核能论文

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核能利用和发展前景

动创新13 陈嘉映

1.核电概述

核能的发展和利用是20世纪科技史上最杰出的成就之一。它通过转化其质量从原子核释放的能量,符合阿尔伯特·爱因斯坦的方程E=mc2,该方程式表明,质量和能量是等价的,其比例常数为光速的平方。在核能的利用中,核电厂的发展是相当迅速的,己被公认为是一种经济、安全、可靠、干净的能源,核动力技术在多数发达国家得到了巨大发展,也在很多发展中国家获得了广泛的认可。根据能源需求和能源生产结构,我国政府己制定了积极发展核电的方针,建设了秦山和大亚湾两大核电基地,中国核电建设的安全策略取得了成功。

2.核能发电

核能是原子核结构发生变化是释放出来的能量。目前人类利用核能主要有三种——重元素的原子核发生裂变和轻元素的原子核发生聚合反映时释放出来的核能或是原子核自发射出某种粒子而变为另一种核的过程,它们分别为核裂变能、核聚变能和核衰变。

A.核裂变能

所谓核裂变能是通过一些重原子核(如铀-235、钚-239等)的裂变释放出的能量

B.核聚变能

由两个或两个以上氢原子核(如氢的同位素—氘和氚)结合成一个较重的原子核,同时发生质量亏损释放出巨大能量的反应叫做核聚变反应,其释放出的能量称为核聚变能。

C.核衰变

核衰变是一种自然的慢得多的裂变形式,因其能量释放缓慢而难以加以利用

3.我国电力现状及发展趋势

目前人类已耗用了的能源总量近3 000亿吨标准煤,自1973年以来,从地球开采的石油近5 000亿桶(约合800亿吨) ,剩下的石油按现有生产水平计算,还可保证开采40年。天然气也只能持续开采50年,

co等气体大量积累,石油、煤和天然气资源都正在快速地走向枯竭,并且化石能源的过度应用还导致了

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形成了温室效应。因此寻找一种既能替代化石能源又不影响人类生存环境的能源是各国多年来的努力目标。在新能源中,水能、太阳能、风能、地热能等虽然具备一定的条件,但这些能源不是储量太少就是属于间竭能源,只有核电具备潜力巨大、能大规模、全天候为人类长期提供所需能源的能力。

中国能源结构仍以煤炭为主体,清洁优质能源的比重偏低。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%)。

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。这标志着我国核电发展进入了新的阶段。

《规划》要求,到2020年,在引进、消化和吸收新一代百万千瓦级压水堆核电站工程设计和设备制造技术的基础上,进行再创新,实现自主化,全面掌握先进压水堆核电技术,培育国产化能力,形成较大规模批量化建设中国品牌核电站的能力。对于核电厂址的选择和保护,要根据核电厂址的要求、依照核电发展规划,严格复核审定,按照核电发展的要求陆续开展工作。各地区各部门应合理安排核电项目和进度,确保我国核电工业健康有序地发展。

为了确保规划内容的顺利实施,《规划》提出了如下保障措施和政策安排:核电企业要按照社会主义市场经济的总体要求,建立健全现代产权制度,规范企业法人治理结构,推进体制改革和机制创新;将核电设备制造和关键技术纳入国家重大装备国产化规划,形成设备的成套能力;依法强化政府核电安全监督工作,加强安全执法和监管;加强核应急系统建设,制定事故预防和处理措施,建立并保持对辐射危害的有效防御体系;建立和完善核电专业化运行与技术服务体系,全面提高核电站的安全、稳定运行水平;大力加强各类人才的培养工作,提高待遇,做好人才储备;对国家确定的核电自主化依托项目和国内承担核电设备制造任务的企业实行税收优惠及投资优惠政策。

《规划》称,新增投产2300万千瓦的核电站的选址,将从广东、浙江、山东、江苏、辽宁、福建等沿海城市中优先选择,目前已经在这几个省市确定了13个优先选择的厂址,国家考虑在尚无核电的沿海省(区)各安排一座核电站开工建设。按照15年内新开工建设和投产的核电建设规模大致估算,核电项目建设资金需求总量约为4500亿人民币。这些资金的筹措,原则上按企业自筹资本金、银行提供商业贷款方式运作。

通过这些核电厂的建设,我国除将在2020年实现核电运行装机容量达到4000万千瓦的目标外,还将有1800万千瓦在建项目结转到2020年以后续建。

中国能量需求正在大大增长,而且对每一种能源的需求都在增长,包括核能发电。有4座核反应堆在建设中,并计划到2020年扩大近5倍。因为中国正在快速增长,这将使核能发电占总电力4%。

4.第一代到第四代核反应堆

第一代核电技术:即早期原型反应堆,主要目的是为通过试验示范形式来验证核电在工程实施上的可行性。

第二代核电技术:上世纪60年代中期以后投入运行的大部分核电站是基于第二代核电技术,它实现了

商业化、标准化等,包括压水堆、沸水堆和重水堆等,单机组的功率水平在第一代核电技术基础上大幅提高,达到千兆瓦级。

1979年美国三里岛核电站事故和1986年苏联切尔诺贝利核电站事故催生了第二代改进型核电站,其主要特点是增设了氢气控制系统、安全壳泄压装置等,安全性能得到显著提升。此前建设的所有核电站均为一代改进堆或二代堆,如日本福岛第一核电站的部分机组反应堆。我国目前运行的核电站大多为第二代改进型。

第三代核电技术:指满足《美国用户要求文件(URD)》或《欧洲用户要求文件(EUR)》,具有更高安全性、更高功率的新一代先进核电站。比如,URD对新建核电站的主要要求包括:功率更大(1000至1500兆瓦);寿命更长(由40年延长至60年);建设周期更短(48至52个月);经济性更好(造价大幅度降低);安全性更高。

世界核能协会说,第三代核电站与第二代核电站的最大区别在于,事故发生时,第三代核电站不依赖人为操作或外界系统的干预,而依靠重力、自然循环等自然规律来实现保护功能。有些第三代核电站在反应堆堆芯上置顶2000吨水体,在彻底失电的情况下,可借助重力和压差,靠水的自然流动来冷却堆芯。

第三代核电站主要堆型包括先进沸水堆(ABWR)、先进非能动式压水堆1000(AP1000)、欧洲压水堆(EPR)、先进压水堆(APWR)、经济简化型沸水堆(ESBWR)和先进压水堆1400(APR1400)等。中国已引进AP1000等技术,分别在浙江三门和山东海阳等地开工建造。

第四代核电技术:目前仍处于开发阶段,目标是在2030年左右投入应用。第四代核电技术有六种设计概念,包括三种快中子堆和三种热中子堆。三种快中子堆分别是带有先进燃料循环的钠冷快堆(SFR)、铅冷快堆(LFR)和气冷快堆(GFR);三种热中子堆分别是超临界水冷堆(SCWR)、超高温气冷堆(VHTR)和熔盐堆(MSR)。这些设计的目的是要达到大幅减少核废料、更充分利用铀资源、降低核电站建造和运营成本,以及更好控制核扩散,即保证核技术的和平利用。

5.核能的缺点

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。

6.继续利用核能的原因

第一,能源需求的巨大。

第二,核能作为一个绿色资源,对防止环境的污染和破坏,有着防护作用。目前核电是很好的、很安全的能源。无论从对环境的影响,对减排,从核电本身运行的功率、便利性来说,核电还是很好的,还是应该要继续发展的。

第三,过热的资源竞争将得到缓冲。对于人类能否安全利用核能的问题,国内外长期以来存有疑虑。近年来,由于核电产业投资规模的扩大,核电装备制造产业链受益明显,在巨大的经济利益面前,核能扩张冲动在全世界范围内上演。

第四、发生事故的基本为老式的第二代核电站,而目前新建的多为二代半或者三代核电站,第二代核电站应对严重事故的措施原本就比较薄弱,何况“超期服役”的福岛第一核电站。所以福岛第一核电站将在险情排除后彻底报废。

7.结束语

核能替代化石能源的前景及环保上的优越性是有目共睹的。但近年来由于发达国家经济的转型,常规能源利用率的提高和人们对核事故的恐惧,总体上发达国家核电在下滑。迫于民众的压力,一些国家已表示不再发展核电,如意大利、德国等。发展中国家出于从能源供应的可靠性和国家的安全考虑,正在稳步地发展核电。核聚变反应堆现在正进行国际合作,预测在2025年可建成示范性聚变堆,真正的商业化将在2040年后实现。50年后,人类将真正进入没有任何核污染、燃料来源难以穷尽的核文明时代,届时人类将再不用为能源和利用能源对环境造成的危害担忧,生存条件会越来越好。

石油、煤炭、天然气和和铀矿这些矿物能源储量面临枯竭。人类应该未雨绸缪,不要待矿物能源用尽之后再作反应。

未来能源结构必定是多能互补,各显其能的时代。现阶段就应该加快提高新能源和可再生能源在能源结构中的比例。新能源和可再生能源由于污染少甚至无污染,对环境保护十分有利。各级政府应再加大扶持力度,行业组织再加大产业政策和信息宣传,使新能源和可再生能源利用不断跃上新台阶。积极培育市场、规范市场、激励市场。积极利用全球环境基金、世界银行、亚行贷款和国际援助,加强技术交流,学习国外先进经验,促进新能源和可再生能源发展。新能源和可再生能源产业庞大,稳步增长,前途无限,存在令人鼓舞的商业机会,愿更多的金融投资者和企业家关注新能源行业。加强行业科学技术知识普及宣传,使全社会尤其青少年,认识新能源,了解新能源,使用新能源。

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