2022年核電行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析

1、2022年核電行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析1.核電發(fā)展迎來(lái)新機(jī)遇，核電裝機(jī)量穩(wěn)步提升我國(guó)核電發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，20世紀(jì) 70 年代由于我國(guó)華東地區(qū)“缺煤少油”，我國(guó)決定正式發(fā)展核電，自此，我 國(guó)核電大致經(jīng)歷了三個(gè)階段，按照時(shí)間可以分為起步階段、適度發(fā)展階段和積極發(fā)展階段。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增 長(zhǎng)，工業(yè)化作為直接影響經(jīng)濟(jì)水平關(guān)鍵要素的加速發(fā)展導(dǎo)致我國(guó)對(duì)電力的需求持續(xù)攀升。由于化石能源對(duì)環(huán)境以及 人類健康的不良影響越發(fā)顯著，我國(guó)相繼出臺(tái)了多項(xiàng)綠色環(huán)保能源政策，推進(jìn)了能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，其中包括作為清 潔能源的核電的發(fā)展。國(guó)家發(fā)改委核電中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2005-2020）的發(fā)布，明確了核電在我國(guó)可持續(xù)發(fā)展 戰(zhàn)略中

2、的地位，能源結(jié)構(gòu)從以煤電為主轉(zhuǎn)變?yōu)楹穗娭饾u替代部分煤電，明確要求至 2020 年，我國(guó)核電運(yùn)行裝機(jī)容量 應(yīng)達(dá) 4000 萬(wàn)千瓦，發(fā)電量應(yīng)達(dá) 2600-2800 億千瓦時(shí)，在建核電容量應(yīng)保持 1800 萬(wàn)千瓦，實(shí)現(xiàn)核電由“適度發(fā)展” 的補(bǔ)充能源轉(zhuǎn)變?yōu)椤胺e極發(fā)展”的替代能源。截至 2021 年底，我國(guó)在運(yùn)核電機(jī)組 53臺(tái)，裝機(jī)容量 54646.95MWe， 發(fā)電量 4071.41 億 kWh，同比上升 11.17%，占全國(guó)累積發(fā)電量的 5.02%，在建核電機(jī)組 16 臺(tái)，裝機(jī)容量 1750.779MWe。目前我國(guó)大多數(shù)核電站屬于第二代核電站，核電站發(fā)電的作業(yè)模式是核能-熱能-機(jī)械能-電能，一系列反

3、應(yīng)均在核電 站的核反應(yīng)堆內(nèi)進(jìn)行。從核電技術(shù)方案發(fā)展角度看，核電發(fā)展可分為四代；我國(guó)核電發(fā)展相對(duì)較晚，第一臺(tái)核電機(jī) 組為二代壓水堆，目前在運(yùn)大多數(shù)核電站屬于二代技術(shù)方案。2. 降本提效驅(qū)動(dòng)因素：第四代核電技術(shù)核電的應(yīng)用和發(fā)展主要面臨“選址條件苛刻”、“核廢料處理困難”和“核泄漏風(fēng)險(xiǎn)難以規(guī)避”三大問(wèn)題。針對(duì)這 三個(gè)問(wèn)題，各國(guó)開(kāi)始探索第四代核電技術(shù)。第四代核電技術(shù)讓反應(yīng)堆實(shí)現(xiàn)自我控制核泄漏，并選用氟化鹽等物質(zhì)替 代水，解決對(duì)水的依賴問(wèn)題。在核廢料的處理上，第四代核電技術(shù)有希望實(shí)現(xiàn)廢料的循環(huán)利用，從而大大減少?gòu)U料 的總量。根據(jù)冷卻劑的不同，核反應(yīng)堆可分為水冷堆、氣冷堆、液態(tài)金屬冷卻堆和熔鹽堆。目前在運(yùn)

4、大多數(shù)反應(yīng)堆 屬于壓水堆。我國(guó)核電站發(fā)展已步入四代技術(shù)方案，四代方案在經(jīng)濟(jì)性、安全性、乏燃料后處理以及放置核擴(kuò)散問(wèn) 題等方面均將得到了一定程度的解決于完善。目前四代方案主要包括超臨界水冷堆、超高溫氣冷堆、氣冷快堆、鈉 冷快堆、鉛（鉛鉍）快堆以及熔鹽堆，四代方案的發(fā)展將有效解決核電的安全性、經(jīng)濟(jì)性以及乏燃料后處理等一系 列問(wèn)題。超臨界水堆提升作業(yè)功率，降低建造成本。超臨界水冷堆是四代技術(shù)方案中唯一的水冷堆型，不同于之前的水冷堆， 超臨界水冷堆可設(shè)計(jì)為快堆，并且在機(jī)組熱效率、核燃料利用率以及經(jīng)濟(jì)性等方面更具優(yōu)勢(shì)。超臨界水冷堆因其相 比現(xiàn)有水冷堆具備更高溫高壓的特點(diǎn)，從而使作業(yè)功率以及鈾資源的利用率

5、大幅提升；因采用核燃料循環(huán)的工作方 式，大幅簡(jiǎn)化了反應(yīng)堆系統(tǒng)，如不再需要蒸汽發(fā)生器、主循環(huán)泵、穩(wěn)壓器以及汽水分離等系統(tǒng)，從而使水裝量更少， 反應(yīng)堆體積更小，建造成本及后續(xù)成本大幅降低，是水冷堆內(nèi)更優(yōu)質(zhì)的選擇。超高溫氣冷堆具有功率更高、安全性更高的特點(diǎn)，是高溫氣冷堆的升級(jí)版。超高溫氣冷堆在出口溫度上要求更高， 需要達(dá)到 1000，因此在熱效率方面更優(yōu)。相比高溫氣冷堆 38%左右的熱效率，超高溫氣冷堆熱效率可達(dá) 50%以 上。從燃料元件結(jié)構(gòu)與形狀看，可分為包覆顆粒球床型核燃料和包覆顆粒棱柱型核燃料，一般來(lái)說(shuō)，功率的大小取 決于燃料的多少。每個(gè)球床型燃料球的直徑為 60mm，內(nèi)芯包覆燃料顆粒由四層保

6、護(hù)層，包括外置密熱解碳層、碳 化硅層、內(nèi)置密熱解碳層和疏松熱解碳層，以及 0.5mm 二氧化鈾燃料組成，總直徑為 0.92mm。而棱柱形由于其結(jié) 構(gòu)、形狀的特殊性相比球床型更復(fù)雜，且易在高溫下出現(xiàn)變形從而使流道堵塞的情況，因此在性能相同的情況下， 球床型核燃料使更優(yōu)質(zhì)的選擇。從安全性看，由于高溫、超高溫氣冷堆熱熔大且功率低，因此在極端情況下，如當(dāng) 作為冷卻劑的氦氣全部流失的情況下，堆芯也可通過(guò)熱傳導(dǎo)、自然對(duì)流以及輻射等方式進(jìn)行熱量傳出，不存在堆芯 熔毀、輻射外泄等安全事故。液態(tài)金屬冷卻堆更具可持續(xù)發(fā)展屬性。液態(tài)金屬冷卻堆包括鈉冷快堆和鉛合金快堆。目前全球范圍內(nèi)在運(yùn)、在建以 及待建的液態(tài)金屬冷卻

7、堆多以鈉冷快堆為主，因鈾 238 經(jīng)轟擊后所產(chǎn)生的钚 239 相比燃燒的多，且通過(guò)乏燃料后處 理可以提取“生產(chǎn)”的钚 239，因此鈉冷快堆在運(yùn)行一段時(shí)間后可“生產(chǎn)”的钚 239 可裝備一座規(guī)模相同的快堆， 兩座裝備四座，并持續(xù)以倍數(shù)增加。因此鈉冷快堆可在有效進(jìn)行乏燃料后處理的同時(shí)大幅提升鈾資源的利率，在不 缺乏鈾資源的情況下，更具可持續(xù)發(fā)展屬性。其中行波堆是鈉冷快堆的一種，不同于鈉冷快堆，行波堆不需要乏燃 料后處理提取生成的钚 239，生產(chǎn)作業(yè)可直接在堆內(nèi)實(shí)現(xiàn)，因此理論上行波堆可自行運(yùn)行數(shù)十年且無(wú)效換料，并且 在最終燃料卸出后基本不需要后燃料后處理工作。鉛冷快堆不同于鈉冷快堆，鉛冷快堆不具備核

8、燃料增值屬性，同 時(shí)鉛基材料在經(jīng)過(guò)中子輻照后會(huì)產(chǎn)生一種具有放射性性和揮發(fā)性的劇毒物質(zhì)釙 210，并伴有半衰期較長(zhǎng)的問(wèn)題，因 此就目前發(fā)展形態(tài)看，鈉冷快堆是比鉛冷快堆更好的選擇。釷基熔鹽堆（TMSR）是未來(lái)相對(duì)最安全的技術(shù)方案之一。熔鹽堆在核燃料使用方面不同于其他任何一種堆型，鈾 235、钚 239 以及鈾 233 均可作為熔鹽堆核燃料。其中釷基熔鹽堆（TMSR）是最主要的堆型，同時(shí)也是未來(lái)相對(duì)最 安全的技術(shù)方案之一。相比鈾資源的稀缺，我國(guó)釷資源十分豐富，儲(chǔ)備量位于世界第二。釷基熔鹽堆具有熱熔大的 特點(diǎn)，無(wú)需壓力容器便可在高溫高壓狀態(tài)下獲得比鈾更好的能量轉(zhuǎn)換效率以及使用率，不需要消耗大量水資源，輻 射也更低，因此可以以低成本的小型模塊化的結(jié)構(gòu)進(jìn)行建設(shè)。由于熔鹽燃料在常溫情況時(shí)為固態(tài)，而在作為應(yīng)用燃 料時(shí)為熔化狀態(tài)，因此無(wú)需使用