核能發(fā)展與核安全(北師大)(2011,3,21).ppt

1、,核能發(fā)展與核安全,王 乃 彥 北師大核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 2011年3月21日,內(nèi)容提要 一, 我國(guó)發(fā)展核能的必要性 二, 核電是一種經(jīng)濟(jì)的能源 三,核電是一種清潔的能源 四,核電是一種安全的能源 五,結(jié)束語(yǔ) 上,一、核電的基本原理,核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng) （一回路系統(tǒng)）： 反應(yīng)堆 蒸汽發(fā)生器 穩(wěn)壓器 主循環(huán)泵 冷卻劑管道 汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng) （二回路系統(tǒng)）： 主蒸汽管道 凝結(jié)水系統(tǒng) 給水系統(tǒng) 輔助系統(tǒng)（BOP）,3、,2007年全國(guó)裝機(jī)容量達(dá)到7.13億千瓦 2000年到2007年： GDP由9.9萬(wàn)億元增長(zhǎng)到24.95萬(wàn)億元，全國(guó)用電量由1.35萬(wàn)億千瓦時(shí)增長(zhǎng)到3.25萬(wàn)億千瓦時(shí)，主要是煤電 2008年

2、突破8億千瓦，2010年將達(dá)到9.5億千瓦，2020年將達(dá)到15億千瓦 2007年水電裝機(jī)容量已居世界第一位 2005年全國(guó)水電裝機(jī)容量達(dá)到1.17億千瓦 占全國(guó)裝機(jī)容量的23%，年發(fā)電量3952億千瓦時(shí)，僅占總發(fā)電量的16%,電力需求急劇增長(zhǎng),主要的出路在發(fā)展核能和可再生能源,在2020年核電,風(fēng)電和太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝機(jī)容量要達(dá)到: 核電 7000萬(wàn)8000萬(wàn)KW 風(fēng)電 15000萬(wàn)KW 太陽(yáng)能發(fā)電 2000萬(wàn)KW 考慮到負(fù)載因子,核電在其中占很重要位置.2010年發(fā)電的核電裝機(jī)容量為1000萬(wàn)KW,那么從現(xiàn)在起到2015年前建成,在建和投入開工的核電裝機(jī)容量為6000萬(wàn)KW,The worl

3、d situation are shown by two tables below,The nuclear share of some countries (end of 2002),For Korea and some east European countries (end of 2002),Electrical Capacity in 2005 in China,Electricity supply structure,Electrical Capacity in 2009 in China,Electricity supply structure,Steps and Goals for

4、 China,二,核電是一種經(jīng)濟(jì)的能源,核電廠的經(jīng)濟(jì)性 衡量發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)性的主要指標(biāo)是它的發(fā)電成本，即生產(chǎn)1Kwh電力的費(fèi)用。 自1983年以來，經(jīng)濟(jì)合作發(fā)展組織（OECD）下屬的核能機(jī)構(gòu)(NEA)及國(guó)際能源機(jī)構(gòu)（IAE）研究和比較了各國(guó)核電廠和化石燃料電廠的發(fā)電成本，其每三年一次的研究結(jié)果表明，在大多數(shù)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中，就新建基本負(fù)荷電廠全壽期平均的發(fā)電成本而言，歷次比較的核電成本均低于煤電成本。,這個(gè)計(jì)算和煤價(jià)、鈾價(jià)、電廠的建設(shè)周期、電廠的壽期以及在這期間的銀行貼現(xiàn)率有關(guān)。 1998年出版的研究結(jié)果顯示，當(dāng)貼現(xiàn)率為5%/a 時(shí)在中國(guó)、法國(guó)、俄羅斯、加拿大、韓國(guó)、印度和西班牙以核電為最便宜，在

5、日本核電略貴于煤電，在貼現(xiàn)率為10%/a時(shí)，核電只在中國(guó)、法國(guó)保持最便宜。,發(fā)電成本由三個(gè)部分組成，即投資攤提費(fèi)、燃料費(fèi)和運(yùn)行維修費(fèi)。,*在5%貼現(xiàn)率的條件下。 資料來源：Projected Costs of Generating Electricity, Update 1998, OECD/NEA-IEA,核電廠的投資費(fèi)比重約60%左右，幾乎等于煤電的燃料費(fèi)比重，而核電的燃料費(fèi)比重約為25%，即等于或小于煤電的投資比重，這意味著投產(chǎn)后，核電廠的發(fā)電成本受未來鈾價(jià)的波動(dòng)的影響遠(yuǎn)小于煤電廠，更不用說天然氣發(fā)電廠了。 據(jù)OECD/NEA-IEA估計(jì)核電廠的基建價(jià)比投資約為1500-2200/KW，

6、煤電廠為1000-1350/KW，氣電廠為600-800/KW.,影響基建費(fèi)用的重要因素有： 1、裝置容量 同一種堆型和同等技術(shù)水平的核電裝置，每千瓦工程設(shè)計(jì)，設(shè)備制造和現(xiàn)場(chǎng)施工費(fèi)均隨功率的增大而迅速減低，600MW的核電裝置比投資1000MW要高出25%左右； 2、建造周期為5-7年，現(xiàn)在可以減少為53個(gè)月； 3、貼現(xiàn)率； 4、負(fù)荷因子； 5、核電廠壽期； 近年來美國(guó)若干核電廠經(jīng)過設(shè)計(jì)修改和設(shè)備更新，相繼提出申請(qǐng)將原批準(zhǔn)的運(yùn)行壽期延長(zhǎng)20年、40年，延到60年，有幾座已獲批準(zhǔn)； 6、核電廠設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化和設(shè)計(jì)自主化。,以泰山二期為例做一估算,裝機(jī)容量 65萬(wàn)KW 總投資 65x104x1.1x

7、104= 71.5億(人民幣) 發(fā)電一年收入=365x24x65x104x0.4x0.85 =3.65x2.4x6.5x0.4x0.8x108 =18.2x108 (人民幣) 這些收入要交稅,付息,要有許多成本,但大約10-11年把貸款還清(大亞灣情況),三,核電是一種清潔的能源,巨大的核能從哪里來？ 核電站的能量來源于核裂變反應(yīng)，常規(guī)電站（包括煤、石油、天然氣）的能量來源于化學(xué)反應(yīng)。以燃燒煤為例，是碳的氧化反應(yīng) 碳（C）+氧（O2 ）- 二氧化碳（CO2）+能量（E） 由于化學(xué)反應(yīng)只是原子重新組合及其電子重新分配，原子核沒有變化。這個(gè)能量小得很，每一個(gè)化學(xué)反應(yīng)只有4.1電子伏的能量釋放出來（

8、1千卡=2.6X1022電子伏）。,一、核電的基本原理,核電的基本原理,以鈾原子核裂變?yōu)槔粋€(gè)鈾235核吸收了一個(gè)中子而分裂成兩個(gè)較輕的原子核，并產(chǎn)生23個(gè)新的中子，同時(shí)發(fā)生的質(zhì)量虧損，轉(zhuǎn)變?yōu)楹艽蟮哪芰浚@就是核裂變反應(yīng)： U235+n - Kr94+Ba139+2.5n+E 反應(yīng)前質(zhì)量： 236.0526原子質(zhì)量單位 反應(yīng)后質(zhì)量： 235.8382原子質(zhì)量單位 質(zhì)量虧損: 0.244原子質(zhì)量單位 根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能轉(zhuǎn)換公式: E=mc2 可以算出一個(gè)鈾235核的平均裂變能約為193兆電子伏。這樣不難計(jì)算1公斤鈾-235完全裂變釋放的能量相當(dāng)于2700噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒放出的能量。 1Mev=1.

9、602x10-6爾格=1.602x10-13焦耳,一、核電的基本原理,核電的基本原理,核電的基本原理,受控的鏈?zhǔn)胶肆炎兎磻?yīng) 普通鍋爐需要不斷加煤和不停鼓風(fēng)，其輸出能量靠調(diào)節(jié)煤量和風(fēng)量 來實(shí)現(xiàn)。而核反應(yīng)堆則是靠控制棒來調(diào)節(jié)輸出能量?？刂瓢粲泻軓?qiáng)的吸收中子能力,提起控制棒中,吸收減少，中子數(shù)增加，反應(yīng)堆功率就上升；插入控制棒，中子數(shù)下降，反應(yīng)堆功率就下降，甚至核裂變反應(yīng)會(huì)停下來。核反應(yīng)堆是實(shí)現(xiàn)人工控制的自持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)裝置。這一代轟擊鈾核的中子數(shù)等于上一代轟擊鈾核的中子數(shù)。多余的中子被控制棒或其他吸收物“吃掉”，或泄漏掉了。確保在需要的功率水平下，使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)平緩地進(jìn)行。不可能象原子彈爆炸。另外，反應(yīng)堆

10、里裝的是2-5%的低濃鈾，而原子彈里裝的是90%以上的高濃鈾，也是重要的差別。,核電的基本原理,核電是各種能源中溫室氣體排放量最小的發(fā)電方式 國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）從1992年起同八個(gè)國(guó)際組織一起對(duì)不同能源做了 包括發(fā)電廠上游和下游在內(nèi)的整個(gè)能源鏈的溫室氣體排放量做了估算：,核電的CO2當(dāng)量排放量只有現(xiàn)行化石燃料發(fā)電的1/40-1/100 它的主要來源于鈾的提取、加工、富集過程以及建筑材料鋼和水泥生產(chǎn)過程消耗和化石燃料，這些排放量同直接燃燒化石燃料發(fā)電的排放量是微不足道的。 根據(jù)Nuclear Europe Worldscan No. 1-2, 1996的統(tǒng)計(jì)，將核能源鏈中從鈾礦石開采和加

11、工、轉(zhuǎn)化、富集燃料元件制造，核電廠建造和運(yùn)行，后處理和后段都加在一起每Kwh排放的CO2量為11.5g。,核電廠對(duì)環(huán)境的影響是極小的，所以核電是清潔的能源。 1,核電廠不排放SO2,NO2、和煙塵，也不排放溫室氣體。 2,核電廠會(huì)產(chǎn)生放射性物質(zhì)，但核電廠產(chǎn)生的放射性 物質(zhì)是不能隨便排放出去的，裂變產(chǎn)物中的錒系元素和長(zhǎng)壽命的放射性物質(zhì)，要經(jīng)過乏燃料的后處理（嬗變、玻璃固化、深埋）。 3,核電廠要嚴(yán)格控制放射性排放的國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)所采取的安全措施。 核電廠中的基建費(fèi)用有60%與核安全、輻射防護(hù)和環(huán)境保護(hù)有關(guān)，發(fā)電廠成本中用于環(huán)境保護(hù)的約占到25%到40%。 核電是把環(huán)境保護(hù)的費(fèi)用內(nèi)部化程度最高的一種

12、能源。,由于各個(gè)國(guó)家對(duì)于污染物排放量的限制愈來愈嚴(yán)格，一些國(guó)家對(duì)污染物排放量抽稅，如對(duì)溫室氣體排放量抽稅（碳稅）的法規(guī)也在醞釀之中，化石燃料電廠進(jìn)一步嚴(yán)格控制大氣污染大勢(shì)所趨。,關(guān)于CO2,CH4等溫室氣體引起的全球氣候變暖問題 1992年里約熱內(nèi)盧聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展大會(huì)（UNCED），會(huì)上簽訂了氣候變化框架公約（FCCC） 1997年京都FCCC議定書規(guī)定工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家總體在2008-2012年間的溫室氣體年排放量要比1990年水平減少5.2%（其中美國(guó)減少7%，歐盟減少8%，日本減少6%，澳大利亞減少8%），發(fā)展中國(guó)家為了不妨礙其旨在發(fā)展經(jīng)濟(jì)與消除貧困的工業(yè)化計(jì)劃，溫室氣體排放量約束目標(biāo)自定,

13、但美國(guó)以發(fā)展中國(guó)家不承擔(dān)義務(wù)而拒絕批準(zhǔn)該議定書 。,我國(guó)政府在哥本哈根會(huì)議上，以一個(gè)負(fù)責(zé)任的大國(guó)主動(dòng)做了兩個(gè)承諾： 1,在2020年時(shí)非石化能源站15%的能源； 2,在2010年時(shí)單位GDP碳排放比2005年下降40% 至45%，從20062010年把單位GDP能耗降低20%，中央投入約2000億元，任務(wù)艱巨,四,核電是一種安全的能源,一,核電的基本原理,切爾諾貝利核電廠事故 4x100萬(wàn)KW (電功率320萬(wàn)KW), 4號(hào)堆石墨沸水堆 發(fā)生事故的原因; 1.這種堆型本身設(shè)計(jì)上的缺陷(主要是:反應(yīng)性正氣泡系數(shù),控制捧引入正反應(yīng)性,無安全殼) 2,嚴(yán)重的違章操作 3,控制系統(tǒng)落后,事故造成瞬發(fā)超

14、熔界,導(dǎo)至功率劇增,熔融的燃料碎粒和冷卻劑產(chǎn)生劇烈的化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生蒸氣爆炸和氫氣爆炸,石墨燃燒,主回路和反應(yīng)堆廠房被破壞,大量放射性物質(zhì)逸入大氣,爆炸碎片飛落在房頂引起多處起火,1979 年美國(guó)三里島核電站2號(hào)壓水堆事故 事故原因:設(shè)備故障和人員誤操作,致使堆芯冷卻嚴(yán)重惡化,造成2/3的堆芯熔化或嚴(yán)重破壞. 后果:有50%的氣態(tài)裂變產(chǎn)物從燃料中釋放出來進(jìn)入安全殼,其中揮發(fā)性裂變產(chǎn)物碘和銫絕大部分都溶解在安全殼的水中,惰性氣體氪和氙則存留在安全殼內(nèi)的空氣中,但又因?yàn)槿藛T誤操作造成一部分氣態(tài)裂變物質(zhì)通過通風(fēng)系統(tǒng)和煙囪排入大氣. 對(duì)環(huán)境影響;由于安全殼的良好屏蔽的作用,事故后大氣中I-131放射性最

15、大濃度為1.2Bq/m3相當(dāng)於安全標(biāo)準(zhǔn)的0.5%;附近居民接受的最大個(gè)人劑量為1mSv,只有三名電廠職工受到略超過年規(guī)定限值(當(dāng)時(shí)規(guī)定為50mSv)對(duì)公眾末造成任何輻射損害,對(duì)環(huán)境的影響是微不足道.,全世界45年來500多座核電反應(yīng)堆的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明核電廠具有很好的安全性.至2000年底合計(jì)約10000堆年的遠(yuǎn)行歷史中僅發(fā)生過二起堆芯熔化事故,其中一起造成放射性物質(zhì)大量溢出. 由於切爾諾貝利電廠的堆型不再允許建造,具有功率自穩(wěn)定型的壓水堆和沸水堆不會(huì)發(fā)生切爾諾貝利型的事故,即便發(fā)生三里島型的事故,所產(chǎn)生的放射性物質(zhì)都包容在堅(jiān)固密封的安全殼中,不會(huì)對(duì)公眾和環(huán)境造成損害.,輻射劑量: 1,每人天然輻

16、射年平均 2400微希弗,1000微希弗來自人工輻射 職業(yè)人員五年積累不超過20毫希弗,公眾一年1毫希弗 瞬肘劑量200毫希弗開殆有反應(yīng),4000毫希弗為致死劑量,核電事故和核爆炸是完全不同的兩回事,核事故絕不可能出現(xiàn)核爆炸,因?yàn)? 1,髙濃縮的鈾-235; 2,髙度球?qū)ΨQ的壓縮; 3,重物質(zhì)作為隋層將裂變反應(yīng)緊緊圍住,曰本福島核事故給我們什么經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn) 1,地質(zhì)水文很重要 2,非能動(dòng)控制系統(tǒng)(第三代核電站)比能動(dòng)控制系統(tǒng)(第二代核電站)好 3,安全第一,因地制宜,4,增加對(duì)核輻射及其防護(hù)知識(shí)的了解.要正確宣傳核知識(shí) 如什么是核爆炸和什么是核電站事故,什么是三里島事故,什么是切爾諾貝利事故,什么

17、是福島核事故.它們都是在什么情況下發(fā)生的,它們給我們的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)是什么?,五,結(jié)束語(yǔ) 1. 核電是一種經(jīng)濟(jì)的能源,在當(dāng)前的情況下核電的經(jīng)濟(jì)性是可以和煤電相比,隨著對(duì)於溫室氣體排放限制的要求愈來愈嚴(yán)以及核電站的壽期的延長(zhǎng),核電在經(jīng)濟(jì)上的競(jìng)爭(zhēng)力會(huì)愈來愈強(qiáng). 2. 核電是一種最清潔的能源.二氧化碳等溫室氣體和有害物質(zhì)的排放最少.是符合節(jié)能減排的要求.裂變所產(chǎn)生的放射性物質(zhì)要通過對(duì)泛燃料的后理得到解決,3.核電是一種安全的能源.核安全和核監(jiān)管的力度是各種能源中最高的.切爾諾貝利型的核事故是不會(huì)發(fā)生的.三里島型的核事故發(fā)生的機(jī)率極小.即使發(fā)生也對(duì)環(huán)境影響很小. 4,福島的核事故造成了嚴(yán)重的影響,但不沒有造成大規(guī)模的核泄漏,它是由大地震引發(fā)的,我們要從中吸取教訓(xùn),即在日本這樣地震多發(fā)的地區(qū)防震的措施考慮不足,但也要看到這在日本也是千年一遇,在什么地方建核電站要考慮該地區(qū)的地質(zhì)水文的歷史記載,5.公眾要增加對(duì)核電的了解,作為用戶要積極參與建設(shè)和管理.核電建設(shè)得好對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)是一個(gè)推動(dòng). 6.所有核電建設(shè)者要按照胡錦濤總書記的要求”又好又