1、核电利用的国内外研究现状及发展趋势 柴松、崔阳、戴佳伟、赵丹晨,核电利用的研究现状及发展趋势,国际核电发展现状及趋势,我国核电发展现状及趋势,核电概述,核电的安全性分析,核电概述,（一）核能原理,铀是自然界中原子序数最大的元素,地壳中含量约为4百万分之一.天然铀由3种同位素构成,其中铀-235站0.71%,铀-235原子核裂变放出的能量是同量煤燃烧放出能量的270万倍.,裂变链式反应,核电概述,（一）核能原理,核燃料循环 包含与核燃料发电相关的一切活动。核燃料循环自铀的开采开始，到核废料的处置为止。在加上乏核燃料的后处理之后，这些活动便构成了一个完整的循环。 包括以下过程： 采矿和研磨、转换、
2、浓缩、制造、发电、乏燃料的储存、乏燃料的后处理和处置。,（一）核能原理,核裂变就是一个重原子核吸收了一个中子之后分裂成为两个轻原子核的过程。 这个过程的两项产物使它具有很大的利用价值，即每一次核裂变，一方面释放出的大量能量可以加以利用，另一方面又产生2-3个新的中子。新产生的中子又继续引起更多的重原子核裂变，这样就可以连续发展下去，形成“链式反应”，从而不断地释放出大量的能量。,核电概述,核电概述,（二）核电站简单流程,核电概述,（二）核电站简单流程,核电概述,（二）核电站简单流程,核电概述,（二）核电站简单流程,核电概述,（二）核电站简单流程,核电概述,（三）核反应堆,核反应堆通常指裂变反应
3、堆，即用于产生自身维持和控制链式核裂变反应的装量，因最初这种装量由石墨砖及含核燃料的石墨块堆砌成而得名。核反应堆是核电站的关键设备,链式裂变反应就在其中进行,反应堆的种类很多,核电站中使用最多的是压水堆.压水堆中首先要有核燃料,把小手指头大小的烧结二氧化铀芯块装到锆合金管中,将2百多根装有芯块的锆合金管组装在一起,成为燃料组件.每个组件中有一束控制棒,控制着链式裂变反应的急缓程度和反应的开始和终止.,核电概述,（三）核反应堆,用途: 生产堆 试验堆 动力堆 供热堆 燃料: 天然铀堆 浓缩铀堆 钍堆 中子能量: 快中子堆 热中子堆 冷却剂: 水冷堆 气冷堆 有机堆 钠冷堆 慢化剂: 石墨堆 轻水
4、堆 重水堆 熔盐堆 热工工质: 沸水堆 压水堆,反应堆的结构形式和分类 反应堆的结构形式是千姿百态的，它根据燃料形式、冷却剂种类、中子能量分布形式、特殊的设计需要等因素可建造成各类型结构形式的反应堆。 目前世界上有大小反应堆上千座，其分类也是多种多样。,核电站主要堆型,核电概述,（三）核反应堆,PWR压水堆：加压轻水冷却、慢化反应堆 BWR沸水堆：沸水冷却、慢化反应堆 PHWR重水堆：重水冷却、慢化反应堆 GCR气冷堆：气体冷却，石墨慢化反应堆 LWGR石墨慢化轻水冷却堆 FBR快堆：快中子反应堆 现在运行的以液态金属（Na）冷却为主,核电站各堆型比重,压水堆,沸水堆,61.3,24.6,重水
5、堆,石墨水冷堆,石墨气冷堆,快中子堆,4.9,4.5,4.0,0.7,核电概述,（三）核反应堆,PWR：压水堆,一回路,二回路,三回路,核电概述,（三）核反应堆,核电概述,（三）核反应堆,Pressurized Water Reactor，由美国西屋公司首先设计，目标为核潜艇 第一座商用压水堆核电厂为美国的Shippingport， 1982年退役 主要的生产厂商有 Westinghouse, Asea Brown Boveri-Combustion Engineering (ABB-CE), Framatome, Kraftwerk Union, Siemens, and Mitsubish
6、i，B&W等,PWR：压水堆,核电概述,（三）核反应堆,加压轻水冷却、轻水慢化 三个独立的回路 一回路：反应堆冷却回路（放射性） 24条回路 有蒸汽发生器、稳压器、泵、堆芯和管道构成 二回路：汽轮发电机回路 三回路：循环冷却水回路,PWR：压水堆,核电概述,（三）核反应堆,核电概述,（三）核反应堆,BWR：沸水堆,Boiling Water Reactor 最初由Allis-Chalmers和General Electric (GE)设计， Allis-Chalmers设计的机组已全部停闭。 第一台美国的商用沸水堆核电站为Humboldt Bay （California） 其它的供应商有 AS
7、EA-Atom, Kraftwerk Union, Hitachi。 沸水堆的建造国家（地区）： Finland, Germany, India, Japan, Mexico, Netherlands, Spain, Sweden, Switzerland, Taiwan，US. Japan and Taiwan have the newest BWR units.,核电概述,（三）核反应堆,BWR：沸水堆,核电概述,（三）核反应堆,轻水冷却、轻水慢化 和常规火电厂类似，设置了2个回路 优点： 没有蒸汽发生器 低压 缺点 放射性,BWR：沸水堆,HPWR：加压重水堆,重水慢化的反应堆。 有很多
8、种类型，最成功的是加拿大的CANDU系列。 开发商：AECL（加拿大原子能公司） 秦山三期,核电概述,（三）核反应堆,HPWR：加压重水堆,核电概述,（三）核反应堆,GCR：气冷堆,最早的堆型之一，用于生产钚 石墨慢化剂 惰性气体为冷却剂 二氧化碳 氦气 优点 冷却剂温度高，循环效率高 安全性能好,核电概述,（三）核反应堆,GCR：气冷堆,核电概述,（三）核反应堆,FBR：快堆,LMFBR为主 液态金属冷却 燃料的增殖能力 四个回路 冷却剂回路 中间回路 蒸汽给水回路 循环冷却水回路,核电概述,（三）核反应堆,FBR：快堆,核电概述,（三）核反应堆,核电利用的研究现状及发展趋势,国际核电发展现
9、状及趋势,我国核电发展现状及趋势,核电概述,核电的安全性分析,世界核电发展之最,世界上第一个核电站：年苏联在莫斯科西南奥布宁斯克建成，装机容量为千瓦。 世界最大的核电站：位于日本西北部新潟县的柏崎刈羽核电站。 世界核电生产能力最强的国家：美国，拥有座核电站。 核电发电量占全国总电力比例最高的国家：法国。法国核电发电量占全国总电力的比例接近。,国际核电发展现状及趋势,世界核电分布,国际核电发展现状及趋势,美国核电分布,国际核电发展现状及趋势,日本核电分布,国际核电发展现状及趋势,法国核电分布,国际核电发展现状及趋势,截止2010年世界共有 441 座核电站运行,268 座压水堆核电站94 座沸水
10、堆核电站23 座气冷堆核电站40 座重水堆核电站12 座石墨水冷堆核电站3 座快中子堆核电站 压水堆核电站共发电249GW(2.49亿千瓦)占核电总发电量 65% 主要是第二代核电站,国际核电发展现状及趋势,国际核电发展现状及趋势,国际核电发展现状及趋势,国际核电发展现状及趋势,核能发电的发展趋向,国际核电发展现状及趋势,1、国外四代核电技术现状,压水堆仍将是国际未来30-40年的主力堆型,第一代核电站,第二代核电站,第三代核电站,第四代核电站,五、六十年代原型堆 解决工程技术问题,七十年代至今 运行业绩良好，还在增效延寿 多种堆型 仍在批量建设（共23台）,九十年代至今 安全性经济性好 市场
11、前景乐观，已建首堆工程，尚未批量推广，在建8台,九十年代后期起六种堆型 安全 经济 资源利用废物量最小 防止核扩散 2035年左右商用化,国际核电发展现状及趋势,第二代核电站 运行业绩良好，还在增效延寿 仍在批量建设（共50台） 中国已开工建设的核电机组23台，在建规模2540万千瓦，占世界在建核电机组的40%以上。,第三代核电站 已建首堆工程，尚未批量推广，在建8台： 芬兰1台-EPR； 法国1台-EPR； 中国6台-2*EPR+4*AP1000,国际核电发展现状及趋势,第一代核电站： 自50年至60年代初苏联、美国等建造的第一批单机容量在300MWe的原型核电站， 美国的希平港核电站 英第
12、安角1号核电站， 法国的舒兹(Chooz)核电站， 德国的奥珀利海母(Obrigheim)核电站, 日本的美浜1号核电站等。,国际核电发展现状及趋势,第二代核电站： 自60年代末至70年代世界上建造了大批单机容量在6001400MWe的标准核电站， 以美国为代表的Model 212（600MWe，两环路压水堆）、Model 312（1000MWe，3环路压水堆，采用12英尺燃料组件），Model 314 （1040MWe，3环路压水堆，采用14英尺燃料组件），Model 412（1200MWe，4环路压水堆，采用12英尺燃料组件）、Model 414（1300MWe，4环路压水堆，采用14英尺
13、燃料组件）、System80（1050MWe，2环路压水堆）以及一大批沸水堆（BWR）均可划入第2代核电站范畴。 法国的CPY，P4，属于Model 312，Model 414一类标准核电站。 日本、韩国也建造了一批Model 412、System80等标准核电站。 目前世界核电站主力机组。,国际核电发展现状及趋势,“二代”核电站仍然是主力军。 运行业绩良好。目前全世界正在运行的核电站，绝大部分属于“第二代”核电站。三十多年来，积累了超过12086堆年的安全运行经验，负荷因子高，非计划停堆次数下降，已经发展成为一种成熟可靠的技术，具有可接受的安全性和和较好的经济性。2005年全世界运行核电机组
14、443台，发电量占总发电量的20%。 继续进行改进。近年来对“2代”机组的寿命研究，证明还有相当的改进潜力，提高可利用率，可利用率从70%左右提高到90%，提高出力，进行增效延寿，寿命由40年延长到60年。美国上世纪九十年代开始实施“2代”机组的增效延寿，成效显著，单就提高可利用率，就相当于新建了25台百万千瓦机组。提高出力 5-10%。 改进方向。 提高安全性: 增设严重事故预防和缓解措施（稳压器卸压排放，增设非能动氢复合器，设置堆芯扑集器）；采用PSA技术，评估核电站安全性并指导维修，制订严重事故管理规程及状态导向操作规程； 提高经济性: 采用18个月换料，缩短换料停堆时间提高可利用率；
15、提高电站性能：采用全数字化仪控和先进 控制室， 改善人机界面 。,国际核电发展现状及趋势,发展的背景 1979年美国发生三里岛核电站事故 1986年前苏联发生切尔诺贝利核电站事故 公众要求进一步提高核电的安全性 1990年EPRI 根据主要电力公司意见出版了“电力公司要求文件(URD)” 共三卷 1994年欧洲联盟出版了“欧洲电力公司要求(EUR)” 共四卷 文件对未来压水堆和沸水堆核电站提出了电力公司明确和完整的要求,更高的安全要求和经济要求，涉及各个技术和经济领域,第三代核电,国际核电发展现状及趋势,第三代核电机组有更高安全目标堆芯热工安全裕量15%堆芯损坏概率87%换料周期18-24月电
16、站寿命60年建设周期48-52月能与联合循环的天然气电厂相竞争 第三代核电机组技术上更先进,第三代核电代表性核电站,国际核电发展现状及趋势,AP1000,国际核电发展现状及趋势,AP1000特点 非能动安全系统非能动安注多级非能动自动卸压系统非能动余热排放系统非能动安全壳冷却系统 严重事故预防和缓解堆腔淹没技术安全壳内氢点火和氢复合系统 双层安全壳 全数字化仪控,先进控制室 模块化施工,工期48个月,国际核电发展现状及趋势,EPR,国际核电发展现状及趋势,EPR特点 高功率(1500MWe1700MWe) 4通道安全系统 双层安全壳 严重事故预防及缓解稳压器卸压堆芯扑集器非能动氢复合器 全数字
17、化仪控,先进控制室 模块化施工,国际核电发展现状及趋势,2000年，美国发起了由9个国家参与的“第四代核能国际论坛”（GIF）的研讨，并于2002年提出了第四代核电的六种研究开发的堆型和研究开发“路线图”。2001年在俄罗斯的推动下，IAEA发起了“创新型核反应堆和燃料循环国际合作项目”（即INPRO），2006年6月前完成了第一阶段工作，出版了有关评价指南和方法学等的IAEA技术文件。GIF和INPRO两个计划，提供了良好的国际合作平台。我国从一开始就是INPRO项目的成员国；2006年7月，我国己草签了参加GIF的协议，并将参与快堆和高温气冷堆的合作项目有关活动。基于防核扩散的目的，美国于
18、2006年2月发出“全球核能合作伙伴”（GNEP）倡议，发展具有防扩散功能的快堆核电站和闭合核燃料循环技术，中国是首批五大参与国之一。,“第四代”核电技术尚在研究开发,国际核电发展现状及趋势,国际核电发展现状及趋势,钠冷快中子堆,熔 盐 堆,超高温气冷堆,超临界水堆,铅冷快中子堆,气冷快中子堆,第四代核电,国际核电发展现状及趋势,核电利用的研究现状及发展趋势,国际核电发展现状及趋势,我国核电发展现状及趋势,核电概述,核电的安全性分析,我国核电及趋势发展现状,2009年初发电装机达到了8亿千瓦，预计2010年将达到9.5亿千瓦。中国已经成为世界上电力生产和消费大国。由于以燃烧化石燃料为主，使中国
19、成为SO2和CO2排放的大国。 我国能源发展面临四个基本问题：经济社会发展中的能源供需总量平衡问题长期以煤为主的能源结构，造成的环境、生态问题西煤东运、北煤南运、西电东输的能源输运问题对国外资源依存的能源供应安全问题。 核电的基本特性决定了无可替代的重要作用：核电是不排放SO2等污染物和二氧化碳的清洁能源核电的安全可靠性继续不断提高核电对煤电具有较强经济竞争力和替代能力 核电燃料运输量小，发展核电是调整能源布局的有效途径,(一）我国能源面临的挑战和核电发展,秦山一期核电厂300MW,大亚湾核电厂2900MW,1994年2月1日和5月6日 两个机组分别投入商业运行,1991年12月15日并网发电
20、,（二）我国核电发展现状(运行核电站),我国核电及趋势发展现状,我国核电发展现状(运行核电站),秦山二期650MW核电站 1、2机组分别与2002年2月6日、2004年5月并网发电,岭澳核电站 1、2机组分别与2002年2月26日、2002年9月并网发电,我国核电及趋势发展现状,我国核电发展现状(运行核电站),江苏田湾核电站 1、2机组分别与2006年5月12日、2007年5月并网发电,秦山三期核电站 1、2机组分别与2002年11月19日、2003年6月并网发电,我国核电及趋势发展现状,我国核电及趋势发展现状,我国核电及趋势发展现状,（三）进入批量化加快发展阶段,2020年核电规划容量将达到
21、40GW，占当时电力总容量约4%（现在世界的平均水平为16%）。核电占总电量的份额仍然较低。近两年来，国务院陆续批准了新的核电项目，其中二代改进型的有23个机组，达到批量规模。三代的AP1000和EPR也开始建设。此外进入工程前期的还有，湖南桃花江、湖北大阪、江西彭泽，以及海南昌江核电站。中国的核电进入了加快发展的时期。,我国核电及趋势发展现状,我国核电发展现状(已开工项目),辽宁红沿河核电站 4台机组主体工程于2007年8月陆续开工,福建宁德核电站 4台机组主体工程于2008年2月陆续开工,我国核电及趋势发展现状,我国核电发展现状(已开工项目),福清核电站6X1000MW 1、2号机组200
22、8年12月开工 图为2号机组第一罐混凝土,方家山 2X1000MW核电站1、2号机组2008年12月开工,我国核电及趋势发展现状,我国核电发展现状(已开工项目),三门核电站 2X1250MW AP1000 (三代机型)2009年3月开工,海阳核电站 2X1250MW AP1000 (三代机型)2009年9月开工,我国核电及趋势发展现状,我国核电发展现状(已开工项目) 台山核电站 2010年4月15日开工,我国核电及趋势发展现状,我国核电发展现状(已开工项目) 昌江核电站 2010年4月25日开工,我国核电及趋势发展现状,（四）已审查初可研报告的厂址,我国核电及趋势发展现状,（五)我国核电已形成
23、规模化批量化发展格局,11台运行机组安全稳定运行，负荷因子达到85%-92% ,各项运行指标高于世界平均水准，处于世界中上等水平以上 即将建成的岭澳二期核电站和秦山核电二期扩建均进展良好，预期在2010-2011年将陆续投产发电 目前已有22台二代改进型压水堆核电站取得了批准，并已有7台机组浇灌了第一罐混凝土 主设备已实现了批量采购，有的制造厂已签订了数台或十余台长周期设备 设计的标准化规范化的工作正在开展,68,我国核电及趋势发展现状,我国核电及趋势发展现状,核电利用的研究现状及发展趋势,国际核电发展现状及趋势,我国核电发展现状及趋势,核电概述,核电的安全性分析,核电的安全性分析,1957
24、年9 月29 日：前苏联乌拉尔山中的秘密核工厂“车里雅宾斯克65 号”一个装有核废料的仓库发生大爆炸，迫使苏联当局紧急撤走当地11000 名居民。 1957 年10月7日：英国东北岸的温德斯凯尔一个核反应堆发生火灾，这次事故产生的放射性物质污染了英国全境，至少有 39 人患癌症死亡。 1961年1月3日：美国爱荷华州一座实验室里的核反应堆发生爆炸，当场炸死3名工人。 1966年1月17日：帕利马雷斯氢弹事故 1967年夏天：前苏联“车里雅宾斯克 65 号”用于储存核废料的“卡拉察湖”干枯，结果风将许多放射性微粒子吹往各地，当局不得不撤走了9000 名居民 1968年1月21日：图勒核事故 19
25、70年12月18日：加卡平地核事故,历史上的核事故,核电的安全性分析,1971年11月9日：美国明尼苏达州“北方州电力公司”的一座核反应堆的废水储存设施发生超库存事件，结果导致5000 加仑放射性废水流入密西西比河，其中一些水甚至流入圣保罗的城市饮水系统。 1979 年3月28日：美国三里岛核反应堆因为机械故障和人为的失误而使冷却水和放射性颗粒外逸，但没有人员伤亡报告。 1979 年8月7日：美国田纳西州浓缩铀外泄，结果导致1000 人受伤。 1985年8月10日：K-431核潜艇事故 1986 年1月6 日：美国俄克拉荷马一座核电站因错误加热发生爆炸，结果造成一名工人死亡，100 人住院。
26、1986 年4月26 日：前苏联切尔诺贝利核电站发生大爆炸，其放射性云团直抵西欧，造成约八千人死于辐射导致的各种疾病。,历史上的核事故,核电的安全性分析,1993年4月6日：托木斯克-7核爆炸这起发生在西伯利亚托木斯克的核事故是硝酸清洗容器时发生爆炸导致的。爆炸致使托木斯克-7的回收处理设施释放出一个放射性气体云。 1999年9月30日：东海村核事故发生在东京东北部东海村铀回收处理设施的核事故是日本历史上最为严重的核灾难。事故发生时，工人们正在混合液体铀。 2011年3月13日： 福岛县政府13日发布消息称，新确认有19名从福岛第一核电站方圆3公里撤离的人员遭到核辐射，已确认遭核辐射的人数由此
27、上升至22人。,历史上的核事故,核电的安全性分析,三里岛事故 1979年3月28日凌晨4时，美国宾夕法尼亚州的三里岛核电站第2组反应堆的操作室里，红灯闪亮，汽笛报警，涡轮机停转，堆心压力和温度骤然升高， 2小时后，大量放射性物质溢出。在三里岛事件中，从最初清洗设备的工作人员的过失开始，到反应堆彻底毁坏，整个过程只用了120秒。6天以后，堆心温度才开始下降，蒸气泡消失引起氢爆炸的威胁免除了。100吨铀燃料虽然没有熔化，但有60%的铀棒受到损坏，反应堆最终陷于瘫痪。此事故为核事故的第五级。（核事故共7个级别，级别越高，危害越大）,核电的安全性分析,切尔诺贝利核爆炸,1986年4月26日凌晨，位于苏
28、联乌克兰加盟共和国首府基辅以北130公里处的切尔诺贝利核电站发生猛烈爆炸，反应堆机房的建筑遭到毁坏，同时发生了火灾，反应堆内的放射物质大量外泄，周围环境受到严重污染，造成了核电史上迄今为止最严重的事故。此事故为核事故的第七级,核电的安全性分析,福岛核事故,2011年3月13日： 福岛县政府13日发布消息称，新确认有19名从福岛第一核电站方圆3公里撤离的人员遭到核辐射，已确认遭核辐射的人数由此上升至22人。 日本广播协会电视台12日报道，日本经济产业省原子能安全保安院决定将福岛第一核电站核泄漏事故等级提高至7级。,核电的安全性分析,前,后,福岛核事故,核电的安全性分析,近年来核电站在为人类生产大
29、量电力的同时，也会产生了我们不欢迎的放射性，1986年4月26 日前苏联切尔诺贝利核电站的一声爆炸，震惊了世界，核恐惧情绪重又弥散在千百万人们的心里，原来就被高度重视的核电站的安全性又一次进入人类的视野，受到世界各国的高度关注。,核电站自身的安全性,核电的安全性分析,为了落实纵深防御原则，人们在核裂变产物和环境之间设置了四道非常保险的屏障。实际上只有其中一道屏障是完整有效的，就不会发生放射性物质外泄的事故。,第一道屏障：燃料芯块。 核裂变产生的放射性物质98以上滞留在二氧化钠陶瓷芯块中，不会释放出来。 第二道屏障：燃料包壳。 燃料芯块密封在锆合金内，防止放射性物质进入一回路水中。,核电的安全性
30、分析,第三道屏障；压力边界。 由核燃料构成的堆芯封闭在壁厚20厘米的钢制压力容器内，压力容器和整个一回路都是耐高压的，放射性物质不会泄漏到反应堆厂房内。,核电的安全性分析,第四道屏障：安全壳。 反应堆厂房是一个高大的钢筋混凝土构筑物，壁厚近1米，内部表面加有厚6毫米的钢衬，防止放射性物质进入环境里。 有了前面的互相依赖，互相支持的五道防线，加上四道屏障，核电站是非常安全的。,核电的安全性分析,核电站环境安全,在几十亿年的历史长河中，地球上的生物与环境在互相影响中不断进化，融和发展已经达到了一个和谐平衡的状态。进入20世纪后，伴随着能源的开发利用和城市化的发展，对环境的冲击达到了空前的程度，由于
31、化石燃料的CO2造成的温室效应，酸雨，正严重地危及人类生态环境。,核电的安全性分析,1、核电是清洁的绿色新能源 核电是利用核能发电，不排放CO2SO2等有害气体。 2、核电是低事故率，低风险的行业 截至到2002年底，世界核电站累计运行大约10697个堆年，仅发生了两起严重事故，其事故率是万分之二；就人员伤亡的概率而言，大大低于汽车运输业，航空业；更大大低于矿山，建筑等行业。,核电的安全性分析,3、中国建造的核电站也同样安全 原苏联切尔诺贝利核电站发生的反应堆堆芯爆炸和化学爆炸事故，国人肯定要问：中国设计建造的核电站安全吗世界各国核电专家反复论证了切尔诺贝利事故的原因，主要结论有二：一是运行人员严重违反操作规程，导致安全保护系统不能启动；二是压力管是石墨慢化水冷却沸水堆在安全设计上存在严重缺陷。,所以，核电还是相当安全的！,核电的安全性分析,谢谢！,
