1法國核電
1970年代初世界石油市場緊張催生了法國1974 年能源政策——發展核電保證法國能源安全穩定。法國從一個需要從周邊進口電力的國家發展到世界最大的電力出口國。目前,電力出口是法國的第四大出口商品。
目前運行的58 臺核電機組,裝機容量63.2GWe,佔全法總裝機容量129GWe 的一半,為法國提供75% 的清潔電力,核電比例位居世界第一。低廉的發電成本為法國電力贏得巨大出口優勢。2014 年上網電價42 歐每千度,使得其中型企業的用電價格是歐盟27 國平均電價的90%,中等家庭的用電價格更是低於歐盟27 國平均數的一半。
法國核電站分佈
在過去十年間,EDF(法國電力集團)幾乎每年向周邊國家售電700 億度,收入30 億歐元。購電國家包括英國、德國、西班牙、意大利、瑞士和比利時。法國的核燃料後處理技術世界第一,每年17% 的電力生產來自於再循環核燃料。
法國曾經運行9 個天然鈾石墨慢化氣冷堆(其中一個在西班牙),其技術與英國的MAGNOX 氣冷堆極為相似。
法國也曾經運行過世界最大的快中子增殖堆。1974 年233MWe 鳳凰堆啟動,1998 年停運改造,2003 年重啟後,在140MWe 功率運行了6 年。2009 年永久停運。另外一座1200MWe 功率的快中子反應堆--- 超鳳凰快堆在1996 年啟動,1998 年由於政治原因停運。目前,超鳳凰在退役中。
法國快堆研究。2006 年法國原子能委員會提出到2020 年建造投運三種四代堆:氣冷快堆,鈉冷快堆,超高溫氣冷堆。阿海琺公司參與鈉冷快堆和超高溫氣冷堆兩種四代堆的研究。原子能委員會對快堆青睞的主要理由是,快堆的燃料利用率高,廢物少,同時法國國內22 萬噸貧鈾及後處理鈾急需處理。
現在運行的58 臺機組全部為壓水堆,34 臺三環路90萬千瓦機組,20 臺130 萬千瓦四環路P4 機組,4 臺四環路145 萬千瓦N4 機組。法國共計15 個核電站,除開4 個沿海核電站外,其餘11 個核電站全部是通過淡水冷卻塔冷卻的內陸核電站。
基於法國N4 機組和德國KONVOI 機組技術,法馬通聯合德國西門子開發出滿足法國標準和美國標準的歐洲先進壓水堆型EPR,並於2004 年獲得設計批准。2007 年阿海琺拿到四臺EPR 機組的訂單,芬蘭OLKILUOTO3, 法國FLAMANVILLE3,以及中國台山兩臺機組。
基於目前四臺EPR 的建設經驗,阿海琺與EDF 正合作開發EPR 新堆型EPR-NM,建造方法將極大簡化,建造成本將極大降低。2020 年完成基礎設計。計劃從2020 年開始每年新建一臺EPR-NM 取而代之退役機組,完成機組的更新。
2014 年通過綠色成長能源轉變法案,到2025 年,核電發電量佔比從當前的75% 將降到50%。目前63.2MWe 是最大允許核電裝機容量。這意味著,法國本土EPR 項目Flamanville 3 要想投入商運,就必須關掉1650MWe 的運行核電機組。
法國在核電站延壽和性能升級管理中有成熟的經驗。基本上現有運行機組都通過延壽審評。2003 年4 臺N4 機組都升級到150 萬千瓦,2008 年到2010 年5 臺90 萬機組提升功率3%。從2015 年開始20 臺130 萬千瓦機組功率提升7% 的升級工程。升級後的機組,每年可以多發150 億度。
核電機組參與負荷跟蹤。一般認為,核電機組投資大,運行成本低,從經濟角度考慮,適合承擔電網的基礎負荷。再者,核電機組的負荷改變,從技術角度考慮,複雜性高於燃氣和水電機組。另外,由於法國的電力便宜,工業和家居加熱或製冷大都用電。所以,在法國,電力負荷變化對氣溫變化相當敏感,冬季氣溫變化一度,電網負荷變化大約240萬千瓦。所以,法國的58 臺核電機組都要求有負荷跟蹤能力。
2 前端燃料循環簡介
法國每年用於發電所消耗的濃縮氧化鈾12400 噸。其中4500 噸來自阿海琺的加拿大公司,3200 噸來自阿海琺的尼日爾公司,其餘的濃縮氧化鈾分別從澳大利亞,哈薩克斯坦以及俄羅斯進口。另外,阿海琺還有從乏燃料生產MOX燃料的生產能力,每年約17% 的電力生產來自MOX 燃料。
鈾轉化廠COMURHE MALVESI 和Pierrelatte 分別建於1959 和1961 年,每年能轉化14000 噸六氟化鈾。MALVESI 廠將濃縮氧化鈾轉化為四氟化鈾,然後轉送到pierrelatte 廠再轉化成六氟化鈾。2012 年,新的轉化廠Comurhex II 廠建成投產,不僅擴大了六氟化鈾的產能,還能轉化乏燃料提取的鈾燃料。
這些轉化廠還有將尾礦轉化成穩定的八氧化三鈾後進行長期儲存的任務。鈾濃縮廠GEORGE BESSE I 廠於1978 年建成,由EUROdif 公司運營,使用效率較低的氣體擴散法濃縮,其濃縮產能是1080 萬SWU 單位每年,足夠81GWe 核電廠的燃料用鈾。這個濃縮廠也是全法最大的電力用戶,每年消耗約150 億度電。GEORGE BESSE I 廠2012 年關閉,取而代之的是GEORGE BESSE II 。GEORGE BESSE II 廠使用Urenco/ETC 的離心機技術。其南線2011 年投運,2015 年達到設計能力430 萬SWU 單位每年。其北線2013 年投運,2016 年底達到設計能力320 萬SWU 單位每年。新舊濃縮技術的能耗比,GB I 廠氣體擴散法2600 度電/SWU,GB II 廠離心技術80 度電/SWU。阿海琺佔有EUROdif 公司約60% 的股份。
法國目前尚不具備貧化鈾尾礦的濃縮能力。
3 尾端燃料循環簡介
法國從一開始就主張燃料封閉循環。乏燃料再處理不僅提取利用鈈-239 和剩餘鈾-235,還最大程度地減少高放產物的廢物處理。乏燃料再處理可以提高天然鈾的利用率30%,目前再處理費用與獲得的燃料價值基本相當。到2011 年底,11% 的乏燃料進行了再處理,19% 的乏燃料進行乾式儲存,70% 儲存在La Hague 乏池中。目前,共計儲存約14200 噸乏燃料。
La Hague 再處理廠位於諾曼底地區,擁有UP2,UP3 兩條處理線,年處理1700 噸乏燃料,到2012 年底累計處理28600 噸。EDF58 臺機組每年卸出燃耗深度45GWd/t 的乏燃料約1200 噸,每年送往La Hague 再處理廠1050 噸經過現場冷卻儲存的乏燃料。再處理廠每年從這些乏燃料中提取10.5 噸鈈和1000 噸鈾。這10.5 噸鈈再送往melox 廠生產MOX 燃料,供給EDF 旗下24 臺900MWe 機組裝料。到2012年底,Melox 廠累計生產2000 噸MOX 燃料。
4 新建機組FLAMANVILLE-3簡介
2004 年EDF 決定在諾曼底海岸廠址投資33 億歐元建設EPR 示範堆FLAMANVILLE-3 號機組。預計上網電價4.6歐分每度,與燃氣電廠售電價格相當。2005 到2007 年,意大利電力公司與EDF 幾經磋商,在2007 年11 月終於簽訂投資FLAMANVILLE-3 號機組12.5% 股份的協議,參與該機組的設計,建造和運營。
2007 年12 月澆灌第一罐混凝土,預計工期54 個月,計劃2012 年5 月商運。可是工程進展並不如想象的美好,2012 年12 月,意大利對該工程失去了信心決定撤資。EDF 同意償還意大利已經投入的6 億多歐元。2013 年阿海琺造的壓力容器運抵現場,2014 年1 月完成安裝。2015 年,核安全監管部門檢查發現壓力容器碳含量超標,韌性指數低於設計值1/3。由於台山項目的蒸汽發生器也是該廠生產,在2015-2017 兩年中,中國核安全局也參與碳含量超標對設備可靠性影響的評估。
2017 年6 月,核安全局的審查結論:壓力容可以安全運行,但有兩個條件,一是2024 年必須更換大蓋,二是在這之前增加下封頭的金屬檢查頻度。由於該項目的一再延期,其基礎投資(隔夜建成成本)也一路攀升。 2017 年7 月預計機組可以在2019 年5月併網發電,屆時其基礎投資將從最初的33 億歐元飆升到110 億歐元,甚至更多。
5 法國核工業集團
2001 年,法馬通(1958 年由法國施耐德電氣及美國西屋組建,主營反應堆及關聯業務),德國西門子的核電廠業務,法國核燃料總公司高傑馬以及航海航空動力堆研究院幾家合併,成立了世界上唯一一個擁有完整核燃料循環環節的公司--阿海琺,法國政府擁有90% 股權。
2011 年,阿海琺迎來了其全盛時期,當年營業額達89億歐元,年底訂單達到456 億歐元,員工四萬八千人。隨後,由於Olkiluoto 3 和 Flamanville 3 兩個EPR 項目的拖延, 阿海琺的資產逐漸縮水。2015 年由於芬蘭項目和其自身的重組等原因,阿海琺損失近20 億歐元。2016 年阿海琺實際上已經分裂為兩部分,Areva NP 和NewCo, 各有自己的執行委員會。前者主營反應堆設計製造,後者主營燃料循環。
2017 年EDF 購買了阿海琺的反應堆設計製造部分業務。其實,早在2009 年阿聯酋項目失敗後,法國核能政策顧問委員會就開始協調阿海琺與EDF 之間的競爭關係,責令兩者進行戰略整合,利用阿海琺的EPR 反應堆技術瓜分更多的世界市場。
EDF 是全球最大的電力公司,法國政府擁有85% 股權。主要業務包括髮電配電,電廠的設計建造,能源交易和運輸。EDF 的發電技術包括核電、水電、海洋能、風能、太陽能、生物質能、地熱能以及化石燃料電廠。法國的58 臺機組全部由EDF 運營。
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