加拿大小型模塊反應堆(SMR)的發展

一、加拿大的核電發展 

   加拿大是傳統核能科技強國，加拿大核協會說：核是清潔能源，必須成為加拿大戰略的一個關鍵部分，以維持能源安全，同時在實現淨零排放的道路上減少排放。1952年，加拿大政府成立了加拿大原子能有限公司(AECL)，授權發展核能並將國家實驗室交給該公司。CANDU型核反應器是AECL的研究專利，其名稱代表“加拿大-氘-鈾”，與多數反應堆設計不同，CANDU反應堆使用天然鈾作為燃料，氧化氘(重水)作為慢化劑和冷卻劑。CANDU具有在線填充鈾燃料能力，能夠生產醫療用同位素及大規模發電，CANDU技術是加拿大引以為傲的核能技術。加拿大約 15% 的電力來自核能，共有19個核電機組，分別位於布魯斯、達靈頓、皮克林及勒普羅角四個核電站廠址。近年來，加拿大的核能發展有兩個趨勢，第一個是核電站的延役，2015年安大略省決定批准達靈頓的四個核機組和布魯斯的六個機組進行整修延役，這個耗資260億加元的15年計劃是北美最大的清潔能源項目之一。第二個趨勢是大力發展小型模塊化反應堆(SMR)並爭取國際領導地位，2018 年，加拿大自然資源部發布了SMR路線圖，2019年12月，新不倫瑞克省和薩斯喀徹溫省同意與安大略省合作推進SMR的開發和部署，以應對氣候變化、區域能源需求。加拿大核實驗室 (CNL) 還產生了將近 20 份SMR選址提案。CNL的目標是到2026年在其Chalk River站點擁有一個新的SMR。 

   SMR建成的小型核電站對環境的影響遠小於大型堆核電站，因此選址更便利且運轉更安全。SMR具有高機動性，因此能成為風力和太陽能可再生能源發電站的良好補充，可與綠能互補在夜間和無風時獲取電力。SMR有小型及模塊化兩大特點，小型是指功率處於10MW到300MW之間的反應堆，與傳統大型核電站比較，小型核電站有安全、機動、模塊化、彈性化、經濟性及佔地小等優點，可以安裝在不適合大型核電站的地區。模塊化可預先在工廠製造，然後運輸到現場安裝，這使得成本更便宜，把一個大型的電站分散成若干個小型的模塊，每個模塊都包括一個反應堆堆芯，有些設備也可公用，這樣的優勢在於供應可觀發電量的同時，大大提升了堆芯的安全性。另外，分散成若干模塊也更有利於功率調節，小型核電站以成品模塊形式在大型機器製造廠量產可縮短工期及減少難度。SMR發電廠只需每3 到7 年更換一次燃料，SMR可提供船舶動力、海水淡化、偏遠海島電力甚至太空火箭核動力，核能事實上攸關人類整體的未來命運，核能科技涵蓋許多其他機械、電子及材料科技，台灣廢核很不智，自己斬斷高科技的吸收及發展，而美國老大哥不但讓核電廠延役至80年，太空總署還在研發核動力火箭，核動力火箭可大幅縮短地球至火星所需的時間，移民外太空必須借助核能。加拿大安大略省省長福特於2022年12月6日宣布加拿大首座SMR在達靈頓核電站動工開建，福特說：“隨著全球企業尋求清潔和成本效益高的電力，小型模塊化反應堆將有助於在安大略省經濟中提升競爭力”，新建的SMR將提供300MW的電力足夠為30萬戶家庭供電。目前，安大略省60%的電力來自核電站，隨著老核電站接近退役，未來幾年核電將是安大略省電力的支柱，因為要在2050年實現溫室氣體零排放，該SMR計劃於2028年完工。 

二、加拿大SMR的種類 

   SMR是加拿大實現氣候變遷改善碳中和目標的關鍵戰略，SMR在減少碳排放、重工業脫碳和刺激經濟發展的同時提供安全、負擔得起和可靠的能源。在加拿大，SMR 有三個主要應用領域(1)並網發電，特別是在淘汰煤炭的省份(2)重工業的並網和離網熱電聯產(3)偏遠社區的離網供電、區域供熱和海水淡化。作為一級核能國家，加拿大具有優勢可成為SMR技術的全球領導者。加拿大推動三個獨立的SMR開發項目(1)一個300 MWe的SMR項目到 2028年將在安大略省達靈頓核電站建造，隨後在 2034 年至 2042 年間在薩斯喀徹溫省建造多達四個後續機組(2)兩項先進的SMR技術正在新不倫瑞克省開發，部署在Point Lepreau 核電站，將於2030年運營(3)一個新型5 Mwe的 氣冷示範微型SMR項目，主要設計用於替代偏遠社區和礦山的柴油使用將於2026年投入使用。 

(一) ARC100 SMR

ARC-100是功率100 Mwe的快堆，它利用了實驗增殖反應堆(EBR II)鈉冷快堆開發的成熟技術，該反應堆是在美國政府的阿岡國家實驗室開發的，並成功運行了30年。ARC 100使用鈉冷卻劑和金屬鈾-鋯合金燃料，與氧化物燃料相比，這種燃料具有出色的傳熱特性，製造起來更簡單、成本更低。能夠在接近大氣壓的情況下運行，使用鈉代替水作為冷卻劑可以使反應堆在較低的壓力下運行，從而提高系統的效率和安全性。ARC-100可消耗自己的廢物並回收自己的燃料，幾乎沒有留下任何長期廢料。此外，該技術還可以回收傳統反應堆產生的廢物來產生能量。電站使用面積小，其模塊化組件可以使用常規商業設備（如駁船、鐵路、卡車和建築起重機）在現場運輸和安裝。ARC-100採被動式安全設計，燃料更換週期長達二十年。ARC反應堆的優勢是能在小空間內提供大量的高溫蒸汽和電力。2018年，加拿大ARC清潔技術公司在NB電力公司的Point Lepreau核電站啟動了ARC 100機組的示範項目，作為加拿大SMR路線圖的一部分。在獲得監管部門的批准和許可後，該機組將於2029年投入使用。2021年10月6日，加拿大ARC清潔技術公司表示，2029年在新不倫瑞克省啟動ARC-100先進小型模塊堆是可實現的目標。加拿大貝勒杜恩港務局宣布使用先進的小型模塊化反應堆(aSMR)技術，作為新不倫瑞克北部港口未來擴張的一部分。該開發項目建議使用加拿大ARC清潔技術公司(ARC)的aSMR，為港口最近宣布的綠色能源中心的工業用戶生產至少1GW的零碳排放熱量及電力。貝勒杜恩港務局總裁卡隆說："我們期待使用aSMR技術，作為在綠色能源中心的清潔能源項目組合的一部分"，綠色能源中心是港口土地上的一個特別發展區，用於清潔能源項目，以及補充性的低碳產業，以支持北部經濟增長。 

(二)BWRX-300 SMR

奇異-日立公司(GEH)設計的BWRX-300是功率300 Mwe的 水冷式自然循環SMR，具有被動安全系統，利用了GEH被美國 NRC認證的ESBWR的設計和許可基礎。通過創新的設計簡化、使用獲得許可和驗證的燃料設計以及結合驗證過的組件，GEH認為 BWRX-300是風險最低、具成本競爭力和最快上市的SMR。作為沸水式反應堆的第十次進化，BWRX-300 代表了自GE於1955年開始開發核反應堆以來最簡單但最具創新性的沸水反應堆設計。BWRX-300能在沒有電源情況下自行冷卻至少7天。得益於成熟的專業知識和施工技術，最早可在 2028 年部署，GEH 已被安大略省發電公司 (OPG) 選擇為達靈頓電站SMR項目的合作夥伴。GEH 將與 OPG 合作，在 Darlington 站點部署 BWRX-300，最早可能在 2028 年完成。BWRX-300 結合使用模塊化和開頂式施工技術，可在 24-36 個月內建成，同時工廠佈局的體積減少約 90%。作為“智能反應堆”，BWRX-300 使用自然循環和被動冷卻隔離冷凝器系統來促進簡單和安全的操作節奏。

1. 加拿大達靈頓核電站SMR新進展

安大略省電力公司(OPG) 已經提交了在達靈頓工廠建造小型模塊化反應堆(SMR) 的許可證申請，該公司計劃在那裡建造加拿大第一座商用規模的SMR。建造許可證申請於10月31日交給加拿大核安全委員會(CNSC)，由OPG和BWRX-300的設計者GE Hitachi合作開發。達靈頓場址是目前加拿大唯一一個獲得新核建設許可的場址，擁有公認的環境評估和場址準備許可證。

2.加拿大與波蘭合作部署SMR

2022年10月13日，加拿大Laurentis能源夥伴公司稱，該公司已與波蘭Sythos綠色能源公司簽署協議，支持在波蘭開發和部署小型堆(SMR)。根據計劃，波蘭將部署奇異日立核能公司(GEH)的BWRX-300小型堆，並在2030年實現首堆投運。

3.與捷克合作推展SMR

根據簽署的備忘錄，安大略省電力公司(OPG)和捷克的ČEZ公司將合作推進SMR，以生產清潔可靠的電力。

4.與愛沙尼亞合作開發SMR

2022年4月12日，加拿大安大略電力公司下屬的勞倫蒂斯能源合作夥伴公司與愛沙尼亞費米能源公司簽署了合作協議，將合作制定在愛沙尼亞建設多座SMR的計劃。 

(三)Xe-100 SMR

加拿大安大略電力公司和X-能源公司合作在加拿大部署Xe-100小型模塊反應堆，尋求高溫工業應用的脫碳機會。Xe-100是高溫氣冷式反應堆，與中國大陸開發的山東石島灣球床式高溫氣冷堆相似。使用氦氣冷卻、石墨慢化的球床反應堆。每個反應堆包含大約170,000 顆鵝卵石。鵝卵石直徑為 60 毫米，鵝卵石外部有 5 毫米厚的未加燃料的石墨層。在未加燃料的殼內，有大約 25,000 個微小顆粒與石墨粘合劑的混合物。顆粒直徑小於一毫米；中心的燃料核直徑約為 475 微米。它被四層包圍；多孔熱解石墨層、緻密熱解石墨層、碳化矽層和最後一層緻密熱解石墨。X-Energy 的目標是首先使用UCO形式的濃縮鈾。這種反應堆即使在所有冷卻劑喪失下也能自動散過熱非常安全。此反應堆可不斷添加新燃料，同時耗盡的燃料從底部落入容器中。 

(四)加拿大的核創新中心(Fedoruk)支持小型反應堆計劃

   加拿大薩斯喀徹溫大學(USask)的核創新中心(Fedoruk中心)的執行主任很高興看到政府考慮用SMR取代煤炭或天然氣，薩斯喀徹溫省正考慮安裝四個SMR，以減少溫室氣體。Fedoruk中心執行主任John Root博士說"用SMR技術取代化石燃料發電將是對應對氣候變化鬥爭的一個良好貢獻。"，Fedoruk中心支持薩斯喀徹溫省的核研究、開發和培訓能力。 

(五)加拿大與全球夥伴合作

   開發SMR不僅可以支持加拿大國內能源需求，還有機會出口加拿大的專業知識，並與世界其他國家合作，實現共同的清潔能源目標。加拿大是“核能創新:清潔能源未來(NICE Future)”倡議的主要國家，該倡議旨在“引領核能在未來清潔能源系統中發揮作用的全球對話”。

1.與美國田納西河谷管理局的合作

   安大略省電力公司(OPG)與美國田納西河谷管理局(TVA)宣布合作開發在加拿大和美國的SMR，創建北美能源中心。兩家公司協議允許協調他們對SMR 的設計、許可、建造和運營。OPG 計劃在達靈頓核電站興建SMR，這是加拿大唯一一個獲得新核能接受的環境評估和場地準備許可證的場地，而TVA 持有美國核管會迄今頒發的唯一場地許可證，用於在田納西州橡樹嶺附近的克林奇河遺址部署SMR。OPG選擇GE Hitachi 核能的BWRX-300 SMR 部署在達靈頓核電站，並表示加拿大的第一個商轉的SMR可能在2028 年完成。

2. 與美國NuScale電力公司合作開發浮動堆

   加拿大Prodigy清潔能源公司與美國NuScale電力公司2018年以來一直合作開發具有競爭力的海上核電技術。兩家公司已公開一款基於SMR技術的海上核電廠概念設計，該電廠可以為全球沿海地區輸送安全、經濟、可靠的電力。

3. 美加兩國核監管機構深化小型堆合作

加拿大核安全委員會(CNSC)和美國核管會(NRC)簽署了關於先進堆和小型堆技術合作的協議，並為雙方在BWRX-300反應堆設計方面的總體工作提供了框架。

4.加拿大與韓國合作開發一體化熔鹽堆

   加拿大陸地能源公司(Terrestrial Energy)與韓國DL E&C公司簽署合作備忘錄，共同推進一體化熔鹽堆(IMSR)項目的開發和部署。陸地能源正在開發的IMSR屬於SMR，除了發電外，還可用於供熱。 

三、加拿大的其他核能發展 

(一) 韓國與加拿大核企將在除役領域展開合作

   韓國水電核電公司(KHNP)與加拿大坎杜能源公司(Candu Energy)簽署諒解備忘錄，雙方將在核廢物退役、數字孿生、核能技術、信息和經驗交流系統建設等方面展開合作，KHNP正在提升核電廠退役能力。2017年6月，韓國最高役齡核電機組古里一號機除役，而韓國首台Candu機組月城一號機組也在2019年12月除役。KHNP正計劃立即拆除該機組，而不是停堆後60年再行拆除，此舉將是全球商業重水堆退役項目首創工程。

(二)加拿大加速部署商業核聚變動力

   加拿大核實驗室(CNL)和私營的核聚變公司(General Fusion)將展開聯合項目，以加速在加拿大部署商業核聚變動力。總體目標是在CNL內部發展聚變能源研究能力，以支持在2030年前在加拿大建造一個通用聚變商業發電廠的目標。通用核聚變公司的技術包括將氫等離子體注入液態金屬球，在那裡壓縮和加熱，從而發生核聚變。

(三)加拿大安大略省皮克林核電廠延役

   加拿大安大略省政府宣布支持安大略電力公司(OPG)旗下皮克林核電站在達到運轉期限後繼續延役。該電站建有6台機組，政府要求OPG重新評估對其中4台機組進行整修延役的可行性，以使其能夠再運轉30年。皮克林5~8號機組應於2025年停止運轉。根據政府要求，OPG已重新審查運行計劃，並得出結論認為該電廠可以繼續安全發電。皮克林核電站除了發電用外，還供應了北美20%、全球10%的醫用放射性同位素。

(四)與羅馬尼亞簽訂首個反應堆翻新項目合同

   加拿大Candu能源公司與羅馬尼亞核電公司(Nuclearelectrica)簽署關於切爾納沃德(Cernavoda)核電廠1號機組翻新項目的首個合同。旨在使該機組能延役運行至2060年，服務內容包括堆芯管道的更換和前期採購工作等。

(五)與中國合作推進秦山CANDU堆延役

   加拿大坎杜能源公司表示，該公司正在推進中國秦山核電廠三期項目兩座CANDU堆延役工作。機組初始設計壽命為30年，整修完成後，兩台機組可延壽30年。