发、或即将颁发设计许可证的的小型轻水堆:NuScale能源公司的77MWe的PWR模块和GEH公司开发的BWRX-300型BWR模块。

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图1:NuScale 型PWR动力模块(77 MWe)

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图2:BWRX-300型模块化反应堆

第2组:新布伦瑞克电力公司(NB P)继续开发两个先进堆设计,预期目标是2030年代初-中期在莱普罗角核电现场建成发电。这种先进的SMR(又称AMR)设计有许多额外的利益,如安全水平更高,设计简单,成本低,而且能有效地再循环自己的乏燃料,减少现有CANDU堆的乏燃料库存。这种AMR有热电联产能力,能给重工业提供工艺热能,海水淡化或制氢效率高,有优良的负荷跟踪特性,适宜支持可再生能源发电的间歇性,而且有巨大的出口市场潜力。

NB省和NB P早在2018年就选定两个AMR:美国先进堆概念公司(ARC)开发的ARC-100和英国Moltex能源公司开发的SSR-W-400。

ARC-100(MWe)是美国最早开发、最成熟的第四代钠冷快堆(EBR-II)的“简化版”。技术后援是阿贡和爱达荷国家实验室,合作伙伴是GEH。乏核燃料后处理与再循环也是实验室验证过的技术。只要加拿大给机会,就“志在必得”。ARC-100堆芯出口冷却剂温度510℃,有负荷跟踪能力,热效率约为40%。运营成本预计为50美元/兆瓦时。

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图3:ARC-100 钠冷快堆(金属铀合金燃料,20年换料周期,设计寿期60年)

SSR-W-400则是上个世纪50-60年代美国橡树岭国家实验室实验证实的MSRE技术的重大改进,是全世界有核或无核国家拟定开发SMR的希望和首选。最新设计的核岛厂房结构更像现代PWR,传统核能界人生更容易接受。

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图4:最新SSR-W-400熔盐快堆核岛示意图

第3组是微型SMR,可用来取代目前边远地区采矿、北部边远社区供热和发电的柴油发电。这种堆型最先在加拿大核实验室(CNL)园区进行示范,然后全面推开。首个项目将在2026年前后建成。潜在的西屋公司设计的伊达芬奇(eVinci)项目正在开发中,OPG也在支持全球第一能源公司(GFP)的项目(4MWe高温氦气冷堆),已向CNSC提交首个SMR许可证申请。

如果说加拿大有核能开发的优势,首先想到的是国有的AECL公司,而CNL实际上是运营AECL国有资产的私营公司。目前CNL恰克河实验室选中开发的先进模块反应堆(AMR)是美国NUSC公司开发的4 MWe高温氦气冷堆,加拿大陆地能源公司的IMSR。至于拟建的微堆,西屋公司验证过的伊达芬奇(eVinci),只是其中的选项之一。

CNL早就看中了英国Moltex公司开发的SSR-W的乏核燃料回收与再循环技术。所以单独出资与Moltex公司联合做实验和工程设计,推进它早日开花、结果。

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图5:CNL乔克河核实验室(辖区总面积达4000公顷)

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图6:西屋公司的伊达芬奇(eVinci)微堆设计概念图:可移动式微堆,30天内即可安装到现场。反应堆采用TRISO燃料和专用热管设计,电功率15 MWe,可上网或在边偏远地区离网、弹性运行。预计将在2024年之前演示验证原型,20年代中后期实现全面部署。

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图7:GFP公司的乔克河实验室科技园区微型模块反应堆(MMR):美国超安全核能公司(NUSC)与安大略电力公司(OPG)联合建造的4 MWe高温氦气冷堆(HGTR)。堆芯出口氦气温度630℃,运行寿期20年,期末返回供应商,核设施运行无需外部电力和水源。

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图8:IMSR核电厂现场布置示意图

加拿大开发SMR,不是她近邻的“对手”而是“伙伴”,依靠自己特定的优势和地理位置,面向世界,而且已有大量私人投资用于开发,表明有独到眼光和决断。看到了SMR和AMR的特定优势,在全球深度能源转型中不可或缺。世界其他国家和地区的综合研究,也证明加拿大的选择有很大吸引力,有潜力成为世界SMR技术与设备的“枢纽”.....

熔盐堆是世界开发AMR的共同选择

现在全世界有核国家,大都在开发熔盐堆技术、想建熔盐堆核电站。英国Moltex能源公司2016年推出稳定熔盐反应堆(SSR)设计,加拿大新布伦瑞克省政府和电力公司2018年作出决定,邀请它到加拿大的普莱斯特角核电厂现场建示范堆。Moltex的突出特点是:与电网的相容性,理想;经济,卓越;基建成本,最低;平准化成本,最低;工程准备,技术准备最少;乏燃料管理,用现有的乏燃料做燃料,是最理想的AMR堆型。Moltex能源公司的目标仍然是2030年在加拿大建成发电。祝愿它成功!

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图9:ENGIE 的 “新兴可持续技术”[4]

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图10:比利时Tractebel工程公司:主要SMR发展的世界概况[5]

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附表:爱尔兰《18 FOR 0 》“爱尔兰的核能开发”选定技术审评[6]

资料与注释:

1. ANS News,Canada unveils ambitious plan for SMRs,December 21, 2020

2. Canadian Small Modular Reactor Roadmap Steering Committee, A Call to Action: A Canadian Roadmap for Small Modular Reactors,November 2018

3. CANADA`S SMR action plan,CEO SMR Forum, December 18, 2020

4. ENGIE Research, Emerging Sustainable Technologies, Report from 2020 Technology Watch

5. Tractebel Business Line Nuclear,The rise of nuclear technology 2.0—Tractebel’s vision on Small Modular Reactors,December 2020

6. 18FOR0, NUCLEAR ENERGY DEVELOPMENT IN IRELAND PRELIMINARY STUDY, DECEMBER 2020




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责任编辑: 李颖

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