Капебергская АЭС: Энергия Южной Африки

Введение

Ядерная электростанция в Южной Африке

Капская ядерная электростанция «Кёберг» — это ядерная электростанция в Южной Африке и единственная на всем африканском континенте. Она расположена в 30 км к северу от Кейптауна, недалеко от Мелкбосстранда на западном побережье Южной Африки. Электростанция принадлежит и управляется государственной энергетической компанией Эском.

Дизайн

В Koeberg находятся два реактора с водой под давлением, разработанные французской компанией Framatome. Framatome владеет 51% акций местной южноафриканской компании Lesedi Nuclear Services, которая выполняет проекты модернизации и технического обслуживания на Koeberg. Koeberg поставляет электроэнергию в национальную энергосистему, чтобы избыточная мощность могла быть перераспределена по стране по мере необходимости. В качестве топлива в реакторе используются обогащенные таблетки диоксида урана, содержащие гадолиний, заключенные в топливные стержни. Установленная мощность Koeberg составляет 1860 МВт, среднегодовая выработка – 13 668 ГВт·ч, и она оснащена двумя крупными турбогенераторами (2 × 970 МВт). Каждый реактор выдает 970 МВт (брутто) и способен выдавать 930 МВт (нетто) в энергосистему. Электростанция была построена недалеко от Кейптауна, чтобы стать единственным поставщиком электроэнергии в Вестерн-Кейпе, после того как электростанции, работающие на ископаемом топливе, были признаны слишком малыми и слишком дорогими для обеспечения рентабельности. Ядерная энергия рассматривалась как более экономичная альтернатива транспортировке угля на существующие электростанции, работающие на ископаемом топливе, и строительству новых электростанций на ископаемом топливе, для которых потребовались бы дымовые трубы высотой 300 м для соответствия требованиям природоохранного законодательства. Электростанция Атлон в городе была слишком мала для удовлетворения потребностей Кейптауна, а электростанция Паарден-Айленд (сама по себе также слишком маленькая) была демонтирована. Koeberg была одной из первых атомных электростанций, спроектированных с учетом повышенной устойчивости к землетрясениям. Реакторы на атомной электростанции Koeberg построены на сейсмостойкой плите, спроектированной на основе анализа рисков середины 1970-х годов, для выдерживания землетрясения магнитудой 7 при эпицентральном расстоянии около 10 км и ускорении нулевого периода (ZPGA) 0,3g. Самое сильное зарегистрированное землетрясение в районе Кейптауна произошло в Ян-Бисжес-Краал в 1809 году и имело магнитуду 6,5. Реактор на Koeberg охлаждается холодной водой из Атлантического океана, которая перекачивается по изолированному контуру со скоростью 80 тонн в секунду. Отходы низкого и среднего уровня с Koeberg транспортируются автомобильным транспортом в стальных и бетонных контейнерах на полигон захоронения отходов в Ваальпутс, расположенный в 600 км в пустыне Калахари. Изначально электростанция располагалась за пределами городской территории, но в последующие годы рост городов превзошел ожидания, в результате чего электростанция оказалась вблизи жилых районов. Администрация применяет правила максимальной плотности застройки на случай эвакуации, что исключает строительство высотных зданий. Буферная зона вокруг атомной электростанции образует природный заповедник Koeberg площадью 22 км², открытый для посещения общественностью и являющийся домом для более чем 210 видов птиц и ряда видов млекопитающих, включая зебр, эландов и антилоп-прыгунов.

Koeberg contains two pressurised water reactors based on a design by Framatome of France. Framatome has a 51% shareholding in local South African company Lesedi Nuclear Services which performs upgrade and maintenance projects at Koeberg. Koeberg supplies power to the national grid so that over capacity can be redistributed to the rest of the country on an as needed basis. Fuel stock used within the reactor is enriched uranium dioxide pellets containing gadolinium, contained in fuel rods. Koeberg is rated at 1,860 MW, its average annual production is 13,668 GWh and it has two large turbine generators (2 × 970 MW). Each reactor delivers 970 MW (gross) and is capable of delivering 930 MW (net) to the grid. The power station was constructed near Cape Town to be the sole provider of power in the Western Cape after fossil fuel power stations were deemed too small and too expensive to be viable. Nuclear power was considered because it was more economical than transporting coal to the existing fossil fuel power stations, and construction of new fossil fuel power stations, which would have required 300 m tall chimneys to comply with clean air legislation. Athlone Power Station in the city was too small to provide Cape Town's needs, and the Paarden Island power station (itself too small) has been demolished. Koeberg was one of the first nuclear power stations designed to be specifically resistant to earthquakes. The reactors at the Koeberg nuclear power station are built upon an aseismic raft designed – on the basis of a mid 1970s hazard study to withstand a magnitude 7 earthquake at a focal distance of about 10 km, 0.3g zero period ground acceleration (ZPGA). The largest recorded earthquake in the Cape Town area has been 6.5 magnitude at Jan Biesjes Kraal in 1809. The reactor at Koeberg is cooled by cold water from the Atlantic Ocean pumped through an isolated circuit at 80 tons a second. Low and intermediate level waste from Koeberg is transported by road in steel and concrete containers to a rural disposal site at Vaalputs, 600 km away in the Kalahari Desert. The power station was originally located outside the metropolitan area, but urban growth has exceeded expectations in the intervening years, so that the power station is now close to suburban housing. The administration enforces maximum housing density regulations in case of evacuation, which precludes the construction of high rise buildings. The buffer zone around the nuclear power station forms the 22 km2 Koeberg Nature Reserve, open to the public and containing more than 210 species of birds and a number of mammal species including zebra, eland and springbok.

История

Строительство электростанции началось в 1976 году, а блок 1 был синхронизирован с сетью 4 апреля 1984 года. Затем 25 июля 1985 года был синхронизирован блок 2. 17 декабря 1982 года «Умхонто-ве-Сизве», вооруженное крыло АНК, атаковало Кёберг, когда он находился в стадии строительства. Ущерб был оценен в 500 миллионов рандов, а ввод электростанции в эксплуатацию был отложен на 18 месяцев. Бомбардировщиком был Родни Уилкинсон, ранее представлявший Южную Африку на международных турнирах по фехтованию. В августе 2002 года двенадцать активистов Greenpeace получили доступ к станции. Шесть из них взобрались на стену, чтобы повесить антиядерный протестный баннер. Двенадцать человек были арестованы и оштрафованы. В конце 2005 года Кёберг столкнулся с многочисленными техническими трудностями. 11 ноября 2005 года из-за неисправности на шине передачи реактор перешел в безопасный режим, отключив электроснабжение большей части Западной Капской провинции на два часа. 16 ноября пожар под линией электропередачи 400 кВ привел к отключению линии, вызвав серьезные провалы напряжения, в результате чего Кёберг снова был отключен. В различных частях Капской провинции на несколько часов не было электричества. Вечером 23 ноября при плановой проверке системы безопасности было обнаружено, что концентрация важного химического вещества ниже нормы, что привело к контролируемому отключению реактора. Благодаря достаточному резервному запасу электроэнергии крупных отключений не произошло до пятницы 25 ноября, когда резервная мощность начала иссякать. В этот момент была применена поэтапная система отключений, при которой потребители отключались последовательно в течение большей части дня. Кёберг был повторно синхронизирован с национальной сетью в субботу 26 ноября. 25 декабря 2005 года генератор блока 1 был поврежден. Во время включения генератора после плановой дозаправки и технического обслуживания ослабленный болт, оставшийся внутри генератора, вызвал серьезные повреждения, что потребовало его отключения. После неожиданной недоступности блока 1 блок 2 также был выведен из эксплуатации для плановой дозаправки, что привело к серьезному дефициту электроснабжения в Западной Капской провинции. Это привело к масштабным отключениям для поддержания стабильности сети. Замена ротора для блока 1 была доставлена из Франции, и блок был введен в эксплуатацию в мае 2006 года. 18 и 19 февраля 2007 года большие части Западной Капской провинции снова столкнулись с отключениями электроэнергии из-за контролируемого отключения Кёберга. По словам Eskom и муниципалитета Кейптауна, отключения электроэнергии должны были продолжаться до 26 февраля 2007 года, однако проблемы с электроснабжением сохранялись и после этой даты. По оценкам, экономические потери от отключений электроэнергии к февралю 2007 года превысили 500 миллионов рандов и могли возрасти до 2 миллиардов рандов. 12 сентября 2010 года 91 сотрудник станции был загрязнен пылью кобальта-58 в результате инцидента, который, по всей видимости, был локализован на станции. Утвержденный правительством в 2019 году Интегрированный план ресурсов (IRP) предусматривает продление срока службы Кёберга на 20 лет до 2044 года и отложенную программу строительства новых ядерных объектов со сценарием, предусматривающим создание новых мощностей после 2030 года. 10 сентября 2020 года Eskom объявила о замене шести парогенераторов. Контракт на проектирование, изготовление и монтаж с Areva был заключен на сумму 4,4 миллиарда рандов (240 миллионов долларов США), а производство было передано на субподряд Shanghai Electric Power. Монтаж был отложен до 2023 и 2024 годов из-за опасений по поводу возможного дефицита электроэнергии. Вывод из эксплуатации Кёберга 1 начался 10 декабря 2022 года, и он был повторно синхронизирован с сетью 18 ноября 2023 года, что заняло гораздо больше времени, чем ожидаемые шесть месяцев. Вывод из эксплуатации Кёберга 2 начнется после завершения испытаний по повторному вводу в эксплуатацию Кёберга 1. В 2022 году Daily Maverick сообщила, что тогдашний главный ядерный директор Eskom Ридеван Бакардиен покинул компанию, отметив также, что по оценкам Eskom, в 2022 году было потеряно от 250 до 300 «квалифицированных специалистов», что поставило под угрозу запланированное продление срока службы стоимостью 20 миллиардов рандов.

Construction of the power station began in 1976, and Unit 1 was synchronized to the grid on 4 April 1984. Unit 2 followed on 25 July 1985. On 17 December 1982, Umkhonto we Sizwe, the armed wing of the ANC attacked Koeberg while it was still under construction. Damage was estimated at R 500 million and the commissioning of the power station was put back by 18 months. The bomber was Rodney Wilkinson, who had previously represented South Africa in international fencing tournaments. In August 2002 twelve Greenpeace activists obtained access to the station. Six of them scaled the wall to hang up an anti nuclear protest banner. The twelve were arrested and fined. At the end of 2005, Koeberg started experiencing numerous technical difficulties. On 11 November 2005, a fault on a transmission busbar caused the reactor to go into safe mode, cutting supply to most of the Western Cape for about two hours. On 16 November a fire under a 400 kV transmission line caused the line to trip, causing severe voltage dips which resulted in Koeberg once again shutting down. Various parts of the Cape were left without electricity for hours at a time. On the evening of 23 November, a routine inspection of the backup safety system revealed a below spec concentration of an important chemical, resulting in a controlled shutdown of the reactor. Due to the sufficiency of backup supply, major power cuts were not experienced until Friday 25 November, when the backup capacity began running out. At this point, rotational load shedding was employed, with customers being switched off in stages for most of the day. Koeberg was re synchronised to the national grid on Saturday 26 November. On Sunday 25 December 2005, the generator of Unit 1 was damaged. While the generator was being powered up after scheduled refuelling and maintenance, a loose bolt, which was left inside the generator caused severe damage, forcing it to be shut down. Subsequent to the unexpected unavailability of Unit 1, Unit 2 was also brought down for scheduled refuelling, resulting in a severe shortage of supply to the Western Cape. This resulted in widespread load shedding in order to maintain the stability of the network. A replacement rotor for Unit 1 was shipped in from France and the unit was brought back into operation in May 2006. On 18 and 19 February 2007 large parts of the Western Cape again experienced blackouts due to a controlled shutdown of Koeberg. According to Eskom and the City of Cape Town, power cuts were to continue until 26 February 2007, however power supply problems continued beyond this date. The estimated economic losses due to the power cuts was over R 500 M as at February 2007, and was estimated to rise to possibly as high as R 2 billion. On 12 September 2010, 91 members of staff were contaminated with cobalt 58 dust in an incident that appears confined to the station. The government's agreed 2019 Integrated Resource Plan (IRP) plans a 20 year life extension for Koeberg to 2044, and a delayed nuclear new build programme with a scenario that may build new capacity after 2030. On 10 September 2020, Eskom announced it will replace six steam generators. The design, manufacture and install contract with Areva was for ZAR 4.4 billion ($240 million), with manufacture subcontracted to the Shanghai Electric Power. Installation was delayed to 2023 and 2024 because of concerns about possible power shortages. Koeberg 1's outage began on 10 December 2022 and it came back synchronised with the grid on 18 November 2023, taking much longer than the expected six months. Koeberg 2 will begin its outage once Koeberg 1's recommissioning tests are complete. In 2022, the Daily Maverick reported that Eskom's then Chief Nuclear Officer, Riedewaan Bakardien had left the utility, also noting an Eskom estimated loss of between 250 and 300 "skilled persons" in 2022, putting at risk the planned R20 billion life extension.

Стресс-тесты после Фукусимы

После ядерной катастрофы на Фукусиме-1 сейсмическая безопасность Коэберга была переоценена совместно с МАГАТЭ. Несмотря на то, что Коэберг был спроектирован с учетом ускорения грунта в нулевой период (ZPGA) 0,3g, соответствующего землетрясению магнитудой 7, в ходе стресс-тестов Коэберг оценивался на соответствие ZPGA 0,5g. В целом, Коэберг был признан сейсмоустойчивым и хорошо спроектированным, с указанием некоторых областей, требующих внимания и улучшения.

Новая конструкция

Дуйнфонтейн, расположенный рядом с Коэбергом с северной стороны, рассматривается как площадка для строительства новой атомной электростанции.

Противостояние Кёбергу

Южноафриканская ядерная промышленность на протяжении своей истории сталкивалась с немалой оппозицией, главным образом со стороны экологов, выражающих обеспокоенность по поводу вопросов безопасности, таких как радиоактивные отходы, и антивоенных активистов, обеспокоенных распространением ядерного оружия и применением атомного оружия. В настоящее время кампании против ядерной энергетики проводят организации Earthlife Africa и Koeberg Alert.