浏览次数:3654发布时间:2020-04-30 16:40
上个世纪七十年代初,世界石油市场紧张,由此催生出法国政府在1974年出台了新的能源政策——发展核电,保证法国能源安全。
经过多年的持续发展,目前法国共有58台核电机组运行,装机容量63.2GWe,占总装机容量的一半,为全国提供75%的清洁电力。目前运行的核电机组均为压水堆,34台三环路90万千瓦机组,20台130万千瓦四环路P4机组,4台四环路145万千瓦N4机组,这些核电机组分布在15个核电站中,除了4个沿海核电站外,其余11个核电站全部是通过淡水冷却塔冷却的内陆核电站。
核电的成功发展也使得法国从一个需要进口电力的国家发展成为世界上最大的电力出口国,目前电力已成为法国第四大出口商品。在过去十年间,法国电力公司(EDF)每年向周边国家售电约700亿度,收入30亿欧元,购电国家包括英国,德国,西班牙,意大利,瑞士和比利时等。
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核电企业
法国电力公司(EDF)和法国国有核能集团Orano(前阿海珐Areva)是法国核电工业界的两大巨头。
法国电力公司是全球最大的电力公司,法国政府拥有85%股权。主要业务包括发电配电,电厂的设计建造,能源交易和运输。EDF的发电技术包括核电,水电,海洋能,风能,太阳能,生物质能,地热能以及化石燃料电厂,法国的核电机组全部由EDF运营。
法国国有核能集团Orano(前阿海珐Areva)则是世界上唯一一个拥有完整核燃料循环技术的公司。它是由法马通(1958年由法国施耐德电气及美国西屋组建,主营反应堆及关联业务)、德国西门子(核电厂业务部分)、法国核燃料总公司高杰马以及航海航空动力堆研究院在2001年合并后成立,法国政府拥有90%股权。
2011年,阿海珐迎来了其全盛时期, 当年营业额达89亿欧元,年底订单高达456亿欧元,员工4万8千人。然而好景不长,由于Olkiluoto 3 和 Flamanville 3两个EPR项目的拖延, 阿海珐的资产逐渐缩水。2015年由于EPR项目拖期和其自身重组等原因,阿海珐损失近20亿欧元。2016年,阿海珐实际上已经分裂为两部分,Areva NP和NewCo,这两个公司各有自己的执行委员会,前者主营反应堆设计制造,后者主营燃料循环。
2009年阿联酋核电项目竞标失败后,法国核能政策顾问委员会开始协调阿海珐与EDF之间的竞争关系,责令两者进行战略整合,以求占有更多的世界核电市场份额。作为这一战略的后续动作之一,2017年EDF购买了阿海珐的反应堆设计制造部分业务。
2018年1月23日,法国新阿海珐更名为Orano。Areva NP公司,原阿海珐的反应堆业务在2018年1月初更名为法玛通。
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前端燃料循环
核燃料
法国每年用于发电所消耗的浓缩氧化铀约12400吨,其中4500吨来自阿海珐的加拿大公司, 3200吨来自阿海珐的尼日尔公司,其余的浓缩氧化铀分别从澳大利亚,哈萨克斯坦以及俄罗斯进口。另外, 阿海珐还有从乏燃料生产MOX燃料的生产能力, 每年约17%的电力生产来自MOX燃料。
铀转化厂
铀转化厂Comurhe Malvesi和Pierrelatte分别建于1959和1961年,每年产能约为14000吨六氟化铀。Comurhe Malvesi工厂将浓缩氧化铀转化为四氟化铀, 然后转送到Pierrelatte 厂再转化成六氟化铀。2012年, 新的铀转化厂Comurhex II厂建成投产, 不仅扩大了六氟化铀的产能, 还能转化乏燃料提取的铀燃料。这些转化厂还有将尾矿转化成稳定的八氧化三铀后进行长期储存的任务。
铀浓缩厂
George Besse I 厂于1978年建成,由EUROdif公司运营,目前阿海珐占有EUROdif公司约60%的股份。
George Besse I 厂使用气体扩散法实现铀浓缩,产能约为1080万SWU单位/年,足够供给81GWe核电厂的燃料用铀。由于高能耗,这个浓缩厂也曾是全法最大的电力用户,每年消耗约150亿度电。George Besse I厂于2012年关闭, 取而代之的是George Besse II 厂。George Besse II 厂使用Urenco/ETC的离心机技术,南线于2011年投运, 2015年产能达到430万SWU单位,北线于2013年投运, 2016年底产能达到320万SWU单位。
由于采用离心机技术,使得George Besse II厂 大大提高了效率,从原来 I厂的 2600度电/SWU减低至II厂 的80度电/SWU。
法国目前尚不具备贫化铀尾矿的浓缩能力,法国每年产生约7300吨的贫化铀尾矿,其中只有100到150吨用于生产MOX燃料,剩下的绝大部分只能储存,期望用于四代技术的快堆。不过,法国与俄罗斯签订了尾矿浓缩合同, 截止到2010年底, 法国共计发往俄罗斯33000吨尾矿进行浓缩。
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尾端燃料循环
法国主张燃料封闭循环,乏燃料再处理不仅可以提取钚-239和铀-235进行再利用,还可最大程度地减少高放产物的废物处理量。目前法国的核燃料后处理技术居世界第一,每年17%的电力生产来自于再循环核燃料。
法国的58台机组每年卸出约1200吨乏燃料,其中1050吨送往La Hague再处理厂进行再处理,再处理厂每年可从从这些乏燃料中提取10.5吨钚和1000吨铀。La Hague再处理厂位于诺曼底地区, 拥有UP2, UP3两条处理线,产能为1700吨乏燃料/年,自该厂于1976年启用以来,已累计处理34000吨乏燃料。
这些提取出来的钚再被送往Melox厂,用于生产MOX燃料,截止到2012年底,共累计生产2000吨MOX燃料。
截止到2011年底,法国共对11%的乏燃料进行了再处理,19%的乏燃料实施了干式储存,其余70%储存在La Hague乏燃料池中。
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欧洲先进压水堆EPR
基于法国N4机组和德国KONVOI机组技术,法马通联合德国西门子开发出满足法国标准和美国标准的欧洲先进压水堆型EPR,并于2004年获得设计批准。2007年阿海珐拿到四台EPR机组的订单,包括芬兰OLKILUOTO3, 法国FLAMANVILLE3以及中国台山两台机组。
2018年12月,浙江台山核电站1号机组成为首个投入商业运营的EPR型机组。台山核电站2号机组也于2019年9月开始商业运营。芬兰奥斯基洛托3号机组(Olkiluoto-3),目前已经完成了热试。位于英国萨默塞特郡的欣克利角C项目目前也正在建设2台EPR机组。
FLAMANVILLE-3号机组进展
2004年,EDF决定在诺曼底海岸厂址投资33亿欧元建设EPR示范堆FLAMANVILLE-3号机组。预计上网电价4.6欧分每度,与燃气电厂售电价格相当。
2005到2007年,意大利电力公司与EDF几经磋商,在2007年11月终于签订投资FLAMANVILLE-3号机组12.5%股份的协议,参与该机组的设计,建造和运营。
2007年12月,FLAMANVILLE-3浇灌第一罐混凝土,预计工期54个月,计划2012年5月商运。
可是工程进展并未如想象中美好,2012年12月,意大利对该工程失去了信心决定撤资。EDF同意偿还意大利已经投入的6亿多欧元。
2013年压力容器(由阿海珐制造)运抵现场,2014年1月完成安装。2015年法国核安全局检查发现压力容器碳含量超标,韧性指数低于设计值1/3。
2017年6月,法国核安全局出具审查结论:压力容可以安全运行,但有两个条件,一是2024年必须更换压力容器的顶盖,二是在这之前增加下封头的金属检查频度。
由于该项目的一再延期,其基础投资也一路攀升。在2019年6月,核安全局(ASN)要求该小组修理八处不符合破断排除原则的密闭渗透焊缝。在采用一种方案升级项目的主要二次系统穿透式机器人后,法国电力公司(EDF)在2019年10月修订了该核项目的建设时间表,并将估计的建设成本提高了15亿欧元至124亿欧元。
2020年2月18日,法国弗拉芒维尔核电站3号机组(Flamanville-3)完成重要里程碑节点-热试。
2020年3月法国政府已允许法国电力公司将其在弗拉芒维尔FLAMANVILLE-3号机组的投产最后期限推迟了4年,将其延长至2024年。由于冠状病毒危机全球爆发,该核电站不得不减缓工作进程。
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机组延寿和性能提升
法国在核电站延寿和性能升级管理中有成熟的经验,现有运行机组基本都通过了延寿审评。2003年4台N4机组都升级到150万千瓦,2008年到2010年5台90万机组提升功率3%。从2015年开始20台130万千瓦机组功率提升7%的升级工程。升级后的机组,每年可以多发150亿度电。
核电机组参与负荷跟踪
一般认为,核电机组投资大,运行成本低,从经济角度考虑,适合承担电网的基础负荷。再者,从技术角度考虑,核电机组的负荷改变,其复杂性远高于燃气和水电机组。
但由于法国的电力便宜,工业和家居加热或制冷大都用电,电力负荷对气温变化相当敏感, 所以,法国的58台核电机组都要求有负荷跟踪能力。压水堆的负荷调节能力随着燃料循环而变化。寿期初,机组有最大的负荷调节能力,EDF的核电机组能够在30分钟内从100%降到30%,而随着寿期增加,机组的负荷调节灵活性逐渐下降。一般根据机组的运行寿期决定每台机组的负荷调节方式,有三种调节方式,一是汽机调节器直接响应电网频率,保证电网系统的稳定; 二是根据调度协议进行负荷调节;三是根据电网日负荷变化以及新能源发电变化进行调节。
绿色发展能源过渡法
2015年7月,法国通过了《绿色发展能源过渡法》,按照该法案,到2025年,到2025年法国核能发电量所占比重,从75%降到50%,现有的63.2吉瓦作为今后最高核能电力。
快中子堆
2006年法国原子能委员会提出到2020年建造投运三种四代堆:气冷快堆,钠冷快堆,超高温气冷堆。阿海珐参与钠冷快堆和超高温气冷堆两种四代堆的研究。原子能委员会青睐快堆的主要理由是,快堆的燃料利用率高,废物少,同时法国国内22万吨贫铀及后处理铀急需处理。
法国也曾经运行过世界最大的快中子增殖堆—凤凰堆。1974年凤凰堆(233MWe)启动,1998年停运改造,2003年重启后运行了6年,2009年永久停运。另外一座快中子反应堆—超凤凰快堆(1200MWe)在1996年启动,1998年由于政治原因停运,目前超凤凰堆已退役。