上世纪五十年代,就在世界各强国争相发展核电的时候,地广人稀,一直存在感不强的加拿大人也不淡定了,在核电技术方面也开始跃跃欲试。以当时的国情看,加拿大独立发展核电,看起来即没那个必要,也似乎没那个能力。首先,作为一个地广人稀,水力资源丰富的国家,水电开发就能基本满足加拿大的电力需求

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没有硬功夫也能搞核电 加拿大是如何将重水堆做成世界第三核电品牌的

2018-01-12 15:13 来源:国际核电的那些事 作者: 何方

上世纪五十年代,就在世界各强国争相发展核电的时候,地广人稀,一直存在感不强的加拿大人也不淡定了,在核电技术方面也开始跃跃欲试。

以当时的国情看,加拿大独立发展核电,看起来即没那个必要,也似乎没那个能力。

首先,作为一个地广人稀,水力资源丰富的国家,水电开发就能基本满足加拿大的电力需求,同时,相比核电,水电在开发成本上显然低很多,且风险也显然要小很多。从经济上算账,加拿大独立发展核电,也似乎不那么划算,毕竟核电电价也比火电高处一截。直到今天,加拿大水电资源最丰富的魁北克省,依然是加拿大电力最低廉的省份,而以核电为主的安大略省,电价反而较贵。即便如此,加拿大也从未怀疑过自己独立发展核电的决心。

同时,作为曾经英国的殖民地(直到今天,加拿大名义上的元首依然是英国女王),加拿大的工业也没有强大到能够支撑加拿大大规模的核电发展。在核工业方面,加拿大既没有浓缩铀技术(反应堆核燃料生产的基础技术),也没有建造大型反应堆构件(如压力容器)的技术,核电基础技术的缺乏似乎也让加拿大的核电梦看起来像是痴人说梦。

然而,加拿大在发展核电方面,却有一项开挂的技术,那就是出色的重水生产技术。

在普通的反应堆中,与铀燃料发生裂变反应的中子并非我们理解的那种原子核裂变后直接飞出来的中子。这种中子速度快,很难与铀原子核发生链式反应,这种中子必须通过慢化剂减慢速度,变成所谓的“热中子”后才能与原子核发生反应。作为慢化剂,轻水的慢化效果要远远差于重水,轻水堆中核燃料使用浓缩铀,就是为了弥补轻水慢化效果的不佳。当把反应堆中的轻水换为重水后,中子慢化效率将大大提高,直接使用铀235浓度极低(约为0.7%)的天然铀,就可以让堆芯维持链式反应。

所以,拥有强大的重水生产能力后,浓缩铀技术不再是束缚加拿大发展核电的基础技术了。

那反应堆大型构件建造能力呢?反应堆最核心的部件就是放置反应堆堆芯的压力容器,这个压力容器要承受反应堆运行时的高温,高压,高辐射和高流体腐蚀的情况下,要撑到反应堆设计寿命(40年到80年之间),压力容器的制造对一个国家的材料科技,大型锻造技术的要求极高,直到现在,能制造这种压力容器的国家也就那么几个,我国也是近几年才掌握了这种技术,当时的加拿大,自然是没有这种高科技的。

于是,加拿大的核科学家们独辟蹊径,将每一组核燃料装在一根压力管里,然后将数百根压力管连接起来,这样,就在不需要建造大型压力容器的情况下,建造大功率的反应堆。就这样,反应堆大型构件的制造能力,也不再是束缚加拿大发展核电的能力了。

数百根压力管连起来构成了重水堆反应堆堆芯

解决了发展核电技术上的主要问题,那还得算算经济账。毕竟,加拿大并不缺电,如果为了发展核电,不去用廉价的水电而去用不成熟的核电,似乎是脑子短路的表现。这样想似乎没有问题,但加拿大为发展核电,找到了一个高大上的动机,那就是“出口创汇”,去赚外国人的钱!

在技术问题和动机问题都解决后,加拿大就开始搞起了自己独特的重水堆技术。从五十年代起,加拿大政府组建了国企AECL(加拿大原子能有限公司),全面负责国家的核电技术开发。相比法国和韩国,加拿大在发展核电的前期规划更为具体详细,加拿大在着手核电发展前,就已经组织了科学家,工程师,电力行业和政府部门的专家进行了充分的分析和研究,确定了以重水堆为唯一技术路线的核电发展计划。因此,加拿大核电计划启动的时候,可以说是以举国体制发展核电的,所以在一开始,加拿大的核电发展就进入了快车道,发展速度惊人。

很快,在1962年,加拿大就建成了第一座示范性重水堆核电站—NDP,净功率为20MW,解决了加拿大核电技术的“有无”问题。

重水堆的特点是技术要求低,设计简便可靠,NDP核电站的成功将加拿大重水堆发展推向了新阶段,1967年,加拿大又在道格拉斯角核电站建成了一座206MW功率的重水堆,这就是现在加拿大的坎杜商用重水堆的原型堆。

道格拉斯角核电站的这座原型堆特别值得一说,一方面他是现在世界主流的坎杜商用重水堆的祖先,同时也是印度一系列国产重水堆的祖先。1967年,就在这座重水堆建造快完成之时,加拿大将这种重水堆出口给了同属英联邦的兄弟国家印度。对于暗中一直致力于核武研究的印度来说,这可谓是如获至宝。印度虽然在加拿大兄弟的指导下成功地让国内首座重水堆核电站成了半吊子工程,但是也半吊子地掌握了重水堆核电站技术。此后,以此为技术基础,印度在国内建造了二十多座不稳定运行的重水堆,这些亚健康的重水堆也成为了世界商用重水堆家族的“重要成员”。

对印度的核电出口让加拿大看到了掌握核电核心技术重要的经济效益和政治效益,此后便加快了重水堆技术的研发。以道格拉斯角核电站的原型堆为基础,加拿大先后研发了坎杜3,坎杜6和坎杜9等三个型号的重水堆。同时在国内开始大规模建造重水堆核电站。

不同于我国核电厂选址上关于内陆核电和沿海核电激烈的争论,在加拿大政府的统一领导下,加拿大国企AECL(加拿大原子能有限公司)全权负责加拿大重水堆的建设。从20年代70年代起,加拿大毫不顾忌邻居美国人的感受,在北美最重要的淡水湖—五大湖区域加拿大的一侧,共建造了20座大型重水堆核电机组。在建造核电站的过程中,加拿大似乎对于“内陆核电”情有独钟,加拿大所有的核电站都是滨湖或者滨河建造,全部属于所谓的“内陆核电站”。

加拿大核电站分布图

加拿大在国内批量建造的商用重水堆的成功,让世界看到了加拿大重水堆技术的成熟和先进,此后,加拿大的核电技术开始了又一次“走出去”。上世纪90年代,在原宗主国英国全面放弃本国核电技术的时候,加拿大的重水堆品牌渐渐得到各国的认可,罗马尼亚,韩国,阿根廷,中国,加拿大的重水堆一座座拔地而起,使得加拿大的重水堆技术成为继压水堆和沸水堆后,世界上第三大商用反应堆技术。

我国引进自加拿大的重水堆核电站

独立自主发展重水堆,为加拿大带来了巨大的利益,首先不言而喻的是政治利益。重水堆是加拿大科技和工业力量的象征,极大的提高了加拿大的国际形象,而掌握了核这种敏感而先进技术,国际话语权的提高自然是不必多说了。想象一下,世界上那些渴望拥有核武器的国家,是多么希望有一座属于自己的重水堆啊,而这种渴求不得不让他们讨好加拿大。

其次,也是最实在的,就是核电为加拿大带来的巨大的经济利益。在90年代加拿大核电大规模出口之前,加拿大就用不到50亿美元的投入,获得了近30亿美元的回报。此后,在加拿大核电技术大规模出口之后,核工业带动了加拿大近200家关联企业同时发展,让核电技术成为了加拿大的支柱性产业之一。

加拿大达灵顿重水堆核电站

加拿大的重水堆技术,在上世纪核电大发展时期无疑是成功的,加拿大的成功,有很多我国核电界想做而一直做不到的东西。如体制上统一的管理,技术上统一的路线等。不过,进入新世纪后,加拿大的重水堆由于相比新的压水堆经济性不够,又渐渐失去的竞争力,后来又导致了加拿大原子能公司的改组,但是世界上核电界依然公认坎杜堆巨大的开发潜力。例如我国,利用秦山三期的两座重水堆生产钴-60,解决了我国钴放射源长期依赖进口的问题,同时世界各国也一直在研究在重水堆中利用钍资源作燃料发电。

在核电发展上,加拿大人是很务实的。进入21世纪后,加拿大原来的重水堆技术渐渐失去了竞争力,而且原本的核工业体系由于没有新项目也渐渐瓦解。加拿大人知道,要想让他们的重水堆技术焕发第二春,必须带着他们的技术,找个粗大腿紧紧抱着,而现在他们已经找到了,这个粗大腿就是中国。现在,加拿大已经拿着自己的技术,跟在中国后面开发先进重水堆了。

原标题:没有硬功夫,也能搞核电。加拿大是如何将重水堆做成世界第三核电品牌的

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