新能源概论论文.doc

中南大学题 目能源之核能学生姓名指导教师唐有根学 院地球科学与信息物理学院专业班级学生学号时间：2012年06月1日能源之核能 摘要：经济的发展、能源的短缺，促使核电工业迅速崛起。核能以其独有的优势受到了世界各国的重视与欢迎。然而在发展核技术的同时也给周围环境造成了一定程度的放射性污染。本文介绍了核能所具有的各种优势、核能在国能外的动用情况、运用方式、存在的问题以及发展前景，综合阐述了发展核能的必要性。背景： 进入改革开放30多年以来，我国经济高速发展，而作为支撑我国经济高速发展的支柱之一，能源在其中占据了举足轻重的地位。与传统能源相比，核能具有高能效、低污染、经济、可持续发展的优点。对核能技术的应用也将变得越来越广泛。我国出台的“十一五”核电规划提出，到2020 年，核电装机容量将达到4000 万千瓦，将占全国发电量的4，平均每年就要兴建一个相当于大亚湾核电站的核电站。作为主要核电能源，铀矿资源在我国湘、赣、粤等地区已被大量开采。此外，由于核武器等战略能源储备以及民用科研需要，开发越来越多的铀矿和伴生放射性矿产资源已是大势所趋。然而，对核能的开发与利用是一把双刃剑，一旦核泄漏造成放射性污染，对世界来说又将是巨大的灾难。一、概述 核能是人类历史上的一项伟大发明，这离不开早期西方科学家的探索发现，他们为核能的应用奠定了基础。 在1945年之前，人类在能源利用领域只涉及到物理变化和化学变化。二战时，原子弹诞生了。人类开始将核能运用于军事、能源、工业、航天等领域。美国、俄罗斯、英国、法国、中国、日本、以色列等国相继展开对核能应用前景的研究。 核能是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。它与火力发电极其相似。只是以核反应堆及核能发电站、蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉，以核裂变能代替矿物燃料的化学能。除沸水堆外（见轻水堆），其他类型的动力堆都是一回路的冷却剂通过堆心加热，在蒸汽发生器中将热量传给二回路或三回路的水，然后形成蒸汽推动汽轮发电机。沸水堆则是一回路的冷却剂通过堆心加热变成70个大气压左右的饱和蒸汽，经汽水分离并干燥后直接推动汽轮发电机。核能发电利用铀燃料进行核分裂连锁反应所产生的热，将水加热成高温高压，利用产生的水蒸气推动蒸汽轮机并带动发电机。核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高很多（相差约百万倍），比较起来所以需要的燃料体积比火力电厂少相当多。核能发电所使用的的铀235纯度只约占3%4%，其馀皆为无法产生核分裂的铀238。 举例而言，核四厂每年要用掉80吨的核燃料，只要2支标准货柜就可以运载。如果换成燃煤，需要515万吨，每天要用20吨的大卡车运705车才够。如果使用天然气，需要143万吨，相当于每天烧掉20万桶家用瓦斯。换算起来，刚好接近全台湾692万户的瓦斯用量。 所以核能的发展一定程度上反应的是社会的发展，也是人类在科技和能源水平上努力突破的重点，是有着很深远的发展意义的。二、新型核能的特点 优点： （1）核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染。 （2）核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。 （3）核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，没有其他的用途。 （4）核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送。 （5）核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响，故发电成本较其他发电方法为稳定。 缺点： （1）核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过之核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线，故必须慎重处理，且需面对相当大的政治困扰。 （2）核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境裏，故核能电厂的热污染较严重。 （3）核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。 （4）核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。 （5）兴建核电厂较易引发政治歧见纷争。 （6）核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成伤害。三、核能在国内外的运用情况及运用方式 现在核能的主要运用还是以核能发电为主，而且运用很广泛，许多国家都建立了许多核电站。 目前，国际上大部分核电站建设在内陆。法国65.1%的核电站建设在内陆，美国有75.7%的核电站建设在内陆。可见，内陆建核电站是完全可行的。我国建设内陆核电站势在必行。原因在于：内陆地区经济有了很大发展，电网容量亦有很大发展；有些省份缺乏煤炭和水力资源；2008年初南方各省发生了大面积、长时间的雪灾，造成广大地区长时间断电，带来了严重后果，这表明依靠远距离输电和长途运煤难以保障用电安全。因此，建设不依赖燃料运输的支撑电站核电站是很必要的。技术方面，发展内陆核电站也完全成熟。从安全和环保要求看，内陆核电站和沿海核电站没有本质的差别，目前成熟的核电站设计和建造技术完全可用到内陆核电站。三、在获取或转换以及运用各方面需要解决的问题及问题研究的主要方向 利用核能量发电，最担心的是安全问题。世界范围内核电站确实发生过几次大的事故。一次是1979年3月28日，美国三喱岛核电站连续发生操作失误和设备故障，引起堆内失水，导致核燃料元件破损，大量的放射性物质逸出一次回路第二次发生在1986年4月26日凌晨1时23分，位于苏联基辅东北部的切尔诺贝利核电站第4号机组突然爆炸起火，3.54.0的核燃料元件被炸出堆外，致使含有巨量放射性物质的蒸汽和浓烟进入大气，酿成一起震撼世界的恶性核泄漏事故。第三桩核泄漏事故发生在日本的茨仁县东海村JCD核燃料加工厂，时间是1999年9月30日上午10时35分以上一桩桩事故不可避免地让人们产生这样的疑问核电到底安不安全？ 的确，从世界范围来看，核能的利用历史还不长。自从世界上建成第一座核反应堆至今，仅仅50多年的时间。在核能的应用技术与安全防护方面，也确实存在着许多有待完善和解决的问题。但是，半个世纪以来的核电发展实践告诉我们，核电是当代比较成熟的技术，全球30多个国家和地区已建成并投入运行的核电站有432座（截至1999年底），装机容量达32861.3亿千瓦，占世界发电总装机容量的21。核电在一些国家的发电总量中所占的比重也是十分惊人的：在法国，核发电量占全部发电总量的75；比利时为61.5；韩国为49；我国的台湾省也有多座大的核电站，核电占发电总量的38.7。实践证明，只要严格遵守核电站安全法规和守则，核电的安全性是有充分保障的。 核电站对环境的影响，主要存在两种潜在危险：一是自身事故或外来因素引起爆炸事故，造成人身伤亡；一是发生反应堆冷却剂外溢事故时，造成放射性危害。对这两种情况，在设计核电站和选择建站地址时，都有多种可靠有效的考虑。核电站的选址要求非常严格，必须是地震裂度低和地壳稳固的“安全岛”，必须符合环保要求。为此，科学工作者必须全面进行多种项目的实地考察与勘测，其中包括磁航、重力、地震、遥感等等；同时还得进行详尽的水文调查和气象考察、查阅历史上千年以上地质资料的记载，推测今后50至100年的地震活动趋势。核电站与油库、油管、机场、易燃仓库以至民航线、公路、铁路的距离都有相应的限制规定。核电站向外分成隔离区、低人口密度区和人口中心距离区。最近的隔离区半径不得小于800米，最外区半径在7000米以上。 在核电站中还装有许多保护装置和工程安全措施。以我国大陆上第一座核电站秦山核电站为例，这座我国自行研究、设计、制造、施工的核电站坐落在浙江省海盐县的秦山脚下，离省会杭州市有100千米左右，依山傍海。核电站的设计准则是：不污染国土，不危害人民。工程强调“纵深防御，综合设防，多道屏障，万无一失”。电站反应堆采用最先进的排放技术，它的燃料是浓度为3的铀，点燃它的“火柴”是能够钻到原子核内部去的中子。反应堆内有石墨等减速剂，使快速中子变为慢速中子。反应堆功率由控制棒调节。控制棒用吸收中子能力很强的银铟镉合金制成。反应堆的“心脏”部分叫“堆芯”，外有三道屏障保护着它的安全。第一道屏障是高强度的锆合金包壳，燃料芯块叠装其中，能把核燃料裂变时产生的放射性物质密封住。第二道屏障是压力壳，包在锆合金之外，防止锆合金壳破裂，不使放射性物质外逸。最外一层屏障叫安全壳，结构性能优良，气密性比规范预期性优良3.6倍。这是一座穹顶的“庞然大物”内层为6毫米厚的钢板衬垫，外层为1米厚的钢筋混疑土，内径36米，高62米。里边安装一套完整的防护系统。安全壳极为坚固，可以令撞上的飞机粉身碎骨，而自己却毫发无损。反应堆和燃料装卸机用电子计算机操纵。万一出现意外，反应堆能在一、两秒钟内自动停止运转。虽然与原子弹一样都利用了核聚变的原理，但核电采用低浓度裂变物质作燃料，且分散在反应堆内，在任何情况下都不会自我爆炸。更何况在设计和建设过程中又多方采用现代科学技术，能根据需要使裂变反应有控制地进行，并能随时中止反应。所以，只要严格遵守操作规范，恪守操作守则，核电站的安全性是有充分保障的。五、国内外核能发展现状以及前景 截至2006年，全世界在运转中的核反应堆达435座，其中有29座以上正在建设中。美国运转的核电站最多，为103座。法国次之，为59座。日本为55座（1座以上在建设中），俄罗斯为31座（7座以上在建设中）。 拥有核能发电的30个国家中，由核能供电的份额变化较大。其中法国高达占78%，比利时占54%、韩国占39%、瑞士占37%、日本占30%、美国占19%、南非占4%和中国占2%。 现在核能发电站的扩建集中在亚洲：至2006年底建设中的29座就有15座在亚洲。最近建设的36座核反应堆已与电网联网的有26座在亚洲。印度核能发电所占比例现小于3%，但至2006年底，拥有建设中核电站的1/4，在建设中29座核电站中拥有7座。印度的计划更令人印象深的是：到2022年将增长8倍，达到电力供应的10%；到2052年将增长75倍，达到电力供应的26%。75倍的增长意味着年均增长9.4%，与全球19702004年的平均增长率相同。 中国的核工业在五十年代中期开始建立,现已形成比较完整的核工业体系。八十年代初中国核电开始起步，其自行设计建造的秦山30万千瓦压水堆核电站，于1985年3月正式开工,1991年12月并网发电。利用外资和引进国外成套设备兴建的大亚湾核电站两台90万千瓦机组，于1987年8月开工建设，1994年投入商业运行。“九五”期间有4个核电项目8台机组开工建设，总装机容量为660万千瓦。它们分别是：1996年6月开工建设的秦山二期核电站两台60万千瓦压水堆机组，1997年5月开工建设的岭澳核电站两台100万千瓦级压水堆机组，1998年6月开工建设的秦山三期核电站两台70万千瓦级重水堆机组，这三个项目均于2003年建成投产；于1999年10月开工建设的田湾核电站两台100万千瓦级压水堆机组，则于2005年建成投产。自八十年代初核电起步以来，中国在核电站的建设和运行、前期准备工作、国产化、有关法规和管理体系的建立等方面做了大量的工作，并取得了相当的进展，为今后的发展奠定了基础。中国通过6个核电项目11台机组的建设，现已形成基本配套的核动力、核燃料科研开发工业体系；积累了科研、设计、建设、运行等一整套宝贵经验；培养和造就了一支专业齐全，具有相当实力的科研、设计和工程建设队伍，建立了一批大型实验台架，进行了大量科研攻关和设计研究。通过在建项目的实施，掌握了较多的设计资料，积累了大型核电站的工程建设和项目管理经验，国产化能力有了较大的提高。并且已经逐步建立了比较完整的核燃料循环体系，初步形成了从铀矿地质勘查、铀矿采冶、铀同位素分离、核燃料元件制造、乏燃料后处理直至核废物处理与处置等完整的核燃料循环工业体系。特别是改革开放三十年来，在与国际广泛交流的基础上，引进和开发了先进的技术和工艺，在核燃料生产的几个主要环节上，实现了更新换代，不仅对提高产品质量、降低生产成本等发挥了重要的作用，而且可以满足或基本满足中国核电更大发展的需求。此外，在核能技术开发方面，中国已在先进压水堆、快中子增殖堆、高温气冷堆和低温供热堆方面开展了不少工作。 2007年10月初，经国务院批准，国家发改委对外发布我国核电发展专题规划(2005-2020年)。根据规划，在未来的13年中，我国将新增投产2300万千瓦核电站。到2008年，国家统一明确了鼓励核电发展的税收政策，积极推进核电建设，改善中国的能源供应结构，以保障能源安全和经济安全，保护环境。同时，中国正在加大能源结构调整力度，官方正计划调整核电中长期发展规划，加快沿海核电发展，力争2020年核电占电力总装机比例达到百分之五以上。之前在核电规划中，核电比重为百分之四。中国目前建成和在建的核电站总装机容量为870万千瓦，预计到2010年中国核电装机容量约为2000万千瓦，2020年约为4000万千瓦。到2050年，根据不同部门的估算，中国核电装机容 量可以分为高中低三种方案：高方案为3.6亿千瓦（约占中国电力总装机容量的30%），中方案为2.4亿千瓦（约占中国电力总装机容量的20%），低方案为1.2亿千瓦（约占中国电力总装机容量的10%）。 中国国家发展改革委员会正在制定中国核电发展民用工业规划，准备到2020年中国电力总装机容量预计为9亿千瓦时，核电的比重将占电力总容量的4%，即是中国核电在2020年时将为3600-4000万千瓦。也就是说，到2020年中国将建成40座相当于大亚湾那样的百万千瓦级的核电站。 从核电发展总趋势来看，中国核电发展的技术路线和战略路线早已明确并正在执行，当前发展压水堆，中期发展快中子堆，远期发展聚变堆。具体地说就是，近期发展热中子反应堆核电站；为了充分利用铀资源，采用铀钚循环的技术路线，中期发展快中子增殖反应堆核电站；远期发展聚变堆核电站，从而基本上“