新能源概論論文

1、中南大學題 目能源之核能學生姓名指導教師唐有根學 院地球科學與信息物理學院專業(yè)班級學生學號時間：2012年06月1日能源之核能 摘要：經(jīng)濟的發(fā)展、能源的短缺，促使核電工業(yè)迅速崛起。核能以其獨有的優(yōu)勢受到了世界各國的重視與歡迎。然而在發(fā)展核技術的同時也給周圍環(huán)境造成了一定程度的放射性污染。本文介紹了核能所具有的各種優(yōu)勢、核能在國能外的動用情況、運用方式、存在的問題以及發(fā)展前景，綜合闡述了發(fā)展核能的必要性。背景： 進入改革開放30多年以來，我國經(jīng)濟高速發(fā)展，而作為支撐我國經(jīng)濟高速發(fā)展的支柱之一，能源在其中占據(jù)了舉足輕重的地位。與傳統(tǒng)能源相比，核能具有高能效、低污染、經(jīng)濟、可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)點。對核能技

2、術的應用也將變得越來越廣泛。我國出臺的“十一五”核電規(guī)劃提出，到2020 年，核電裝機容量將達到4000 萬千瓦，將占全國發(fā)電量的4，平均每年就要興建一個相當于大亞灣核電站的核電站。作為主要核電能源，鈾礦資源在我國湘、贛、粵等地區(qū)已被大量開采。此外，由于核武器等戰(zhàn)略能源儲備以及民用科研需要，開發(fā)越來越多的鈾礦和伴生放射性礦產(chǎn)資源已是大勢所趨。然而，對核能的開發(fā)與利用是一把雙刃劍，一旦核泄漏造成放射性污染，對世界來說又將是巨大的災難。一、概述 核能是人類歷史上的一項偉大發(fā)明，這離不開早期西方科學家的探索發(fā)現(xiàn)，他們?yōu)楹四艿膽玫於嘶A。 在1945年之前，人類在能源利用領域只涉及到物理變化和化學

3、變化。二戰(zhàn)時，原子彈誕生了。人類開始將核能運用于軍事、能源、工業(yè)、航天等領域。美國、俄羅斯、英國、法國、中國、日本、以色列等國相繼展開對核能應用前景的研究。 核能是利用核反應堆中核裂變所釋放出的熱能進行發(fā)電的方式。它與火力發(fā)電極其相似。只是以核反應堆及核能發(fā)電站、蒸汽發(fā)生器來代替火力發(fā)電的鍋爐，以核裂變能代替礦物燃料的化學能。除沸水堆外（見輕水堆），其他類型的動力堆都是一回路的冷卻劑通過堆心加熱，在蒸汽發(fā)生器中將熱量傳給二回路或三回路的水，然后形成蒸汽推動汽輪發(fā)電機。沸水堆則是一回路的冷卻劑通過堆心加熱變成70個大氣壓左右的飽和蒸汽，經(jīng)汽水分離并干燥后直接推動汽輪發(fā)電機。核能發(fā)電利用鈾燃料進行

4、核分裂連鎖反應所產(chǎn)生的熱，將水加熱成高溫高壓，利用產(chǎn)生的水蒸氣推動蒸汽輪機并帶動發(fā)電機。核反應所放出的熱量較燃燒化石燃料所放出的能量要高很多（相差約百萬倍），比較起來所以需要的燃料體積比火力電廠少相當多。核能發(fā)電所使用的的鈾235純度只約占3%4%，其馀皆為無法產(chǎn)生核分裂的鈾238。 舉例而言，核四廠每年要用掉80噸的核燃料，只要2支標準貨柜就可以運載。如果換成燃煤，需要515萬噸，每天要用20噸的大卡車運705車才夠。如果使用天然氣，需要143萬噸，相當于每天燒掉20萬桶家用瓦斯。換算起來，剛好接近全臺灣692萬戶的瓦斯用量。 所以核能的發(fā)展一定程度上反應的是社會的發(fā)展，也是人類在科技和能源

5、水平上努力突破的重點，是有著很深遠的發(fā)展意義的。二、新型核能的特點 優(yōu)點： （1）核能發(fā)電不像化石燃料發(fā)電那樣排放巨量的污染物質(zhì)到大氣中，因此核能發(fā)電不會造成空氣污染。 （2）核能發(fā)電不會產(chǎn)生加重地球溫室效應的二氧化碳。 （3）核能發(fā)電所使用的鈾燃料，除了發(fā)電外，沒有其他的用途。 （4）核燃料能量密度比起化石燃料高上幾百萬倍，故核能電廠所使用的燃料體積小，運輸與儲存都很方便，一座1000百萬瓦的核能電廠一年只需30公噸的鈾燃料，一航次的飛機就可以完成運送。 （5）核能發(fā)電的成本中，燃料費用所占的比例較低，核能發(fā)電的成本較不易受到國際經(jīng)濟情勢影響，故發(fā)電成本較其他發(fā)電方法為穩(wěn)定。 缺點： （1）

6、核能電廠會產(chǎn)生高低階放射性廢料，或者是使用過之核燃料，雖然所占體積不大，但因具有放射線，故必須慎重處理，且需面對相當大的政治困擾。 （2）核能發(fā)電廠熱效率較低，因而比一般化石燃料電廠排放更多廢熱到環(huán)境裏，故核能電廠的熱污染較嚴重。 （3）核能電廠投資成本太大，電力公司的財務風險較高。 （4）核能電廠較不適宜做尖峰、離峰之隨載運轉。 （5）興建核電廠較易引發(fā)政治歧見紛爭。 （6）核電廠的反應器內(nèi)有大量的放射性物質(zhì)，如果在事故中釋放到外界環(huán)境，會對生態(tài)及民眾造成傷害。三、核能在國內(nèi)外的運用情況及運用方式 現(xiàn)在核能的主要運用還是以核能發(fā)電為主，而且運用很廣泛，許多國家都建立了許多核電站。 目前，國際

7、上大部分核電站建設在內(nèi)陸。法國65.1%的核電站建設在內(nèi)陸，美國有75.7%的核電站建設在內(nèi)陸?？梢?，內(nèi)陸建核電站是完全可行的。我國建設內(nèi)陸核電站勢在必行。原因在于：內(nèi)陸地區(qū)經(jīng)濟有了很大發(fā)展，電網(wǎng)容量亦有很大發(fā)展；有些省份缺乏煤炭和水力資源；2008年初南方各省發(fā)生了大面積、長時間的雪災，造成廣大地區(qū)長時間斷電，帶來了嚴重后果，這表明依靠遠距離輸電和長途運煤難以保障用電安全。因此，建設不依賴燃料運輸?shù)闹坞娬竞穗娬臼呛鼙匾?。技術方面，發(fā)展內(nèi)陸核電站也完全成熟。從安全和環(huán)保要求看，內(nèi)陸核電站和沿海核電站沒有本質(zhì)的差別，目前成熟的核電站設計和建造技術完全可用到內(nèi)陸核電站。三、在獲取或轉換以及運用

8、各方面需要解決的問題及問題研究的主要方向 利用核能量發(fā)電，最擔心的是安全問題。世界范圍內(nèi)核電站確實發(fā)生過幾次大的事故。一次是1979年3月28日，美國三喱島核電站連續(xù)發(fā)生操作失誤和設備故障，引起堆內(nèi)失水，導致核燃料元件破損，大量的放射性物質(zhì)逸出一次回路第二次發(fā)生在1986年4月26日凌晨1時23分，位于蘇聯(lián)基輔東北部的切爾諾貝利核電站第4號機組突然爆炸起火，3.54.0的核燃料元件被炸出堆外，致使含有巨量放射性物質(zhì)的蒸汽和濃煙進入大氣，釀成一起震撼世界的惡性核泄漏事故。第三樁核泄漏事故發(fā)生在日本的茨仁縣東海村JCD核燃料加工廠，時間是1999年9月30日上午10時35分以上一樁樁事故不可避免地

9、讓人們產(chǎn)生這樣的疑問核電到底安不安全？ 的確，從世界范圍來看，核能的利用歷史還不長。自從世界上建成第一座核反應堆至今，僅僅50多年的時間。在核能的應用技術與安全防護方面，也確實存在著許多有待完善和解決的問題。但是，半個世紀以來的核電發(fā)展實踐告訴我們，核電是當代比較成熟的技術，全球30多個國家和地區(qū)已建成并投入運行的核電站有432座（截至1999年底），裝機容量達32861.3億千瓦，占世界發(fā)電總裝機容量的21。核電在一些國家的發(fā)電總量中所占的比重也是十分驚人的：在法國，核發(fā)電量占全部發(fā)電總量的75；比利時為61.5；韓國為49；我國的臺灣省也有多座大的核電站，核電占發(fā)電總量的38.7。實踐證明

10、，只要嚴格遵守核電站安全法規(guī)和守則，核電的安全性是有充分保障的。 核電站對環(huán)境的影響，主要存在兩種潛在危險：一是自身事故或外來因素引起爆炸事故，造成人身傷亡；一是發(fā)生反應堆冷卻劑外溢事故時，造成放射性危害。對這兩種情況，在設計核電站和選擇建站地址時，都有多種可靠有效的考慮。核電站的選址要求非常嚴格，必須是地震裂度低和地殼穩(wěn)固的“安全島”，必須符合環(huán)保要求。為此，科學工作者必須全面進行多種項目的實地考察與勘測，其中包括磁航、重力、地震、遙感等等；同時還得進行詳盡的水文調(diào)查和氣象考察、查閱歷史上千年以上地質(zhì)資料的記載，推測今后50至100年的地震活動趨勢。核電站與油庫、油管、機場、易燃倉庫以至民航

11、線、公路、鐵路的距離都有相應的限制規(guī)定。核電站向外分成隔離區(qū)、低人口密度區(qū)和人口中心距離區(qū)。最近的隔離區(qū)半徑不得小于800米，最外區(qū)半徑在7000米以上。 在核電站中還裝有許多保護裝置和工程安全措施。以我國大陸上第一座核電站秦山核電站為例，這座我國自行研究、設計、制造、施工的核電站坐落在浙江省海鹽縣的秦山腳下，離省會杭州市有100千米左右，依山傍海。核電站的設計準則是：不污染國土，不危害人民。工程強調(diào)“縱深防御，綜合設防，多道屏障，萬無一失”。電站反應堆采用最先進的排放技術，它的燃料是濃度為3的鈾，點燃它的“火柴”是能夠鉆到原子核內(nèi)部去的中子。反應堆內(nèi)有石墨等減速劑，使快速中子變?yōu)槁僦凶印７?/p>

12、應堆功率由控制棒調(diào)節(jié)?？刂瓢粲梦罩凶幽芰軓姷你y銦鎘合金制成。反應堆的“心臟”部分叫“堆芯”，外有三道屏障保護著它的安全。第一道屏障是高強度的鋯合金包殼，燃料芯塊疊裝其中，能把核燃料裂變時產(chǎn)生的放射性物質(zhì)密封住。第二道屏障是壓力殼，包在鋯合金之外，防止鋯合金殼破裂，不使放射性物質(zhì)外逸。最外一層屏障叫安全殼，結構性能優(yōu)良，氣密性比規(guī)范預期性優(yōu)良3.6倍。這是一座穹頂?shù)摹褒嬋淮笪铩眱?nèi)層為6毫米厚的鋼板襯墊，外層為1米厚的鋼筋混疑土，內(nèi)徑36米，高62米。里邊安裝一套完整的防護系統(tǒng)。安全殼極為堅固，可以令撞上的飛機粉身碎骨，而自己卻毫發(fā)無損。反應堆和燃料裝卸機用電子計算機操縱。萬一出現(xiàn)意外，反應堆

13、能在一、兩秒鐘內(nèi)自動停止運轉。雖然與原子彈一樣都利用了核聚變的原理，但核電采用低濃度裂變物質(zhì)作燃料，且分散在反應堆內(nèi)，在任何情況下都不會自我爆炸。更何況在設計和建設過程中又多方采用現(xiàn)代科學技術，能根據(jù)需要使裂變反應有控制地進行，并能隨時中止反應。所以，只要嚴格遵守操作規(guī)范，恪守操作守則，核電站的安全性是有充分保障的。五、國內(nèi)外核能發(fā)展現(xiàn)狀以及前景 截至2006年，全世界在運轉中的核反應堆達435座，其中有29座以上正在建設中。美國運轉的核電站最多，為103座。法國次之，為59座。日本為55座（1座以上在建設中），俄羅斯為31座（7座以上在建設中）。 擁有核能發(fā)電的30個國家中，由核能供電的份額

14、變化較大。其中法國高達占78%，比利時占54%、韓國占39%、瑞士占37%、日本占30%、美國占19%、南非占4%和中國占2%。 現(xiàn)在核能發(fā)電站的擴建集中在亞洲：至2006年底建設中的29座就有15座在亞洲。最近建設的36座核反應堆已與電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的有26座在亞洲。印度核能發(fā)電所占比例現(xiàn)小于3%，但至2006年底，擁有建設中核電站的1/4，在建設中29座核電站中擁有7座。印度的計劃更令人印象深的是：到2022年將增長8倍，達到電力供應的10%；到2052年將增長75倍，達到電力供應的26%。75倍的增長意味著年均增長9.4%，與全球19702004年的平均增長率相同。 中國的核工業(yè)在五十年代中期開

15、始建立,現(xiàn)已形成比較完整的核工業(yè)體系。八十年代初中國核電開始起步，其自行設計建造的秦山30萬千瓦壓水堆核電站，于1985年3月正式開工,1991年12月并網(wǎng)發(fā)電。利用外資和引進國外成套設備興建的大亞灣核電站兩臺90萬千瓦機組，于1987年8月開工建設，1994年投入商業(yè)運行。“九五”期間有4個核電項目8臺機組開工建設，總裝機容量為660萬千瓦。它們分別是：1996年6月開工建設的秦山二期核電站兩臺60萬千瓦壓水堆機組，1997年5月開工建設的嶺澳核電站兩臺100萬千瓦級壓水堆機組，1998年6月開工建設的秦山三期核電站兩臺70萬千瓦級重水堆機組，這三個項目均于2003年建成投產(chǎn)；于1999年1

16、0月開工建設的田灣核電站兩臺100萬千瓦級壓水堆機組，則于2005年建成投產(chǎn)。自八十年代初核電起步以來，中國在核電站的建設和運行、前期準備工作、國產(chǎn)化、有關法規(guī)和管理體系的建立等方面做了大量的工作，并取得了相當?shù)倪M展，為今后的發(fā)展奠定了基礎。中國通過6個核電項目11臺機組的建設，現(xiàn)已形成基本配套的核動力、核燃料科研開發(fā)工業(yè)體系；積累了科研、設計、建設、運行等一整套寶貴經(jīng)驗；培養(yǎng)和造就了一支專業(yè)齊全，具有相當實力的科研、設計和工程建設隊伍，建立了一批大型實驗臺架，進行了大量科研攻關和設計研究。通過在建項目的實施，掌握了較多的設計資料，積累了大型核電站的工程建設和項目管理經(jīng)驗，國產(chǎn)化能力有了較大的

17、提高。并且已經(jīng)逐步建立了比較完整的核燃料循環(huán)體系，初步形成了從鈾礦地質(zhì)勘查、鈾礦采冶、鈾同位素分離、核燃料元件制造、乏燃料后處理直至核廢物處理與處置等完整的核燃料循環(huán)工業(yè)體系。特別是改革開放三十年來，在與國際廣泛交流的基礎上，引進和開發(fā)了先進的技術和工藝，在核燃料生產(chǎn)的幾個主要環(huán)節(jié)上，實現(xiàn)了更新?lián)Q代，不僅對提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本等發(fā)揮了重要的作用，而且可以滿足或基本滿足中國核電更大發(fā)展的需求。此外，在核能技術開發(fā)方面，中國已在先進壓水堆、快中子增殖堆、高溫氣冷堆和低溫供熱堆方面開展了不少工作。 2007年10月初，經(jīng)國務院批準，國家發(fā)改委對外發(fā)布我國核電發(fā)展專題規(guī)劃(2005-2020年)

18、。根據(jù)規(guī)劃，在未來的13年中，我國將新增投產(chǎn)2300萬千瓦核電站。到2008年，國家統(tǒng)一明確了鼓勵核電發(fā)展的稅收政策，積極推進核電建設，改善中國的能源供應結構，以保障能源安全和經(jīng)濟安全，保護環(huán)境。同時，中國正在加大能源結構調(diào)整力度，官方正計劃調(diào)整核電中長期發(fā)展規(guī)劃，加快沿海核電發(fā)展，力爭2020年核電占電力總裝機比例達到百分之五以上。之前在核電規(guī)劃中，核電比重為百分之四。中國目前建成和在建的核電站總裝機容量為870萬千瓦，預計到2010年中國核電裝機容量約為2000萬千瓦，2020年約為4000萬千瓦。到2050年，根據(jù)不同部門的估算，中國核電裝機容 量可以分為高中低三種方案：高方案為3.6億

19、千瓦（約占中國電力總裝機容量的30%），中方案為2.4億千瓦（約占中國電力總裝機容量的20%），低方案為1.2億千瓦（約占中國電力總裝機容量的10%）。 中國國家發(fā)展改革委員會正在制定中國核電發(fā)展民用工業(yè)規(guī)劃，準備到2020年中國電力總裝機容量預計為9億千瓦時，核電的比重將占電力總容量的4%，即是中國核電在2020年時將為3600-4000萬千瓦。也就是說，到2020年中國將建成40座相當于大亞灣那樣的百萬千瓦級的核電站。 從核電發(fā)展總趨勢來看，中國核電發(fā)展的技術路線和戰(zhàn)略路線早已明確并正在執(zhí)行，當前發(fā)展壓水堆，中期發(fā)展快中子堆，遠期發(fā)展聚變堆。具體地說就是，近期發(fā)展熱中子反應堆核電站；為了充分利用鈾資源，采用鈾钚循環(huán)的技術路線，中期發(fā)展快中子增殖反應堆核電站；遠期發(fā)展聚變堆核電站，從而基本上“