風(fēng)能核能李輝

風(fēng)能核能李輝第1頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四1新能源新興產(chǎn)業(yè)金融海嘯的風(fēng)聲漸緩，但是一場以新能源革命和低碳經(jīng)濟為主題的綠色浪潮正在席卷全球。新能源戰(zhàn)略成為西方發(fā)達國家占領(lǐng)國際市場競爭新的制高點、主導(dǎo)全球價值鏈的新王牌。對于我國來講，發(fā)展新能源更是實現(xiàn)經(jīng)濟復(fù)蘇的重大舉措和應(yīng)對全球氣候變化的客觀需要。新能源(又稱非常規(guī)能源)是指傳統(tǒng)能源之外的各種能源形式。指剛開始開發(fā)利用或正在積極研究有待推廣的能源。目前的新能源有太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能和核聚變能等。1.1產(chǎn)業(yè)背景第2頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四新能源的分類太陽能：太陽能一般指太陽光的輻射能量。太陽能的主要利用形式有太陽能的光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換以及光化學(xué)轉(zhuǎn)換三種主要方式，廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風(fēng)能，化學(xué)能，水的勢能等由太陽能導(dǎo)致或轉(zhuǎn)化成的能量形式。利用太陽能的方法主要有：太陽電能池，通過光電轉(zhuǎn)換把太陽光中包含的能量轉(zhuǎn)化為電能；太陽能熱水器，利用太陽光的熱量加熱水，并利用熱水發(fā)電等。核能：核能是通過轉(zhuǎn)化質(zhì)量而從原子核釋放的能量，符合阿爾伯特·愛因斯坦的方程e=mc^2，其中e=能量，m=質(zhì)量，c=光速常量。

1.1產(chǎn)業(yè)背景第3頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四新能源的分類海洋能：海洋能指蘊藏于海水中的各種新能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、海水溫差能、海水鹽度差能等。這些新能源都具有可再生性和不污染環(huán)境等優(yōu)點，是一項亟待開發(fā)利用的具有戰(zhàn)略意義的新能源。波浪發(fā)電，據(jù)科學(xué)家推算，地球上波浪蘊藏的電能高達90萬億度。海上導(dǎo)航浮標(biāo)和燈塔已經(jīng)使用波浪發(fā)電機發(fā)出的電來照明。大型波浪發(fā)電機組也已問世。中國在也對波浪發(fā)電進行研究和試驗，并制成了供航標(biāo)燈使用的發(fā)電裝置。1.1產(chǎn)業(yè)背景第4頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四新能源的分類風(fēng)能：風(fēng)能是太陽輻射下流動所形成的新能源。風(fēng)能與其他能源相比，具有明顯的優(yōu)勢。它蘊藏量大，是水能的10倍。分布廣泛，永不枯竭，對交通不便、遠離主干電網(wǎng)的島嶼及邊遠地區(qū)尤為重要。風(fēng)力發(fā)電是當(dāng)代人利用風(fēng)能最常見的形式。自19世紀(jì)末，丹麥研制成風(fēng)力發(fā)電機以來，人們認(rèn)識到石油等能源會枯竭，才重視風(fēng)能的發(fā)展。生物質(zhì)能：生物質(zhì)能來源于生物質(zhì)，也是太陽能以化學(xué)能形式貯存于生物中的一種新能源，它直接或間接地來源于植物的光合作用。生物質(zhì)能是貯存的太陽能，更是一種唯一可再生的碳源，可轉(zhuǎn)化成常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的燃料。地球上的生物質(zhì)能資源較為豐富，而且是一種無害的新能源。地球每年經(jīng)光合作用產(chǎn)生的物質(zhì)有1730億噸，其中蘊含的能量相當(dāng)于全世界能源消耗總量的10-20倍，但利用率不到3%。1.1產(chǎn)業(yè)背景第5頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四新能源的分類地?zé)崮埽旱厍騼?nèi)部熱源可來自重力分異、潮汐摩擦、化學(xué)反應(yīng)和放射性元素衰變釋放的能量等。放射性熱能是地球主要熱源。中國地?zé)豳Y源豐富，分布廣泛，已有5500處地?zé)狳c，地?zé)崽?5個，地?zé)豳Y源總量約320萬兆瓦。氫能：氫能在眾多新能源中，以其重量輕、無污染、熱值高、應(yīng)用面廣等獨特優(yōu)點脫穎而出，將成為21世紀(jì)的理想新能源。氫能可以作飛機、汽車的燃料，可以用作推動火箭動力。1.1產(chǎn)業(yè)背景第6頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四全球經(jīng)濟危機往往催生重大科技創(chuàng)新和革命。1857年的危機推動了以電氣革命為標(biāo)志的技術(shù)革命;1929年的危機引發(fā)了二次世界大戰(zhàn)之后以電子、航空航天和核能技術(shù)突破為標(biāo)志的第二次技術(shù)革命;當(dāng)前的金融危機，也必將催生一場新的科技革命———新能源革命。1.2產(chǎn)業(yè)前景第7頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四許多國家特別是發(fā)達國家，紛紛把發(fā)展新能源作為應(yīng)對金融危機、擴大就業(yè)的重要投資領(lǐng)域。比如美國奧巴馬政府明確推出“綠色能源計劃”。該計劃提出3年內(nèi)，使可再生能源利用量增加1倍，到2012年，可再生能源發(fā)電比例提高到10%，到2025年增到25%，并準(zhǔn)備建立上千億美元的清潔能源發(fā)展基金以支持新能源技術(shù)的研發(fā)和推廣。奧巴馬此舉旨在改變美國的生產(chǎn)和生活方式，以保證其在新一輪國際競爭中占據(jù)制高點。1.2產(chǎn)業(yè)前景第8頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四從各方面反饋的信息看，積極發(fā)展新能源，既是著眼于應(yīng)對當(dāng)前金融危機，擴大投資和消費需求，增強市場信心，更是為了從根本上解決能源和環(huán)境問題，從戰(zhàn)略上搶占未來發(fā)展的制高點。作為全球最大的發(fā)展中國家，中國必須抓住這次歷史性機遇，加大新能源和可再生能源發(fā)展步伐，推進能源戰(zhàn)略發(fā)展的轉(zhuǎn)型。1.2產(chǎn)業(yè)前景第9頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四國際經(jīng)驗表明，每次大的經(jīng)濟危機都孕育著新的產(chǎn)業(yè)革命的萌芽。第一次工業(yè)革命中蒸汽機的廣泛使用，推動了煤炭大規(guī)模使用，煤炭作為新能源代替了木材等傳統(tǒng)生物質(zhì)能源的地位。第二次工業(yè)革命中發(fā)電機、電動機、內(nèi)燃機的出現(xiàn)，推動了石油的廣泛使用，并很快成為最主要的能源。第三次工業(yè)革命主要是原子能、風(fēng)能、計算機和航天技術(shù)，其中與能源相關(guān)的主要是核能技術(shù)的發(fā)展，但在相當(dāng)長時間內(nèi)核能沒有獲得廣泛的發(fā)展。1.3機遇與挑戰(zhàn)第10頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四下一輪工業(yè)革命……石油等傳統(tǒng)能源是工業(yè)經(jīng)濟的血液，因而對傳統(tǒng)能源的替代必將是革命性的，也只有出現(xiàn)替代石油等傳統(tǒng)能源的新能源的廣泛運用，才能徹底改變整個工業(yè)經(jīng)濟的生產(chǎn)方式，才能稱為新的工業(yè)革命。下一輪工業(yè)革命將促使轉(zhuǎn)變整個能源利用方式，以可再生能源重構(gòu)人類使用能源的創(chuàng)新體系，繼而催生一輪以能源為主導(dǎo)的全球新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)變革，最終實現(xiàn)全球分工體系的大“換血”和全球利益的大重組1.3機遇與挑戰(zhàn)第11頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四我國新能源技術(shù)與世界水平部分接近，與歐美發(fā)達國家處在同一起跑線上。我國在建和規(guī)劃的核電規(guī)模世界最大，核技術(shù)自主能力達到三代水平。2008年底，風(fēng)電裝機容量達到了1221萬kW，躋身于世界風(fēng)電裝機容量超千萬kW的行列，成為亞洲第1、世界第4的風(fēng)電大國，風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù)國產(chǎn)化達到了一定水平。在太陽能利用方面，太陽能熱水器和地?zé)岵膳燃夹g(shù)已基本達到相當(dāng)指標(biāo)。技術(shù)已基本成熟并研制開發(fā)出了實用產(chǎn)品，具有一定的獲利能力和一定的市場，形成了初步的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。我國從“十五”開始布局實施國家“863”計劃“電動汽車重大科技專項”和“新能源汽車”重大項目，重點開展新能源汽車核心技術(shù)研發(fā)，國產(chǎn)新一代燃料電池轎車的最高車速已達150km/h。1.3機遇與挑戰(zhàn)第12頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四2風(fēng)力發(fā)電風(fēng)能是一種可再生、無污染的綠色能源，儲量十分豐富。據(jù)估計，全球可利用的風(fēng)能總量在53000TWh/年。風(fēng)能的大規(guī)模開發(fā)利用將會有效減少化石能源的使用，減少溫室氣體排放。保護環(huán)境、大力發(fā)展風(fēng)能已經(jīng)成為各國政府的重要選擇。2007年,全球風(fēng)力發(fā)電能力較2006年又增長24%,達到94112MW,比10年前的不足5000MW增長了12倍。風(fēng)能是世界上增長最快的能源,過去10年間年平均增長率為29%,與之形成反差的是,同一期間每年煤電增長2.5%,核電增長1.8%,天然氣發(fā)電增長2.5%,油發(fā)電增長117%2.1世界風(fēng)電發(fā)展?fàn)顩r第13頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四2風(fēng)力發(fā)電風(fēng)能是一種可再生、無污染的綠色能源，儲量十分豐富。據(jù)估計，全球可利用的風(fēng)能總量在53000TWh/年。風(fēng)能的大規(guī)模開發(fā)利用將會有效減少化石能源的使用，減少溫室氣體排放。保護環(huán)境、大力發(fā)展風(fēng)能已經(jīng)成為各國政府的重要選擇。2007年,全球風(fēng)力發(fā)電能力較2006年又增長24%,達到94112MW,比10年前的不足5000MW增長了12倍。風(fēng)能是世界上增長最快的能源,過去10年間年平均增長率為29%,與之形成反差的是,同一期間每年煤電增長2.5%,核電增長1.8%,天然氣發(fā)電增長2.5%,油發(fā)電增長117%2.1世界風(fēng)電發(fā)展?fàn)顩r第14頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四2007年全球新增風(fēng)電裝機容量及累計裝機容量

表12007年全球新增風(fēng)電裝機容量(兆瓦)

表22007年全球累計風(fēng)電裝機容量(兆瓦)第15頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四世界風(fēng)力發(fā)電場的發(fā)電成本自20世紀(jì)80年代以來下降了將近90%,現(xiàn)在已下降到4美分/(kWh),甚至更低。在有些市場,風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)比傳統(tǒng)能源發(fā)電便宜。歐洲風(fēng)能協(xié)會預(yù)測,到2020年風(fēng)力發(fā)電成本將下降到3美分/(kWh)。風(fēng)力發(fā)電成本下降,主要原因是技術(shù)的進步,風(fēng)電項目融資成本下降,以及渦輪機和零部件的制造和建設(shè)已形成經(jīng)濟規(guī)模。

第16頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四2.2風(fēng)電基本原理及組成把風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苁秋L(fēng)能利用中機械能最基本的一種方式。風(fēng)力發(fā)電機一般有風(fēng)輪、發(fā)電機（包括裝置）、調(diào)向器（尾翼）、塔架、限速安全機構(gòu)和儲能裝置等構(gòu)件組成。風(fēng)力發(fā)電機的工作原理比較簡單，風(fēng)輪在風(fēng)力的作用下旋轉(zhuǎn)，把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)輪軸的機械能。發(fā)電機在風(fēng)輪軸的帶動下旋轉(zhuǎn)發(fā)電。第17頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四風(fēng)輪：把流動空氣具有的動能轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的機械能。一般風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)輪由2個或3個葉片構(gòu)成。在風(fēng)力發(fā)電機中，已采用的發(fā)電機有3種，即直流發(fā)電機、同步交流發(fā)電機和異步交流發(fā)電機。調(diào)向器：使風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)輪隨時都迎著風(fēng)向，從而能最大限度地獲取風(fēng)能。一般風(fēng)力發(fā)電機幾乎全部是利用尾翼來控制風(fēng)輪的迎風(fēng)方向的。尾翼的材料通常采用鍍鋅薄鋼板。限速安全機構(gòu)：保證風(fēng)力發(fā)電機運行安全。限速安全機構(gòu)的設(shè)置可以使風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速在一定的風(fēng)速范圍內(nèi)保持基本不變。幾個部件作用說明第18頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四圖1風(fēng)力發(fā)電機組詳細(xì)組成第19頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四2.3關(guān)鍵技術(shù)——葉片葉片是風(fēng)力發(fā)電機中的關(guān)鍵部件之一，其良好的設(shè)計、可靠的質(zhì)量和優(yōu)越的性能是保證機組正常穩(wěn)定運行的決定因素。因此，葉片的設(shè)計和制造質(zhì)量水平十分重要，被視為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)水平代表。風(fēng)力發(fā)電機葉片的關(guān)鍵技術(shù)主要包括葉片的設(shè)計理論、結(jié)構(gòu)形式、材料選擇和翼型的選擇等方面。其中，葉片的翼型設(shè)計和結(jié)構(gòu)形式直接影響風(fēng)力發(fā)電裝置的性能和功率，是其中最核心的部分。第20頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四2.3關(guān)鍵技術(shù)——葉片葉片涉及到的主要專業(yè)技術(shù)：空氣動力學(xué)彈性力學(xué)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)自動控制電機學(xué)其他第21頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四2.3關(guān)鍵技術(shù)——葉片風(fēng)機對葉片的要求：高效的受風(fēng)翼型（空氣動力學(xué)）重量輕、結(jié)構(gòu)強度高（結(jié)構(gòu)、材料力學(xué)）葉片表面光滑降低阻力制造成本低第22頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四2.3關(guān)鍵技術(shù)——葉片葉片現(xiàn)在狀況：現(xiàn)在風(fēng)能利用系數(shù)：0.47左右極限值：0.539材料：玻璃鋼（疲勞強度高、耐腐蝕、易成形）材料：碳纖維（高彈性、質(zhì)量輕、價格貴）還有很大改進空間第23頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四2.3關(guān)鍵技術(shù)——變速恒頻變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)可以使風(fēng)力機在很大風(fēng)速范圍內(nèi)按最佳效率運行的重要優(yōu)點越來越引起人們的重視。從風(fēng)力機的運行原理可知，風(fēng)力機的轉(zhuǎn)速正比于風(fēng)速并保持一個恒定的最佳葉尖速比，從而使風(fēng)力機的風(fēng)能利用系數(shù)Cp保持最大值不變，風(fēng)力發(fā)電機組輸出最大功率，最大限度的利用風(fēng)能，提高了風(fēng)力機的運行效率。上世紀(jì)90年代后國外大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)均采用變速恒頻技術(shù)。第24頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四2.3關(guān)鍵技術(shù)——變速恒頻變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)之交—直—交發(fā)電系統(tǒng)

該系統(tǒng)利用磁場定向矢量控制技術(shù)可實現(xiàn)有功、無功功率的靈活控制，對電網(wǎng)而言可起到無功補償?shù)淖饔?。。?yōu)點：這種系統(tǒng)在并網(wǎng)時沒有電流沖擊，對系統(tǒng)幾乎沒有影響。缺點：頻率變換裝置采用靜態(tài)自鼓勵式逆變器，無功功率可調(diào)，但高頻電流流向并影響電網(wǎng)。第25頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四2.3關(guān)鍵技術(shù)——變速恒頻變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)之開關(guān)磁阻發(fā)電機系統(tǒng)

優(yōu)點：變換器及控制、驅(qū)動簡潔，大容量、高功率密度，容錯能力強。缺點：非線性，需控制參數(shù)多，控制復(fù)雜。以開關(guān)磁阻發(fā)電機為機電能量轉(zhuǎn)換核心，電機定子上設(shè)有集中繞組，轉(zhuǎn)子上既無繞組也無永磁體第26頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四2.3關(guān)鍵技術(shù)——系統(tǒng)建模與仿真風(fēng)力發(fā)電機組建模和分析技術(shù)主要研究建立風(fēng)力發(fā)電機組的非線性分析模型的方法，用建立的分析模型，分析其在各種工況下的性能和動力學(xué)特性，驗證設(shè)計是否能夠滿足要求。第27頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四2.3關(guān)鍵技術(shù)——系統(tǒng)建模與仿真系統(tǒng)模型主要包括：非線性功率傳動鏈模型：主要研究風(fēng)力發(fā)電機組將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的過程。結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析模型：主要研究風(fēng)力發(fā)電機在運行過程中的結(jié)構(gòu)振動變形情況?？刂撇呗苑治瞿Ｐ停褐饕芯匡L(fēng)力發(fā)電機組最大功率獲取的控制方法研究。第28頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四3核電及應(yīng)用名詞:核反應(yīng)堆核反應(yīng)堆通常指裂變反應(yīng)堆，即用于產(chǎn)生自身維持和控制鏈?zhǔn)胶肆炎兎磻?yīng)的裝置，因最初這種裝置由石墨磚及含核燃料的石墨塊堆砌成而得名。核反應(yīng)堆是核電站的關(guān)鍵設(shè)備,鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)就在其中進行,反應(yīng)堆的種類很多,核電站中使用最多的是壓水堆。壓水堆中首先要有核燃料,把小手指頭大小的燒結(jié)二氧化鈾芯塊裝到鋯合金管中,將2百多根裝有芯塊的鋯合金管組裝在一起,成為燃料組件。每個組件中有一束控制棒,控制著鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)的急緩程度和反應(yīng)的開始和終止。第29頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四3核電及應(yīng)用核電站的安全性核燃料在反應(yīng)堆中裂變時，產(chǎn)生大量的放射性物質(zhì)，因此，核電站是一個有很大潛在危險性的能源設(shè)施，對它必須處處設(shè)防，避免各種可能事故發(fā)生。核電站設(shè)計的安全標(biāo)準(zhǔn)很高，這是它建設(shè)投資成本的重要原因。壓水堆核電站有4道安全屏障：二氧化鈾陶瓷塊可耐高溫，燃料組件包殼有很好密封，整個堆芯密封在壓力容器（厚20cm的鋼）內(nèi)，有堅固的安全殼。因此安全性能夠保證。第30頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四3核電及應(yīng)用

兩次嚴(yán)重人為核事故1979年美國三里島核電站二回路故障，造成失水，無法導(dǎo)出余熱，部分燃料棒熔化、破損，放射性泄漏，但對環(huán)境影響不大。1986年切爾諾貝利核電站嚴(yán)重事故，也是人為造成的。停堆進行電機性能試驗，切斷安全保護系統(tǒng)，將堆內(nèi)大部分控制棒迅速拔出，剩下8根時，反應(yīng)堆功率失控，被切斷的安全保護系統(tǒng)無法動作，引起爆炸與燃燒，堆芯熔化，放射性嚴(yán)重泄漏，大范圍污染環(huán)境和大量人員死傷（31人死亡、203人放射病、400萬人低劑量輻射）。第31頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四3核電及應(yīng)用3.1世界核電發(fā)展?fàn)顩r自1954年蘇聯(lián)建成世界上第一座電功率5000KWe（千韋，磁通量單位）實驗性核電廠以及1957年美國建成電功率9萬KWe的希平港原型核電站以來，世界核電已取得了長足發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，2006年全世界正在運行的核電機組有441個（其中輕水堆核電機組約占80%，重水堆核電機組約占8%，輕水堆核電機組中壓水堆機組占了76%，沸水堆機組約占34％），分布在31個國家或地區(qū)，年發(fā)電量占世界總發(fā)電量的16%。另外，正在建造的核電機組有25臺。第32頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四目前，世界核電主要分布在北美（美國、加拿大）、歐洲（法國、英國、俄羅斯、德國）和東亞（日本、韓國），這8個國家的核電機組數(shù)量占全世界總和的74%，其裝機容量則占79.5%。核電裝機容量排名前三位的美國、法國和日本的核電機組之和占全世界的49.4%，裝機容量占56.9%。3.1世界核電發(fā)展?fàn)顩r第33頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四3.1世界核電發(fā)展?fàn)顩r國家/地區(qū)運行機組數(shù)（臺）總裝機容量（MWe）占總發(fā)電量比例（%）美國10310452019.3加拿大181336014.6巴西220072.5阿根廷210056.9墨西哥213645法國596613078.5英國231285219.9德國172136631瑞典10963546.7瑞士5337232.1西班牙9773319.6比利時7609255.6保加利亞4288044.1俄羅斯312324215.8烏克蘭151383548.5各國2006年核電裝機容量及發(fā)電量統(tǒng)計第34頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四國家/地區(qū)運行機組數(shù)（臺）總裝機容量（MWe）占總發(fā)電量比例（%）斯洛伐克6264056.1捷克6358130.5芬蘭4278032.9匈牙利4186637.2荷蘭14813.9羅馬尼亞17068.6斯洛文尼亞170742.4亞美尼亞140842.7南非218885.5中國大陸1189582.1中國臺灣64904——韓國201771644.7日本554858029.3印度1533102.8巴基斯坦24622.8立陶宛1130069.6伊朗000全世界441387680——各國2006年核電裝機容量及發(fā)電量統(tǒng)計（續(xù)）第35頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四美國：第一座核電廠建成于1975年12月。近50年來美國總共建成商業(yè)核電機組132臺，除去已經(jīng)關(guān)閉的28臺目前仍在運行的有103臺，居世界之最，它們分布在美國的31個州。2006年美國核能發(fā)電量約為7804億千瓦小時，占全國總發(fā)電量的19.3%。美國核電發(fā)展的特點：開發(fā)階段起步早，堆型多，建設(shè)階段大起大落。由于美國資金雄厚，早期采用多種堆型進行試驗，經(jīng)大量試驗后，較早地確定了輕水堆。3.1世界核電發(fā)展?fàn)顩r——美國第36頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四1975年美國核電發(fā)展達到頂峰，此前發(fā)展過猛，此后緊急剎車。美國現(xiàn)有的核電機組全是早期建成的。三十多年來，美國沒有新建一臺核電機組。三里島事故是促使美國核電發(fā)展急剎車的主要原因。這次事故雖然沒有造成環(huán)境污染，但給電力公司造成巨大經(jīng)濟損失。三里島事故后，美國已經(jīng)訂貨的核電機組停止制造，正在建造的下馬，剛剛建成的機組不讓運行。3.1世界核電發(fā)展?fàn)顩r——美國第37頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四三里島事故后，美國核安全標(biāo)準(zhǔn)變得過于苛刻，審批手續(xù)復(fù)雜，時間拖得很長，造成建設(shè)周期延長，成本增加，電力公司難以承受。另外，燃料和高放廢物最終處置問題也是困擾美國核電發(fā)展的大難題。美國政府經(jīng)過二十年的努力才落實最終處置場，定點在內(nèi)華達州尤卡山。經(jīng)過三十多年的停頓后，目前美國核能事業(yè)正在復(fù)蘇。在核燃料循環(huán)方面，美國過去一直是采用開式循環(huán)，燃料暫存不經(jīng)過處理直接送到最終處置庫。為了減少環(huán)境污染，降低最終廢物處置量，目前美國正在改變核燃料循環(huán)技術(shù)路線，積極開發(fā)先進的后處理技術(shù)。3.1世界核電發(fā)展?fàn)顩r——美國第38頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四法國在世界第一次石油危機之后，決心發(fā)展核電，目前正在運行的核電機組有59個，核電總裝機容量6613萬千瓦，2006年總核電量為4309億千瓦小時，占總核電量的78.5%，核電比例位居世界第一。法國核電發(fā)展的特點是：一直穩(wěn)步發(fā)展，面對世界上出現(xiàn)的兩次大的核事故，法國發(fā)展核電的決心、政策和計劃從不動搖。技術(shù)路線方面，法國核電堆型統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化、程度化，由此帶來的好處是安全審批程序較簡單，審批時間短，建造周期較短，核電成本較低。3.1世界核電發(fā)展?fàn)顩r——法國第39頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四在廠址選擇和布局方面，除沿海布置外，內(nèi)陸濱河廠址也較多。采用閉式燃料循環(huán)，后處理技術(shù)先進，并重視發(fā)展快中子增殖堆，力圖充分利用核燃料。3.1世界核電發(fā)展?fàn)顩r——法國第40頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四日本一次能源嚴(yán)重匱乏，一直堅持積極發(fā)展核電的政策。目前日本運行的核電機組有55臺，2006年核電總裝機容量為4858萬千瓦，核能發(fā)電量為2807億千瓦小時，占全國總發(fā)電量的29.3%。同法國一樣，世界上兩次大的核事故并未動搖日本發(fā)展核電的基本方針，日本核電一直穩(wěn)步增長。在核電堆型選擇方面，日本的壓水堆和沸水堆核電機組并行發(fā)展，兩者數(shù)量相近。3.1世界核電發(fā)展?fàn)顩r——日本第41頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四日本柏崎核電廠是目前世界上裝機總?cè)萘孔畲蟮暮穗姀S（總裝機容量8841兆瓦），其中的兩臺ABWR機組是目前世界上最先進的輕水堆核電機組（見圖）。3.1世界核電發(fā)展?fàn)顩r——日本第42頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四我國的核能事業(yè)開始于1955年，但核能發(fā)電起步較晚，上世紀(jì)七十年代開始設(shè)計工作，1985年開始建設(shè)我國大陸第一座核電廠（即秦山核電廠）,1994年投入運行。其后,除1996年開工建設(shè)的秦山2期核電廠是自主設(shè)計外，先后從法國引入大亞灣2×984MWe和蛉澳一期輕水核電站,從加拿大引入秦山3期2×750MWe重水核電站,從俄羅斯引進田灣2×1060MWe核電站。我國大陸已投入商業(yè)運行的11臺核電機組，其總裝機容量約為900萬千瓦。2007年核發(fā)電量近600億千瓦小時，大約占全國總發(fā)電量的1.8%。3.1世界核電發(fā)展?fàn)顩r——中國第43頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四我國大陸現(xiàn)有三個核電基地:即浙江秦山核電基地(已建成5個核電機組，在建4個機組)廣東大亞灣核電基地(已建成4個核電機組，在建2臺機組)江蘇田灣核電基地(2臺核電機組已投入運行）在其它地區(qū)正在建設(shè)的核電廠有：遼寧紅沿河4臺機組；福建寧德2臺機組，福清2臺機組3.1世界核電發(fā)展?fàn)顩r——中國第44頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四3.1世界核電發(fā)展?fàn)顩r——中國第45頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四機組名稱單機容量（MWe）開始建造時間商業(yè)運行時間秦山一期3001985-03-021994-04秦山二期2×6501996-06-022002-05-03秦山三期2×7281998-06-082003-07-24大亞灣2×9841987-08-071994-05-06嶺澳一期2×9841997-052003-01-08田灣一期2×10601999-102007－11秦山二期擴建2×650在建嶺澳二期2×984在建遼寧紅沿河4×984在建福建寧德2×984在建浙江方家山2×984在建福建福清2×984在建中國大陸已投入運行和在建的核電廠第46頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四秦山一期：秦山一期30萬千瓦機組是我國自主設(shè)計、建造和運營的第一個原型堆核電機組。它的建成結(jié)束了我國大陸無核電的歷史，使我國成為繼美、英、法、前蘇聯(lián)、加拿大和瑞典之后世界上第7個能自行設(shè)計、建造核電廠的國家。3.1世界核電發(fā)展?fàn)顩r——中國第47頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四秦山二期核電廠是我國首座自主建設(shè)、自主建造、自主管理、自主運營的2×650MWe級商用壓水堆核電廠。兩臺機組分別于2002年4月15日和2004年5月3日投入商業(yè)運行。3.1世界核電發(fā)展?fàn)顩r——中國第48頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四序號項目名稱單位指標(biāo)1廠區(qū)占地面積（包括開關(guān)站）公頃602建構(gòu)筑物占地面積m2～1260003廠區(qū)道路、廣場占地面積m2～600004建筑系數(shù)%215綠化面積m2900006綠化系數(shù)%157每機組用地公頃/機158單位容量占地公頃/萬KW0.259土石方（挖方）工程量萬m366510護堤長度m1000秦山二期主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)第49頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四秦山三期核電廠是引進加拿大重水堆技術(shù)建造的兩臺728MW級重水堆核電廠。兩臺機組先后于2002年12月31日和2003年7月24日投入商業(yè)運行。目前運行情況良好。3.1世界核電發(fā)展?fàn)顩r——中國第50頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四廣東大亞灣核電廠是我國引進國外資金、設(shè)備和技術(shù)建設(shè)的首座2×900MW級商用壓水堆核電廠。兩臺單機容量984MW壓水堆機組的核島部分采用的是法國壓水堆技術(shù)。大亞灣核電廠年發(fā)電量約150億千瓦時，70％供香港，30％送廣東電網(wǎng)。3.1世界核電發(fā)展?fàn)顩r——中國第51頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四嶺澳核電廠廣東嶺澳核電廠一期工程建成兩臺單機容量為984MW的壓水堆核電機組，它們以大亞灣核電機組為參考，綜合經(jīng)驗反饋、新技術(shù)應(yīng)用和核安全發(fā)展的要求，實施了若干改進。兩臺機組先后于2002年5月28日和2003年1月8日投入商業(yè)運行，目前運行性能良好。2004年7月，國務(wù)院批準(zhǔn)建設(shè)嶺澳二期工程，其規(guī)模和機組與嶺澳一期相同。兩臺機組將分別于2010年和2011年建成并投入商業(yè)運行。3.1世界核電發(fā)展?fàn)顩r——中國第52頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四由于化石燃料的供應(yīng)和價格經(jīng)常受到國際政治外交和軍事沖突的影響，溫室氣體排放造成的環(huán)境問題壓力日益加劇，加上兩次大事故后世界核電的運行業(yè)績和技術(shù)進步，使得世界上許多國家又把發(fā)展清潔能源的注意力又重新轉(zhuǎn)向核能。在經(jīng)歷了上世紀(jì)八、九十年代的低潮后，世界核電正在走向復(fù)蘇，今后許多國家將大規(guī)模建造先進的核電機組，并繼續(xù)開發(fā)先進核能系統(tǒng)。總的發(fā)展路線圖是：現(xiàn)有核電機組延長使用壽命→新建第三代輕水堆機組→開發(fā)第四代核能系統(tǒng)→開發(fā)核能制氫3.2世界核電發(fā)展前景第53頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四按照目前約定成俗的說法，現(xiàn)有的核能系統(tǒng)分為三代:上世紀(jì)五十年代末至六十年代初建造的第一批原型核電機組為第一代；六十年代至七十年代大批建造的單機容量為600～1400KW的標(biāo)準(zhǔn)型核電機組為第二代，它們是目前世界上正在運行的441臺核電機組的主體；八十年代開始發(fā)展、九十年代后期投入市場的先進輕水堆（APWR、ABWR）核電機組為第三代;上世紀(jì)與本世紀(jì)之交提出的、目前正在開發(fā)的先進核能系統(tǒng)為第四代。3.2世界核電發(fā)展前景第54頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四第三代核能系統(tǒng)----滿足URD或EUR要求URD（用戶要求文件）要求舉例:設(shè)計壽期60年設(shè)計可利用率87%建造周期≤54個月先進儀控系統(tǒng)非能動安全特性嚴(yán)重事故緩解措施3.2世界核電發(fā)展前景第55頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四第四代核能系統(tǒng)（背景）第四代核能系統(tǒng)的概念最先是在1999年6月召開的美國核學(xué)會年會上提出的。美國、法國、日本、英國等核發(fā)達國家于2000年組建了Gen-Ⅳ核能國際論壇。2003年，美國、法國、日本、英國、加拿大、韓國、阿根廷、南非、巴西、瑞士、歐洲原子能聯(lián)盟等共11個國家和組織決定共同開發(fā)第四代核能系統(tǒng)。2006年7月上述11個會員組織接納俄羅斯為第四代核能國際論壇成員。3.2世界核電發(fā)展前景第56頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四第四代核能系統(tǒng)（目標(biāo)）經(jīng)濟初投資≤1000美元/KW總的電力生產(chǎn)成本≤3美分/KWh建設(shè)周期≤3年可持續(xù)發(fā)展?jié)崈艨諝猓◤U物量極少）長期可靠燃料利用率高3.2世界核電發(fā)展前景第57頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四背景我國目前核電規(guī)模不大，核發(fā)電量占全國中發(fā)電量比例甚小，與世界核電平均水平相差甚遠。其主要原因是過去我國核電在國家能源戰(zhàn)略中的作用和地位無足輕重。為了滿足我國電力增長需求，保障能源供應(yīng)安全、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、減少環(huán)境污染、保證社會和國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，我國近來調(diào)整了核電政策，由過去的“適度發(fā)展核電”轉(zhuǎn)變?yōu)椤胺e極發(fā)展核電”。2006年3月國務(wù)院通過了我國《中長期核電發(fā)展規(guī)劃》（2005-2020年）。按此規(guī)劃，到2020年，我國大陸核電運行機組總裝機容量將達到4000萬千瓦。這相當(dāng)于要求在今后14～15年內(nèi)，平均每年要建成兩個百萬千瓦級核電機組。3.2世界核電發(fā)展前景——中國第58頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四背景目前應(yīng)該說是中國核能發(fā)展的第三階段，國家已將核電作為能源戰(zhàn)略的重要組成部分。其方針是“積極推進核電建設(shè)”。到2020年核電在國家電力的比例將為4％～5％,中國將建至少30座100萬千瓦級的核電站。根據(jù)國家中長期能源發(fā)展形勢和前景分析，在《2050年我國的能源需求》的研究報告中指出，核電占一次能源的比重應(yīng)提高到12.5%，總裝機容量達到240GW。核燃料循環(huán)各環(huán)節(jié)生產(chǎn)能力到2020年也要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高4～6倍。3.2世界核電發(fā)展前景——中國第59頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四據(jù)能源研究部門預(yù)測，2035年我國核能發(fā)電量有望達到當(dāng)年全國電力總發(fā)電量的16%，約為3億千瓦時。即在大約30年后，我國核能發(fā)電有望達到目前世界核電發(fā)展的平均水平。以廣東為例。根據(jù)國家“積極發(fā)展核電”的方針，廣東省提出了至2020年建成核電裝機容量達到2400萬千瓦，在建1000萬千瓦的核電發(fā)展目標(biāo)。3.2世界核電發(fā)展前景——中國第60頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四我國核電發(fā)展技術(shù)路線從長遠來講，我國核電發(fā)展執(zhí)行熱堆---快堆---聚變堆三步走的方針。在發(fā)展和利用熱堆階段，執(zhí)行1982年回龍觀會議確定的以壓水堆為主技術(shù)路線。裂變堆核電的技術(shù)路線為：近期主要采用經(jīng)改進的第二代核電技術(shù)，建設(shè)一批核電機組；同時開發(fā)第三代和第四代核電技術(shù)。3.2世界核電發(fā)展前景——中國第61頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四我國核電發(fā)展技術(shù)路線國務(wù)院于2006年2月發(fā)布的《國家中長期科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》中，已將“大型先進壓水堆和高溫氣冷堆核電站”列為16個國家重大科技專項之一。浙江三門，廣東陽江，山東海洋共6個100萬千瓦級核電機組作為我國核電自主化依托項目，已通過國際招標(biāo)分別與美國Westinghouse和法國Areva簽訂了引進AP1000和EPR技術(shù)協(xié)議。3.2世界核電發(fā)展前景——中國第62頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四我國核電發(fā)展技術(shù)路線上述項目投標(biāo)單位和堆型為：日本東芝公司控股的美國西屋電器公司——（美國先進壓水堆）AP1000和法國阿?，m（Areva）公司——歐洲先進壓水堆EPR國產(chǎn)第三代壓水堆核電示范工程將于2010年左右開工建設(shè)，2015年后逐步推廣，2020年后將成為我國大規(guī)模核電建設(shè)的主力機型。我國也在開發(fā)高溫氣冷堆，一方面作為壓水堆發(fā)電的補充，同時也為發(fā)展第四代核能系統(tǒng)和核能制氫提供技術(shù)基礎(chǔ)。3.2世界核電發(fā)展前景——中國第63頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四原子和原子核:一切物質(zhì)都是由原子組成的,原子由帶正電的原子核和繞原子核旋轉(zhuǎn)的帶負(fù)電的電子構(gòu)成的;原子核一般由質(zhì)子和中子組成;同一種元素的原子具有相同的化學(xué)性質(zhì),他們的原子核中質(zhì)子數(shù)相同,但中子數(shù)可能不同。鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng):裂變反應(yīng)是由中子引起的,反應(yīng)的結(jié)果又產(chǎn)生新的中子,如果能利用新的中子引起新的核裂變,裂變反應(yīng)就能連續(xù)不斷的進行下去,這就是鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)。50多年前,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)鈾-235原子核在吸收一個中子后能分裂,放出2～3個中子,同時放出大量能量(核裂變能)。鈾是自然界中原子序數(shù)最大的元素,地殼中含量約為4百萬分之一.天然鈾由3種同位素構(gòu)成,其中鈾235占0.71%,鈾235原子核裂變放出的能量是同量煤燃燒放出能量的270萬倍。3.3核電站工作原理第64頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四3.3核電站工作原理第65頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四核電站的工作原理——壓水堆核電站壓水堆核電站主要由原子核反應(yīng)堆、一回路系統(tǒng)、二回路系統(tǒng)及其它輔助系統(tǒng)和設(shè)備組成，如圖所示。3.3核電站工作原理第66頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四核電站的工作原理——壓水堆核電站一回路系統(tǒng)是將裂變能轉(zhuǎn)化為水蒸氣的熱能裝置。它由反應(yīng)堆、一回路循環(huán)泵（即主泵）、穩(wěn)壓罐（即穩(wěn)壓器）、蒸汽發(fā)生器以及相應(yīng)的管道等組成。原子核反應(yīng)堆內(nèi)產(chǎn)生的核能使堆芯發(fā)熱溫度升高，高溫高壓的冷卻水在主循環(huán)泵驅(qū)動下，流進反應(yīng)堆堆芯，將堆芯中的熱量帶至蒸汽發(fā)生器。蒸汽發(fā)生器再把熱量傳遞給二回路循環(huán)系統(tǒng)中的給水，使給水加熱變成高壓蒸汽，放熱后的冷卻水又重新流回堆芯。這樣不斷地循環(huán)往復(fù)，構(gòu)成一個密閉的循環(huán)回路。3.3核電站工作原理第67頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四核電站的工作原理——壓水堆核電站為了確保安全，將整個一回路循環(huán)系統(tǒng)的主要設(shè)備集中安裝在一座立式圓柱狀球形頂蓋密封建筑物（通常稱為核電站安全殼）里，它是采用預(yù)應(yīng)力混凝土內(nèi)襯鋼板的大型建筑結(jié)構(gòu)，能承受一定壓力，可以防止放射性物質(zhì)穿透和向外擴散。二回路循環(huán)系統(tǒng)由汽輪機、發(fā)電機、冷凝器、二回路循環(huán)泵等設(shè)備組成。二回路中蒸汽發(fā)生器的給水吸收了一回路傳來的熱量變成高壓蒸汽，然后推動汽輪機，帶動發(fā)電機發(fā)電。作功后的廢氣在冷凝器內(nèi)冷卻而凝結(jié)成水，再由給水泵送入加熱器加熱后重新返回蒸汽發(fā)生器，再變成高壓蒸汽推動汽輪發(fā)電機作功發(fā)電，這樣構(gòu)成了第二個密閉循環(huán)回路。3.3核電站工作原理第68頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四核電站的工作原理——壓水堆核電站二回路系統(tǒng)設(shè)備均安裝在汽輪發(fā)電機組廠房內(nèi)，一回路和二回路通過主蒸汽管道與蒸汽發(fā)生器連接。核電站的二回路系統(tǒng)和普通火電站的動力回路相似，蒸汽發(fā)生器和一回路系統(tǒng)相當(dāng)于火電站的鍋爐。由于反應(yīng)堆一回路系統(tǒng)往往帶有一定劑量的放射源，因此，從反應(yīng)堆出來的冷卻劑一般不宜直接送入汽輪機，否則將會使常規(guī)機組操作維修復(fù)雜，所以核電站一般比火電站要多一套動力回路。3.3核電站工作原理第69頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四第三代核電AP1000的五大核心關(guān)鍵技術(shù)

核島筏基大體積混凝土一次性整體澆注技術(shù)核島鋼制安全殼底封頭成套技術(shù)模塊設(shè)計和制造技術(shù)主管道制造技術(shù)核島主設(shè)備大型鍛件制造技術(shù)3.4核電站關(guān)鍵技術(shù)第70頁，共77頁，2023年，2月20日，星期四核島筏基大體積混凝土一次性整體澆注技術(shù)2009年3月31日14時06分，世界上首臺AP1000核電機組三門核電站一號機組核島第一罐混凝土澆注順利完成，4月20日混凝土養(yǎng)護取得成功。這是世界核電站工程建設(shè)中首次成功采用核島筏基大體積混凝土一次性整體澆注的先進技術(shù)，我國成為首個成功掌握此項技術(shù)的國家。核電站核島筏基是核反應(yīng)堆廠房的基礎(chǔ)部分，其大體積混凝土一次性整體澆注，可以實現(xiàn)核電站核島基礎(chǔ)的一次整體成形，具有無接口、防滲好等技術(shù)優(yōu)點，特別適合安全性能要求較高的核電施工。但由于澆注后的養(yǎng)護是難點，一直是施工的一大技術(shù)難題。