2023年能源科学导论核能在我国利用前景.doc

能源科学导论 能源科学导论 论文 题 目 核电站在我国开展前景 作 者 XXX，会计班，经济管理学院 指导老师 XXX 摘 要 本片论文的方向是分析核电站在我国的开展前景， 通过核电站的工作原理、核电站的优势及缺乏、世界各国核电站的开展以及我国国情来分析我国的核电站开展，并综合311日本福岛事件给核电开展带来的启示。得出的结论是：核电站在我国有很大的开展空间。 二O一一年四月 关键词：核电站；开展；启示 能源在社会进步与科学开展之间扮演着越来越重要的作用。纵观历史，能源的开展和经济的增长之间亦存在着广泛的联系，但是目前利用的大局部能源是非可再生能源，且对环境的影响很大，能源部门是造成全球温室气体排放的主要部门【1】。新能源的开发和利用越来越受到人们的关注，因此，核能的安全利用与开展渐渐成为世界的焦点。核电站提供了世界上大约17%的电能，一些国家或地区对核电的依赖，要比其他发电方式更高【2】。本篇文章将概括的阐述核能利用现状以及核电站在中国的开展。 一、核电站工作原理 热堆的概念 中子打入铀－235的原于核以后，原子核就变得不稳定，会分裂成两个较小质量的新原子核，这是核的裂变反响，放出的能量叫裂变能；产生巨大能量的同时，还会放出2～3个中子和其它射线。这些中子再打入别的铀－235核，引起新的核裂变，新的裂变又产生新的中子和裂变能，如此不断持续下去，就形成了链式反响。利用原子核反响原理建造的反响堆需将裂变时释放出的中子减速后，再引起新的核裂变，由于中子的运动速度与分子的热运动到达平衡状态，这种中子被称为热中子。堆内主要由热中子引起裂变的反响堆叫做热中子反响堆〔简称热堆〕。热中子反响堆，它是用慢化剂把快中子速度降低，使之成为热中子〔或称慢中子〕，再利用热中子来进行链式反响的一种装置。由于热中子更容易引起铀－235等裂变，这样，用少量裂变物质就可获得链式裂变反响。慢化剂是一些含轻元素而又吸收中子少的物质，如重水、铍、石墨、水等。热中子堆一般都是把燃料元件有规那么地排列在慢化剂中，组成堆芯。链式反响就是在堆芯中进行的。反响堆必须用冷却剂把裂变能带出堆芯。冷却剂也是吸收中子很少的物质。热中子堆最常用的冷却剂是轻水〔普通水〕、重水、二氧化碳和氦气。 核电站的内部通常由一回路系统和二回路系统组成。反响堆是核电站的核心。反响堆工作时放出的热能，由一回路系统的冷却剂带出，用以产生蒸汽。因此，整个一回路系统被称为“核供汽系统〞，它相当于火电厂的锅炉系统。为了确保安全，整个一回路系统装在一个被称为安全壳的密闭厂房内，这样，无论在正常运行或发生事故时都不会影响安全。由蒸汽驱动汽轮发电机组进行发电的二回路系统，与火电厂的汽轮发电机系统根本相同。 自从核电站问世以来，在工业上成熟的发电堆主要有以下三种：轻水堆、重水堆和石墨汽冷堆。它们相应地被用到三种不同的核电站中，形成了现代核发电的主体。目前，热中子堆中的大多数是用轻水慢化和冷却的所谓轻水堆。轻水堆又分为压水堆和沸水堆。 压水堆核电站 压水堆核电站的一回路系统与二回路系统完全隔开，它是一个密闭的循环系统。该核电站的原理流程为：主泵将高压冷却剂送入反响堆，一般冷却剂保持在120～160个大气压。在高压情况下，冷却剂的温度即使300℃多也不会汽化。冷却剂把核燃料放出的热能带出反响堆，并进入蒸汽发生器，通过数以千计的传热管，把热量传给管外的二回路水，使水沸腾产生蒸汽；冷却剂流经蒸汽发生器后，再由主泵送入反响堆，这样来回循环，不断地把反响堆中的热量带出并转换产生蒸汽。从蒸汽发生器出来的高温高压蒸汽，推动汽轮发电机组发电。做过功的废汽在冷凝器中凝结成水，再由凝结给水泵送入加热器，重新加热后送回蒸汽发生器。这就是二回路循环系统。压水堆由压力容器和堆芯两局部组成。压力容器是一个密封的、又厚又重的、高达数十米的圆筒形大钢壳，所用的钢材耐高温高压、耐腐蚀，用来推动汽轮机转动的高温高压蒸汽就在这里产生的。在容器的顶部设置有控制棒驱动机构，用以驱动控制棒在堆芯内上下移动。堆芯是反响堆的心脏，装在压力容器中间。它是燃料组件构成的。正如锅炉烧的煤块一样，燃料芯块是核电站“原子锅炉〞燃烧的根本单元。这种芯块是由二氧化铀烧结而成的，含有2～4%的铀－235，呈小圆柱形，直径为9.3毫米。把这种芯块装在两端密封的锆合金包壳管中，成为一根长约4米、直径约10毫米的燃料元件棒。把 200多根燃料棒按正方形排列，用定位格架固定，组成燃料组件。每个堆芯一般由121个到193个组件组成。这样，一座压水堆所需燃料棒几万根，二氧化铀芯块1千多万块堆芯。此外，这种反响堆的堆芯还有控制棒和含硼的冷却水〔冷却剂〕。控制棒用银铟镉材料制成，外面套有不锈钢包壳，可以吸收反响堆中的中子，它的粗细与燃料棒差不多。把多根控制棒组成棒束型，用来控制反响堆核反响的快慢。如果反响堆发生故障，立即把足够多的控制棒插入堆芯，在很短时间内反响堆就会停止工作，这就保证了反响堆运行的安全。 沸水堆核电站 沸水堆核电站工作流程是：冷却剂〔水〕从堆芯下部流进，在沿堆芯上升的过程中，从燃料棒那里得到了热量，使冷却剂变成了蒸汽和水的混合物，经过汽水别离器和蒸汽枯燥器，将别离出的蒸汽来推动汽轮发电机组发电。沸水堆是由压力容器及其中间的燃料元件、十字形控制棒和汽水别离器等组成。汽水别离器在堆芯的上部，它的作用是把蒸汽和水滴分开、防止水进入汽轮机，造成汽轮机叶片损坏。沸水堆所用的燃料和燃料组件与压水堆相同。沸腾水既作慢化剂又作冷却剂。沸水堆与压水堆不同之处在于冷却水保持在较低的压力〔约为70个大气压〕下，水通过堆芯变成约285℃的蒸汽，并直接被引入汽轮机。所以，沸水堆只有一个回路，省去了容易发生泄漏的蒸汽发生器，因而显得很简单。 二、 核电的优势及缺乏 优势：核能发电有一个重要的优点———非常清洁。从环保角度来看，核电站相比火电站，简直就是做到了极致；核燃料能量密度比化石燃料高上几百万倍，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送。人们对核电主要的顾虑有两点：一是单位装机容量根本投资较大，是常规火电的1.5—2.0倍；二是运行安全性，包括最终核废料的处理。其实，由于环保要求越来越高，常规火电站要加FGD、SCR、脱汞、脱微颗粒、最后脱CO2等装置，它们的造价一定会不断攀升，对核电站的价格上差异会逐渐消失。再考虑到核电站每年运行时间长，设备寿命也大于常规火电站，因此，从总体上来看，根本投资应不是一个问题。例如法国，由于大规模开展核电，法国的能源自主率已从1973年的22.7%提高到今天的50%。与欧洲邻国相比，意大利的能源自主率为16%。法国即没有英国的石油，也没有荷兰的天然气，更不像德国一样开采煤矿。核能使法国家庭支付的电费比欧盟的平均水平还低10%。此外，法国的二氧化碳排放量比德国和英国分别低40%和35%。核电在法国的电力及能源中占据了举足轻重的位置，在保证法国经济稳步和迅速开展上发挥了极为重要的重用。开展核电使得法国电力拥有强大国际竞争力。较低的建造本钱和运行本钱造就了法国核电强大的竞争力，其竞争优势日益明显。目前，法国已成为欧洲主要电力出口国，每年净出口电力达720亿kwh以上。同时，核电作为一种安全、清洁的能源，还为法国保持了一个优良的生态环境。随着技术开展，反响堆技术、自动控制技术，故障诊断和预报技术日臻完善，核电站应是十分安全的。 缺乏：一旦发生事故，将带来前所未有的核辐射灾难，比方切诺贝利核电站，美国三里岛核电站，以及最近的日本辅导核电站。此外，目前大多是核电站是轻水堆核电站，而轻水堆核电站对天然铀的利用率低，而现在可供和平使用的裂变核燃料〔如铀235〕，在地球上的储量也较少，大约能用20年。核废料也是制约核能利用的一个因素，些核废料是强发射性物质，会严重危害人类的生存。长期以来，科学家们一直在探讨核能源的洁净化问题，希望能有一种方法消除核废料。因此，洁净核能源技术的开发和应用便成为国际国内的一个热门话题。 三、 世界各国核电站的现状 1954年在库尔恰托夫的主持下，苏联建成了世界上第一座核电站———奥布灵斯克核电站。目前，核电站提供了世界上大约17%的电能，一些国家或地区对核电的依赖，要比其他发电方式更高。根据国际原子能机构提供的数据，全世界有超过400座的核电站，其中，美国超过100座。开展核电是可持续开展战略的重要组成局部。目前，除燃烧化石燃料和水力发电外，只有核电是现实可行、技术成熟、具有大规模工业应用成功经验的能源。火电、水电、核电是电能生产的三大支柱。核电从其诞生之日起，就显示了强大的生命力。1954年，前苏联建成世界第一座实验核电站，功率为5000千瓦〔5MWe〕；1957年世界上第一座商用核电站———美国希平港60MWe核电站并网发电。截止到2023年，世界上有436台运行的核电机组，总装机容量为351718MWe。法国是核电占总发电量份额最大的国家，到达75％，美国是核电净装机容量最多的国家，有104台核电机组在运行，装机总容量超过100000MWe【3】。人们正在加紧开发利用快中子增殖反响堆发电，把占天然铀99％以上的铀－238同位素利用起来，现有的核燃料资源的利用率就会增加60～70倍。现在的核电站都是利用核裂变能发电，如果实现了可控核聚变，人类就可以用氘来发电。1升海水可提取0．03克氘，这些氘通过核聚变能释放相当于300升汽油所提供的能量。到那时，人类能源问题将获得彻底解决。日本是亚洲第一个，也是唯一一个以核电为主要电力来源的国家。福岛事件之前，日本正在运行中的核电站有55座，占亚洲总数的2/3。除去核电供给，日本的电力自给率在兴旺国家中最低，仅有4％，因此政府一直将核电开展作为安身立命的根本。日本在2023年发布的核电白皮书中提出，在2030年后，日本的核能发电将维持在总发电量的30％—40％。为达成这一目标，将再兴建13座核电站。印度从上世纪70年代开始就把开展核电作为保障能源独立的重要突破口。目前，印度一共有14座民用核电站，核电装机容量根本上以每年1000兆瓦的速度快速增加，到2023年，正在建造中的8座核电站将初步竣工投产。根据印度原子能委员会主席卡科德卡的一份报告称，印度将致力于实现2023年核电生产到达2万兆瓦、装机容量占全国发电量25%的远景目标。 印度非常注重开展自主核能技术，在核能研发与利用领域在第三世界中位居前列，除了个别核电站是当年美国和加拿大援建的外，绝大局部都是印度自行设计建造的。不久前美国国会批准的美印核能合作协议，可以说是给印度的核电开展增加了动力。中国在核电中长期开展规划提出，方案在2023年前将核电站的总发电容量提高至3.6万兆瓦，届时将占总发电量的4%。韩国方案在15年内再建设8座以上的核电站，将核电比例增加到43.4%。越南、马来西亚、印尼等也都在考虑建设核电站。日本能源经济研究院的一份报告称，截至2030年，亚洲地区的核电装机容量将由现在的82百万千瓦增加到199百万千瓦。 四、我国核电站的现状及开展前景 在党中央、国务院的正确领导下，我国核电经过多年的开展，取得了显著成绩。核电设计、建设和运营水平明显提高，核电工业根底已初步形成。 经过起步和小批量两个阶段的建设，目前形成了浙江秦山、广东大亚湾和江苏田湾三个核电基地。截至到2023年9月，我国共有9台核电机组投入运行，装机容量到达700万千瓦。2023年底，我国核电装机容量和核发电总量，分别占我国电力总装机容量和发电量的1.7%和2.3%。在浙江、广东两省，2023年核发电量均超过本省总发电量的13%，核电成为当地电力供给的重要支柱。到2023年在建机组全部投产后，我国核电将有11台机组、900万千瓦，届时占全国发电装机总容量的2%左右。 秦山一期核电站已经安全运行13年，在2023年结束的第七个燃料循环中创造了连续安全运行443天的国内核电站最好成绩