我国核能发电发展的现状与趋势

我国核能发电发展的现状与趋势摘要：环境治理与能源紧缺,已经日益成为我国可持续发展的重大难题,亟待发展一种新的清洁能源。作者首先从核能发电的意义入手，指出大力发展核能发电的必要性与紧迫性，之后将我国与世界其他各国进行了比较，在世界大环境下全面看待我国的核能发电情况，再根据我国目前的进展以及国家政策，分析了我国核能发电的前景。最后,对希望以后从事相关行业的大学生提出了建议。关键字:核电行业，比较分析，节能减排。一、专题的背景及意义（一）核能是解决未来能源供给问题的重要支柱

国际能源署《Worldenergyoutlook2008》指出，假设2006~2030年，中国GDP年平均增长6.1%，对应电力需求量年平均增速为4.6%，那么到2030年中国需要的电量为82410亿度，占世界发电量的25%。如此大的电力需求，是否能够通过所谓的“仅大力发展其他清洁能源，而不发展核能”实现？假以估算：（1）2030年全国水电基本开发完毕，装机量为4亿千瓦。（2）2030年风电、太阳能装机容量分别为2010年的10倍、200倍，达到3亿千瓦和2亿千瓦，提升规模非常巨大。（3）火电厂由于受煤炭资源开采科学产能的限制，到2030年开采不会超过40亿吨原煤，但是煤电发电效率有所提高，从2010年的“每发1度电需要335g标煤”可以进步到2030年的“每发1度电需要310g标煤”。（4）除核电外，其他能源系统装机量也都按《电力行业“十二五”规划》的最大值进行估计，而核电装机容量则一直按照2010年的1082.4万千瓦计算。若仅仅大力发展其他清洁能源，到2030年，电力缺口将达9950亿度，需要140座百万千瓦级核电厂的装机容量来补充。可见，核电对于满足我国的电力需求很有必要。（二）核能对低碳减排起到关键作用

核能对低碳减排会起到关键作用。从国际环境来说，碳排放空间的不足将成为中国长期现代化进程中的刚性约束。当前中国能源发展既受到国内资源供应能力和环境容量越来越强化的制约，也受到全球应对气候变化、减缓碳排放越来越严峻的挑战。中国能源战略的中近期重点在于突破资源环境的瓶颈性制约，实现能源、环境与经济社会的协调和可持续发展，长期则必须发展并逐步形成以新能源和可再生能源为主体的可持续能源体系，使CO2排放尽早达到峰值并逐渐实现绝对减排。计算表明，如果核能发展就此停滞，CO2排放达到峰值的时间将推迟至少10年。（三）核能资源丰富，开采前景好目前，我国公布已查明地质铀资源量17.14万吨，潜力初步预测在200万吨以上，每年预计新探明资源量1~1.2万吨，勘查前景较好，且勘探程度较低。今后，应着力加大国内铀资源的勘探力度，保证铀资源的稳定供给。二、国内外研究现状和发展趋势（一）国外发展现状与趋势（1）美国美国在核科技研究领域与开发方面,始终保持着世界主导地位。美国目前运行的核电机组为104台,装机容量达970GW,占世界核电装机容量的29%,为美国提供了20%的电力。最近几次民意调查显示70%的美国人支持核电。能源信息局的预测表明,2030年美国的发电装机容量将在目前的970GW的基础上新增345GW以上。美国能源部2006年2月6日提出了新的核能发展战略——“全球核能伙伴”(GlobalNuclearEnergyPartnership，GNEP)倡议。GNEP计划有四大目标:(1)减少美国对国外化石能源资源的依赖;(2)采用新的防核扩散技术,获得更多的能源,产生更少的废物;(3)鼓励全世界发展洁净能源;(4)采用新技术,降低全球核扩散风险。其中心是发展核能和防止核扩散。2005年,布什总统签署了一项法案(EPACT2005),授权为实施2010年核电计划提供资金。在资金提供方面,即使在2010年核电计划开始之前,美国能源部每年给所属单位下拨的经费就达260亿～270亿美元,其中十大核研究中心的拨款。（2）欧洲目前欧洲有近135个核反应堆在运行,总装机容量为125GW,占欧洲总发电量的35%。其中英国和法国具有一定的代表性。英国目前有12座核电站,大部分建于上个纪六七十年代,其核电提供了25%的电力份额,天然气发电的比例为40%。法国是世界上核电占电力比例最高的国家,核电约占总发电量的80%,并向周边国家输出电力,但法国仍在积极发展核电。法国电力公司2004年10月公布了弗拉曼维尔(Flamaville)核电3号机组(欧洲压水堆EPR,160万kW)正式列入建设计划,预计2007年动工建设,2012年投入使用。如果计划进展顺利,能成为继2002年投入运行的希波核电站2号机组(压水堆,156.1万kW)之后法国的又一新电站。法国总统希拉克2006年1月5日宣布法国将扩大核能和再生资源,其中包括在2020年建成球床式反应堆(核电站的一种反应堆堆型)。（3）俄罗斯近年来,俄罗斯克服了切尓诺贝利核事故后公众强烈反对核电建设的障碍,并且继续实行其强大的核工业发展计划。俄罗斯2004年有10个核电站的30座反应堆在运行,总功率为22.242GW,目前核电占全国发电量的16%。俄罗斯官员在2005年2月称:俄罗斯计划在今后5年新建3座反应堆。俄罗斯联邦原子能机构准备在2030年之前建成40套新的核电机组,以维持核电在俄罗斯总发电量中的份额。如果要增加份额,则将开发更多的机组。（4）韩国韩国核电发电量已占全国发电量的40%。从20世纪70年代第一个核电站建成后,韩国核电一直稳步发展,丝毫不受20世纪80年代核电缓步的影响。至2005年1月7日的100万kW蔚珍核电站6号机组并网发电,韩国已有20台机组在运行,总装机容量达1677万kW。韩国核电的中期规划提到至2015年还将建12台新的核电机组。（5）日本日本能源经济研究院(IEEJ)的一份报告称:2030年日本核电在一次能源中的份额将从2004年的11%上升到20%,2030年核电装机容量预计将从2005年3月31日的47.12GW增加到62.86GW,计划将有7座反应堆在2006年到2020年期间投入运行,另外3座将在2020年到2030年期间投入运行。但日本福岛核电站事故的发生，导致日本公众对核电安全性产生怀疑，日本不得关闭大部分核电站进行事故检查。福岛核泄漏后，日本停止了全部新的核电站的审批。2011年8月，日本内阁会议通过了新的五年科学与技术计划，新计划没有提及包括促进下一代核技术的先前草案，反映了日本政府在福岛核危机后对核能政策的调整。日本将采取分散式的发电模式，以取代过度依赖核能发电来实现能源结构多元化的政策取向。从目前看，如果马上停运全部核电也是不现实的，因为毕竟核能占日本电力的近30%，全部停止运转会对经济产生重大影响。（6）印度印度计划在下一个十年,进口总装机容量为800万kW的轻水堆,其中包括正在建的印度南部库旦库拉姆的2台俄罗斯100万kW的核电机组。印度按照优选方案计划到2010年核电总装机容量为1100万kW,到2020年核电总装机容量为2900万kW,到2030年核电总装机容量为6300万kW,到2040年核电总装机容量为13100万kW,到2050年核电总装机容量上升为27500万kW,该优选方案是建立在快堆技术能在目前的泰米尔邦建造的50万kW原型快堆示范工程获得成功的假设上。（二）我国发展现状与趋势中国目前核电发电量占总发电量的1.2%,超过75%的电力来源还是火电,而世界平均核电发电量占总发电量为14.2%,火电发电量约为67%。(1)机组数量.中国目前有11台核电机组,而全球正在运行的核电机组共有441台,核电机组已累计运行超过1万堆·年.前5名的国家依次是:美国103台、法国59台、日本55台、俄罗斯31台、英国23台。(2)装机容量.中国核电总装机容量为885万千瓦,占全国总装机容量1.2%左右.而全球核电装机容量的平均水平为17%,其中法国最高,高达77%(3)核电成本.核电成本与火电成本比较,中国核电大约是火电成本的1.18倍,而国外核电成本普遍低于火电成本,其中法国最低为0.57倍,所以法国的核电装机容量特别高。(4)核电机组设备国产化率.目前中国的核电机组设备国产化率平均约45%,特别是一些关键的浇铸零件、泵、阀门等部件几乎全部进口。从核电的机组数量、装机容量可以看出,我国核电行业和世界平均水平还存在相当大的差距,与核电发达国家差距悬殊.中国核电成本较高，只有中国的核电成本大于火电成本,这与我国核电站的建造成本、运营成本以及核电发电技术都有较大的关系.成本是目前制约该行业发展的瓶颈。三、工作原理与特点核电站是利用原子核的裂变能发电。根据核反应堆型式的不同，核裂变能电站可分为轻水堆型、重水堆型及石墨冷气堆型等，目前世界上的核电站60%以上都是压水堆核电站，其主要由反应堆、蒸汽发生器、汽轮机、发电机及有关系统设备组成。在核电站中，反应堆的作用是进行核裂变，将核能转化为水的热能。水作为冷却剂在反应堆中吸收核裂变产生的热能，成为高温高压的水，然后沿管道进入蒸汽发生器的U型管内，将热量传给U型管外侧的汽轮机工质（水），使其变为饱和蒸汽。被冷却后的冷却剂再由主泵打回到反应堆内重新加热，如此循环往复，形成一个封闭的吸热和放热的循环过程，这个循环回路称为一回路，也称核蒸汽供应系统。一回路的压力由稳压器控制。由于一回路的主要设备是核反应堆，通常把一回路及其辅助系统和厂房统称为核岛。汽轮机工质（水）在蒸汽发生器中被加热成蒸汽后进入汽轮机膨胀作功，将蒸汽焓降放出的热能转变为汽轮机转子旋转的机械能。汽轮机转子与发电机转子两轴刚性相连，因此汽轮机直接带动发电机发电，把机械能转换为电能。作完功后的蒸汽（乏汽）被排入冷凝器，由循环冷却水（如海水）进行冷却，凝结成水，然后由凝结水泵送入加热器预加热，再由给水泵将其输入蒸汽发生器，从而完成了汽轮机工质的封闭循环，我们称此回路为二回路。二回路系统与常规火电厂蒸汽动力回路大致相同，故把它及其辅助系统和厂房统称为常规岛。特点：（1）世界上有比较丰富的核资源，地球上可供开发的核燃料资源，可提供的能量是矿石燃料的十多万倍。核燃料具有许多优点，如体积小而能量大，核能比化学能大几百万倍，核燃料的运输量小，所以核电站就可建在最需要的工业区附近。如果掌握了核聚变反应技术，使用海水作燃料，则更是取之不尽，用之方便。（2）核电站设置了层层屏障，基本上不排放污染环境的物质，就是放射性污染也比烧煤电站少得多。据统计，核电站正常运行的时候，一年给居民带来的放射性影响，还不到一次X光透视所受的剂量。核电运行的过程中，不会产生温室气体，相比其他发电形式，更加清洁。（3）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。四、目前的理论和实验成果（一）第四代核能利用系统的开发2000年1月，在美国能源部的倡议下，10个有意发展核能利用的国家派专家联合组成了“第四代国际核能论坛”于2001年7月签署了合约（Charter），约定共同合作研究开发第四代核能系统（GenⅣ）。GIF于2002年5月在巴黎举行研讨会，选定了六种反应堆型的概念设计，作为第四代核能系统优先研究开发的对象。这6种堆型中，3种是热中子堆，3种是快中子堆。属于热中子堆的是：超临界水冷堆、超高温气冷堆、熔盐堆，属于快中子堆的是：带有先进燃料循环的钠冷快堆、铅冷快堆、气冷快堆。（二）可控聚变热核反应的研究自然界的轻核资源可以说是取之不尽、用之不竭的但是，实现可控聚变热核反应的难度非常之大。关键问题是如何把极高温（至少几千万℃以上）的轻原子核约束到一起，使它们产生聚变。我们知道，太阳就是一个巨大的聚变反应堆，它的中心温度约1500万℃，压力约3000亿个大气压。太阳之所以有这样大的高温高压，是因为它的质量是地球的33万倍，所以它的物质之间的相互引力特别大，足以克服带正电的氢原子核之间的正电斥力，使四个氢原子核聚合成一个氦原子核，就放出了能量。但是，在地球上我们就没有这样的条件。由于原子核都带正电，它们相互间的正电斥力远远大于质量引力，所以在地球上只能靠人工条件来实现聚变。多年的研究说明把原子核约束到一起的主要途径有两种：磁约束和惯性约束。自20世纪50年代以来，各国已建成多种类型的试验装置200多台，向上述目标前进。80年代以来，一些大型托卡马克（磁约束）装置取得的试验成果证明了这些聚变装置的输出能量能大于输入能量，宣告了磁约束受控热核聚变的科学可行性已被证实。五、工程实例（一）秦山核电站秦山核电站是中国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦压水堆核电站，地处浙江省嘉兴市海盐县。由中国核工业集团公司100%控股，秦山核电公司负责运行管理。秦山核电站采用目前世界上技术成熟的压水堆，核岛内采用燃料包壳、压力壳和安全壳3道屏障，能承受极限事故引起的内压、高温和各种自然灾害。一期工程1984年开工，1991年建成投入运行。年发电量为17亿千瓦时。二期工程将在原址上扩建2台60万千瓦发电机组，1996年已开工。三期工程由中国和加拿大政府合作，采用加拿大提供的重水型反应堆技术，建设两台70万千瓦发电机组，于2003年建成。2015年1月12日17时，秦山核电厂扩建项目方家山核电工程2号机组成功并网发电。至此，秦山核电基地现有的9台机组全部投产发电，总装机容量达到656.4万千瓦，年发电量约500亿千瓦时，成为目前国内核电机组数量最多、堆型最丰富、装机最大的核电基地。（二）大亚湾核电站坐落在广东省深圳市大鹏新区的大亚湾核电基地，是中国目前在运行核电装机容量最大的核电基地。拥有大亚湾核电站、岭澳核电站两座核电站共六台百万千瓦级压水堆核电机组，年发电能力约450亿千瓦时。其中，大亚湾核电站所生产的电力70%输往香港，约占香港社会用电总量的四分之一，30%输往南方电网；岭澳核电站所生产的电力全部输往南方电网。据2011年统计数据，两座核电站输往南方电网的电力约占广东省社会用电总量的9%。六、国家政策和行业前景2007年10月，国务院批准了《核电中长期发展规划(2005-2020年)》，“积极推进”核电发展，从此我国核电产业进入到快速发展阶段。纵观我国核电产业发展的历程，其发展特点可以概括为:发展慢、差距大、技术多样。2015年中国核电建设发展趋势分析到2020年将带动投资1.2万亿元。中国第十三个五年计划中，将以每年6～8座的速度新建核电站，并为引进自主开发的新型核电站将投入共5000亿元资金。照此速度，到2020年中国的核电建设预计投资上万亿元。中国政府已决定在2016年开始的第十三个五年计划中，以每年6～8座的速度新建核电站。我国核电已具备规模发展的能力。我国在核电总体设计、核岛设计、关键设备和材料国产化、先进燃料元件制造、数字化仪控系统开发等方面都取得重大进展［6］。自主设计的三代核电“华龙一号”已开工建设，拥有完全自主知识产权，已出口巴基斯坦2台。在引进消化吸收AP1000核电技术基础上，自主研发的三代核电CAP1400示范工程也即将开工建设。通过实施国家重大科技专项，提高了核电装备行业的技术水平，主设备和关键设备大部分由国内供货，设备国产化率超过85%。设备制造商的装备水平属国际一流，三大动力集团均具备年供应3～4套核电装备的能力，加上近年来，火电发展减速，腾出更大的产能，可以说我国完全有能力每年建设6～8台核电机组，设备行业的发展为核电大国奠定了基础。我国已成为世界上少数几个拥有完整核工业体系的国家，成功实现U浓缩离心机国产化，我国已建成完善的核电用锆材生产体系，自主研制的CF2、CF3核燃料元件，正在进行随堆考验。我国核电厂的核燃料供应完全立足国内。核电的规模化发展不仅将促进能源发展，而且将拉动装备业、建筑业、仪表控制行业、钢铁等材料工业的发展，促进高科技及高端产业的发展，有利于经济转型。七、知识与兴趣需要掌握现代、大型压水堆核电厂一回路（即核岛部分）主辅系统和设备、专设安全