新时代中巴关系中,核能合作有望“舞起桑巴”?

2023-04-18 09:45  来源:中国核工业      巴西电力集团  巴西核电  安格拉核电站  核燃料  核安全

4月14日,我国和巴西签订《中华人民共和国和巴西联邦共和国关于深化全面战略伙伴关系的联合声明》强调,“双方同意积极鼓励两国企业到对方国家开展投资,特别是在基础设施、能源转型、物流、能源、矿业、农业、工业以及高科技领域”。中国和巴西都是拥有核电并计划扩大核电规模的国家,上述联合声明的签署为双方在核电领域合作做了顶层设计。



安哥拉1、2号核电机组

4月14日,我国和巴西签订《中华人民共和国和巴西联邦共和国关于深化全面战略伙伴关系的联合声明》强调,“双方同意积极鼓励两国企业到对方国家开展投资,特别是在基础设施、能源转型、物流、能源、矿业、农业、工业以及高科技领域”。中国和巴西都是拥有核电并计划扩大核电规模的国家,上述联合声明的签署为双方在核电领域合作做了顶层设计。《中国核工业》杂志特约中核战略规划研究总院高级工程师李言瑞撰稿,概述巴西核工业,供广大读者参考。

巴西能源电力与在运核电情况

根据BP世界能源统计数据显示,2021年巴西一次能源消费相当于4.3亿吨标煤,2012~2021年十年间年均增长率为0.6%。巴西人口2.14亿,人均一次能源消费约2.01吨标煤。

2021年,巴西总发电量为6544亿千瓦时。其中,水电是巴西第一大电力来源,水电发电量为3628亿千瓦时,在全国电力结构中占比55.4%。巴西燃气发电量为869亿千瓦时、风电发电量为723亿千瓦时、光伏发电量为717亿千瓦时、燃煤发电量为241亿千瓦时、燃油发电量为219亿千瓦时、核电发电量为147亿千瓦时。人均全社会用电量约为2580千瓦时/人。由于国土面积大部分位于热带雨林地区,巴西有丰富的水电资源,水电也成为了巴西最大的电力来源。巴西水电在国家电力结构中的占比仅次于加拿大,位居世界第二位。水电占比大,也使得巴西在干旱的年份也容易出现用电短缺情况,为此巴西积极发展核电等电力形式,减少对水电的过分依赖。


巴西电力结构情况

巴西电力集团是国内最大电力公司,具有发电、输电和配电业务,政府持股51%。巴西电力集团下设西塞弗电力公司、福纳斯电力公司、伊莱特苏勒电力公司、伊莱特诺特电力公司、CGTEE电力公司和巴西核电公司等6家电力公司。巴西电力公司为巴西提供了40%的电力,其他国有电力公司提供20%的电力,剩余的40%的电力由民营企业供应。

巴西核电公司运营是国内核电项目的运营商,运营着国内唯一的核电站安哥拉核电站。安哥拉核电站在运核电机组2台,总装机容量为188.4万千瓦。核电在巴西国家电力结构中的占比约为2.2%,在全球33个具有运行核电的国家和地区中位居倒数第三。


安哥拉核电站1号机组

安哥拉核电站1号机组在投运的前几年里由于核蒸汽供应系统问题不断而关停数年。在投运起初的15年里,安哥拉1号机组负荷因子仅为25%,1999年以后该机组运行情况大为改观,2021年负荷因子达到90.8%。巴西电力公司2018年向国际原子能机构提出安哥拉1号机组运行寿期由40年延寿至60年的安全审查请求。国际原子能机构就安全审查得出的结论:巴西电力公司为机组延寿工作做了及时充分的准备工作,鼓励开展机组延寿工作。2020年2月,巴西核电公司与西屋公司就安哥拉1号机组延寿工作开展磋商,同年10月签署延寿合作协议。

安哥拉核电站2号机组土建工作始于1976年,但是由于经济和资金问题以及及国内电力需求降低,建设工作曾中止了一段时间,直到2000年才建成投运。

巴西核电发展及计划

1.在建核电机组

巴西在建核电机组1台,为安哥拉核电站3号机组,装机容量135万千瓦。安哥拉3号机组是2号机组的姊妹机组,采用德国Konovi核电技术,但是3号机组建设过程要曲折得多。

安哥拉3号机组于1984年开始土建工作,但是在1986年正式开工前中止建设。2006年,巴西政府宣布将完成安哥拉3号机组建设工作,并计划于2015年在该厂址再开工建设4台百万千瓦级核电机组。2007年6月和7月,巴西国家原子能委员会和总统分别批准安哥拉3号机组重新开工申请。2008年,巴西核电公司与当时的阿海珐公司就安哥拉3号机组签署价值17亿美元的合同,包括完成机组建设工作、提供数字化控制系统与部分设备,以及包括工程监理、机组调试等在内的服务内容。2009年3月,巴西环保部门批准安哥拉3号机组重启建设的申请。2010年6月,在获得国家原子能委员会颁发的建造许可证后,安哥拉3号机组正式浇筑核岛第一罐混凝土,原计划2015年底建成,建设工期66个月。2014年2月,巴西核电公司赋予当地两家企业电力设备供应和安装合同,总价值14.56亿美元。2015年,由于经济问题,巴西核电公司中止与上述两家企业的合同。2016年,由于资金问题,安哥拉3号机组中止建设工作,此时该机组已完工65%。

2017年3月,巴西政府宣布拟在2018年完成安哥拉3号机组建设工作的全球招标。当时中核集团、国家电投、俄罗斯原子能公司、韩国水利水电公司、三菱重工—阿海珐联合体等国际知名公司都表达了对完成安哥拉3号机组建设工作的兴趣。尽管巴西核电公司都与上述企业开展过磋商,并签订相关协议,但是最终在2022年2月还是将完成安哥拉3号机组剩余工作的合同授予了巴西国内的三家企业(Ferreira Guedes、Matricial和ADtranz)组成的联合体。2022年11月,安哥拉3号机组重新开工建设,预计2028年投入商业运行。


在建的安哥拉3号机组

安哥拉3号机组获得了国家金融机构有力的贷款支持。2010年12月,巴西联邦开发银行为安哥拉3号机组贷款36亿美元,占当时预计全部建造费用60亿美元的60%。2012年12月,巴西联邦储蓄银行为安哥拉3号机组贷款18.6亿美元,此时该机组预计全部建造费用为75.9亿美元。

2.核电计划

巴西计划在其他两座核电厂址上共建造8台核电机组,总装机容量为1000万~1260万千瓦。一座核电厂址位于该国东北部伯南布哥州的弗朗西斯河上,建造4台机组,总装机容量600万~660万千瓦。另一座核电厂址位于该国东南部米纳斯吉拉斯州,也建造4台核电机组,总装机容量400万~600万千瓦,这是一座内陆核电站。

中核集团、俄罗斯原子能公司、韩国水利核电公司、西屋公司对巴西新核电项目表达了兴趣。2022年1月,巴西在新的《十年期能源行业规划》称,该国计划于2031年在东南部建成一台100万千瓦级核电机组。根据该规划及安哥拉3号机组建成,巴西2031年核电发电量将从现在的147亿千瓦时增长至340亿千瓦时,核电在电力结构中的占比也将从2.2%增长至4.0%左右。巴西矿产能源部正委托巴西电力能源研究中心开展新核电厂址选址工作。

巴西核工业发展历程

巴西核工业起始于1951年,在当时新成立的国家原子能委员会领导下开展工作。1964~1985年,巴西核工业在军政府时期开始加速发展。1970年,巴西向全球招标建设国内第一座核电站。西屋公司被授予安哥拉核电站1号机组的合同,采用交钥匙模式建设。1975年,巴西制定了核电技术自主化政策,计划采用引进消化吸收再创新的模式实现核电技术自主化。巴西与当时的西德签订15年建成8台130万千瓦级核电机组的协议,前2台机组很快开始建设,设备主要由西门子公司供应。根据技转协议,剩余的6台机组设备本地化率要达到90%。为了实现这个目标,巴西成立了包含核电建设和核燃料循环业务在内的巴西核电公司。

然而,巴西经济因素导致前两台核电机组建造工作中断,随后在20世纪80年代末期,整个合作协议被中止了。1988年,新成立的巴西原子能工业公司接手了巴西核电公司的核燃料循环业务。安哥拉2、3号机组的建造工作由福纳斯电力公司接手。巴西Nuclen公司仍然是安哥拉2号和3号机组的工程设计公司。1995年,安哥拉2号机组重新开工建设。1997年,福纳斯和Nuclen公司合并成立巴西核电公司,作为核电站建设和运营公司。2015年,巴西政府表示安哥拉3号机组是政府出资建设的最后一台核电机组,后续机组将采用私募资金的方式建造。巴西核电装备公司为核电机组供应主要设备。巴西核电装备公司和巴西原子能工业公司是平级关系,都隶属于巴西国家原子能委员会,直接向巴西国家科技部报告。巴西核电公司隶属于巴西电力公司,受巴西矿产能源部领导。

巴西铀资源和燃料循环


露天开采的卡埃蒂特铀矿

经过上世纪70~80年代勘探,巴西已经探明的铀资源储量为21万吨。巴西有三个主要的铀矿,分别是1997年关停的米纳斯吉拉斯州卡达斯铀矿、1999年开始运行的巴伊亚州卡埃蒂特铀矿和计划要开采的塞阿拉州圣基塔利亚铀矿。

1.铀矿开采

巴西铀矿开采权归政府所有,自1982年开始开采国内铀矿,目前正在运行的铀矿是卡埃蒂特铀矿,这是一个交代岩型铀矿,铀产能为340吨/年。2012年前,卡埃蒂特铀矿采用露天开采方式,之后采用堆浸开采方式。卡埃蒂特铀矿区共发现有17个铀矿床,铀储量达9.91万吨。2017年1月,巴西原子能工业公司宣布将在同年10月开采卡埃蒂特区的恩热纽铀矿,不过直到2020年12月才正式启动开采。恩热纽铀矿是一个露天铀矿,铀产能为200~300吨/年。2020年巴西国内产铀为15吨。2020年1月,巴西矿产能源部长表示,将加大对巴西原子能工业公司支持,使卡埃蒂特市的铀矿产能在2023年达到360吨/年。巴西政府鼓励国家原子能工业公司与民间企业合作,在2024年将塞阿拉州的圣塔奎特亚铀矿产能达到1600吨/年。

2.铀转换

除了少许铀精矿之外,巴西其他所有的铀矿都委托法国欧安诺转化。绝大部分转化来的UF6委托给欧洲铀浓缩公司进行浓缩。但是,现在巴西雷森迪铀浓缩厂的产能明显增加。

3.铀浓缩

巴西大多数的铀浓缩工作委托欧洲铀浓缩公司或美国完成。20世纪80年代,巴西海军启动核动力推进计划,计划1989年完成离心机研发工作。巴西阿拉马尔试验中心建成的小型铀浓缩示范厂,可以为核潜艇提供丰度低于20%的浓缩铀。借助于阿拉马尔试验中心的铀浓缩技术,巴西原子能工业公司在雷森迪建造了铀浓缩厂。


巴西雷森迪铀浓缩厂

巴西的铀浓缩离心机是国产的,与欧洲铀浓缩公司的技术相似。雷森迪铀浓缩厂旨在为安哥拉核电站提供所需要的分离功。雷森迪铀浓缩厂一期建设工程始于2006年,将满足安哥拉1号机组80%的分离功需求。雷森迪铀浓缩厂的一期和二期工程预计需要投资7.3亿美元。2016年6月,巴西原子能工业公司与阿根廷原子能委员会签署向CAREM小堆提供4吨浓缩铀合同。

4.燃料制造

巴西原子能工业公司燃料元件制造厂位于雷森迪,由德国西门子公司设计,每年可生产160吨UO2芯块和280吨燃料组件。

5.放射性废物管理

巴西国家原子能委员会负责处理处置放射性废物。2001年巴西颁布的《放射性废物处理处置法》规定了中低放射性废物的处置办法,包括处置库选址、建造和运行。这些问题的长期解决方案将在安哥拉3号机组投运前完成。巴西对乏燃料采用等等看的模式,目前没有将乏燃料当作高放废物直接处置掉。在乏燃料决定后处理或直接深地质处置之前,暂时贮存在安哥拉核电站内。巴西研究堆都使用低浓铀,产生的乏燃料全部被送回原厂。

巴西核能研究与开发

巴西国家原子能委员会研究发展局负责核燃料循环、反应堆技术研发、同位素生产和相关研发工作。巴西有5个与核相关的研究中心,开展不同的研究工作。巴西核能研究院位于圣保罗市,拥有2座研究堆(其中一座是5MWt的泳池堆)和一台回旋加速器,可以生产放射性同位素。2013年5月,阿根廷INVAP公司获得为巴西建造RA-10研究堆和多功能研究堆的合同。这两个研究堆的参考堆型都是澳大利亚的OPAL研究堆,将用于生产医用放射性同位素、先进核燃料和材料辐照试验,以及中子研究。根据巴西与阿根廷在2012年1月签署的相关协议,巴西Intertechne研究院为多功能研究堆开展厂房、系统和基础设施的概念和初步设计。2018年,多用途研究堆在圣保罗州伊佩罗市开工建设。


阿拉马尔研究中心

巴西核电实验室正在阿拉马尔研究中心为巴西海军建造一座陆上模式堆。巴西核电装备公司为陆上模式堆提供压力容器。曾有报道称,该模式堆将作为巴西东北地区小型核电站的参考堆型。2020年10月,陆上模式堆开始设备安装工作。该陆上模式堆、发电机、电动机以及核潜艇上使用的其他系统都将在阿拉马尔研究中心测试试验。巴西是第四代核能系统论坛(GIF)和国际原子能机构革新性反应堆和核燃料国际合作项目(INPRO)的成员国。GIF和INPRO都在研发新一代反应堆和相关核能系统。巴西原子能委员会还参与了西屋公司一体化模块式小堆IRIS的研发工作。2022年6月,巴西核电公司与法国电力公司续签了2018年的合作备忘录。

巴西核安全监管与核不扩散

1.核安全监管

1962年实施的《巴西联邦核能政策》明确规定核材料属于国家。1956年建立的巴西国家原子能委员会原先隶属于总统战略事务办公室,现隶属于巴西科技部。1974年通过立法的形式,将巴西国家原子能委员会明确为国家核能监管机构。国家原子能委员会辐射防护与安全局负责巴西国内核设施的颁证和监管工作。

2021年5月,巴西政府宣布将成立独立于国家原子能委员会的新监管结构——国家核安全局。国家核安全局一旦成立,将在行政、技术和财政上独立于巴西国家原子能委员会,并负责所有核设施和核活动的核安全、辐射防护和核安保工作。巴西国家原子能委员会将继续负责核能的规划、总体政策编制和宣贯工作。

巴西环境与可再生自然资源研究院联合巴西国家原子能委员会为核设施颁发环境许可证。巴西环境与可再生自然资源研究院隶属于巴西环境部。巴西国家科技委员会成立于1951年,负责巴西核技术的研发工作。

2.核不扩散

巴西是无核武器国家,于1967年成为《拉丁美洲禁止核武器条约》缔约国,1995年签署《国际核不扩散条约》,1998年正式成为《国际核不扩散条约》缔约国。巴西与国际原子机构签有核安保协议。1985年,巴西与阿根廷签署《核政策联合宣言》,以解决全球越来越难以供应的核设备和核材料问题。在追求核燃料独立的过程中,巴西坚决表示不会制造核武器。1988年巴西新宪法重新明确了不发展核武器。1991年,巴西与阿根廷联合成立巴西—阿根廷核材料衡算和控制机构。该机构的成立推动了巴西、阿根廷、国际原子能机构、巴西—阿根廷核材料衡算和控制机构四方协议生效。根据四方协议,巴西和阿根廷承诺对于本国管辖及控制下的所有核活动执行保障监督,其唯一目的是确保核材料不被转用于制造核武器。1996年,巴西成为核供应国集团成员。

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