1、庫博格核電站

南非的庫博格核電站

最近，南非出現了大面積停電事件，促使人們重新評估南非唯一一座在運核電站——位于開普敦附近的庫博格(Koeberg)核電站的維修、翻新和維護計劃。

庫博格核電站的兩個機組設施提供了全國約5%的電力，目前也是南非和非洲大陸唯一運行的反應堆。

盡管核電機組在維持電網穩定方面發揮著重要作用，但自年初以來，該核電站只有一臺機組或一半容量在運行。

庫博格核電站1號和2號機組都是壓水堆(PWR)。1號機組于1976年開始建設，1984年7月開始商業運營。

2號機組1976年啟動建設，1985年11月開始商業運營，比1號機組晚了一年才開始。

1號機組和2號機組的凈容量分別為924 MWe和930 MWe。

南非國有電力公司Eskom負責運營和維護反應堆，今年，作為計劃維修和維護計劃的一部分，這兩個反應堆都將關閉。

2號機組的計劃大修，是自調試以來的第25次換料大修，于1月18日開始，最初預計為持續155天。

該維修方案還包括更換該機組的三臺蒸汽發生器和反應堆壓力容器封頭(容納反應堆的核燃料)。

2、難以如期完成

庫博格核電站在南非的電力系統中扮演著關鍵角色(圖源：Shutterstock.com)

然而，在今年3月，該公司宣布，在任何不可逆工作開始之前，Eskom和總承包商法馬通(Framatome)(現為阿海琺(Areva))進行了最終審查，以確保蒸汽發生器更換工作及時完成，同時確保工程質量水平。

審查的結論是，該機組很可能在冬季需求高峰期之前無法恢復使用，這加劇了南非已經受到限制的電網所面臨的挑戰。

Eskom首席運營官Jan Oberholzer在一份聲明中解釋說：“在開始切割管道之前，我們進行了一次最終審查，以確保蒸汽發生器更換工作能夠按照預期質量水平和大修計劃完成。但得出結論是，繼續這項工作風險太大。”

由于反應堆可能比計劃的2022年6月晚恢復使用，并且如果是這種情況，會對消費者和企業造成嚴重影響，因此決定將翻新的蒸汽發生器元件推遲到下一次換料大修。

目前計劃于2023年8月進行。

Eskom堅持認為，這些延期任務不會影響電廠的安全運行，因為蒸汽發生器將作為標準換料大修的一部分進行一系列檢查和完整性測試。

正如Eskom首席核官Riedewan Barkadien后來解釋的那樣：“我們已經將發電機的更換轉移到了一個更適合Eskom的窗口”。

雖然當前大修的第一階段按計劃進行，包括更換燃料和定期維護，但該項目的最新延遲是最近宣布的第二次。

Eskom將延誤歸咎于全球新冠肺炎大流行，這阻礙了該公司向現場提供資源的能力。

3、庫博格LTO計劃

高峰能源需求促使人們重新考慮庫博格計劃(圖源：Shutterstock.com)

2號機組的工作最初計劃在6月中旬完成。

CEO安德烈·德魯伊特(Andre‘de Ruyter)表示，該工作將在7月底完成，因為NEI方面的工作。2號機組在1月份換料和維護停堆之前已連續發電454天，沒有中斷。

每座反應堆重約380噸，長約20米，蒸汽發生器的更換是一項12億美元的長期計劃的重要組成部分，該計劃旨在將核電站反應堆的運行壽命分別延長20年。

原始發電機采用易開裂的U形管。一旦被移除，它們將臨時儲存在現場，最終在北開普省Vaalputs放射性廢物儲存設施“作為完整和密封單元”進行處置。

據報道，儲存舊蒸汽發生器的現場設施尚未準備就緒，這是改變時間表的原因之一。

雖然延遲不會對壽命延長計劃產生實質性影響，但它確實縮小了完成工作的可用窗口。

庫博格核電站目前的1號機組運行許可證將于2024年到期，2號機組將于2025年到期。

兩臺機組的蒸汽發生器更換是國家核監管局(NNR)批準延長運行許可證所需的升級之一。

庫博格長期運營(LTO)計劃是一系列活動，將使庫博格運營至2045年。

該計劃將與支持文件一起提交給NNR進行評估，Eskom計劃在2022年6月之前提交所需的支持文件。

作為庫博格LTO計劃審查的一部分，國際原子能機構(IAEA)10人團隊在2022年3月進行了LTO(SALTO)安全方面的審查。

“我們觀察到，盡管存在許多挑戰，自2015年第一次SALTO任務以來，電廠在老化管理活動和安全LTO準備方面取得了進展。”團隊負責人Gabor Petofi說，他是IAEA的高級核安全官員。

庫博格管理層還要求IAEA在2024年安排一次后續訪問。

“Eskom已將IAEA的一些標準和指南納入其政策和程序，并為延長壽命制定了一個強有力的框架。”Barkadien說。

南非礦產和能源部核安全與技術首席主任Katse Maphoto在一份聲明中強調了庫博格LTO從國家能源安全和電網平衡角度的重要性：“政府仍然樂觀地認為，LTO項目將從IAEA的任務建議中受益匪淺，以使電站達到最高安全水平。”

南非政府此前表示了對核能未來的堅定承諾。除了2019年10月的庫博格LTO，該國還概述了到2030年建設1 GW新核容量的計劃。

庫博格核電站1號機組目前計劃在9月份關閉，以進行年度燃料添加和維護計劃，該機組上的蒸汽發生器更換將按計劃從2022年10月開始。這也是在冬季高峰期之后，計劃為類似的155天大修，該機組反應堆壓力容器封頭在幾年前已經更換。

4、供應商

阿海琺是庫博格核電站的原始設備制造商(OEM)，2014年8月，Eskom以43億南非蘭特(2.58億美元)的合同將蒸汽發生器更換合同授予了阿海琺，該合同后來被西屋公司在法庭上提出質疑。

Eskom表示，替換蒸汽發生器的安裝原定于2018年開始。其中三臺蒸汽發生器已經完成制造，其余三臺進展良好。

去年8月，總部位于美國的雅各布斯(Jacobs)公司宣布，該公司已被選中，進行必要的工程改造，為安裝六臺替代蒸汽發生器做準備。

雅各布斯負責與二次汽輪機系統改造相關的施工管理，工作范圍包括管道預制、管道支架和改造以及管道更換;安裝現場腳手架、索具和絕緣層;船舶改裝和加固;以及更換強制空氣冷卻器單元。約12.6噸石棉屋頂板和14.1噸鋼結構提前安全拆除。

雅各布斯能源安全與技術高級副總裁凱倫·維梅爾特(Karen Wiemelt)說：“該項目對于保持核能在南非能源結構中的關鍵作用至關重要。”

他補充說：“我們還有一種新的設計，安裝了一個獨立的密封冷卻系統和一個獨立電源系統。”

2017年3月，總部位于加拿大的L3 MAPPS贏得了一份合同，升級庫博格核電站的兩臺模擬器，考慮到新蒸汽發生器將對電廠性能帶來的變化。這兩臺模擬器將從PC/Linux模擬服務器切換到運行最新Orchid模擬環境的基于PC/Windows的計算機。

反應堆堆芯模型也將被替換。2013年，L3 MAPPS完成了電廠原始模擬器的升級工作，并在現場調試了第二臺全范圍模擬器。這項工作是根據2009年簽署的合同進行的。

與此同時，7月，有消息稱，Barkadien已遞交辭呈，將加入加拿大的一家核能公司。

前庫博格核電站經理基思·費瑟斯通(Keith Featherstone)將擔任首席核官一職，同時招募一名Barkadien的替代者。

“作為非洲唯一的核電站，我們都在確保核電站安全和最佳工作場所方面發揮了作用。因此，辭職的決定絕非易事。” Barkadien說。

在一項相關發展中，現任代理電站總經理Nomawethu Mtwebana將在2號機組大修完成后臨時加入世界核運營商協會(WANO)。Mahesh Valaitham將成為庫博格核電站的代理總經理。

5、電力供應緊張

庫博格核電站2號機組恢復使用，將有助于降低Eskom發電機組的其余部分的壓力，并將降低冬季進一步甩負荷的風險。

甩負荷增加的原因是電廠計劃外故障水平較高，截至2022年3月，平均占機組的26%。在此期間，能源可用系數(EAF)平均為62%。

Eskom的Oberholzer說：“計劃維護是Eskom試圖為一個被忽視的電廠帶來可靠性和可預測性的唯一武器。”

他強調了維護其大型發電機組的挑戰。事實上，在夏季，約有12%的總發電容量已離線進行計劃維護，為冬季高峰需求期做準備。

庫博格核電站2號機組的恢復服務，將為南非電力系統增加930 MW的急需電力，降低輸電網的壓力，限制甩負荷需求。

在此之前，南非國家電力公司一直敦促南非居民“節儉”用電，尤其是在早晚高峰時段，因為容量限制要求其實施甩負荷作為保護國家電網的“最后手段”。

盡管采取了這些節能措施，但由于今年1月1日至5月10日電廠可用性較低，減負荷已實施32天，比2021同期發生的26天減負荷多6天。