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1.能源概论1.7中国电力1.7.5核电(1)核电站定义核电站是利用原子核内部蕴藏的能量大规模生产电力的新型发电站。它大体上可分为两部分：一部分是利用核能产生蒸汽的核岛，包括核反应堆和一回路系统；另一部分是利用蒸汽发电的常规岛，包括汽轮发电机系统。后一部分与普通火电厂大同小异。原子核反应堆内产生的核能，使堆芯发热，高温高压的冷却水在主冷却泵驱动下，流进反应堆堆芯，冷却水温度升高，将堆芯的热量带至蒸汽发生器。蒸汽发生器一次侧再把热量传递给管子外面的二回路循环系统的给水，使给水加热变成高压蒸汽，放热后的一次侧冷却水又重新流回堆芯。这样不断地循环往复，构成一个密闭的循环回路。回路中的压力由稳压器进行控制。1.7.5核电(2)核能资源状况核电站使用的燃料称为“核燃料”。核燃料含有易裂变物质铀-235。一座100万千瓦的核电站每年只需要补充30吨左右的核燃料，而同样规模的燃煤电厂每年要烧煤300万吨。燃烧的煤每天需要约100节火车皮运输，而同样规模的核电厂，全年使用的燃料只需要几辆卡车运输。地球上的铀资源储量铀资源储量(Mt)开采成本80US﹩/kgU3～4开采成本80US﹩/kgU30磷酸盐矿22海水40001.7.5核电(3)核电优劣势1)核电优势①运行成本低，美国核电站运行成本平均低于2美分/kWh；②核电站寿命通常是40年，可延长至60年，高于火电站；③机组利用小时数明显高于水电站；④运行良好的核电站对环境影响很小。2）中国发展核电的优势①铀矿资源对积极推进核电的保证程度：近期有富裕；中期有保证；远期有潜力。②具有核研究能力和核燃料工业体系；③2006-2020掌握了核利用的技术；④特殊材料和专用设备也基本配套；⑤安全指标也达到了国际标准的要求。火电站的经济寿命是30年,实际使用只有25年左右,而水电站设计寿命在50年以上,国际上水电站有运行80年的记录,混凝土的寿命更是高达300年。1.7.5核电(3)核电优劣势3)核电劣势①自主技术不成熟；与火电、水电等成熟发电技术相比，核电尚在发展中。②投资巨大装机容量造价通常约为1500美元/kW(约合12000元/kW)；比火电(5000元/kW)高一倍多；比水电(6000－10000元/kW)贵；比风电(8000－10000元/kW)还贵。③建设周期长核电建设周期一般为60－70个月，火电只有20－30多个月。④核电站安全性具有潜在的核辐射风险，且面临着棘手的核废料处理问题，倍受争议。1.7.5核电(4)核电战略与规划1)中国核电发展战略从80年代的“适当发展核电”，后来调整为“积极发展核电”。“十五”期间改为“积极推进核电建设”；“十一五”期间定位“加速发展核电”2)中国核电发展战略规划重点建设百万千瓦级核电站，逐步实现先进压水堆核电站设计、制造、建设和运营自主化。加强核燃料资源勘查、开采、加工工艺改造；核电关键技术开发；核电人才培养。1.7.5核电(5)中国核电状况1）中国能源结构与世界比较国家或世界石油天然气煤炭核电水电世界40.624.225.07.62.7中国23.62.565.50.56.9美国38.025.224.69.01.2俄罗斯20.853.8185.12.3法国32.417.07.343.3澳大利亚30.518.630.118.61.2日本51.013.218.016.21.6韩国54.99.320.914.60.31.7.5核电（5）中国核电状况2）各发电类型寿命、运行小时、造价对比发电类型煤电GSCC水电风电核电设计寿命（年）302050204060年运行小时500035003500250070007000造价RMB/KW50004000700060007500/140007500/14000Kh1.001.431.432.000.7140.714Kl0.7251.000.5730.7250.6210.546折合造价RMB/KW36255720573687003325/62082924/38981.7.5核电(6)核电安全与清洁1）核电事故两起三里岛事故（1979.03.28）：起因二回路，人为失误和错误干扰，造成堆芯熔化，很快得到控制，无一人死亡，对环境影响微不足道。切尔诺贝利（1986.04.26）：极大事故，当时31人死亡，数百人住院治疗，对环境有较大影响，对核能发展是沉重打击。根本原因，二差：石墨沸水堆安全性差；人员素质差。附：切尔诺贝利（1986.04.26）位于乌克兰北部的切尔诺贝利风景优美，周围松树和白桦树林茂密，森林内布满河流和各种珍禽异兽，而且人口众多。前苏联1973年开始在这里修建切尔诺贝利核电站，于1977年正式激活。1986年4月26日凌晨1时许，随着一声震天动地的巨响，火光四起，烈焰冲天，火柱高达30多米。切尔诺贝利核电站4号核反应堆发生爆炸，其厂房屋顶被炸飞、墙壁坍塌，当场死亡2人。8吨多强辐射物质混合着炙热的石墨残片和核燃料碎片喷涌而出，释放出的辐射量相当于日本广岛原子弹爆炸量的200多倍。大量的放射性物质外泄，使周围环境的放射剂量高达200伦琴/小时，为允许指针的2万倍。1700多吨石墨成了熊熊大火的燃料，火灾现场温度高达2000℃以上。救援直升机向4号反应堆投放了5000吨降温和吸收放射性元素的物质，并通过遥控机械为反应堆修筑了厚达几米的绝缘罩。当天，一些较重的放射性物质就随风向西扩散到了波兰。第三天，放射性尘埃扩散到前苏联西部的大片地区，并开始威胁西欧。第四天，斯堪的纳维亚半岛和德国受到影响。10天内，放射性尘埃落到了欧洲大部分地区。最远扩散到美国东海岸。爆炸最终导致20多万平方公里的土地受到污染，今天的乌克兰、俄罗斯和白俄罗斯受到的核污染最严重。事故原因：1986年7月3日，苏联科学院院长和库尔恰托夫核物理研究所所长在苏联政治局会议上首次指出：核电站“铀-石墨大功率压力管式”反应堆设计上的缺陷是事故产生的主要原因;工作人员操作失误(运行操作人员严重违反安全规程、有关人员缺少必要的安全文化、缺乏必要的核事故应急准备等)是事故发生的诱因(当时工作人员正在进行停电状态下重新激活反应堆的实验)。后来前苏联核专家进一步得出的结论是，反应堆燃料棒的结构和保护系统不合理是引发事故的直接原因。后果：2006年04月20日新华社专电：全球环境保护的“绿色和平”组织18日说，20年前的苏联切尔诺贝利核电站事故造成致癌死亡人数10倍于联合国作出的官方估计，约为9.3万人左右。建立在白俄罗斯国家科学院研究成果上的这份报告说，全球共有20亿人口受切尔诺贝利事故影响，27万人因此患上癌症，其中致死9.3万人。1986年4月26日，原苏联境内的切尔诺贝利核电站发生爆炸，带有放射性物质的污染物扩散到北欧、西欧，最远扩散到美国东海岸。由8个联合国下属机构、乌克兰、白俄罗斯和俄罗斯组成的“切尔诺贝利论坛”此前估算，事故造成的死亡人数约为数千人。2）三废处理：以大亚湾为例，远低于国家标准和设计标准，10km范围内10个监测站长期跟踪，放射性水平无任何变化。1.7.5核电(6)核电安全与清洁3）燃料后处理（两种方案）4）减排SOx、NOx、CO2：燃料后处理深埋，如美国尤卡山。分离、嬗变，消除长寿命废物，实现燃料封闭循环。按我国铀资源状况和核能需要量，应采用第二种。周围居民受到辐射剂量（豪希/年）需要燃料（/年）采矿面积（亩/年）二氧化硫排放量（万吨/年）氮氧化物排放量（万吨/年）烟灰（吨/年）二氧化碳排放量（万吨/年）100万千瓦燃煤发电厂0.048300万吨煤12102.61.43500600100万千瓦核电站0.01830吨核燃料30～4200005）核电站与火电厂对环境影响的比较1.7.5核电(6)核电安全与清洁1.7.5核电(7)核电市场1)需求与投资到2010年，计划在运核电装机容量1200万kW；到2020年，计划在运核电装机容量4000万kW；计划在建核电装机容量1800万kW。2006-2020年的15年间：新开工建设38～42台1000MW级核电机组；将投产28台核电机组(其中，1000MW级23台）；总投资超过4500亿元，其中设备投资可能达到2000亿元，按70～80%国产化率计算，约有1400～1600亿元由国内分享；约合每年93～107亿元。1.7.5核电(7)核电市场2)2005－2020年间中国核电的总装机容量预测厂址机型并网日期供应商2004年负荷因子CNNC股份秦山一期300MW/PWR1991.12.15CNNC99.78%100%大亚湾-1900MW/PWR1993.08.31FRA87.24%33.70%大亚湾-2900MW/PWR1994.02.07FRA73.52%33.70%秦山二-1600MW/PWR2002.02.01CNNC82.22%50%岭澳-1984MW/PWR2002.04.05FRA87.76%45%岭澳-2984MW/PWR2002.12.15FRA79.92%45%秦山三-1720MW/HWR2002.11.10AECL77.28%51%秦山三-2720MW/HWR2003.06.12AECL94.03%51%秦山三-3600MW/PWR2004.03.11CNNC50%1.7.5核电(7)核电市场3)我国正在运行的核电厂概况1.7.5核电(7)核电市场4)我国在建、启建核电机组我国在建、启建核电机组核电站名称容量预计并网日期主要投资单位江苏田湾共2120MW1号机组2005年10月CNNC持50%股份秦山二期扩建共2000MW2011年CNNC持50%股份岭澳扩建共2000MW2010年、2011年中国广东核电集团公司浙江三门共2000MW2010年以后CNNC持51%广东阳江共2000MW2010年以后CNNCCNNC中国核工业总公司；CNEC中国核工程集团公司1.7.5核电(7)核电市场5)我国未来拟建的核电项目规划项目装机规模浙江三门健挑厂址6×1000MW浙江三门扩瑭山厂址4×1000MW广东阳江厂址6×1000MW广东台山腰古厂址6×1000MW大连温垛子厂址4×1000MW山东烟台海阳厂址6×1000MW山东乳山红石顶厂址6×1000MW江苏连云港田湾厂址8×1000MW福建惠安厂址6×1000MWTotal52000MW1.7.5核电(8)核电设备1）核电设备构成核电设备：主要包括核岛设备、常规岛设备主要包括核反应堆压力容器、堆内构件、控制棒驱动机构、蒸汽发生器、主泵、主管道、安注箱、和稳压器等。主要包括汽轮机、发电机、除氧器、凝汽器、汽水分离再热器、高低压加热器、主给水泵、燃料转运装置、凝结水泵、主变压器和循环水泵等。不同类型核电站所包括的具体设备略有不同。核岛设备常规岛设备1.7.5核电（8）核电设备2）核电设备中各设备的费用构成①各种费用占核电站投资的比例②不同核电设备占设备总投资的比例27.6%8.6%63.7%核岛费用常规岛费用电站辅助系统费用3%16%19%18%44%燃料费用设备费用施工费用财务费用其他1.7.5核电（9）核电技术1）“代”的概念和技术特点1G：50-60年代原型堆，绝大部分已退役。2G：70年代后商用堆，有13000多堆年的运行经验，发展成熟，经济性和安全性得到验证，并不断改进。3G：一般指符合美国“用户要求文件(URD)”或“欧洲用户要求文件EUR”的先进核电反应堆。性能进一步提高，堆熔概率10-5，释放概率10-6，故障时无需主动控制和干预。已有3G：BWR，System80+,AP1000,EPR。4G：统一考虑先进反应堆和先进燃料循环技术。燃料利用率提高，废弃物最少化。2002年在巴黎订下6种堆型：超临界堆，高温气冷堆和4种快堆（熔盐、钠冷、铅冷和气冷）1.7.5核电（9）核电技术2）中国核电的技术路线短时间内要上大量核电，2G+能满足要求，积极上3G，引进加开发，2015年后项目3G为主。中国铀资源缺乏，加强4G和燃料后处理研发，尤其是快堆，可实现燃料循环和核能可持续发展。2030后4G开始商运。010020030