世界核電站的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

世界核電站的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

1國外核法和基因核法的發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)在，人類生活的世界正在遭受嚴重的負荷，不僅人口的增加，而且社會發(fā)展對能源的需求正在驚人地增加（見圖1和圖2）。常規(guī)能源是依靠大量化石燃料(煤、石油、天然氣等),而化石燃料資源有限且會對環(huán)境造成破壞,它給現(xiàn)代社會帶來了許多難以解決的問題(見圖3)。目前水利發(fā)電在許多國家的開發(fā)已趨飽和。因此,開發(fā)利用新能源,是人類生存與發(fā)展的必然趨勢。人們正探索太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿饶茉吹睦?但在21世紀的若干年內(nèi),能大規(guī)模替代化石燃料的只有核能。自20世紀50年代以來,美國、俄羅斯、法國、比利時、德國、英國、日本、加拿大、韓國等國家建造了大量的核電站(見圖4),目前全世界共有400多座核電機組正在運行,核電的裝機容量已占全世界總裝機容量的17%。我國的核工業(yè)已有40多年的歷史,自1991年12月我國第一座自主設(shè)計和建造的核電站在浙江海鹽秦山地區(qū)投入運行以來,目前在浙江、廣東等省已有2座核電站正在運行發(fā)電,4座在建核電站的建設(shè)進展順利(見圖5),核電站的工作原理(見圖6)。根據(jù)1997年的統(tǒng)計,全世界已建成434座核電站,發(fā)電裝機容量為3.49億千瓦,占世界發(fā)電總裝機容量的17%左右,所有工業(yè)化的發(fā)達國家所占比例都在20%以上,美國核電站有109座,核電占總發(fā)電量約23%,美國的核電生產(chǎn)總值每年約700億美元。從全球能源中長期的需求和環(huán)境保護、控制溫室氣體的排放考慮,發(fā)展核電是十分必須的。一座100萬KW核電站,產(chǎn)生的固體廢物470m3,沒有煙氣等排放,而一座100萬KW煤電廠,一年要消耗300萬噸原煤,年排放CO2600萬噸,SO26萬噸,氮氧化合物2萬噸,灰渣70萬噸,致癌物0.6萬噸。2正常運行狀況下的環(huán)境安全核電站對環(huán)境可能產(chǎn)生危害的根源在于核電站運行過程中產(chǎn)生的各種放射性裂變產(chǎn)物,它們發(fā)射出的輻射射線會對人體健康產(chǎn)生有害的影響。人的感觀不能感知這些射線的存在,因此,在一些媒體報道中,常常將這種輻射可能產(chǎn)生的健康危害神秘化地進行過度的夸張。其實,人類有史以來一直受著天然輻射源的照射,包括宇宙射線、地球放射性核素產(chǎn)生的輻射等。事實上,輻射無處不在,我們的食物、房屋、天空大地、山水草木、乃至人們自身體內(nèi)都存在著輻射照射。在世界范圍內(nèi),天然本底輻射對個人產(chǎn)生的年平均輻射水平為2.4mSv,在我國為2.3mSv。在正常運行情況下,核電站對周圍公眾產(chǎn)生的輻射照射遠遠低于天然本底的輻射水平。在我國,國家核安全法規(guī)要求核電站在正常運行情況下對周圍居民的年輻射劑量不得超過0.25mSv,,而核電站實際產(chǎn)生的輻射劑量又遠遠低于這個限值。大量的研究和調(diào)查數(shù)據(jù)表明,核電站對公眾健康壽命影響遠遠小于人們?nèi)粘Ｉ钪兴?jīng)常遇到的一些健康風(fēng)險,例如,吸煙和空氣污染等等。因此,核電站在正常運行情況下的環(huán)境安全性已被人們所廣泛接受。人們關(guān)注的是核電站發(fā)生事故對人類的影響。核電站最大的事故是堆芯熔化,使核燃料元件中包容的放射性核素散發(fā)出來。根據(jù)當(dāng)今各種電力生產(chǎn)全生產(chǎn)鏈的實際統(tǒng)計,每百萬千瓦電力每年造成不到預(yù)期壽命人員死亡數(shù)量煤電為37人,油電為32人,天然氣電為2人,核電僅為1人。實際上,任何行業(yè)都存在著安全問題,應(yīng)該說核能是一個很安全的行業(yè)。據(jù)1942年到1975年美國核工業(yè)的統(tǒng)計資料,這一期間共發(fā)生10086起燒傷、觸電、跌落等事故,其中放射性事故僅有41起,占千分之四。據(jù)統(tǒng)計核工業(yè)每百萬工時發(fā)生的各種事故,不及同期其他工業(yè)的三分之一。為了防止事故的發(fā)生,世界各核電國家在吸取以往經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,采取了一系列的安全措施:2.1四個屏障：信號安全2.1.1第一，安全屏障核燃料棒的材料UO2陶瓷塊,它的熔點為2800℃,它的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定不會和水產(chǎn)生放熱反應(yīng)。2.1.2第二道安全屏障采用優(yōu)質(zhì)的鋯合金,做燃料元件的包殼具有良好的密封性和在運行條件下長期保持裂變產(chǎn)物的能力。2.1.3重400罐,重400獨立面壓力殼。厚度約0.2m,如?4m×13m,重400噸。壓力殼將燃料元件棒和一回路的水罩住,當(dāng)發(fā)生燃料元件包殼有少量破漏時,放射線進入一回路,但仍然控制在壓力殼內(nèi),不會擴散到外界。2.1.4安全殼80m安全殼。反應(yīng)堆、穩(wěn)壓罐、循環(huán)泵、蒸汽發(fā)生器都裝在安全殼中。安全殼是1m厚的鋼筋混凝土,內(nèi)襯厚6cm。如:安全殼?40m×70m安全殼是阻止放射性物質(zhì)向環(huán)境逸散的最后一道屏障。從核電站兩起重大事故中可以看出安全殼的重要作用。2.2嚴格的安全層層把關(guān),縱深設(shè)防,萬無一失。2.2.1水冷卻系統(tǒng)傳出去余熱在正常和事故工況下都能保證燃料發(fā)生的熱量通過水冷卻系統(tǒng)傳出去,以免燃料元件燒毀,為此,要配置兩套獨立電源,并另外為主冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障時排除余熱,配備后備電源和循環(huán)泵。2.2.2加硼冷卻水注意事項啟動堆芯事故冷卻系統(tǒng),輕水堆的失水事故是一種設(shè)想的嚴重事故,假設(shè)了不同程度的管道破裂,其中最嚴重的情況是一回路最大直徑管道斷裂,冷卻水從兩個斷口涌出,這時需要把后備的加硼冷卻水立即注入。2.3強抓核算安全監(jiān)督反應(yīng)堆本身具有穩(wěn)定的動態(tài)特性,如負的反應(yīng)性溫度效應(yīng)。當(dāng)溫度或功率過高,周期過短,冷卻劑流量過低時,能快速停堆或降低功率,以避免和減輕損害。儀表、信號和控制電路應(yīng)工作可靠,對重要的參數(shù)備有三套獨立的監(jiān)測控制裝置,按“三取二”的原則動作,這樣既能確保事故停堆,又可避免因儀器故障引起的誤動作。因此,只要在設(shè)計、建造和運行時,對安全問題給予足夠的重視核電站的安全性完全有保障,可以使核電成為干凈、經(jīng)濟、安全的能源。核電站事故的機率約4×10-6/堆·年,即100個核電站運行2500年,可能會發(fā)生一次事故。我國在核電建設(shè)過程中,始終堅持“質(zhì)量第一,安全第一”的原則,并且采取具體措施來實施這一原則:1984年我國成立了對民用核設(shè)施獨立進行安全監(jiān)督的權(quán)力機構(gòu)——國家核安全局,制定和頒布關(guān)于核安全法規(guī)。核安全的主管部門也頒布了有關(guān)運行、放射性管理等一系列管理規(guī)程,同時擁有一套完整的質(zhì)保體系,并配置專門機構(gòu)和人員,進行核安全研究、管理。從核電建設(shè)一開始,就對全體建設(shè)者進行質(zhì)量安全意識和對國家、對人民高度負責(zé)的職業(yè)道德教育。在核電站的建造過程中,根據(jù)工程進展情況,邀請國際原子能機構(gòu)派專家對核電站的建設(shè)過程進行評審,并根據(jù)各國專家提出的建議改進工作。根據(jù)各國建設(shè)核電站的經(jīng)驗,對核電站運行人員進行嚴格的培訓(xùn),在取得了執(zhí)照后才能上崗操作。選擇了國際上廣泛采用的、安全性能比較好的反應(yīng)堆堆型。在核事故應(yīng)急方面,各級組織分別成立了聯(lián)絡(luò)員組和專家咨詢組。本著“常備不懈、積極兼容、保護人民”的方針開展工作。在工作中提出以下的工作原則:預(yù)防為主,做好準備,盡量避免發(fā)生嚴重事故;同時做好公眾的宣傳教育。以上措施從根本上保證了我國核電站的安全性和可靠性。而且可以相信,隨著我國核電工業(yè)的發(fā)展,這些工作必將取得更大的進展。3職業(yè)控制劑量的影響從第一座反應(yīng)堆運行至今共有60年的歷史,其間出現(xiàn)了兩次重大核事故,即三哩島核事故和切爾諾貝利核事故。1979年3月38日清晨,美國建在賓夕法尼亞洲哈里斯堡東南16公里的三哩島核電站,第二號反應(yīng)堆發(fā)生了一起嚴重的失水事故,大部分燃料元件損壞或熔化,放射性裂變產(chǎn)物泄漏到安全殼內(nèi),并對環(huán)境造成了輕微影響,事故是由機械設(shè)備故障和操縱人員連續(xù)誤操作引起的。盡管這次事故引起強烈反響,但其本身危害并不大,核電站內(nèi)的118名職工無一傷亡,只有三人受到略高于季度允許劑量的照射,其余都在職業(yè)控制劑量以內(nèi)。泄漏到環(huán)境中的放射性也很少,方圓80公里的200萬居民中,平均每人所受的放射性劑量還不如帶一年夜光表或看一年彩電所受的劑量。1986年4月26日凌晨,前蘇聯(lián)建在基輔以北130公里的切爾諾貝利核電站,第四號反應(yīng)堆大廳起火,并發(fā)生化學(xué)爆炸,反應(yīng)堆廠房頂蓋被炸掀,放射性物質(zhì)隨著蒸汽和煙云進入大氣,釋放出的放射性物質(zhì)的總放射性約為12×1018貝克(3.24×108居里),釋放量相當(dāng)于堆內(nèi)約3%～4%的核燃料、100%的堆內(nèi)產(chǎn)生的惰性氣體和20%～60%易揮發(fā)的放射性核素,造成了對周圍環(huán)境的嚴重污染。事故當(dāng)時有2人被炸死,1人死于心臟病,救火中有29人受輻射損傷,其中28人因患急性放射性病致死。事故后周圍30公里范圍內(nèi)撤離了21萬居民。這是一次嚴重的責(zé)任事故,當(dāng)時研究人員在做一次安全實驗,切斷了反應(yīng)堆所有的安全措施,卻又要啟動反應(yīng)堆,這個實驗方案嚴重違反了安全規(guī)程,制訂的計劃又極不認真,極不負責(zé)。這是事故的外因。事故的內(nèi)因是前蘇聯(lián)開發(fā)的這種石墨水冷堆具有較大的缺陷,它有一段正溫度系數(shù)的正反饋工作區(qū),這在反應(yīng)堆的設(shè)計上是不能允許的,另外,切爾諾貝利核電站沒有絕大多數(shù)核電站具有的安全殼。這是核電發(fā)展史上的一次慘痛的教訓(xùn)。三哩島和切爾諾貝利核電站事故,促使有核電站運行的所有國家重新仔細檢查了核電站的基本安全特性。通過經(jīng)驗教訓(xùn)分析反饋,促進了更先進的反應(yīng)堆的研究與開發(fā)工作,以提高核反應(yīng)堆的安全性和可靠性。這兩次事故也促進了正在運行的核電站安全可靠性的提高。4堆芯國出氣機的事故核電確實是一種安全性能好的能源,