世界核电站的现状与展望

世界核电站的现状与展望李红英刘建章(西北有色金属研究院西安 710016)摘要 简述了当今世界核电站发展的现状 , 尤其对苏联、日本、美国、法国的核电站发展状况作了详述 ,并对核电发展的前景作出展望。关键词 核电站核反应堆 F R i L o n te fo r N sM X i 710016)T h is p t of w o er en t in fo r R u U SA t en N er N 言当今世界 , 能源是一个国家国民经济发展的基础和前提 , 在自然资源开采日趋减少的今天 , 能源发展趋向于多元化。其中核能作为一种潜力很大的能源 , 在当今世界多数国家得以发展。一些发达国家的核电消费量在整个电力消费量中已占有相当大的比重。 1942 年 , 意大利科学家费米亲自主持了美国芝加哥大学建成的世界上第一座核反应堆 , 从而揭开了原子核能时代的序幕。原子核能的和平利用在二战后的 50 年代开始 , 经过试验性原子核反应堆阶段到 20 世纪 90 年代 , 人们不但可造出 1 M 而且在这方面已形成了一个综合性的高技术工业部门。可见 , 核电发展的脚步相当迅速 , 核能作为一种新能源替代品 , 将受到越来越多国家的重视 , 正由发达国家向发展中国家扩展。本文就目前世界核电发展状况、前景及主要国家发展情况 , 作了详述。本文的目的不仅是向读者说明 , 核电作为一种可靠经济的能源有着广阔的发展前景 , 而且从另一个侧面使材料工作者看到 , 核电的发展 , 必将带动材料工业的发展。可以从核电的发展状况推算对材料的国际需求 , 特别是对关键核材料 , 如锆和钛 , 应抓住机遇 , 制订相应的发展战略。2核电站用反应堆根据 O 欧洲经济合作发展组织 ) 1989 年报告称 , 世界上有 25 个国家的 429 座核电站正在运行中 , 并且另外有 105 座正在建设中 1 。核反应堆 , 其主要类型 : 根据引起燃料核裂变的中子的能量 , 可分为快堆、中能堆、热堆。根据所用燃料的种类 , 又可分为铀堆、钚堆、钍堆和混合堆。根据用于慢化中子的材料 , 分为轻水堆、重水堆、石墨堆及有机介质堆。根据目的和用途 , 分为动力堆、生产放射性同位素堆 2 。目前国外已实际使用的热中子转换堆有以轻水作慢化剂和冷却剂的轻水堆 , 以石墨作慢化剂的石墨堆和以重水作慢化剂的重水准。轻水堆是世界上应用最广的堆型。又分为压水堆( )、沸水堆 ( ) 两种类型 , 这两种均采用普通轻水作慢化剂 , 低浓度二氧化铀制成芯块 , 装入锆包壳内作燃料。在已投入运行的轻水堆中 , 其中压水堆占到 65% , 沸水堆占到 35%。石墨反应堆采用石墨作为慢化剂 , 其中投入运行的石墨堆中有 58% 用二氧化碳作为冷却剂 , 其余 42% 用轻水作冷却剂。仅苏联采用此堆型 , 而其他国家均未采用。重水堆 , 由于重水价格昂贵 , 目前仅在加拿大建造即坎杜型 ( 重水堆 , 以开然铀作燃料 , 重水作为慢化剂和冷却剂。高温第 21 卷 增刊1997 年 4 月中国钼业 o l. 21 p 1997气冷堆 (H 是美国开发的一种新堆型 , 采用氦作冷却剂 , 铀和钍的氧化物作燃料。钠冷快中子增殖堆( , 1951 年始创于美国 , 有关核专家预测 , 这种堆型是取代目前正广泛被采用的压水堆的又一新堆型。目前只有法国、俄罗斯、美国、日本、德国等少数国家拥有此种堆型 3 。3世界核电站的现状 4 6 进入 90 年代 , 世界核电发展显示出处于停滞不前的趋势。 1991 年底和 1992 年期间 , 核能发电总装机容量只有少许增加 , 从 326 000至 328 000这一数量仍低于 1990 年所达到的 329 000历史最高记录。主要原因是核电站的退役 ,过去近 40 年中已关闭 63 座反应堆 , 其中到 2000 年商用核电站就将退役 60 套机组。 90 年代初仅有少数的核电站在兴建 , 共 45 座 , 总装机容量为 38 000中绝大多数于 90 年代中期陆续建成 , 是 25年来兴建中的核电站数量最少的。几十座较大的核电站 , 其中包括美国、加拿大、俄罗斯等国的核电站 , 不久也将会关闭。撤消的核电站将会超过投入运行的核电站。西欧除法国外 , 其它国家已停止发展核能发电。法国目前仅有 5 座核电站在兴建中 , 其中有 2 座还是从 1986 年就开始建造的。法国今后 10 年内有 16座 退役的核电站。而英国已决定新建压水堆( ) 来取代已退役的气冷堆。在美国 , 由于克林顿是近 50 年来第一位不赞成兴建更多核电站的总统 , 因此目前美国仅有 2 座核电站在兴建 , 同时有6 座总装机容量为 3 695 时的反应堆在过去四年中永久地关闭了。在加拿大 , 国营安大略水电公司原计划 2014 年建成 10 多座反应堆 , 但由于1990 年安大略省的选举和安大略电力公司所提供的电力成本过高而导致了此项计划的取消。目前该公司正计划使某些老的反应堆提前退役。亚洲地区正成为积极发展核电的一大热区。在日本 , 尽管反对方呼声甚高 , 但建造核反应堆的计划仍在积极进行中 , 新建的机组会大大超过即将退役的核电站。韩国目前有 5 座核反应堆在兴建中 , 并计划今后 13 年内增建 18 座以上的反应堆 , 另外印度、中国、中国的台湾省也有发展核电的计划。东欧地区 , 由于逐渐摆脱了 1986 年前苏联切尔诺贝利事故的阴影 , 恢复了对核电建设的积极性 , 使之成为仅次于亚洲的核电建设亚热区。 1993 年立陶宛、斯洛伐克、匈牙利、斯洛汶尼亚、乌克兰和捷克的核电分别占到总电量的 8712%、 5316%、 4313%、 3513%、 3219%、2912% , 大多数国家都超过了 30%。正在兴建的核电站 , 其中俄罗斯有 6 套机组 , 斯洛伐克有 4 套机组 , 乌克兰有 6 套机组 , 捷克有 2 套机组 , 罗马尼亚有 5 套机组。1992 年 4 月 16 日由国际原子能机构发布的目前全世界各国核电站情况如表 1 7 所示。表 1 世界各国核电站分布情况 (1992 年 4 月 )国家已在运行的核电站 正在兴建的核电站核电站数(座 )功率(核电站数(座 )功率(阿根廷 2 935 1 692比利时 7 5 484 - 626 1 1 245保加利亚 6 3 538 - 0 13 993 2 1 762中国 1 288 2 1 812古巴 - - 2 816捷克 8 3 264 6 3 336芬兰 4 2 310 - 6 56 873 5 7 005德国 21 22 390 - 1 645 - 1 374 7 1 540伊朗 - - 2 2 392日本 42 32 044 10 9 192韩国 9 7 220 3 2 550墨西哥 1 654 1 654荷兰 2 508 - 125 - - 5 3 125南非 2 1 842 - 7 067 - 2 9 817 - 2 952 - 7 11 710 1 1 188南斯拉夫 1 632 - 11 99 757 3 3 480苏联 45 34 673 25 21 255总计 414 326 611 76 62 044从表 1 可看出 , 实际统计数字全世界正在运行的核电站为 414 座 , 但国际原子能机构发表 世界核能使用情况称 , 世界各国的运行核电站已达到 420座。其中核发电在全国总发电量中超过或接近 50%的国家有以下几个国家 : 法国 ( 7217% ) , 比利时( 5913% ) , 瑞典 ( 5116% ) , 匈牙利 ( 4814% ) , 韩国(4715% )。75第 21 卷 增刊 李红英 : 世界核电站的现状与展望而由 O 供的统计数字 , 如表 2 1 。表 2 显示的数字来看 , 世界核电站总数为 427座。表 1 所列数字并不全面 , 其中就未包括中国台湾省、意大利等一些地区、国家的情况。中国台湾省已有 4 座沸水堆核电站 3 104 2 座压水堆核电站1 814 合计装机容量为 4 918 2 核电站总数 单位 : 座年份 O 区 世界1985 207 2531995 320 427来源 : O 能委员会及国际原子能委员会 1987 年提供的数字4世界主要国家的发展状况苏联虽然苏联的矿物资源储量丰富 , 但燃料动力资源分布极不平衡。为了解决供电问题 , 而着重开展了核能发电。1954 年在普罗特瓦河畔奥布宁斯克市 , 建成了苏联第一座原子能发电站 , 同时也是世界上第一座原子能发电站。自此 , 苏联的核电一直朝着稳步的方向发展。苏联的原子能反应堆主要采用以下堆型 : 1、R 加压轻水慢化冷却堆。 2、 轻水冷却石墨慢化通道型反应堆。在 80 年代以前 , 采用的主要是压力管式石墨慢化沸水堆。 1980 年转向发展压水堆 , 80 年代后半期 , 开始主要发展快中子堆。已建成别洛雅尔斯克核电站 600 快堆 , 不久将建成 800 大型快堆 8 截至 1987 年底 , 投入运转的核反应堆数和总装机容量已分别从 1980 年底的 28 座、 13 580 至 56 座、 33 616电功率 ) , 核发电量为 2 2002 240 亿度 , 约占总发电量的 1112% 8 。1985 年英国 导了苏联运行的主要核电厂情况 (见表 3 9 )。1989 年联邦德国 A 导了苏联正在设计中 , 1992 年后开始运行的核电站 , 见表4 10 。苏联曾有着庞大的核电发展计划 , 但在 1986 年切尔诺贝利事故的影响以及苏联的解体 , 从而对核电计划作了重新调整。预测到 2010 年俄罗斯的核电装机容量可达 30 计划用核电代替的老机组和新建的核电机组 , 总共 21 套 , 总功率达 12 000 3 1985 年苏联运行的核电站名称 装置 总电功率(万千瓦 ) 堆型 达到额定功率的 年份新沃罗涅日 21 R 1964 3615 R 1970 44 R 197244 R 1973 100 R 1981别洛亚斯克 10 铀 2石墨 1967 20 铀 2石墨 1969 60 981科尔斯克 44 R 1973 44 R 1975 44 R 1982列宁格勒 100 1974 100 1976 100 1980100 1981亚美尼亚 40175 R 1979 40175 R 1980库尔斯克 100 1977 100 1979切尔诺巴尔 100 1981 100 1981斯克 100 1982罗夫诺 44 R 1981 82 44 R 1981 82因黑诺 2乌克兰斯卡亚 (南乌克兰 )100 R 1981 82斯摩梭斯克卡亚 100 1981 82合计 26 1 737表 4 1992 年后要运行的核电站核电站 机组编号 反应堆型 发电功率 (巴拉秀沃 5 和 6 R - 1000 2 000巴什基利恩 5 和 6 R - 1000 2 000卡雷里恩 1 至 4 R - 1000 4 000柯拉 5 和 6 R - 1000 2 000罗斯托夫 5 和 6 R - 1000 2 000罗夫诺 5 R - 1000 1 000南乌拉尔 2 800 800迪米特罗夫格拉特 3 H 00合计 15 14 000注 : 800 为商业用新一代快中子增殖堆日本日本是一个能源极度匮乏的国家。常规能源依赖进口。由于核燃料体积小、储存方便 , 燃料成本在核电成本中所占比例较小 , 受冲击小 , 是一种稳定的燃料 , 因此发展核电适合国情。日本于 1966 年建成了国内第一座商用原子能发电站。即 166 东海发电站 (此电站反应堆85 中国钼业 1997 年 4 月是从英国引进的石墨气冷堆 )。 1970 年分别从美国司和西屋公司引进的 357 水堆和 340水堆相继建成投产 , 从而为日本全部采用轻水堆奠定了基础。从 1973 年世界性石油危机后 , 日本加快了核电的发展 , 在核电领域 , 仅次于美国、法国、苏联 , 居世界第四位。1987 年日本已拥有 35 座商业核能发电站 , 其发电量约占全国发电量的 16%。到 1990 年 5 月 , 运行中的核电站共 38 座 , 功率 30 占供应电力的30% , 并占一次能源的 10% , 而设备功率约占全世界的 10%。截至 1994 年 7 月 , 运行的核电站已达 47座 , 总装机容量达到 39 476 11 13 。由于核电的迅速发展 , 其在总发电量中的比重上升迅速 (见表 5 11 )。表 5 核电占总发电量中的比重单位 : 亿千瓦时年份 1970 1975 1980 1985 1990 1991 1992总发电量 3 075 4 140 5 141 6 039 7 596 7 831 7 878核电 46 251 820 1 595 2 094 2 125 2 223核电占比重 , % 115 611 1610 2613 2616 2711 2812日本 1981 年 1990 年实际运行的核电站台数(见表 6 11 )。表 6 日本 1980 1990 年运行的核电站 单位 : 台年份 1981 1983 1985 1987 1989 1990 11 12 16 18 19 21 10 11 15 16 17 17 1 1 1 1 1总计 22 24 32 35 37 39日本核能委员会于 1987 年公布了发展利用核能的长远规划。根据该规划 , 到 2000 年核电厂的发电量预计达 53 相当于全国总电量的 40%。到2030 年 , 发电量预计至少可达 100 相当于总电量的 60% , 并在该年建立快中子增殖堆技术系统 13 。“纹寿”原型反应堆按计划在 1995 年开始全功率运行。在 90 年代后半期 , 使用金属氧化物燃料的几座压水冷却反应堆和沸水反应堆 , 在 2000 年将增加约 10 座 , 在 2010 年超过 10 座 14 。日本正积极地、大力地发展核电事业。美国美国的核发电总量一直处于世界领先地位。1951 年 12 月 20 日利用实验增殖堆进行原子能发电 , 首次获得成功。 1955 年是美国原子能发电事业的黄金时间的初期 , 这一年美国开始得到商用原子能发电设备的订货 , 其中第一台机组 (设备容量 210 采用沸水堆 ) 于 1966 年投入运行。 1967 年是接受原子能反应堆订货的第一次高潮 , 接着 1972 年和 1973 年为美国原子能反应堆订货的第二次高潮 ,并达到了顶峰 , 后来就进入到发展低潮期。从 1978年以来 , 美国没有新的核电站订货。 1979 年 12 月 ,商用核动力反应堆的发电容量占美国总发电容量的9% , 1980 年国内有 72 座核电站持有运行许可证 ,净发电容量为 53 241 1970 1980 年 , 美国核电站的发电量平均年增长率为 16% 15 17 。截至 1985 年 , 已投入运行的核电站有 83 座 , 装机容量为 67 核发电量占全国总发电量的13%。 1990 年美国消耗核能达 557 000 h,1995 年为 628 000 h 16 。预计到 2000 年美国核能消费将达到 633 000 h, 使其高居民办核能消费的榜首。法国法国是个核电工业高度发达的国家。自 1973 年世界上发生第一次石油危机以来 , 法国政府就确定大力发展核电的政策。50 年代发展石墨气冷堆 , 但因造价和成本高而放弃。 1969 年从美国引进压水堆专利 , 1980 年制造的压水堆已达标准 , 现已能自行设计和生产容量为1 300 压水堆机组 , 并向国外出口。法国 1969 1981 年共投入核电机组 25 台 , 其中单机容量为 900 就有 20 台。法国的快中子增殖堆技术处于世界领先地位 , 1984 年建成世界上第一座 1 200 快中子反应堆电站 (超凤凰堆 )已于 1986 年正式投产 7 。1982 1989 年计划投入 37 台核电机组 , 均为900 1 300组。截至 1988 年核电站总数为 48 座 , 总装机容量为 55 中 90 站有 34 座 , 130 站有 14 座。法国的核电生产量居世界第二位 , 仅次于美国。但它占其发电量的75% , 却名列世界第一 8 。根据国际原子能机构 1992 年 4 月 16 日公布的数字 , 法国这一年运行的核电站达 56 座 , 功率为56 873 1 。虽说目前 , 核电发展处于低潮 , 其它西欧国家已停止发展核电 , 但法国却还在坚持兴建新的核电站 , 对其能源的自给起了巨大作用。5世界核电站发展趋势1990 年世界一次能源消费量为 12 469 220 k 比 1980 年增长了 20138% , 年平均增长1187% , 其中核能占一次能源消费的 5186%。预计95第 21 卷 增刊 李红英 : 世界核电站的现状与展望到 1995 年 , 世 界 一 次 能 源 消 费 量 将 上 升 到13 509 52 k t 标准煤 , 比 1990 年增长 7196% , 年均增长 1155% , 核能所占比重为 6115%。到 2000 年世界一次能源消费量将达到 14 755 010 k t 标准煤 , 比1990 年增长 17178% , 年均增长 1165% , 核能所占比重为 6113% 18 。1990 年世界核能消费量 1 849 000 h, 分别比 1990 年增长了 1412% 和 23171% , 年均增长率分别为 2169% 和 2115%。 1995 年的世界核能消费比重将达 6115% , 比 1990 年高 0129 个百分点。2000 年也将基本上维持相同的比重达 6113%。 1990 2000 年世界核消费年均增速基本保持 212% 的增长速度 18 。各国核能及一次能源消费预测情况 , 见表 7、表8 18 。表 7 世界一次能源消费表 单位 : 万吨标准煤年份 美国 加拿大 日本 欧洲 O 联体 中国 欧佩克 其它 世界合计1990 304 531 38 516 65 514 220 659 208 780 100 431 59 034 249 457 1 246 9221995 329 009 42 116 75 593 244 417 291 142 127 788 68 394 272 491 1 350 9522000 350 967 47 516 80 632 259 895 205 181 150 106 77 033 304 171 1 475 501表 8 世界核能消费 单位 : 亿千瓦时年份 美国 加拿大 日本 欧洲 O 联体 中国 欧佩克 其它 世界合计1990 5 770 690 1 820 6 920 1 970 0 0 1 770 18 4901995 6 280 970 2 560 7 490 2 170 120 0 2 040 21 6302000 6 330 1 050 2 750 7 960 2 610 180 0 2 550 23 430从表 7、表 8 中可看出 , 2000 年后多数国家的核电将迅猛发展 , 预计到 2010 年前后必将再次形成核电大发展的高潮。随着这一趋势 , 世界各国必将增建一些核电站 , 着重发展快中子增殖堆及高转化的热中子堆。表 9 是根据 O 能委员会的预测 , 19852025 年核电站情况 1 。表 9 世界核电站预测 单位 : 座地区 1985 年 1995 年 2000 年 2025 年低 高 低 高O 07 320 365 429 555 1 150世界 253 427 497 646 875 2 160来源 :核能及其燃料循环 - 2025 预测O 能委员会及国际原子能委员会 , 1987核能是一种潜力巨大的能源 , 由于世界各国日益严重的燃料供应和环境问题的困扰。首先化石能源逐渐耗尽 , 其价格必然上涨 , 从而使电价也会跟着上涨。其次环境问题的日益严重 , 尤其每年成亿吨、上百种的有害烟尘和废气排入大气层及全球性的气温变暖 , 都会导致人类生存条件的降低。使得多数国家的目光集中在核电发展上。而发展核电又是能源多元化的重要组成部分。然而当今不少人对核电本身存在着或多或少的忧虑。尤其经历了历史上两次事故 (即 1979 年美国三里岛事故和 1986 年苏联切尔诺贝利事故 ) , 使得反核派以此作为借口 , 大唱反核之调。事实上 , 经调查 , 事故造成的放射性影响是微不足道的 , 也无因放射性泄露而造成的人身伤亡。在三里岛事故中 19 , 核电工作人员中只有 3 人受到略高于允许的季度照射剂量 , 其余都在控制剂量之内。电站周围 80 围内的 200 万居民所受辐照剂量平均约为 1 m 还不如带一年夜光表所示的辐照剂量大。一般在设计核电站时 , 规定排放废气、废水中的放射性容许浓度为使任何居民可接受的年剂量不超过 5 m 20 。在实际运行的核电站中 , 周围居民实际接受核辐射的年剂量约为 1 2 m 此 , 核电站是非常安全的 , 另外 , 在核电站经济性方面 , 其特点是基建投资高 , 但燃料费用低廉 , 完全可与火电竞争。以基建投资来说 , 在同样条件下 , 核电站的单位造价约为火电站的 115 2 倍 , 但由于核电的燃料费便宜得多 , 使得其成本仅相当于火电成本的 50% 90%。从综合效益来讲 , 核电在经济上是合算的。尤其当燃料价格上涨时 , 核电站在经济上的优越性便显现出来。虽说美国克林顿总统不主张大力发展核电 , 但2000 年美国核能消费仍高居世界榜首。由于国家能源分布不均及日益严重的环境问题困扰和为了争夺国际核动力市场 , 都将使美国不得不重新考虑核电发展。根据俄罗斯核能公众信息中心的统计 6 , 1993年进行的民意测验表明 , 公众对核电的接受程度也愈来愈好。美国 78% 的人赞成发展核电 , 法国占82% , 俄罗斯占到 64% , 日本占 69% , 韩国 84%。因06 中国钼业 1997 年 4 月此随着核电本身安全性的提高 , 积累了 5 000 堆年(一座堆运行一年为一堆年 )的运行经验以及新一代更为安全、经济的先进堆的推广使用和人类对核不扩散的共识 , 都将认为核电技术是成熟的 , 并且是一种可靠经济的能源。总之 , 核电的大力、迅速发展 , 使之会成为下个世纪的首选能源。中国大陆于 70 年代初才开始发展核电 , 1991年 12 月自行建设的 300 山核电站投入运行。从而结束了中国大陆无核电的历史 , 接着从法国引进的 2 900 亚湾核电站于 1992 年后相继投入运行 , 标志着我国核电由起步进入新的发展时期。 1995 年已确定了 4 个核电项目 8 个堆的建设规模 21 , 即秦山二期、秦山三期重水堆 , 广东岭澳核电站和辽宁核电站。到 2000 年 , 这些项目建成后 , 我国核电的装机总容量达到 9 右。勿庸置疑 , 在下一个世纪 , 核电在我国也必将有一个更大的发展。参考文献1 O T fo r N 1989; 12 . . 斯科洛夫等著 , 李耀鑫等译 . 反应堆材料学 . 北京 :原子能出版社 , 1989; 6 庄耀民译 , 新能源开发方案 . 北京 : 水利电力出版社 ,1989, 2; 138 李树国编译 , 90 年代中后期能源发展趋势 , 中国能源 2 (74): 45 贡禹 . 世界能源九大趋势 , 国外科技动态 . 1995, 1 (306):35 电力部政法司推荐 . 世界第二次核电发展高潮 . 中国能源 , 1996, 4 (76): 42 崔金泰编著 . 各显神通的新能源 . 北京 : 北京工业出版社 ,1993: 49 50、 106 各国科技要览 - 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