新能源专题
本文简叙了世界核电发展历程及当前动向;概述了对第三代核电机组与第二代核电机组在安全要求上的主要差别,第三代非能动安全的APl000核电机组的主要优,董,核能利用的前景展望,我国在核能利用方面已做的规划和已采取的措施。
核能和平利用的发展历程与前景展望
■
中国核工业集团公司,国家核电技术公司
欧阳予
电都相半萧条。要重新唤起和增强公众
核电发展的简要历程
核电站的开发与建设开始于20世纪50年代。1954年,前苏联建成电功率为5000kW的实验性核电站;1957年,美国建成电功率为9万kW的希平港原型核电站;这些成就证明了利用核能发电的技术可行性。国际上把上述实验性和原型核电机组称为第一代核电机组。
20世纪60年代后期以来,在试验性.和原型核电机组基础上,陆续建成电功率在30万kW以上的压水堆、沸水堆、蕈水堆等核电机组,它们在进一步证明核能发电技术可行性的同时,使核电的经济性也得以证明:可与火电、水电相竞争。20世纪70年代,因石油涨价引发的能源危机促进了核电的发展,目前世界上商业运行的四百多座核电机组大部分是在这段时期建成的,称为第二代核电机组。
但是,1979年和1986年分别发生在i里岛和切尔诺贝利的核电站严重事故,给核电的发展带来沉重打击,社会公众增大了对核电安全性的顾虑,电业投资者也不愿投资核电。在许多国家核
和投资者对核电的信心,就应着重解决以下问题:
(1)进一步降低堆芯熔化和放射性向环境大量释放的风险,使发生严重事故的概率减d,N极至,以消除社会公众的顾虑。
(2)进一步减少核废料(特别是强放射性和长寿命核废料)的产量,寻求更佳的核废料处理方案,减少对人员和环境的剂量影响。
(3)降低核电站每单位千瓦的造价和缩短建设周期,提高机组热效率和可利用率,提高寿期,以进一步改善其经济性。
美国URD文件、欧洲EUR文件和国际原子能机构NUSS建议法规修订第二版就主要是依据上述目标而提出的。国际上通常把满足URD文件或EUR文件的核电机组称为第i代核电机组,目前,在围际上,已经核安全豁管当局批准,可以进行商用建造的的第三代核电机组有:ABWR、SYSTEM80+、AP600、APl000(均美国),EPR(法国)。正在接受核安全临管当局审企的有:APWR(日本),ESBwR(美国),APRl400(韩国)。
电气技术2009年第8期
万方数据
第j伐投电规缰的麓派转换系统(将核能转换为电能的系统)仍大登采用了第二代的成熟技术,故一般能在2010年羲进行蘸耀建造,美蠲髂之为“近期项臼”。
目前,在美围已向荚闰核监管绥员会正式审请发绘核电视级建造许可诞的已有26台机组(12台APl000,4台EPR,2台USAPWR,2台ABWR,6台ESBWR),都是第三我的。有6台APl000规组电避业主已与两尾公司,绍尔联合体签订了总承包建造合同。
法园蠹芬兰建造的2螽EPR枧缳翻正在闰内建造的2台EPR机组,也都是第i代的。法网已声明,今后不再递第二代核电视组。
日本除了蠢l台视缀是在同一厂垃续建相同型号的第二代机组尚在建设外,其余在建黪ll臼枧组都是第i代的,益已有3台第三代ABWR核电视组建成发电。
可以说,从核电发达阑家的动内来看,第i代梭电是鼍今圆际上核电发展
的主流。
与此同时,为了从更长远的核熊的霹掩续性发展着想,以美困为营的一些工业发达国家融经联合起来组成“第四代豳际核能论坛”(GIF),进行第四代核麓秘用系统的研究程开发。第匿{弋娥摇安全性和经济性都更加优越,废物撼极少,无需厂外成急,并舆有防核扩敞能力的棱麓利瘸系统。GIF露选定六辩|壤型为第四代优先考虑的堆型,但都还处于研究阶段,目标是到2030年后能进行商藤建造。这六秭堆鳖是:超{猫界永冷堆,极高温气冷堆、熔盐堆、带闭式燃料循环的钠冷快堆、铅冷快堆以及气冷快堆。
第三代与第二代核电站在安全上的主要差别
第二代核电站是在20世纪70、80年代根据当时的梭安全法规设计的,不把
万
方数据新能源专遴
严彀事故(鄹壤芯熔化搴敖稠教射链往环境大量释放事故)作为设计基准,仅考虑有限的防范和缓解。第二代核电站的安全壳不考虑对严羲攀敞的负载。第三代核电站按照uRD或EuR文件或IAEA推荐的新的安全法规设计,为提高安全牲,必须要有预防翻缓鳃严袭搴教的设施,并考虑安全壳对严重事故的负载。这是第i代与第二代在安全要求上最主要的差别。
为达到第三代核电安全目标的两种技术路线
第i代核电设计开始于20世纪80年代,它首先是着重予设置预防栩缓躲严重事故的措旎,将出现堆芯熔化和蜜全壳失效导致放射性大量释放到环境的概率降到很低的水平(现已分舅l定为不大予lO巧和104簟堆年)。于是。人们从两条不同的技术路线来进行这方瑟的工作:一条是在第二代的基础上再增粕和强纯专设安全系统。铡鲡,安全注射、堆芯余热排出等系统由二系列增加为四系列,相应地应急安全电源等支持系统也南二系列增加兔睡系列,以及增设堆芯熔融物捕捉和冷却系统以防止安全壳熔穿等。这样,安全性楚提高了、但核电站系统纥第二代更复杂,核级设备、阀门、应急电源等也更多,造价也相应提离。另一条技术质吲有的规律来保障安全。即利用物质的蕈力、惯性,流体的自然对流、扩教、蒸发、冷凝等源理,在事故疵急对冷却反应堆厂房(安全施)和带走堆芯余热。这就是APl000所采用的“非能动”安全系统的技术路线。这条路线,既简化了系统、减少了设备和部件,义大大提高了安全性。事故时人机接口篱亿,人为镣误酶可麓住也相应降低。所以.从技术上讲,非能动技术路线显然先进。
2009年第8期电鼍技玳I17
鼹线是麸根本上革薪,穰瘸自然赛耪
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生器与已有运行经验的△一75型(已用于
APl000的安全性和经济性
与第二代核电机组相比,APl000的堆芯熔化概率为5.08
x
V.C.SUMMER核电厂)、△一94型(已用于SO【JTHTEXSAS核电厂)和A一109型(已用于ARKANSAS核电厂)的结构、性能和容量大体相同而略有改进,也属于翻版加改进的性质。
关键是APl000所用的屏蔽电机主泵。屏蔽泵虽然在小功率的核电站上用过,在核潜艇、核航空母舰和石化工业上大量使用过,证明了它有很多优点,但在大功率核电机组上还没有用过。所以,X寸APl000的大型屏蔽电机泵必须做型式试验,经过充分的实验验证,攀定合格,以证明其确已满足工程使用的要求。两屋公司及屏蔽泵供应商EMD公司已制定了详细的实验验证计划,正在组织实施,预计2010年左右能完成。我们必须密切加以关注。
至于专设的核安全保障系统和设施,在电站运行时一般只是“站岗放哨”的“保卫部门”,正常发电时一般是不动作的,只是在事故应急时才动作(这种情况最好不发生)。所以,衡量它们的成熟性主要不是看它陪着核电站主系统运行了多长时间,而是要看是否已经过充分的论证和试验验证,鉴定合格,并经政府主管部门和核安全当局批准。
APl000的设计控制文件(DCD)已于2004年9月经美国核管理委员会批准,已给西屋公司颁发了最终设计批准书(FDA),2005年12月又颁发了设计证书。肯定了它的成熟性。
”
10。堆年,(一百
万分之0.508),而通常第二代核电机组出现这种严重事故的概率为1×10’4(一万分之一),两者相差197倍。APl000出现大量放射性释放到环境的概率为5.94×10一,(一千万分之0.594),而通常第二代核电机组出现这种严重事故的概率为1×10。(十万分之一),两者相差168倍。
APl000的安全系统简化,使得设备器材也相应减少。据两犀公司提供的初步资料,APl000核岛与相同功率(百万千瓦级,英国SizewellB)的第二代核电机组的部分设备器材数量比较见表1。
与此相应,安全级厂房和物项也减少,运行和维修也相应简化。这些都会使建设费用和运行费用降低。可以预料,APl000进入批量建造后,这些经济上的优势将会显示出来。
APl000的技术成熟性
APl000的核岛主系统的主设备,即反应堆、主泵、稳压器、蒸汽发生器等,都是在已有运行经验的设备基础上选用或改进设计的。APi000的反应堆堆芯是西犀公司标准的“314”型,由157件长度为14英尺的燃料组件所组成,这种反应堆已有两套在比利时(Doel
4,Tihange
磲
3)运行,已有20年以上的运行经验,是很成熟的。虽然两屋公司对APl000的“314”型与比利时的“314”型相比义略有改进,但都属于同一型号在分期建造巾的改良,属于翻版加改进的性质;分
析、试验、验证设
裘1
十H同功率的第_代{亥岛
安全级阀fJ
水泵管道K度
2844个280台
33550m
积极推进先进核电的自主7。化、国产化、自主创新。。
党中央和国务院领导在多次广泛听取了各有关部门和专家意见后,做出了我国应积极发展核电的决定。这是十分英明正确的决策,因为核能有其无法取代的优点:核电是一种清洁、安全、技术成熟、供应能力强、能大规模应用的发电方式;加快我国核电建设,提高核电在电力供给巾的比匿。有助于缓解电
计的工作是必须
APl000
牛1I比减少数fi}:
144.'个
牛}I比减少/%
50.834.2
79.8
要做的。但不存在卡天的问题。
APl000所用的△一125型蒸汽发
核岛
J400个
184台
5795m
%台
27755m
18
J电号技术2。。9年第8期
万方数据
力增长与环境保护、交通运输的矛盾;发展棱电对穆动高科技产业和装备制造业的发展,促进经济增长,调整能源结构,保障能源安全,实施可持续发展战略,都有重要意义。
圜务院领导已经确定,今后我国核电发展应尽快实现大型机组的自主化、国产化,贯彻“采用先进技术,统一技术路线”豹方针,积极撰进核电的发展。
结合我网具体情况,为了核电的发展不停步和煺加核电容量,我们W以再建造一些改进的第二代撬组;与貌同时,更必须以提高核电的安全性和经济性为根本目标,及早达到能自主设计翻建造第i筏百万千瓦级大型先进压水堆核电机组的目的,形成先进的、标准化的、能批量建造的产业规模,更加优质、安全、高速缝发展核毫。在此基础上还疲不断改进、创新,开发出具有我国自主知识产权的中国品牌的先进的核电机组。为此,国务院领导决定,以浙江ifl纛豳东海阳两个核电项目作为第i代核电自主化依托工程,引进技术,建设APl000惩窳装孩电枧缰。通遗霆套撬缀的设诗建设,使我网不仅在沿海而且在内陆具有独立自主设计建造和系列发展APl000核瞧撬缝的熊力,两量爨有继续政进、提高、创新、发展的后劲;既能产业规模地批量建造APl000核电机组,又能针对冀不是之楚稷发震空闻囊主进行疆发镬新,在一定时期内设计出具有我阑知识产权的中国品牌的第乏代非能动安全的大黧先进核瞧枫组,并着手建造第一台示范机组,取得经验盾,逐步推广。为此,国家中长期科技发展规划纲要已将《大型先进骶承堆和嘉滋气冷堆梭瞧站》列为重大专项,其实施方案业经网务院原则批准,将全力加以保证。我们核电工终者应为实现这些鹭标两努力奁斗。
核能利用的前景展望
核能利用是解决麓源问题必由之
万
方数据新能源专题
路。它在能源中的比例将逐步加大,从豫}改善能源结构,并褥希望在将来彻底解决入类对能源的需求。然而,核能的开发利用是一个循序渐进的长期进程,按其科技雅度和实现产业化的蘸景展望,大致磷分为i个阶段:第一阶段是热中子反应堆,第二阶段是快rfl予增值堆,第i阶段是可控聚变堆。这暑阶段需要互相衔接,逐步进入实用,实现产业化。
(1)第一阶段:热中子堆
目前,赣界上有447座核电执组在运行发电,总装机容量约3.88亿kW,除4鹰是快堆外,都是热巾子堆。这就是说,核能的产潼纯利用爨蓠还处予第一阶段。热巾子堆核电机组巾,有270座是腰水堆,占大多数。现在在世界上已能商用建造的第=三代孩瞧视缓氇都是压水堆型或沸水堆型的。
但是,无论压水堆或沸水堆核电机组,它镌数汽轮规工俸介质都是饱和蒸汽,温度不超过280℃,这就决定了它们的发电热效率只能达到约36%。压水堆翻浇承堆静发展蘸景麓走羯超褊赛承玲堆(SCWR,SupercriticalWater—CooledReactor,已不完全是热巾子堆)。超临界水冷堆孩瞧祝维静汽轮视工作分凌是超临界水,戡接来自反应堆,其压力约25MPa,温魔约510—550℃。机组热效率
图1越临界水冷堆核电机组艨理图
2。。§笨第8絮1鳓71t]19
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碍鸯达44%一45%。港予系统筒化,税缀的单位子瓦造徐墩将显著降低。但堆芯性能、控制稳定性、耐高温抗腐蚀的材料等一系列荚键剃邋尚有待克服。
另一有发展蔚途的热巾子蠛是高瀑气冷堆。在20世纪80年代,德网推出了模块式离温气冷壤熬设计概念,泼模快式小型化和具有罔骞安全性为特征,成为国际上高温气冷堆的技术走向。美、德、俄、13本、南鼍錾帮在积极研究,我嗣IOMW模块式实验赢温气冷堆”(图2)已建成,它在技术上是走在世界前列黪。鄹将舞工建造的瞧功率为2e万kW的模块斌示范性高温气冷堆核电机组,将促使高温气冷堆向商用化目标推进。
高瀑气冷堆圭篓将肉极高澡气冷堆(VHTR,
VeryHighTemperature
燃料,它猩消耗裂变燃料寒产生核麓的同时,还能够产黛相专子消蚝量{。2—1.6倍的裂变燃料,使得热堆积腥下来的铀一238的60%。70%畿在恢堆巾剩臻。我国正在建造一座热功率为651蛭w,电功率为25MW的实验快堆核电机组(罔3),该工穰残殴遴入安装、调试阶段,颈计
20l
0年建成。通过这座实验炔堆的建设
和运行试验以及相关的科研攻荚,为建设示蒗性薅焉快难核电菇抒下基础。快堆另一用途是焚烧长寿命和强放射性的裂变产物和锕系元素。处谶高放废物。
(3)第三阶段:可控热核聚变壤聚变壤是剩用氢的同位素氛、氖等聚变成氦而释放核能的反应堆,氘即酶水巾的“霞氢”,黼地球上豁水巾有1/7000是重水,总计含氯登有40万亿t,故聚变反应堆成功后,水rfl氘足以满足人类几十亿年瓣麓源韵需求。然藤,实褒持续的可控聚变,难度非常大。关毽问题蹩要把氘、氚原子核加温到至少几千万乃至上亿摄&度f愁是等离子体》,并把它们约束在一起。题前主要研究的有磁约束、激光惯性约束等途径实现可控聚变。务嗣愁建造多种类型的试验装鼍共200多赍,我国也融建成四舟,向可控聚变目标探索,已露出胜利的曙光:国际上的磁约柬聚变试验装置融褥到了输恕功率大子输入功率的成果,原则上证实了可控聚窝准的科学可行性。为此,美、俄、嚣、默共体等联台开发韵渴际热核聚变实验堆(ITER.International
ThermofusionExperimentalReactor)。(网
Reactor)发震,其冷却堆芯的氦气出口滋度达1000℃,可用于制氢,瞧霹鼹予磊油、化工、炼钢等工艺供热,用于发电、热效率霹达50%。缀赢性能燃料元件技术、氦气透平直接循繇发电及高瀑堆热制氢等技术尚有待克
服。
《2)第二阶段:快巾子堆
图2高温气冷堆核电机组示意图
热巾子堆的主要缺点是核燃料利用察很低,在开采精炼出来的天然铀巾,只有大约l%~2%的核燃料能够在热巾子堆巾产生核能,其余约98%一99%的铀一238都将积殿下来,要等到快巾予壤才加以祠用。
快中子罐最大的优
4)已完成设计,决定在法闼卡达挝舍《Catalache)建设。在2015年左右建成。专家估计到2050年前后,入类有可能实现原型示范的可控聚变堆核电站发电。核聚变堆要发展到经济实用的阶段还宥一段楣≮长的艰辛的道路,但它的前荣是光明的。我国已决定参加ITER项翻的建设和运行,在科技前沿上与围际合作,与国内的可控聚变研究紧密结合,
推动我国聚变核能利用的发展。
图3冷快中子堆示意图
点就是能够充分利用核
20
f啦鼍技肃2009雄第8期
万方数据
三结论i
我嗣核能利用已嚣峰火好的发袋机遇,国家《核电中长期发展规划(2005—2020年)》已明确了到2020年我围核电发浸的髫标:到2020年我圜将有4000万kW核电运行发电,1800万kW在建。从现在发展势头看来,这个目标能够达嬲,两且很薅能超额完成。国家《中长期科技发震规鲻纲要》融将“大型先进展水堆及高温气冷堆核电站”列为重大专项;据此,国家各有关部门正=燕具体组织实施,戳期充分利掰我国已积鬃的核能技术和经验并允分吸取国际先进技术朔经验,在较短时闻内既完成自圭设计建造一定数量的第二代改进的核电机组,义批量自主设计建造第三代先进核电机组,并自主创新地刨建巾固晶牌的大麴先进压承堆核电枫组和高温气冷堆核电机组。更安全、更经济地优质高速发展核能利用,以期到2020年,朔乎利蔫簸毙的成就成茺我禹是自主龟l薪鉴国家的标志之一。
我国已建成的实验高温气冷堆,正在建设的实验侠堆核电站;}拜闭式孩燃料循环(包括乏燃料后处)系统的研究开发工作正推动着我国核能刹用迈向更高静瑟次。我国在熬核聚变方西取褥麓研究成果和积极参与国际合作的走向也是令人鼓舞的。
总之,我陵核麓穰震懿发震蓠豢将越来越广阔。但这终究是~个长期的、巨大的系统工程,既要解决近期为网民经浇鞭务的大慧技术课题,义要鸯下一步和长远发展进行系统的预研,开展基础研究和应用研究;牵涉到的学科范围
万
方数据薪熊源专题
也十分广泛丑鞠互交叉。嚣此,必须远近结合,高瞻远瞩,全面考虑,统筹安排,认真落实,力争在较短时闻内能与圜际先进水平并驾齐驱。我们相信,经过努力,我国核能的开发利用必将绪出丰硕成果。
露4
l秘iR承意圈
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俸卷简介
欧阳子。中国科鬻院院上,饿罗拼T群豌外籍院上,核反成堆和核电专家。
2009年第8期电_技泶f
21
核能和平利用的发展历程与前景展望
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
欧阳予, Ou Yangyu
中国核工业集团公司,国家核电技术公司电气技术
ELECTRICAL ENGINEERING2009(8)
参考文献(9条)
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引用本文格式:欧阳予.Ou Yangyu 核能和平利用的发展历程与前景展望[期刊论文]-电气技术 2009(8)
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第j伐投电规缰的麓派转换系统(将核能转换为电能的系统)仍大登采用了第二代的成熟技术,故一般能在2010年羲进行蘸耀建造,美蠲髂之为“近期项臼”。
目前,在美围已向荚闰核监管绥员会正式审请发绘核电视级建造许可诞的已有26台机组(12台APl000,4台EPR,2台USAPWR,2台ABWR,6台ESBWR),都是第三我的。有6台APl000规组电避业主已与两尾公司,绍尔联合体签订了总承包建造合同。
法园蠹芬兰建造的2螽EPR枧缳翻正在闰内建造的2台EPR机组,也都是第i代的。法网已声明,今后不再递第二代核电视组。
日本除了蠢l台视缀是在同一厂垃续建相同型号的第二代机组尚在建设外,其余在建黪ll臼枧组都是第i代的,益已有3台第三代ABWR核电视组建成发电。
可以说,从核电发达阑家的动内来看,第i代梭电是鼍今圆际上核电发展
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与此同时,为了从更长远的核熊的霹掩续性发展着想,以美困为营的一些工业发达国家融经联合起来组成“第四代豳际核能论坛”(GIF),进行第四代核麓秘用系统的研究程开发。第匿{弋娥摇安全性和经济性都更加优越,废物撼极少,无需厂外成急,并舆有防核扩敞能力的棱麓利瘸系统。GIF露选定六辩|壤型为第四代优先考虑的堆型,但都还处于研究阶段,目标是到2030年后能进行商藤建造。这六秭堆鳖是:超{猫界永冷堆,极高温气冷堆、熔盐堆、带闭式燃料循环的钠冷快堆、铅冷快堆以及气冷快堆。
第三代与第二代核电站在安全上的主要差别
第二代核电站是在20世纪70、80年代根据当时的梭安全法规设计的,不把
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方数据新能源专遴
严彀事故(鄹壤芯熔化搴敖稠教射链往环境大量释放事故)作为设计基准,仅考虑有限的防范和缓解。第二代核电站的安全壳不考虑对严羲攀敞的负载。第三代核电站按照uRD或EuR文件或IAEA推荐的新的安全法规设计,为提高安全牲,必须要有预防翻缓鳃严袭搴教的设施,并考虑安全壳对严重事故的负载。这是第i代与第二代在安全要求上最主要的差别。
为达到第三代核电安全目标的两种技术路线
第i代核电设计开始于20世纪80年代,它首先是着重予设置预防栩缓躲严重事故的措旎,将出现堆芯熔化和蜜全壳失效导致放射性大量释放到环境的概率降到很低的水平(现已分舅l定为不大予lO巧和104簟堆年)。于是。人们从两条不同的技术路线来进行这方瑟的工作:一条是在第二代的基础上再增粕和强纯专设安全系统。铡鲡,安全注射、堆芯余热排出等系统由二系列增加为四系列,相应地应急安全电源等支持系统也南二系列增加兔睡系列,以及增设堆芯熔融物捕捉和冷却系统以防止安全壳熔穿等。这样,安全性楚提高了、但核电站系统纥第二代更复杂,核级设备、阀门、应急电源等也更多,造价也相应提离。另一条技术质吲有的规律来保障安全。即利用物质的蕈力、惯性,流体的自然对流、扩教、蒸发、冷凝等源理,在事故疵急对冷却反应堆厂房(安全施)和带走堆芯余热。这就是APl000所采用的“非能动”安全系统的技术路线。这条路线,既简化了系统、减少了设备和部件,义大大提高了安全性。事故时人机接口篱亿,人为镣误酶可麓住也相应降低。所以.从技术上讲,非能动技术路线显然先进。
2009年第8期电鼍技玳I17
鼹线是麸根本上革薪,穰瘸自然赛耪
新能源专题
生器与已有运行经验的△一75型(已用于
APl000的安全性和经济性
与第二代核电机组相比,APl000的堆芯熔化概率为5.08
x
V.C.SUMMER核电厂)、△一94型(已用于SO【JTHTEXSAS核电厂)和A一109型(已用于ARKANSAS核电厂)的结构、性能和容量大体相同而略有改进,也属于翻版加改进的性质。
关键是APl000所用的屏蔽电机主泵。屏蔽泵虽然在小功率的核电站上用过,在核潜艇、核航空母舰和石化工业上大量使用过,证明了它有很多优点,但在大功率核电机组上还没有用过。所以,X寸APl000的大型屏蔽电机泵必须做型式试验,经过充分的实验验证,攀定合格,以证明其确已满足工程使用的要求。两屋公司及屏蔽泵供应商EMD公司已制定了详细的实验验证计划,正在组织实施,预计2010年左右能完成。我们必须密切加以关注。
至于专设的核安全保障系统和设施,在电站运行时一般只是“站岗放哨”的“保卫部门”,正常发电时一般是不动作的,只是在事故应急时才动作(这种情况最好不发生)。所以,衡量它们的成熟性主要不是看它陪着核电站主系统运行了多长时间,而是要看是否已经过充分的论证和试验验证,鉴定合格,并经政府主管部门和核安全当局批准。
APl000的设计控制文件(DCD)已于2004年9月经美国核管理委员会批准,已给西屋公司颁发了最终设计批准书(FDA),2005年12月又颁发了设计证书。肯定了它的成熟性。
”
10。堆年,(一百
万分之0.508),而通常第二代核电机组出现这种严重事故的概率为1×10’4(一万分之一),两者相差197倍。APl000出现大量放射性释放到环境的概率为5.94×10一,(一千万分之0.594),而通常第二代核电机组出现这种严重事故的概率为1×10。(十万分之一),两者相差168倍。
APl000的安全系统简化,使得设备器材也相应减少。据两犀公司提供的初步资料,APl000核岛与相同功率(百万千瓦级,英国SizewellB)的第二代核电机组的部分设备器材数量比较见表1。
与此相应,安全级厂房和物项也减少,运行和维修也相应简化。这些都会使建设费用和运行费用降低。可以预料,APl000进入批量建造后,这些经济上的优势将会显示出来。
APl000的技术成熟性
APl000的核岛主系统的主设备,即反应堆、主泵、稳压器、蒸汽发生器等,都是在已有运行经验的设备基础上选用或改进设计的。APi000的反应堆堆芯是西犀公司标准的“314”型,由157件长度为14英尺的燃料组件所组成,这种反应堆已有两套在比利时(Doel
4,Tihange
磲
3)运行,已有20年以上的运行经验,是很成熟的。虽然两屋公司对APl000的“314”型与比利时的“314”型相比义略有改进,但都属于同一型号在分期建造巾的改良,属于翻版加改进的性质;分
析、试验、验证设
裘1
十H同功率的第_代{亥岛
安全级阀fJ
水泵管道K度
2844个280台
33550m
积极推进先进核电的自主7。化、国产化、自主创新。。
党中央和国务院领导在多次广泛听取了各有关部门和专家意见后,做出了我国应积极发展核电的决定。这是十分英明正确的决策,因为核能有其无法取代的优点:核电是一种清洁、安全、技术成熟、供应能力强、能大规模应用的发电方式;加快我国核电建设,提高核电在电力供给巾的比匿。有助于缓解电
计的工作是必须
APl000
牛1I比减少数fi}:
144.'个
牛}I比减少/%
50.834.2
79.8
要做的。但不存在卡天的问题。
APl000所用的△一125型蒸汽发
核岛
J400个
184台
5795m
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27755m
18
J电号技术2。。9年第8期
万方数据
力增长与环境保护、交通运输的矛盾;发展棱电对穆动高科技产业和装备制造业的发展,促进经济增长,调整能源结构,保障能源安全,实施可持续发展战略,都有重要意义。
圜务院领导已经确定,今后我国核电发展应尽快实现大型机组的自主化、国产化,贯彻“采用先进技术,统一技术路线”豹方针,积极撰进核电的发展。
结合我网具体情况,为了核电的发展不停步和煺加核电容量,我们W以再建造一些改进的第二代撬组;与貌同时,更必须以提高核电的安全性和经济性为根本目标,及早达到能自主设计翻建造第i筏百万千瓦级大型先进压水堆核电机组的目的,形成先进的、标准化的、能批量建造的产业规模,更加优质、安全、高速缝发展核毫。在此基础上还疲不断改进、创新,开发出具有我国自主知识产权的中国品牌的先进的核电机组。为此,国务院领导决定,以浙江ifl纛豳东海阳两个核电项目作为第i代核电自主化依托工程,引进技术,建设APl000惩窳装孩电枧缰。通遗霆套撬缀的设诗建设,使我网不仅在沿海而且在内陆具有独立自主设计建造和系列发展APl000核瞧撬缝的熊力,两量爨有继续政进、提高、创新、发展的后劲;既能产业规模地批量建造APl000核电机组,又能针对冀不是之楚稷发震空闻囊主进行疆发镬新,在一定时期内设计出具有我阑知识产权的中国品牌的第乏代非能动安全的大黧先进核瞧枫组,并着手建造第一台示范机组,取得经验盾,逐步推广。为此,国家中长期科技发展规划纲要已将《大型先进骶承堆和嘉滋气冷堆梭瞧站》列为重大专项,其实施方案业经网务院原则批准,将全力加以保证。我们核电工终者应为实现这些鹭标两努力奁斗。
核能利用的前景展望
核能利用是解决麓源问题必由之
万
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路。它在能源中的比例将逐步加大,从豫}改善能源结构,并褥希望在将来彻底解决入类对能源的需求。然而,核能的开发利用是一个循序渐进的长期进程,按其科技雅度和实现产业化的蘸景展望,大致磷分为i个阶段:第一阶段是热中子反应堆,第二阶段是快rfl予增值堆,第i阶段是可控聚变堆。这暑阶段需要互相衔接,逐步进入实用,实现产业化。
(1)第一阶段:热中子堆
目前,赣界上有447座核电执组在运行发电,总装机容量约3.88亿kW,除4鹰是快堆外,都是热巾子堆。这就是说,核能的产潼纯利用爨蓠还处予第一阶段。热巾子堆核电机组巾,有270座是腰水堆,占大多数。现在在世界上已能商用建造的第=三代孩瞧视缓氇都是压水堆型或沸水堆型的。
但是,无论压水堆或沸水堆核电机组,它镌数汽轮规工俸介质都是饱和蒸汽,温度不超过280℃,这就决定了它们的发电热效率只能达到约36%。压水堆翻浇承堆静发展蘸景麓走羯超褊赛承玲堆(SCWR,SupercriticalWater—CooledReactor,已不完全是热巾子堆)。超临界水冷堆孩瞧祝维静汽轮视工作分凌是超临界水,戡接来自反应堆,其压力约25MPa,温魔约510—550℃。机组热效率
图1越临界水冷堆核电机组艨理图
2。。§笨第8絮1鳓71t]19
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碍鸯达44%一45%。港予系统筒化,税缀的单位子瓦造徐墩将显著降低。但堆芯性能、控制稳定性、耐高温抗腐蚀的材料等一系列荚键剃邋尚有待克服。
另一有发展蔚途的热巾子蠛是高瀑气冷堆。在20世纪80年代,德网推出了模块式离温气冷壤熬设计概念,泼模快式小型化和具有罔骞安全性为特征,成为国际上高温气冷堆的技术走向。美、德、俄、13本、南鼍錾帮在积极研究,我嗣IOMW模块式实验赢温气冷堆”(图2)已建成,它在技术上是走在世界前列黪。鄹将舞工建造的瞧功率为2e万kW的模块斌示范性高温气冷堆核电机组,将促使高温气冷堆向商用化目标推进。
高瀑气冷堆圭篓将肉极高澡气冷堆(VHTR,
VeryHighTemperature
燃料,它猩消耗裂变燃料寒产生核麓的同时,还能够产黛相专子消蚝量{。2—1.6倍的裂变燃料,使得热堆积腥下来的铀一238的60%。70%畿在恢堆巾剩臻。我国正在建造一座热功率为651蛭w,电功率为25MW的实验快堆核电机组(罔3),该工穰残殴遴入安装、调试阶段,颈计
20l
0年建成。通过这座实验炔堆的建设
和运行试验以及相关的科研攻荚,为建设示蒗性薅焉快难核电菇抒下基础。快堆另一用途是焚烧长寿命和强放射性的裂变产物和锕系元素。处谶高放废物。
(3)第三阶段:可控热核聚变壤聚变壤是剩用氢的同位素氛、氖等聚变成氦而释放核能的反应堆,氘即酶水巾的“霞氢”,黼地球上豁水巾有1/7000是重水,总计含氯登有40万亿t,故聚变反应堆成功后,水rfl氘足以满足人类几十亿年瓣麓源韵需求。然藤,实褒持续的可控聚变,难度非常大。关毽问题蹩要把氘、氚原子核加温到至少几千万乃至上亿摄&度f愁是等离子体》,并把它们约束在一起。题前主要研究的有磁约束、激光惯性约束等途径实现可控聚变。务嗣愁建造多种类型的试验装鼍共200多赍,我国也融建成四舟,向可控聚变目标探索,已露出胜利的曙光:国际上的磁约柬聚变试验装置融褥到了输恕功率大子输入功率的成果,原则上证实了可控聚窝准的科学可行性。为此,美、俄、嚣、默共体等联台开发韵渴际热核聚变实验堆(ITER.International
ThermofusionExperimentalReactor)。(网
Reactor)发震,其冷却堆芯的氦气出口滋度达1000℃,可用于制氢,瞧霹鼹予磊油、化工、炼钢等工艺供热,用于发电、热效率霹达50%。缀赢性能燃料元件技术、氦气透平直接循繇发电及高瀑堆热制氢等技术尚有待克
服。
《2)第二阶段:快巾子堆
图2高温气冷堆核电机组示意图
热巾子堆的主要缺点是核燃料利用察很低,在开采精炼出来的天然铀巾,只有大约l%~2%的核燃料能够在热巾子堆巾产生核能,其余约98%一99%的铀一238都将积殿下来,要等到快巾予壤才加以祠用。
快中子罐最大的优
4)已完成设计,决定在法闼卡达挝舍《Catalache)建设。在2015年左右建成。专家估计到2050年前后,入类有可能实现原型示范的可控聚变堆核电站发电。核聚变堆要发展到经济实用的阶段还宥一段楣≮长的艰辛的道路,但它的前荣是光明的。我国已决定参加ITER项翻的建设和运行,在科技前沿上与围际合作,与国内的可控聚变研究紧密结合,
推动我国聚变核能利用的发展。
图3冷快中子堆示意图
点就是能够充分利用核
20
f啦鼍技肃2009雄第8期
万方数据
三结论i
我嗣核能利用已嚣峰火好的发袋机遇,国家《核电中长期发展规划(2005—2020年)》已明确了到2020年我围核电发浸的髫标:到2020年我圜将有4000万kW核电运行发电,1800万kW在建。从现在发展势头看来,这个目标能够达嬲,两且很薅能超额完成。国家《中长期科技发震规鲻纲要》融将“大型先进展水堆及高温气冷堆核电站”列为重大专项;据此,国家各有关部门正=燕具体组织实施,戳期充分利掰我国已积鬃的核能技术和经验并允分吸取国际先进技术朔经验,在较短时闻内既完成自圭设计建造一定数量的第二代改进的核电机组,义批量自主设计建造第三代先进核电机组,并自主创新地刨建巾固晶牌的大麴先进压承堆核电枫组和高温气冷堆核电机组。更安全、更经济地优质高速发展核能利用,以期到2020年,朔乎利蔫簸毙的成就成茺我禹是自主龟l薪鉴国家的标志之一。
我国已建成的实验高温气冷堆,正在建设的实验侠堆核电站;}拜闭式孩燃料循环(包括乏燃料后处)系统的研究开发工作正推动着我国核能刹用迈向更高静瑟次。我国在熬核聚变方西取褥麓研究成果和积极参与国际合作的走向也是令人鼓舞的。
总之,我陵核麓穰震懿发震蓠豢将越来越广阔。但这终究是~个长期的、巨大的系统工程,既要解决近期为网民经浇鞭务的大慧技术课题,义要鸯下一步和长远发展进行系统的预研,开展基础研究和应用研究;牵涉到的学科范围
万
方数据薪熊源专题
也十分广泛丑鞠互交叉。嚣此,必须远近结合,高瞻远瞩,全面考虑,统筹安排,认真落实,力争在较短时闻内能与圜际先进水平并驾齐驱。我们相信,经过努力,我国核能的开发利用必将绪出丰硕成果。
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l秘iR承意圈
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俸卷简介
欧阳子。中国科鬻院院上,饿罗拼T群豌外籍院上,核反成堆和核电专家。
2009年第8期电_技泶f
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核能和平利用的发展历程与前景展望
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
欧阳予, Ou Yangyu
中国核工业集团公司,国家核电技术公司电气技术
ELECTRICAL ENGINEERING2009(8)
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引用本文格式:欧阳予.Ou Yangyu 核能和平利用的发展历程与前景展望[期刊论文]-电气技术 2009(8)