三代核电技术(一)

第三代核电技术与AP1000先进核电机组目录1.核电的优点及国际、国内开展简况2.什么是核电的第一、二、三、四代3.为什么第三代核电技术是当今国际上核电开展的主流4.第三代与第二代核电厂在平安上的主要差异5.为实现第三代核电平安目标的两种设计思路6.AP1000核电厂的根本特点7.AP1000核电厂的技术成熟性8.AP1000核电厂的平安性9.AP1000核电厂的经济性1．核电的优点及国际、国内开展简况

1.1核电——世界三大电力之一

核电与火电、水电一起，是世界上三大电力支柱，目前核能发电约占全世界总发电量的16%，核电是当今世界上大规模可持续供给的主要能源之一。石油10%煤炭40%水力19%核能16%天然气15%石油10%天然气15%煤炭40%石油10%天然气15%水力19%煤炭40%石油10%天然气15%核能16%水力19%煤炭40%石油10%天然气15%核能16%水力19%煤炭40%石油10%天然气15%核能16%水力19%煤炭40%石油10%天然气15%1．核电的优点及国际、国内开展简况

1.2核电站靠核燃料发电

核电厂那么依靠核燃料的核裂变反响释放的核能来产生蒸汽。

核电厂常用的核燃料是铀-235，一吨铀-235的原子核裂变可以释放出相当于二百七十万吨标准煤燃烧所放出的能量。

1.3世界核电开展概况

截止2009年1月底，全世界共有438台运行中的核电机组〔另有5台长期关闭〕，总装机容量达3.7亿千瓦，有44台建设中的核电机组。美国有运行核电机组104座、总装机容量1亿千瓦；法国有运行核电机组59座、总装机容量6326万千瓦；日本有运行核电机组55座、总装机容量4759万千瓦。1．核电的优点及国际、国内开展简况注：1.摘录自国际原子能机构截至2009年1月底的统计信息。2.不包括长期关闭的5台机组3.上表中，中国一栏仅表示中国大陆己运行的11台核电机组，全世界总机组数量中包括我国台湾省的6台机组。1．核电的优点及国际、国内开展简况1.4中国核电开展概况自从我国首座自主设计建造的秦山核电站于1991年12月15日实现首次并网发电以来，截至到2009年1月，我国大陆已有11台运行中的核电机组，总装机容量912万千瓦，在建核电机组34台，总装机容量3708万千瓦，其中已经浇灌第一罐混凝土正式开工的机组11台，总装机容量1110万千瓦。我国核电开展已从起步阶段进入开展阶段，从建设第二代核电站开展到建设第三代核电站，从建设沿海核电站开展到考虑建设内陆核电站。大亚湾核电站秦山核电站田湾核电站

截至2009年1月底中国大陆运行和在建的商用核电机组项目名称台数装机容量（万千瓦）运行机组秦山一期131田湾核电站秦山二期2130秦山三期2144大亚湾2197岭澳一期2198江苏田湾2212合计11912

在建二代改进型机组

秦山二期扩建2（2）130（130）岭澳二期2（2）216（216）红沿河一期4（2）448（224）福建宁德4（2）432（216）

浙江方家山2（1）216（108）福建福清6（1）648（108）广东阳江6（1）648（108）海南昌江2130合计28（11）2868（1110）在建的三代核电机组浙江三门2250山东海阳2250广东台山2340合计6840在建机组总数总计34（11）3708（1110）注：核电工程己批准立项建设，即为在建工程。在建工程中，已经浇灌第一罐混凝土正式开工的机组数目用〔〕内的数字表示。1．核电的优点及国际、国内开展简况1.5积极开展核电是我国核电开展的既定方针2005年10月11日发布的《中共中央关于制定国民经济和社会开展第十一个五年规划的建议》中，明确提出要“积极开展核电”。2007年10月，国家正式公布的《核电中长期开展规划〔2005—2020年〕》提出：“到2020年，核电运行装机容量争取到达4000万千瓦；2020年末在建核电容量应保持1800万千瓦左右”。从现在的开展势头来看，这个目标能够到达，很可能超额完成。截至2009年1月底中国大陆已运行和在建的商用核电机组分布示意图注：1核电工程己批准立项建设，即为在建工程。在建工程中，已经浇灌第一罐混凝土正式开工的机组数目用〔〕内的数字表示。2图中信息截止自2009年1月底。2．什么是核电的第一、二、三、四代2.1核电开展简史自1954年，前苏联建成电功率为5兆瓦的实验性核电站以来，核电技术的开展可以划分为第一、二、三、四代。核电的四代开展史2．什么是核电的第一、二、三、四代2.2第一代核电站证明了技术上的可行性

第一代核电站是指各国在五十年代开发建设的实验性原型核电站，证明了利用核能发电的技术是可行的。第一代核电站主要有：1954年，前苏联建成电功率为5MW的奥布涅斯克实验性核电站1956年，英国建成卡德豪尔石墨气冷堆原型核电站1957年，美国建成希平港压水堆原型核电站1960年，美国建成德累斯顿沸水堆原型核电站奥布涅斯克实验性核电站希平港核电站1962年，加拿大建成重水堆原型核电站2．什么是核电的第一、二、三、四代奥布涅斯克实验性核电站希平港核电站

2．什么是核电的第一、二、三、四代2.3第二代核电站证明了经济上的可行性第二代核电站是指上世纪七十年代至现在正在运行的大局部商业核电站，这证明了开展核电在经济上是可行的。20世纪70年代，因石油涨价引发的能源危机促进了核电的开展，各国先后建成了400多台压水堆、沸水堆或重水堆第二代核电站，其中压水堆占60%以上。但是前苏联切尔诺贝利核电站严重事故和美国三哩岛核电站严重事故的发生，说明了第二代核电站在设计上对发生严重事故的可能性认识缺乏。这两起事故引起了公众对核电的平安性的疑虑，不少国家的核电开展因此停滞。2．什么是核电的第一、二、三、四代英国SizewellB核电站2．什么是核电的第一、二、三、四代2.4吸取第二代核电在平安上的教训对规模开展核电提出的新要求针对公众对核电平安性、经济性的疑虑，美国电力研究院在美国能源部和核管会的支持下，对进一步大力开展核电的可行性进行了研究，认为从已有的经验和技术来说美国能够开发出新一代的核电站，其平安性和经济性可以被公众接受；根据其研究成果制定出了《美国用户要求文件〔URD〕》，对新建核电站的平安性、经济性和先进性提出了要求。随后，欧洲也出台了《欧洲用户要求文件〔EUR〕》，表达了与URD文件相同和相似的要求。2．什么是核电的第一、二、三、四代2.4吸取第二代核电在平安上的教训对规模开展核电提出的新要求URD对新建核电站的主要要求：•更大的功率〔100~150万千瓦〕•更高的平安性〔向外放射性大量释放概率小于10-6/堆·年〕•更长的寿命〔由40年延长至60年〕•更短的建设周期〔48~52个月〕•更好的经济性〔批量化之后大幅度降低造价〕2．什么是核电的第一、二、三、四代2.5第三代核电站的优越性第三代核电技术是指满足《美国用户要求文件〔URD〕》或《欧洲用户要求文件〔EUR〕》，具有更高平安性的新一代先进核电站技术。它具有以下优越性：①在设计上必须具有预防和缓解严重事故的设施；②在经济上能与天然气机组相竞争；③在能源转换系统方面大量采用二代的成熟技术，可以在近期〔2010年前〕进行商用建造。2．什么是核电的第一、二、三、四代AP1000核电厂2．什么是核电的第一、二、三、四代2.6第四代核电站着眼于核能更长远开展第四代核电技术是指目前正进行概念设计和研究开发的，在反响堆和燃料循环方面有重大创新的核电站，其平安性和经济性更加优越、废物量极少、无需厂外应急、具有防核扩散能力。第四代核电技术最快也只能在2030年以后才能开始商业应用。国际上一些工业兴旺国家已组成第四代核能国家论坛〔GIF〕，协调和组织进行第四代核能利用系统的研究和开发，我国也已参加。GIF初步确定了六种候选堆型，包括：超临界水堆、极高温气冷堆、钠冷快堆、气冷快堆、铅冷快堆和熔盐堆。2．什么是核电的第一、二、三、四代极高温气冷堆示意图超临界水冷堆示意图钠冷快堆示意图

3．为什么第三代核电技术是当今国际上

核电开展的主流3.1第二代核电技术在平安上的教训由于第二代核电的设计没有把预防和缓解严重事故作为必须要求有的措施，世界上核电站运行50多年以来发生过两次严重事故：1979年的美国三哩岛核电站的堆芯熔化事故和1986年的前苏联的切尔诺贝利核电站的大量放射性释放到环境的事故。两次事故说明：第二代核电的设计低估了发生严重事故的可能性。因此，第三代核电把设置预防和缓解严重事故作为设计上必须要满足的要求。这是第三代与第二代在平安要求上的根本差异。3．为什么第三代核电技术是当今国际上

核电开展的主流三哩岛核电站2号机组及堆芯熔化示意图

3．为什么第三代核电技术是当今国际上

核电开展的主流事故后的切尔诺贝利核电站

3．为什么第三代核电技术是当今国际上

核电开展的主流3.2第三代核电设计的关注点为了防止类似三哩岛和切尔诺贝利核电站严重事故的再次发生，以及促进核电的进一步开展，第三代核电在平安性、经济性方面有了更多的关注，主要有：(1) 进一步降低堆芯熔化和放射性向环境大量释放的风险，使发生严重事故的概率减小到极致，以消除社会公众的顾虑；(2) 进一步减少核废料(特别是强放射性和长寿命核废料)的产量，寻求更佳的核废料处理方案，减少对人员和环境的剂量影响；(3) 降低核电站每单位千瓦的造价和缩短建设周期，提高机组热效率和可利用率，提高寿期，以进一步改善其经济性。3．为什么第三代核电技术是当今国际上

核电开展的主流3.3第三代核电的设计目标第三代核电机组有更高平安目标堆芯热工平安裕量>15%堆芯熔化概率≦1.0x10-5/堆·年大量放射性向外释放概率≦1.0x10-6/堆·年第三代核电机组有更好的经济性,能与联合循环的天然气电厂相竞争机组额定功率100~150万KW(e)可利用因子>87%换料周期18~24月电站寿命60年建设周期48~52月3．为什么第三代核电技术是当今国际上

核电开展的主流3.4国际上第三代核电机组的主要机型目前，具有代表性的第三代核电技术有如下6种堆型：已建成、在建或已经通过核平安当局审查批准建设的有:AP1000 先进非能动压水堆〔美国西屋公司〕EPR 欧洲压水堆〔法国阿海珐公司〕ABWR 先进沸水堆(美国通用电气公司)核平安当局正在审查的有:APWR 先进压水堆(日本三菱公司)APR1400韩国先进压水堆〔韩国电力工程公司〕ESBWR 经济简化型沸水堆(美国通用电气公司)3．为什么第三代核电技术是当今国际上

核电开展的主流3．为什么第三代核电技术是当今国际上

核电开展的主流3.5世界核电兴旺国家进入建设第三代核电机组的新阶段国家总数机组数量堆型备注美国2612AP1000其中12台AP1000机组己向美国核监管委员会申请建造运行许可证（COL）。6台AP1000机组的建造己签订总承包合同，首3台预计2016年商业运行。6ESBWR2ABWR4EPR2APWR法国11*EPR法安全当局己宣布停建二代改进型机组日本1410ABWR1*ABWR3**ABWR芬兰11*EPR俄罗斯22*VVER428安全上基本满足第三代要求3．为什么第三代核电技术是当今国际上

核电开展的主流*表示在建的核电机组；**表示已经运行的核电机组。注：1.美国有一台二代机组在建〔PWR，WattsBar-2〕，是同一厂址同型号的续建工程。2.日本有一台二代机组在建〔PWR〕，也是在同一厂址同型号的续建工程。3．俄罗斯有两台二代机组在建〔320型VVER-1000〕，其在80年代已建设接近完成安装，但在切尔诺贝利严重事故影响下停建，现在恢复续建。4．统计时间截至2009年1月底。4．第三代与第二代核电厂在平安上的主要差异4.1我国现行平安法规国际原子能机构于2000年10月发布了新建核电站推荐采用的核平安标准《核电厂平安设计》。我国国家核平安局参照国际原子能机构的要求制定并于2004年4月18日公布的《核动力厂设计平安规定》(HAF102)要求“设计必须以防止或减轻〔在无法防止时〕由设计基准事故和选定的严重事故引起的辐射照射作为目标”、“除设计基准外，设计中还必须考虑核动力厂在特定的超设计基准事故包括选定的严重事故中的行为”。我国第二代核电站设计不满足现行核平安法规〔HAF102〕的上述要求。4．第三代与第二代核电厂在平安上的主要差异4.2第三代核电发生严重事故的概率大大低于第二代AP1000的堆芯熔化概率和放射性大量释放概率比现有的第二代核电机组大约低2个量级。这充分表达了第三代核电技术平安上的优越性，即一台第二代核电机组发生严重事故的风险约相当于100台AP1000核电机组发生严重事故的风险。第三代与第二代核电厂堆芯熔化概率和放射性大量释放概率的比较现状与要求核电厂严重事故发生概率每年单堆的堆芯熔化概率每年单堆的放射性大量释放概率我国核安全法规、导则及URD/EUR要求≤1.0x10-5≤1.0x10-6现己运行的二代和二代改进型核电机组1.0x10-4~5.0x10-51.0x10-5~9.0x10-6AP1000核电机组达到的安全水平5.08x10-75.92x10-84．第三代与第二代核电厂在平安上的主要差异4.3第三代核电采取了预防和缓解严重事故的措施第三代核电技术采用了很多预防和缓解严重事故的措施，以降低堆芯熔化和大量放射性向外释放的概率，例如：设置堆芯自动快速降压以防止高压熔堆、平安壳冷却和隔离、平安壳内设置氢自动点燃器和复合器以控制氢浓度防止爆炸、堆芯熔融物冷却和保持等设施。AP1000利用压力容器外部自然循环冷却能够将堆芯熔融物保持在压力容器内〔IVR〕EPR的堆芯熔融物捕集系统5．实现第三代核电平安目标的两种设计思路5.1EPR的“加法”设计思路EPR采取了“增加专设平安系统”的思路，即在第二代的根底上再增加和强化专设平安系统。例如，平安注射、堆芯余热排出、应急平安电源等系统都由二系列增加为四系列，同时增设堆芯熔融物捕集和冷却系统以防止平安壳熔穿等。这样，平安性是提高了，但核电站系统比第二代更复杂，设备也更多，工程量也更大。EPR的厂房布置示意图

5．实现第三代核电平安目标的两种设计思路5.2AP1000“减法”设计思路AP1000采用“非能动技术”的路线，即从根本上革新，利用自然界物质固有的规律来保障平安：利用物质的重力，流体的自然对流、扩散、蒸发、冷凝等原理在事故应急时冷却反响堆厂房〔平安壳〕和带走堆芯余热，这就是AP1000所采用的“非能动”平安系统的设计思路。按这种思路做的设计，既简化了系统、减少了设备和部件，又大大提高了平安性。5．实现第三代核电平安目标的两种设计思路5.2AP1000“减法”设计思路