加拿大核能发展历史及未来

随着加拿大联邦下辖的核科技组织已经走过70周年，让我们来看下加拿大原子能有限公司（AECL）、加拿大核历史和该国净零未来愿景之间的各种联系。

  1、加拿大的核科学史

加拿大原子能有限公司（AECL）成立于1952年。
在加拿大联邦政府发表意向书（EOI）之后，时任加拿大原子能有限公司（AECL）总裁的罗伯特·沃克（Robert Walker）表示，该意向书“不是公司的出售声明”，而是“一种创新落实机制”，有助于确定AECL拥有的核实验室的发展方向。 沃克表示，该公司的重组，不仅关系到拥有60年历史的核实验室或是公司的未来，还关系到“行业本身的未来，以及AECL如何帮助这一进程向前发展。” 鉴于其与AECL的不可分割的联系，该行业急于理解重组对他们意味着什么。 1944年，在加拿大国家研究委员会的指导下，乔克河实验室（CRL）成立。 两年后，加拿大政府通过了《原子能控制法》，建立了其核监管框架。 1952年，加拿大政府成立了AECL，授权其发展和平利用核能，并同时将国家实验室交给该公司。目前，国家实验室已是ZEEP（零能实验堆）反应堆和国家研究实验（NRX）堆所在地。 NRX已运行45年，主要用于生产放射性同位素，并开发CANDU反应堆的燃料和材料，还为实验物理提供中子源。 1957年，AECL被授权五年后，国家研究通用反应堆（NRU）进入关键阶段，这种堆将成为世界公认的研究反应堆和核医学同位素的主要生产商。

20世纪60年代初，AECL在马尼托巴省温尼伯东北部建立了第二个核设施，即怀特谢尔（Whiteshell）实验室。
四年后，AECL在马尼托巴省的怀特谢尔开设了第二个核实验室，这里有一个创新的有机冷却研究反应堆和一个开创性的地质处置实验室。 该研究反应堆将有助于发展核科学和物理、医疗诊断和治疗（包括癌症治疗的先驱）以及核技术的其他有益用途。 不过，并不是一切都一帆风顺。 1952年和1958年，AECL发生了两次严重的燃料通道冷却事故，每个反应堆都发生了一次，对于刚刚起步的核项目信誉造成了损害。 因此，随之而来的是繁重，但十分重要的核安全课程。 不过，也许由于AECL的政府背书，再加上在核能历史中发挥的先锋作用，AECL在面临公众信任考验，技术和政治挑战的同时，一直是世界公认的伟大科学创新者。 2、CANDU技术的发展

皮克林核电站的第一个CANDU机组，于1971年投入运行。
AECL的研究反应堆，对该公司及其服务的全世界来说，都是一笔令人难以置信的资产。 该组织的开创性时刻，也是高光时刻，则来自其1954年与安大略水电委员会的合作关系，安大略水电委员会是安大略水电的前身（该委员会后来被重组为五个部分，包括仍然存在的安大略发电）。 AECL最初的合资反应堆是与通用电气和美国原子能委员会合作，在距乔克河实验室30公里的地方建造。 1962年，罗尔夫顿（Rolphton）核电示范厂投运，功率20Mwe，不仅作为CANDU技术的工作试验设施研究运行，还作为未来核能工程师和操作员的培训基地。 CANDU是AECL的研究专利，其名称代表“加拿大——氘——铀”（Canada – deuterium – uranium）。 与大多数反应堆设计不同，该反应堆使用天然铀作为燃料，氧化氘（重水）作为慢化剂和冷却剂。 CANDU具有在线加油能力，能够生产医疗同位素，如钴-60，以及大规模发电。 CANDU技术一直是加拿大强烈的民族自豪感的来源，该堆也决定了加拿大的核能发展之旅。 1966年，在道格拉斯角（Douglas Point）调试了一台200MWe CANDU原型机，为皮克林第一座大型商业发电厂铺平了道路，该发电厂紧邻加拿大最大的城市和经济中心多伦多。 3、皮克林核电站和布鲁斯核电站

由于政策风潮和监管变化，达林顿核电站的四个机组在各种延期后于1990年至1993年完工。（图源：OPG）
AECL和安大略省电力公司之间的合作关系非常重要，因为发电决策在加拿大属于省级而非联邦管辖。 AECL现任总裁兼CEO弗雷德·德马尔卡（Fred Dermarkar）表示，这一伙伴关系也有助于形成一个对加拿大的全球核野心至关重要的模式。 他说：“合作使加拿大能够。充分发展核能潜力，合作使我们成为一线核国家。从一开始，我们就想按照自己的方式去做，要有一个加拿大制造的核能设计，不仅符合我们的信念，更体现我们的能力。作为一个小国，没有合作，我们不可能做到这一点。” 在道格拉斯角核电站建成时，第一个皮克林核电站已经进入规划阶段，1971年开始运行，随后不久，又有三个600MWe反应堆投入运行。 该地块最终将容纳8个机组，其中6个机组至今仍继续成功运营。 在其早期运营中，该工厂在核工业界经常保持着世界级的领先地位。



加拿大布鲁斯核电站，共8个反应堆，是全球输出功率最高的在运营核电站。（图源：网络）

六年后，布鲁斯县的第一个机组投入运行——布鲁斯核电站，该电站最终将容纳8个800MWe机组。 如今，布鲁斯核电站是世界上最大的运行核设施之一。 4、让CANDU走向全球

继皮克林核电站的成功之后，AECL还将在其他几个国家建造CANDU装置，包括在韩国的月城核电站。（图源：KHNP）
加拿大的“CANDU梦想”继续在安大略省（克拉灵顿的达灵顿核电站四座900MWe机组），新不伦瑞克省，魁北克省（各建设两座CANDU-6机组）落地。 该公司还走向全球，在其他六个国家建造了反应堆。 通过CANDU的销售，加拿大正在履行其科技投资的承诺。 加拿大正在生产大规模、可靠的电力，为其经济提供动力，提供基本卫生服务，实现经济发展和国际贸易目标。 在发展核能的过程中，加拿大在研究、运营、供应链、监管和学术界建立了深厚的国家能力。 杰里·霍普伍德（Jerry Hopwood）是核工程卓越大学网络（UNEE）的校长，该网络由加拿大13所大学和罗马尼亚一所大学组成。 霍普伍德的大部分职业生涯都是在AECL度过的，他将公司的培训和教育计划以及研究归功于加拿大今天的能力。 他说：“进入80年代，乔克河实验室有着非常强大的训练能力。” 这是一个校园，来自世界各地的学生和访问人员在此逗留和学习。 “AECL非常重视培训和发展。我记得很多专业发展研讨会，气氛和大学一样。AECL赞助了很多人通过借调或作为员工完成博士学位，现在仍然如此。AECL CRL设施作为对大学研发项目的支持提供给大学。” 同时，AECL还建立了一个技术顾问和教授的渠道，在整个行业和学术界工作，培训下一代工程师。 5、充满挑战的时代

2011年3月14日安大略省皮克林核电站的一号发电机组因水泵密封阀发生损坏发生废水泄漏事故，共有7.3万多升软化水流入安大略湖，但不会对公众健康构成威胁。（图源：网络）
1990年代，加拿大核设施的老龄化挑战带来了技术问题，这些问题在技术上是可以解决的，但面临的政治挑战更大。 1998年，安大略省大约一半的核设施被关闭，看起来黄金原子时代可能已经结束了。 除两座反应堆外，所有反应堆最终都将在21世纪重新启动，并在随后的十年中取得一些最佳性能。许多反应堆将进行全面整修，一些预计将运行到21世纪60年代。 安大略核电设施是该省向清洁能源未来过渡的基础，主要负责该省到2014年逐步淘汰燃煤发电。 作为加拿大和AECL净零计划的一部分，通过翻新和使用小型模块化反应堆，为继续使用CANDU技术打开了大门。 在乔克河实验室，正在开发的是两个双反应堆，打算成为第一个专门用于医用同位素生产的装置。 10MWe Maple（多用途物理晶格实验）反应堆是以该国标志性的枫树命名的。它们在停机期间具有内置冗余，可以满足全世界的需求。 2008年，在AECL面临最严峻的挑战，反应堆项目被搁置。该公司却采取了富有挑战性的步骤，投资NRU的持续运营，以确保满足世界对医用同位素的需求。 十年后，NRU停止运营，成功地完成了任务，其他CANDU运营商也加入了进来。 这些反应堆在发电的同时提供同位素，保持CANDU在提供大规模电网电力的同时生产同位素的独特能力。 在一个充满挑战的时代，安大略省也给AECL带来了各种问题，当时，在AECL和西屋公司进行了漫长的采购竞争后，省政府否决了在达林顿新建电厂的计划。 这一决定使得AECL没有在国内展示其最新的CANDU先进反应堆设计。 2011年，随着债务不断增加，该公司的反应堆设计和服务部门被出售给SNC Lavalin。 不久之后，它宣布重组国家实验室、NRU、其11个其他场地，以及遗留废物管理和修复项目。 6、重组AECL 沃克在2012年3月的演讲中提出，作为当今最紧迫公共政策问题推动者，加拿大工业的愿景，以及AECL作为工业推动者的愿景。他同时提醒观众加拿大的核计划已经走了多远。 他说， “我们是一个一级国家，我们拥有一切。我们致力于核能，我们拥有世界级的运营。我们有一个国际上受尊敬的联邦监管机构。我们有一个强大的国内核供应链——从采矿到制造和服务。我们有一个强大的学院和大学相互作用，正在教育我们的下一代，培养核工人，并提供适当的研究以加强他们的培训。” 他补充道：“从多个角度来看，我们在AECL核实验室有一个独特的结构。所有这些因素结合在一起定义了我们国家一线核国家的地位。” 他说，AECL刚开始主要就医疗同位素、遗产和历史废物的管理和处置等领域的公共政策问题向政府提供咨询和建议，提供科技后盾，执行公共政策——从多年的战略和执行结果来看，AECL完全胜任这些工作。 他说，AECL是“商业创新的推动者，将技术落实到工业制造，最终将其转化为财富和就业机会”，是“劳动力的核心发电机”，培育了领导者，并为光明的核未来提供了所有要素。 7、新的模式和任务——通往清洁能源未来之路

AECL正在投资12亿美元更新加拿大核实验室（CNL）运营的乔克河实验室的相关科学基础设施。（图源：CNL）
2014年11月3日，AECL以政府所有承包商运营（Go-Co）模式创建了全资子公司——加拿大核实验室（CNL），将加拿大12个地点的大约3400人转移到一个私营部门财团。 沃克说：“CNL可能是一个新的组织，也拥有跨越60多年尖端核科学和技术的自豪历史。这种新的运营模式将利用新兴的市场机遇和私营部门的先进管理。” 如今，AECL的愿景是“通过推动核创新、创建一流的核校园和清理我们遗留的核废物，实现对加拿大人的价值“。 德马尔卡说，自成立以来，CNL一直在稳步履行这项任务，德马尔卡于2021年2月从沃克的继任者Richard Sexton手中接过AECL的总裁工作。 “Go-Co的使命至关重要。我们需要各种创新，面对过去，才能拥有未来，” 他说：“我们还需要更新乔克河实验室设施，建立一个世界级的实验室。

2021年7月，CNL和AECL庆祝乔克河科学合作中心建设开始。（图源CNL）
我们需要确保实验室进行的科学和技术研究方向符合加拿大的长期战略利益。 通过CNL，AECL正在支持SMR和氢气开发等领域的工作，以及CANDU技术的持续研究，在核安全和安保（包括网络安全）方面发挥着领导作用。 在2021届AECL年度公开会议上，德马尔卡展示了Go-Co合作模式在增强公司价值方面的作用。 私营部门的管理模式使公司能够获得最好的专业知识和资源，德马尔卡说，他在接受这项工作之前没有接触过这种方式，合作再一次使事情成为可能。 他回到了沃克在2012年谈到的主题，这些主题一直是该行业的前沿和中心：
按预算，按时交付主要项目；

通过新反应堆的销售，使供应链能够在国际上竞争，包括在加拿大展示的新SMR技术和CANDU技术；

协调加拿大的核研发，包括学术界；

以对环境负责的方式处理核废物；

创建高素质人才培育通道。
 他说：“我非常清楚我们在所有这一切中都扮演着重要角色。作为一家公司，我们在这里不是为了与行业竞争。我们在这里是为了补充和支持行业，是为了帮助行业实现加拿大在健康、能源、环境和安全方面的目标。”。 德马尔卡补充说，像加拿大政府一样，AECL致力于“土著和解”，其基础是建立与土著社区的长期关系，公司努力履行其科学、气候变化和废物管理承诺。 在当前的政府议程中，迫在眉睫的是积极的减排目标，这是繁荣和满足日益增长的能源需求的首要目标。 核能可以在这方面发挥重要作用，但它需要快速得到应有的定义。 在这个主题上，德马尔卡增加了第六个重点领域，他认为AECL可以成为一个关键杠杆。 他说：“我们需要通过创造条件，让加拿大人为加拿大的核能力感到自豪，以此来倡导和获得公众的认可。这取决于我们在组织和行业中所做的事情，取决于我们提高这一点并使其可见的能力。” “百分之九十九的人不知道加拿大在核科学方面取得了什么成就，这是一种耻辱，因为我们所取得的成就是世界级的，而且意义非比寻常。” 随着他担任总裁期间的第一个战略规划进程的展开，显然，德马尔卡对AECL和工业界如何就加拿大迄今为止最大胆的核目标进行合作有一些想法。我们很快就会在讲台上听到。
（完）