核能原理及可持续发展.pdf

核能原理与可持续发展核能原理与可持续发展 王侃 清华大学工程物理系核能所 2008年7月 王侃 清华大学工程物理系核能所 2008年7月 wangkan 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 2 主要内容主要内容 中子、核裂变的发现中子、核裂变的发现 核裂变、链式反应核裂变、链式反应 核反应堆分类核反应堆分类 核电站组成核电站组成 核燃料循环体系核燃料循环体系 核安全核安全 放射性废物管理放射性废物管理 核能发展史核能发展史一、二核纪元一、二核纪元 核能的可持续发展核能的可持续发展 中子的发现及分类 1911 卢瑟福提出了原子的行星模型：原子犹如一个小小的太阳系，中间是 原子核(相当于太阳)，集中了原子质量的极大部分；周围是电子(相当于行 星)，围绕着原子核旋转。 1920 Rutherford中子假说，提出原子核里的中性子的概念 1930 Bothe W. 及 Becker H.（前者的学生）用 轰击 Be，发现铍辐射： ?)(强穿透辐射Be )Ra由 (MeV5能量 1930 王淦昌，当时在柏林大学威廉皇家化学所留学，他认为铍辐射不大可 能是，向其导师 Meitner L.提出用云室观察铍辐射,两次均被拒绝。 1931 J. Curie 夫妇研究铍辐射 如果铍辐射是 ，由质子能量可推出其能量 55MeV，原子核中不可 能有如此高能量的 射线。但他们不能抛弃其为 射线的想法。 Po p 静电计 Be 含氢石蜡含氢石蜡 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 5 这一突破性的发现不仅导致了现代原子核理论的建 立（原子核由质子和中子组成），而且为人们提 供了一种轰击原子核的强有力的新型 这一突破性的发现不仅导致了现代原子核理论的建 立（原子核由质子和中子组成），而且为人们提 供了一种轰击原子核的强有力的新型“炮弹炮弹”，从 而导致一连串的新发现（人工放射性、慢中子和 核裂变）。 ，从 而导致一连串的新发现（人工放射性、慢中子和 核裂变）。 1932 Cavendish 的 Chadwick（卢瑟福的早年学生和得力助手） 在 Rutherford 的推测上发现中子。 nC Be He 1294 + 常用的中子分类 名称 能量（eV）温度（K） 波长（）速度（km/s）波矢（） 1 1.2 9.0 4.4 3 3.5 5.2 7.6 1 1.2 29 1.4 2 2.3 20 2.0 5 5.8 13 3.1 2236.46.2 3355.27.6 5584.09.8 2.59 300 1.78 2.2 671.23.4 8 9.3 1.0 3.9 1 1.2 0.9 4.4 22.30.220 7 8.1 1.1 3.7 5 5.8 1.3 3.1 5 5.8 4.0 9.8 1 1.2 2.9 1.4 7 10 7 10 4 10 4 10 4 10 3 10 2 10 2 10 3 10 1 10 2 10 4 10 7 10 8 10 3 10 3 10 2 10 2 10 3 10 4 10 6 10 8 10 11 10 12 10 2 10 2 10 2 10 2 10 3 10 3 10 5 10 5 10 3 10 3 10 1 10 1 10 1 10 1 10 1 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 超冷 甚冷 冷 热 超热 快 高能 慢 热中子波长为 110 I100meV 4 102 . 2 4 108 . 3 3 109 . 6 3 108 . 9 2 106 . 1 2 101 . 3 2 108 . 3 2 109 . 4 11. 0 17. 0 20. 0 22. 0 98. 0 18 2 106 . 1 3 109 . 4 3 109 . 6 (-1) 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 7 裂变的发现 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 8 1934年，费米用中子轰击当时最重的元素年，费米用中子轰击当时最重的元素92号元素 铀，他假定所发现的放射性，是铀俘获一个中子 后经衰变所形成的 号元素 铀，他假定所发现的放射性，是铀俘获一个中子 后经衰变所形成的93号元索号元索(或原子序数更高的 元素 或原子序数更高的 元素)放射出来的。也就是说，他认为自己发现了所 谓 放射出来的。也就是说，他认为自己发现了所 谓“超铀元素超铀元素”。 1939 年年1 月月6 日，哈恩（日，哈恩（59岁）和斯特拉斯曼发表 于德国 岁）和斯特拉斯曼发表 于德国“自然科学自然科学”的一篇论文为宣告铀核裂变发现 的第一篇历史性文献。 的一篇论文为宣告铀核裂变发现 的第一篇历史性文献。1944年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。 迈特纳和她的外甥弗里施从物理上确认了铀核在中 子作用下分解为两部分的反应形式 迈特纳和她的外甥弗里施从物理上确认了铀核在中 子作用下分解为两部分的反应形式,并在不久发表在 自然 并在不久发表在 自然(Nature) 杂志上的文章中首次使用了杂志上的文章中首次使用了“裂 变 裂 变”(fission) 这个名词这个名词. （L. Meitner ,O. R. Frisch , Nature ,143 (1939) ,239）。）。 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 9 费米很快地提出这样一个假设：当铀分裂为二 时，它可以放射出新的中子来，即提出了链式反 应的基本观念，并为实验所证实。铀核的链式反 应，将在极短时间内释放出大量的核能，发生猛 烈的爆炸，原子弹就是根据这个原理制成的。 费米很快地提出这样一个假设：当铀分裂为二 时，它可以放射出新的中子来，即提出了链式反 应的基本观念，并为实验所证实。铀核的链式反 应，将在极短时间内释放出大量的核能，发生猛 烈的爆炸，原子弹就是根据这个原理制成的。 由于当时是战争的非常时期，从1940年夏到1945 年夏整整五年中，美、英、丹麦等国的科学家的 研究成果不再公开发表，直到1945年夏在日本广 岛投下原子弹之后，秘密才部分地揭开来。 由于当时是战争的非常时期，从1940年夏到1945 年夏整整五年中，美、英、丹麦等国的科学家的 研究成果不再公开发表，直到1945年夏在日本广 岛投下原子弹之后，秘密才部分地揭开来。 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 10 反应堆（reactor , nuclear reactor）反应堆（reactor , nuclear reactor） 能维持可控自持（续）核裂变链式反应能维持可控自持（续）核裂变链式反应的装置。的装置。 链式核反应（nuclear chain reaction）: 核反应产物之一能引起同类的反应，从而使该反应能链 式地进行的核反应。根据一次反应所直接引起的反应次 数平均小于、等于或大于1，链式反应可分为次临界的、 临界的或超临界的三种。 链式核反应（nuclear chain reaction）: 核反应产物之一能引起同类的反应，从而使该反应能链 式地进行的核反应。根据一次反应所直接引起的反应次 数平均小于、等于或大于1，链式反应可分为次临界的、 临界的或超临界的三种。 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 11 核反应核反应核反应核反应(nuclear reaction) (nuclear reaction) (nuclear reaction) (nuclear reaction) 粒子粒子粒子粒子( ( ( (包括原子核包括原子核包括原子核包括原子核) ) ) )与原子核碰撞导致原子核的质量、与原子核碰撞导致原子核的质量、与原子核碰撞导致原子核的质量、 与原子核碰撞导致原子核的质量、 电荷或能量状态改变的现象的统称。核子数、电荷、电荷或能量状态改变的现象的统称。核子数、电荷、电荷或能量状态改变的现象的统称。核子数、电荷、 电荷或能量状态改变的现象的统称。核子数、电荷、 动量与角动量、能量均守恒。动量与角动量、能量均守恒。动量与角动量、能量均守恒。动量与角动量、能量均守恒。 中子与核的相互作用中子与核的相互作用中子与核的相互作用中子与核的相互作用 (1)(1)(1)(1)分类：散射和吸收两种。分类：散射和吸收两种。分类：散射和吸收两种。分类：散射和吸收两种。 (2)(2)(2)(2)散射散射散射散射(scattering)(scattering)(scattering)(scattering)：入射粒子入射粒子入射粒子入射粒子( ( ( (包括电磁辐射包括电磁辐射包括电磁辐射包括电磁辐射) ) ) )与粒子或粒子系统与粒子或粒子系统与粒子或粒子系统 与粒子或粒子系统 碰撞而改变运动方向和能量的过程。是中子慢化的主要核反应过程。碰撞而改变运动方向和能量的过程。是中子慢化的主要核反应过程。碰撞而改变运动方向和能量的过程。是中子慢化的主要核反应过程。 碰撞而改变运动方向和能量的过程。是中子慢化的主要核反应过程。 分弹性散射和非弹性散射两种。分弹性散射和非弹性散射两种。分弹性散射和非弹性散射两种。分弹性散射和非弹性散射两种。 (3)(3)(3)(3)吸收吸收吸收吸收(absorption)(absorption)(absorption)(absorption)入射粒子与物质相互作用后不再作为自由入射粒子与物质相互作用后不再作为自由入射粒子与物质相互作用后不再作为自由入射粒子与物质相互作用后不再作为自由 粒子存在的现象。有辐射俘获、裂变、粒子存在的现象。有辐射俘获、裂变、粒子存在的现象。有辐射俘获、裂变、 粒子存在的现象。有辐射俘获、裂变、 ( (n,n,) )、(n ,p) (n ,p) 等带电粒等带电粒等带电粒 等带电粒 子反应。子反应。子反应。子反应。 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 12 Production of neutrons 912 46 2194 1142 ( , )(19321 10, ( , ), CANDU( , )2 BenCMev DnHBenHe 中子的发现，） 产多能中子（高浓铀堆启动） （中）产单能中子 Spontaneous fission (even-Z LMFBR: 19000kg. Core volume, PWR: 28.5m3; LMFBR: 6.3m3) For thermal spectrum, the larger neutron-nuclear reaction rates, implies low enrichment, stronger heterogeneous effect. 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 36 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 37 By Coolant Water-cooled reactors: PWR, BWR, PHWR Gas-cooled rectors: the early Magnox, AGR,(CO2 ), HTGR(helium), all with graphite moderator; GCFR Liquid metal reactors: LMFBR, MSBR(the molten salt breeder reactor moderated by graphite). 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 38 Generation IV System Gas-Cooled Fast Reactor System GFR Lead-Cooled Fast Reactor System LFR Molten Salt Reactor System MSR Sodium-Cooled Fast Reactor System SFR Supercritical Water-Cooled Reactor System SCWR Very-High-Temperature Reactor System VHTR 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 39 核电站的组成 核电站的组成 共性：一回路和二回路 一回路：产生蒸汽（气体），热源为堆芯 二回路：发电（或工艺热），透平发电 共性：一回路和二回路 一回路：产生蒸汽（气体），热源为堆芯 二回路：发电（或工艺热），透平发电 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 40 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 41 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 42 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 43 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 44 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 45 核燃料循环体系核燃料循环体系 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 46 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 47 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 48 核安全核安全 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 49 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 50 1999年日本年日本JCO 临界事故临界事故 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 51 放射性废物管理放射性废物管理 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 52 放射性废物：任何放射性核素浓度高于国 家当局认定的安全量而且预期没有任何用 处的物质。 放射性废物：任何放射性核素浓度高于国 家当局认定的安全量而且预期没有任何用 处的物质。 放射性废物管理：所有涉及各类放射性废 物整备、贮存和处置的行政、运行和安全 有关活动，包括运输。目标：保护公众和 环境免受现有和未来放射性废物和排出流 所造成的危害。 放射性废物管理：所有涉及各类放射性废 物整备、贮存和处置的行政、运行和安全 有关活动，包括运输。目标：保护公众和 环境免受现有和未来放射性废物和排出流 所造成的危害。 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 53 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 54 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 55 近地表或地 质处置设施 地质处置设 施 地质处置设 施 近地表或地 质处置设施 地质处置设 施 地质处置设 施 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 56 中低放废物（短寿命）的管理和处置：处理（减 容）、整备（废物固定）、近地表处置。处理方 案有化学沉淀、焚烧和压缩；固化体有混凝土、 沥青、聚合物、陶瓷。目前世界上有约 中低放废物（短寿命）的管理和处置：处理（减 容）、整备（废物固定）、近地表处置。处理方 案有化学沉淀、焚烧和压缩；固化体有混凝土、 沥青、聚合物、陶瓷。目前世界上有约40座近地 表处置设施，预计再建约 座近地 表处置设施，预计再建约30座。座。 中低放废物（长寿命）的处置：数百米深地质处 置。 中低放废物（长寿命）的处置：数百米深地质处 置。 高放废物和乏燃料的管理和处置：中间贮存、整 备（或后处理）、地质处置。预计第一批高放和 长寿命废物地质处置库于 高放废物和乏燃料的管理和处置：中间贮存、整 备（或后处理）、地质处置。预计第一批高放和 长寿命废物地质处置库于2010年开始运行，另外 约 年开始运行，另外 约20个处置库在个处置库在2030年底交付使用。年底交付使用。 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 57 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 58 一座1000兆瓦 （电）燃煤电站 每年产生的粉尘 约有30万吨。 一座1000兆瓦 （电）燃煤电站 每年产生的粉尘 约有30万吨。 全世界核发电设 施每年产生约20 万立方米中低放 废物和1万立方米 高放废物（包括 指定为废物的乏 燃料）。 全世界核发电设 施每年产生约20 万立方米中低放 废物和1万立方米 高放废物（包括 指定为废物的乏 燃料）。 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 59 核能发展史：一、二核纪元核能发展史：一、二核纪元 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 60 61 1938: Discovery of nuclear fission (Fermi or Hahn or Meitner?) 12/2/1942: 1st nuclear fission reactor at University of Chicago (CP-I). 40,000kg NU+385,000kg C, 2KWth， ， Cooled by air. 1954: 1st nuclear submarine (Nautilus) 1957: Shippingport, PA, USA. 60MWe(230MWth). 1954年年6月月26日日,前苏联前苏联OBNINSK核电站成功并网发电 （ 核电站成功并网发电 （5MWe)，成为世界上第一个核电站，成为世界上第一个核电站. Britain(1956) 第一核纪元第一核纪元兴起兴起 Department of Engineering Physics established in 1956. 从此开始第一核纪元从此开始第一核纪元20年的高速发展年的高速发展 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 62 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 63 4/25-26/1986: Chernobyl Accident. Explosion resulted in raging fire and release of cloud of deadly radioactive dust after roof of plant blew off. 2 people killed immediately; at least 29 dead from radiation exposure by years end; 200 people hospitalized. 9/30/1999: Japan Criticality Accident. Criticality accident occurred in a precipitation tank in a conversion test building at the JCO Tokai works site. 3/28/1979: Three Mile Island Accident. Equipment failure and human error, which led to loss of coolant and partial core meltdown. No lives lost; very little radioactive gas escaped. 第一核纪元第一核纪元衰落衰落 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 64 原因：原因： 1. 经济、人口增长以及生活水平提高，对能 源、电力提出新需求。 经济、人口增长以及生活水平提高，对能 源、电力提出新需求。 第二核纪元第二核纪元兴起兴起 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 65 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 199519961997199819992000200120022003200420052006 Coal - 2.37 Gas - 6.75 Nuclear - 1.72 Petroleum - 9.63 2006 2. 化石燃料价格上涨化石燃料价格上涨 Production Costs = Operations and Maintenance Costs + Fuel Costs Source: Global Energy Decisions Updated: 6/07 U.S. Electricity Production Costs 1995-2006, In 2006 cents per kilowatt-hour 66 Year Sulfur Dioxide (Million Short Tons) Nitrogen Oxides (Million Short Tons) Carbon Dioxide (Million Metric Tons) 19954.192.03670.60 19964.161.89645.30 19973.971.76602.40 19984.081.76646.40 19994.131.73685.30 20003.601.54677.20 20013.411.43664.00 20023.381.39694.80 20033.361.24679.80 20043.431.12696.60 20053.321.05681.92 20063.120.99681.18 Total44.1517.938,025.50 *1 short ton=0.907 metric ton 3. 空气污染，温室气体排放， 3. 空气污染，温室气体排放， Global warming(北极达北极达22度度) Emissions Avoided by the U.S. Nuclear Industry 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 67 温室气体的温室气体的83%为二氧化碳。为二氧化碳。 美国美国2000、2002、2003年的二氧化碳排放量分别为年的二氧化碳排放量分别为70、 、 68.9、69.4亿吨（约为全球总量的亿吨（约为全球总量的24%），核工业减少的 排放量为 ），核工业减少的 排放量为6.8、6.9、6.8亿吨，亿吨，1995-2006年总计减少年总计减少80.3 亿吨。亿吨。 欧盟核工业每年减排近欧盟核工业每年减排近9亿吨二氧化碳（相当于运输系统 的年总排放量）。欧盟 亿吨二氧化碳（相当于运输系统 的年总排放量）。欧盟25国在国在2004年由传统热电厂供电 年由传统热电厂供电 17230亿度（中国亿度（中国2003年约年约19000亿度），排放二氧化碳 亿度），排放二氧化碳 15.12亿吨。亿吨。 1987年，年，46个国家的个国家的330位科学家和决策人：位科学家和决策人：“人类正在 人类正在 全球范围内无意识地进行着一场规模巨大的实验，其最终 全球范围内无意识地进行着一场规模巨大的实验，其最终 后果可能仅次于一场全球性核战争后果可能仅次于一场全球性核战争”。敦促立即采取行 动，减少温室效应气体的排放量。 。敦促立即采取行 动，减少温室效应气体的排放量。 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 68 4. No commercial:太阳能、风能、潮汐能、地热能、生物质能、聚变能太阳能、风能、潮汐能、地热能、生物质能、聚变能 Also in Europe, nuclear energy is the largest single source of carbon-free and base-load electricity. 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 69 5. 能源安全 对于欧洲27国而言，2005年和2030年的能 源进口依赖比例如下： 能源：50%/65% 其中，天然气：57%/84% 石油：82%/93% 煤: 39%/59% 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 70 第二核纪元第二核纪元兴起兴起 核能：核能：safe, clean, cheap, large-scale, reliable 作用：作用：electricity, process heat Process heat: 制氢（电解法、热化学法）、区 域供暖、海水淡化、煤液 制氢（电解法、热化学法）、区 域供暖、海水淡化、煤液/气化、石油热采等气化、石油热采等 另：移动电源（直接发电、蓄电池）另：移动电源（直接发电、蓄电池） 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 71 Fuel TypeAverage Capacity Factors (%) Nuclear89.8 Coal (Steam Turbine)71.1 Gas (Combined Cycle)39.9 Gas (Steam Turbine)17.2 Oil (Steam Turbine)14.9 Hydro31.8 Wind30.3 Solar18.8 U.S. Capacity Factors by Fuel Type 2006* Preliminary Source: Global Energy Decisions / Energy Information Administration, updated: 7/07 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 72 89.8* 40 50 60 70 80 90 100 19711976198119861991199620012006 U.S. Nuclear Industry Capacity Factors 1971 - 2006 * Preliminary Source: Global Energy Decisions / Energy Information Administration, Updated: 6/07 2008年7月29日10时39分 中国中国核能大国？小国？核能大国？小国？ 2000年年 2005年年 2004年年 69.2 84.8 92.493.1 141.2 144.3 158.7 291.5 428.7 787.2 U.S.FranceJapanGermanyRussiaKorea Rep.China*CanadaUkraineU.K. 2006年年 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 74 中国中国核能大国？小国？核能大国？小国？ 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 75 中国中国核能大国？小国？核能大国？小国？ 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 76 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 77 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 78 NUCLEAR POWER PLANTS INFORMATION Operational Reactors by Type Operational Type No. of Units Total MW(e) BWR9484958 FBR2690 GCR189034 LWGR1611404 PHWR4422367 PWR265243218 Total:439371671 This page was automatically created on 01 Oct 2007, 16:00:02 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 79 兴起广泛的国际合作兴起广泛的国际合作 GIF：美国发起，科技部：美国发起，科技部or科工委？科工委？ INPRO：IAEA发起，科工委发起，科工委 GNEP：中、法、日、俄、美：中、法、日、俄、美5个起始国，发改委个起始国，发改委 MICANET（欧盟）（欧盟）: Competitiveness and sustainability of nuclear energy in the European union, 01.12.2001-30.11.2005 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 80 GIF 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 81 Goals for Generation IV Nuclear Energy Systems Sustainability1 Generation IV nuclear energy systems will provide sustainable energy generation that meets clean air objectives and promotes long-term availability of systems and effective fuel utilization for worldwide energy production. Sustainability2 Generation IV nuclear energy systems will minimize and manage their nuclear waste and notably reduce the long-term stewardship burden, thereby improving protection for the public health and the environment. Economics1 Generation IV nuclear energy systems will have a clear life-cycle cost advantage over other energy sources. Economics2 Generation IV nuclear energy systems will have a level of financial risk comparable to other energy projects. 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 82 Goals for Generation IV Nuclear Energy Systems Safety and Reliability1 Generation IV nuclear energy systems operations will excel in safety and reliability. Safety and Reliability2 Generation IV nuclear energy systems will have a very low likelihood and degree of reactor core damage. Safety and Reliability3 Generation IV nuclear energy systems will eliminate the need for offsite emergency response. Proliferation Resistance and Physical Protection1 Generation IV nuclear energy systems will increase the assurance that they are a very unattractive and the least desirable route for diversion or theft of weapons-usable materials, and provide increased physical protection against acts of terrorism. 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 83 能够和其它电力生产方式相竞争，总的电力生产 成本低于每度电3美分； 初投资（隔夜价）每千瓦小于1000美元； 建设周期小于三年； 堆芯熔化概率低于10 能够和其它电力生产方式相竞争，总的电力生产 成本低于每度电3美分； 初投资（隔夜价）每千瓦小于1000美元； 建设周期小于三年； 堆芯熔化概率低于106 6堆年； 在事故条件下无厂外释放，不需厂外应急。这是 核能安全的一个革命性改进，其含义是无论核电站 发生什么事故，都不会造成对厂外公众的损害； 能够通过对核电站的整体实验向公众证明核电的 安全性等。 堆年； 在事故条件下无厂外释放，不需厂外应急。这是 核能安全的一个革命性改进，其含义是无论核电站 发生什么事故，都不会造成对厂外公众的损害； 能够通过对核电站的整体实验向公众证明核电的 安全性等。 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 84 GNEP 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 85 O 设想设想2040年左右 建成深地层处置库 年左右 建成深地层处置库高放废物处置（高放废物处置（deep underground). Nuclear proliferation resistance. Public acceptancesafety and security, economics, reliability 核能可持续发展的考虑因素核能可持续发展的考虑因素 经济、人口增长及生活水平提高对电力的新需求：世界范围经济、人口增长及生活水平提高对电力的新需求：世界范围2002至至2030 年翻倍，即，需新增年翻倍，即，需新增4800GW装机容量装机容量(International Energy Agency) 。另有工艺热的需求增加。另有工艺热的需求增加。 2008年7月29日10时39分 王侃王侃王侃王侃/ /清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所清华大学工物系核能所 wangkanwangkan 88 中国是铀矿资源不 甚丰富的一个国家。 据近年我国向国际 原子能机构陆续提 供的一批铀矿田的 储量推算，我国铀 中国是铀矿资源不 甚丰富的一个国家。 据近年我国向国际 原子能机构陆续提 供的一批铀矿田的 储量推算，我国铀 矿探明储量居世界 矿探明储量居世界 第第10位之后，不能 位之后，不能 适应发展核电的长 适应发展核电的长 远需要。远需要。矿床规模 以中小为主 矿床规模