核電站概論課件第1章 世界和我國核電概況

2024/4/18宋長華1核電站概論動力工程系2024/4/182第一章緒論世界電力工業(yè)回顧我國電力工業(yè)現(xiàn)狀世界核電發(fā)展與現(xiàn)狀我國核電發(fā)展與現(xiàn)狀核電基本知識2024/4/183一、世界電力工業(yè)回顧電力工業(yè)起源于10世紀后期。1875年世界上第一臺火力發(fā)電機組建于巴黎北火車站的直流發(fā)電機，用于照明供電。1904年意大利試驗地熱發(fā)電成功。1912年德國建成世界第一座潮汐電站。1920年前蘇聯(lián)建成第一座熱電站。1925年美國制成世界第一臺100MW汽輪發(fā)電機組。1929年美國建成第一座抽水蓄能電站，7000kW。1954年，原蘇聯(lián)建成世界第一座核電站并網(wǎng)發(fā)電1957年美國安裝第一臺超臨界火力發(fā)電機組（31MPa,621/566/566，125MW）。1970年法國制成世界第一臺燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組。1991年世界最大水電站--巴西/巴拉圭的伊泰普水電站建成，12600MW。1998年12月，世界最大燃氣聯(lián)合循環(huán)電站--香港龍鼓灘電站（8×320MW），一期工程（6×320MW）建成投產(chǎn)。2024/4/1841999年世界發(fā)電量的分類構成水電17.5%煤電38.1%氣電17.1%油電8.5%核電17.2%其他1.6%合計100.0%14764（億KW.h）世界發(fā)電分類構成圖。裝機容量前十位的構成情況。2024/4/185二、我國電力工業(yè)發(fā)展與現(xiàn)狀1882年7月26日下午7時，上海外灘至虹口的6.4公里電線上也亮起了15盞電燈，標志著中國電力工業(yè)從這里起步。（從美國引進16馬力蒸汽機發(fā)電）中國電力工業(yè)至今2000年已有123年的歷史。1949年以前的67年中，發(fā)展極其緩慢，到1949年底，全國發(fā)電裝機容量僅有185萬kW，年發(fā)電量43億kW.h(人均年用電量僅為7.94千瓦時)，分別居世界第21位和第25位。新中國成立后，電力工業(yè)得到了迅速發(fā)展，至2004年底發(fā)電裝機容量達4.4億kW，僅次于美國的8.9億kW；年發(fā)電量達21870億kW.h，均居世界第2位。

2024/4/186我國火電設備生產(chǎn)歷程1955年----6MW，3.4MPa,435℃（上汽）--中壓機組1957年----12MW，3.4MPa,435℃--中壓機組1959年----25（50）MW，3.4MPa,435℃--中壓機組1962年----50（100）MW，8.8MPa,535/535℃--高壓機組1969年----125（200）MW，13.2MPa,535/535℃--超高壓組1971年----300MW，16.2MPa,535/535℃--亞臨界機組1985年----300(600)MW，16.7MPa,538/538℃--亞臨界機組2002年----600MW，24.2MPa,538/566℃--超臨界機組現(xiàn)正研制1000MW級的超臨界機組2024/4/187我國電力工業(yè)與國外差距電氣化程度很低

2001年我國人均裝機0．265kW，人均用電量只有1150.42kWh，為世界平均值的1／3，居世界80位之后，大約是加拿大的1/20，美國的1/14，法國的1/8，還有6000萬人左右沒有用上電；技術水平還不高，供電煤耗高

2001年為385

g/(kW.h),

約比世界先進水平相差40～50

g/(kW.h)。而且煤耗下降的速度也很慢，原計劃每10

年下降50

g/(kW.h)，但7年只下降了15

g/(kW.h)，未能完成原計劃目標。電源結(jié)構不合理，火電裝機占發(fā)電裝機總?cè)萘康?3％左右(發(fā)電量占78％以上)；而水電比重偏小，裝機只占24．8％，水電發(fā)電量多年來只占17％～18％；核電比重則更小，裝機和發(fā)電量都不到2％。

電網(wǎng)薄弱，供電可靠性差；實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展環(huán)境問題壓力大，2020年我國將超過美國成為最大的二氧化碳排放國。世界電力生產(chǎn)結(jié)構2024/4/188三、世界核電現(xiàn)狀自從1954年蘇聯(lián)第一座5MW試驗性核電廠投入運行以來，核電在許多國家和地區(qū)已承擔基本負荷，目前世界上30多個國家己運行核電機組441座，總裝機容量3.6W億KW，核電已占世界總發(fā)電量的20％左右。從已運行的核電站裝機容量來看美國居首位，裝機容量占全世界的四分之一，其次是法國、日本、德國和俄羅斯。從發(fā)展速度來看法國、日本和韓國保持著較高的發(fā)展速度，目前法國核能發(fā)電量已占總發(fā)電量的80%。預計到2030年，世界核電站總數(shù)將達到1000座，核發(fā)電量將占總發(fā)電量的三分之一，可以預期在相當長一段時期內(nèi)核電將成為電力工業(yè)的支柱。2024/4/189核電主要發(fā)達國家核電比例法國和立陶宛核電比例高于75%。比利時、瑞典、烏克蘭、韓國等為40~60%。德國、芬蘭、英國等為20~30%。美國、俄羅斯、加拿大等為10~20%。中國目前為2%。2024/4/1810四、核電發(fā)展簡史1、試驗、示范階段；2、核電商業(yè)化出現(xiàn)高潮的時期；3、核電建設規(guī)模收縮與滯緩時期；4、復蘇之前的過渡階段。2024/4/1811五、我國核電發(fā)展與現(xiàn)狀我國自行設計建造的第一座核電站——秦山30萬千瓦核電站（圖），1991年12月15日并網(wǎng)發(fā)電來。從法國引進電功率為2×90萬千瓦的廣東大亞灣核電站，于1993年投入運行，兩座機組年發(fā)電量可達100億度。2000年，向巴基斯坦出口的恰?，敽穗娬?，電功率為30萬千瓦。廣東嶺澳兩座90萬千瓦級核電站于2002－2003年分別投入運行。秦山二期（圖）二座60萬千瓦自行設計建造的商用核電站已于2002－2003年分別投入運行。2024/4/1812五、我國核電發(fā)展與現(xiàn)狀從加拿大引進的秦山三期二座電功率為70萬千瓦的重水堆核電機組也已于2002－2003年分別投入運行。目前，正在建設的江蘇田灣兩座電功率100萬千瓦的核電站，預計到2005年可投入運行。因此到2005年我國核電運行容量可達870萬千瓦。根據(jù)國家和地方省級核電規(guī)劃，在2010－2020年山東省海陽、廣東省嶺澳、浙江省三門以及福建、江西和安徽等省均計劃建造百萬千瓦級核電站。國家計劃到2020年核電裝機容量將達3200萬千瓦（20多座）；將核電占全國總體發(fā)電量的比例從目前的大約2%提高到4%左右。我國目前運行和在建的核電站2024/4/1813我國為什么要發(fā)展核電呢？1．煤炭資源有限，不可能作為長期主要能源；2．煤的運輸量大，由煤造成的運輸緊張狀況不可能解決；3．煤炭的污染嚴重，我國的環(huán)境將無法承受；4．煤是－種重要的不可再生的化工原料；2024/4/1814六、核電基本知識1.什么是核能世界上一切物質(zhì)都是由原子構成的，原子又是由原子核和它周圍的電子構成的。輕原子核的融合和重原子核的分裂都能放出能量，分別稱為核聚變能和核裂變能，簡稱核能。當一個中子轟擊鈾－235原子核時，這個原子核能分裂成兩個較輕的原子核，同時產(chǎn)生2到3個中了和射線，并放出能量。如果新產(chǎn)生的中子又打中另一個鈾－235原子核，硬引起新的裂變。在鏈式反應中，能量會源源不斷地釋放出來。即1千克鈾－235全部裂變放出的能量相當于2700噸標準煤燃燒放出的能量。2024/4/1815六、核電基本知識2、核能的優(yōu)點核能是地球上儲量最豐富的能源，又是高度濃集的能源；核電是清潔的能源，有利于保護環(huán)境；核電的經(jīng)濟性優(yōu)于火電；以核燃料代替煤和石油，有利于資源的合理利用。2024/4/1816六、核電基本知識3、什么是核電站

核電站是實現(xiàn)核裂變能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。它與火電站最主要的不同是蒸汽供應系統(tǒng)。核電站利用核能產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)稱為“核蒸汽供應系統(tǒng)”，這個系統(tǒng)通過核燃料的核裂變能加熱外回路的水來產(chǎn)生蒸汽。從原理上講，核電站實現(xiàn)了核能－熱能－電能的能量轉(zhuǎn)換。從設備方面講，核電站的反應堆和蒸汽發(fā)生器起到了相當于火電站的化石燃料和鍋爐的作用。2024/4/1817課堂作業(yè)1、核能的優(yōu)點是什么？2024/4/1818試驗、示范階段；1951年12月20日美國利用它的第一座“增殖一號’快堆生產(chǎn)的高溫蒸汽帶動發(fā)電機發(fā)出了200千瓦的電。這是人類第一次利用核能發(fā)出的電力。當然，這只是試驗性的發(fā)電。世界上第一座核電站是由蘇聯(lián)于1954年6月27日建成和并網(wǎng)發(fā)電的奧伯寧斯克核電站，其電功率為5000千瓦。從此核電站便在世界各地蓬勃發(fā)展起來。經(jīng)過多年努力，核電站的研制與發(fā)展走過了試驗、示范和商業(yè)推廣的過程。2024/4/1819核電商業(yè)化出現(xiàn)高潮的時期；從六十年代初到七十年代初這十年間，是核電在全世界逢勃發(fā)展的黃金時代。五十年代只有蘇、美、英三國建成核電站，到六十年代則增加到8個國家。六十年代初，世界核電裝機容量僅為85萬千瓦，到了七十年代初便上升到1892．7萬千瓦。1976年世界核電裝機容量突破1億千瓦。到了1998年底，世界上已有32個國家和地區(qū)相繼建成了437座核電站，裝機容量約為3．6億千瓦。世界17個國家與地區(qū)正在建造著39臺核電機組，總裝機容量0．316億千瓦。計劃建造的還有100余座，總計600座核電站全部建成后裝機容量可達5億千瓦，發(fā)電量約占當時世界發(fā)電總量的20％左右。總的講，在多數(shù)工業(yè)發(fā)達國家中核電的比重不斷增長。2024/4/1820核電建設規(guī)模收縮與滯緩時期到七十年代中期核電發(fā)展勢頭開始緩慢下來，從1979年開始，核電經(jīng)歷了十年遲緩發(fā)展階段。主要原因是1973年和1979年兩次石油危機的打擊，使世界經(jīng)濟發(fā)展速度減慢，工業(yè)發(fā)達國家經(jīng)濟增長速度由7％減慢到3％以下。使得許多工業(yè)國能源過剩，迫使原先制訂的大規(guī)模發(fā)展核電的計劃要大大削減。例如，在七十年代后期，美國就取消了100多個電站（包括火電、核電）的訂貨。另外兩次核電站事故也給公眾心理投下陰影，給反核勢力造成可乘之機，也是原因之一。2024/4/1821復蘇之前的過渡階段經(jīng)過近幾年來的認真、冷靜的思考和分析，人們依然認為，核電不論在經(jīng)濟上還是對環(huán)境的影響上仍有明顯優(yōu)勢，在今后數(shù)十年內(nèi)，核電將會繼續(xù)得到發(fā)展。據(jù)國際原子能機構統(tǒng)計和預測，21世紀初，將有58個國家和地區(qū)建造核電站，電站總數(shù)將達到l000座，裝機容量可達8億千瓦左右，核發(fā)電量將占總發(fā)電量的35％以上?，F(xiàn)在繼續(xù)堅持要發(fā)展核電的國家有法國、英國、日本、美國、前蘇聯(lián)、韓國、比利時、荷蘭、印度、捷克等。一些發(fā)展中國家，中國、古巴、伊朗、巴基斯坦、羅馬尼亞、墨西哥等都在開始建造或陸續(xù)建造核電站。但也有一些國家，如瑞典、瑞士、意大利、奧地利、南斯拉夫等，他們決定不繼續(xù)發(fā)展核電，有的還要關閉已有的核電站。2024/4/1822煤炭資源有限，不可能作為長期主要能源我國目前能源生產(chǎn)中，煤占74％。由于我國煤炭資源豐富，在今后一段時間內(nèi)，煤仍將是我國主要能源。我國煤的地質(zhì)儲量為4萬億噸，但按世界能源會議標準來估計，我國煤的經(jīng)濟可采儲量約2000多億噸。據(jù)估計，到2050年，隨著人口增長和經(jīng)濟發(fā)展，我國能源消耗將達到目前水平的五倍左右，如果維持我國煤的消耗占總能耗的70％水平估算，則2050年煤的年消耗量將達50億噸。這樣，到下世紀60年代，我國可以經(jīng)濟開采的煤將會開采完畢。因此，我國要長期以煤為主要能源，顯然是不可能的。2024/4/1823煤的運輸量大我國煤炭資源分布不均，大量集中在山西、陜西、內(nèi)蒙古自治區(qū)。而東部沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)缺乏常規(guī)能源。因此，西煤東運、北煤南運是長期以來困擾我國經(jīng)濟建設的重要問題之一。目前煤的運輸已占我國鐵路貨運量的40％。到下一世紀初，以噸公里計算的煤運輸量將增加4－5倍，即使加緊修建鐵路，運輸問題也是難以解決的。由于這一限制，煤的消耗量不可能達到每年50億噸，只可能保持在30億噸以內(nèi)。2024/4/1824煤炭的污染嚴重煤炭燃燒對環(huán)境的污染比石油、天然氣嚴重得多。目前我國燃煤每年排入大氣的煙塵約2300萬噸、二氧化硫1460萬噸，給環(huán)境造成嚴重污染。據(jù)世界環(huán)境系統(tǒng)監(jiān)測報告，41個國家的城市中，在1980－1984的五年里，大氣中顆粒物平均濃度，沈陽第二、西安第三、北京第五、上海第九、廣州第十。即前十名中我國占五席。如果到2050年我國燃煤達50億噸，而1988年全世界煤炭產(chǎn)量僅為48．4億噸。這就是說，到2050年，相當于把1988年全世界出產(chǎn)的煤炭全部集中在中國960萬平方公里的大地上燃燒，那樣我國將不可避免地成為墨盒子和黑盒子，我國的環(huán)境將無法承受。2024/4/1825煤是－種重要的不可再生的化工原料隨著煤炭大量燃燒，資源將越來越少，價格也就日益昂貴。如果僅將煤炭付之一炬，不但污染環(huán)境，而且在經(jīng)濟上造成難以彌補的損失。2024/4/1826聚變核電站熱核反應的實現(xiàn)及巨大聚變能的釋放，自然地促使人們?nèi)パ芯咳绾问咕圩兡艹掷m(xù)地釋放，成為人類可控制的能源。隨著受控熱核裂變的基礎理論和實驗技術的飛速發(fā)展，各國正在大力投資設計建造大型的裂變實驗裝置。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前大約有21個國家（包括中國）共建造了200余個核聚變實驗裝置，同時設計研究了各種受控熱核反應堆發(fā)電裝置。按照國際熱核實驗反應堆。地點將在西班牙、法國、加拿大或日本。熱核反應堆是利用氫的同位素氘和氚的原子核實現(xiàn)核聚變的核反應堆。用受控核聚變的的能量來發(fā)電具有能量釋放大，資源豐富、成本低，安全可靠等優(yōu)點。2024/4/1827我國目前運行和在建的核電站

電站總功率(MW)商運日期

大亞灣19841993.8

大亞灣29841994.2

田灣110602004.12

田灣210602005.12

嶺澳19852002.2

嶺澳29852002.11

秦山12781991.12

秦山2610

2002.2

秦山36102004.3

秦山4728

（重）2002.11

秦山5728(重)2003.72024/4/18282030年以前將開發(fā)幾種新型核電的反應堆和燃料循環(huán)技術超臨界水冷堆系統(tǒng)（SCWR）超高溫氣冷堆系統(tǒng)（VHTR）氣冷快堆系統(tǒng)（GFR）液態(tài)鈉冷卻快堆系統(tǒng)（SFR2024/4/18宋長華29世界發(fā)電分類構成圖2024/4/1830裝機容量前十