世界核電發(fā)展現(xiàn)狀及新趨勢

世界核電發(fā)展現(xiàn)狀及新趨勢

一能-能-發(fā)電1954年，前蘇聯(lián)奧布寧斯克核電站通過了電網(wǎng)。人們進入了平利用核的時代，開始了用原子能發(fā)電的進程。半個世紀以來,核電經(jīng)歷了20世紀60年代的起步階段,20世紀70～80年代的快速發(fā)展階段和20世紀80年代一直到本世紀初的緩慢發(fā)展階段以及本世紀以來的復(fù)蘇階段。(一)國外核電機組和設(shè)備20世紀50年代和60年代是核能用于發(fā)電的試驗和選型階段。1954年6月,前蘇聯(lián)建成世界上第一座核電機組——5000kW石墨水冷堆奧布寧斯克核電站。美國于1956年投入運行了第一臺核電機組,電功率為4500kW的沸水堆機組,1957年l2月建成了希平港(ShippingPort)壓水堆核電站,1960年7月建成了德累斯頓(Dresden-1)沸水堆核電站。法國和英國在1956年也各建成一臺石墨氣冷堆機組。到了20世紀60年代,德國、日本、加拿大等國的核電工業(yè)相繼發(fā)展起來,總裝機1223萬kW,最大單機容量60.8萬kW。此時,發(fā)電成本有的已低于常規(guī)火電站。(二)國外電力系統(tǒng)的發(fā)展這一階段核電技術(shù)趨于成熟,擁有核電站的國家逐年增多。特別是1973～1974年的石油危機,將世界核電的發(fā)展推向高潮。1970～1982年,美國的核電從218億度增加到3000億度,增加12.8倍,其比例在電力生產(chǎn)中從1.3%提高到16%;法國核電增加了20.4倍,比例從3.7%增加到40%以上;日本增加了21.8倍,比例從1.3%增加到20%。印度、巴西、阿根廷等發(fā)展中國家也建成了一批核電站。(三)經(jīng)營相對較快的煤炭國統(tǒng)對堆場的安全性要求不斷提高進入20世紀80年代以后,各國采取大力節(jié)約能源以及能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的措施,世界經(jīng)濟特別是發(fā)達國家的經(jīng)濟增長緩慢,因而對電力需求增長不快甚至下降。核電發(fā)展遇到重重困難。1979年3月美國發(fā)生了三哩島核電廠事故,雖然未造成人身傷亡,卻對世界核電發(fā)展產(chǎn)生了重大影響,特別是公眾對核安全的疑慮難以消除。1986年4月,蘇聯(lián)又發(fā)生了切爾諾貝利核電廠事故,影響更為深遠。這兩次大的核電事故使有些人對核電產(chǎn)生了恐懼心理,形成了反對建核電站的一股強大勢力。在這種情況下,公眾和政府對核電的安全性要求不斷提高,致使核電設(shè)計更復(fù)雜、政府審批時間加長、建造周期加長、建設(shè)成本上升,以致核電的經(jīng)濟競爭性下降。1978～1983年,單美國就取消了67座核電站的定貨,凈減少發(fā)電能力約7800萬kW。另一些國家如瑞典、奧地利、荷蘭、意大利等國放慢了甚至停止發(fā)展核電,蘇聯(lián)也做出了不再建造石墨水冷堆核電廠的決定。(四)歐共體和亞洲國家進入21世紀,由于核電安全技術(shù)的快速發(fā)展,高漲的天然氣和煤炭價格使得核電顯得便宜以及燃燒化石能源導(dǎo)致的嚴重環(huán)境污染和氣候變暖現(xiàn)實,許多國家都將核能列入本國中長期能源政策中。歐共體發(fā)表了關(guān)于能源供應(yīng)安全的綠皮書,并重申必須依靠核能減少溫室氣體排放;美國表示將考慮建造新核電廠并放棄不后處理乏燃料的卡特理論。一些亞洲國家如日本、中國和韓國都制定了重大的核計劃。一些歐洲國家也在繼續(xù)實施核計劃或重新考慮核問題,如目前芬蘭正在建設(shè)一座新的核電站,這是自1991年以來,在歐洲是首例。瑞典曾于1980年決定逐步放棄核能,但現(xiàn)已決定推遲關(guān)閉核反應(yīng)堆,民意測驗表明大部分瑞典人贊成繼續(xù)實施核電計劃。二世界改革開放和建設(shè)單位數(shù)量據(jù)國際原子能機構(gòu)統(tǒng)計,截至2005年底,全球發(fā)電裝機比例:核電占16%,煤電占39%,水電占19%,氣電占15%,天然氣占15%(如圖1所示)。核電與水電、煤電一起構(gòu)成世界電源的三大支柱,在世界能源結(jié)構(gòu)中有著重要的地位。截至2006年1月已經(jīng)擁有在役、在建、或擬建反應(yīng)堆的國家共有37個,其中有31個國家或地區(qū)運行著441座核反應(yīng)堆、總凈裝機容量達368386MWe,有6個國家將跨入擁有核反應(yīng)堆的國家行列(見表1)。11個國家正在建設(shè)24座反應(yīng)堆,裝機容量為18816MWe;11個國家已制定了共計41座反應(yīng)堆42707MWe的建設(shè)計劃;共有l(wèi)7個國家擬建造113座共82220MWe。在建的、規(guī)劃中的、擬建的核電站主要集中在遠東、亞洲、東歐和南美,美國有1座在建及13座規(guī)劃中的核電機組,法國也有建1座機組的計劃。全世界共有16個國家的核電在國家電力生產(chǎn)中的比例超過25%,其中比例較高的國家是:法國(78%)、立陶宛(72%)、斯洛伐克(55%)、比利時(55%)、瑞典(52%)、烏克蘭(51%)、保加利亞(42%)、瑞士(40%)。按照正在運行的核電機組數(shù)目來排列依次是:美國(103)、法國(59)、日本(55)、俄羅斯(31)、英國(23)、韓國(20)、德國(18)、加拿大(18)。世界運行的441座反應(yīng)堆堆型(見表2)有壓水堆(PWR)、沸水堆(BWR)、重水堆(PHWR)、氣冷堆(Magnox&AGR)、石墨水冷堆(RBMK)和快堆。其中PWR268座、裝機容量約為249GWe;BWR94座、約為85GWe;PHWR40座、約為22GWe;Magnox&AGR23座、約為12GWe;快堆4座、約為1GWe。當(dāng)前,世界大多數(shù)國家都在或計劃積極發(fā)展核電,但也有個別歐洲國家計劃逐步取消核電。在亞洲,中國、日本和韓國都重申繼續(xù)發(fā)展核電的方針。美國經(jīng)過20多年的徘徊后,布什總統(tǒng)宣布核能將作為美國能源結(jié)構(gòu)中的重要成分,用美國能源部代表的話來說,“美國核電又重新回到議事桌上來了”。美國正積極推進新一代核電的研發(fā)、審批和建設(shè)計劃。歐洲出現(xiàn)分化趨勢:芬蘭在多年爭論后終于宣布著手建設(shè)第五核電站;英國和意大利有了重新啟動核能的計劃;法國將建設(shè)改進型壓水堆EPR1400;德國、瑞典、比利時宣布停止發(fā)展核電,現(xiàn)有核電站運行到壽命終了,但這些國家在取消核電后將面臨著如何解決關(guān)閉核反應(yīng)堆——滿足電力需求——減少溫室氣體排放之間的矛盾的共同問題。南美洲的巴西在核電發(fā)展計劃停頓多年后批準了安卡拉3號建造計劃;墨西哥宣布繼續(xù)使用核電的計劃。三世界能源發(fā)展的新趨勢(一)新建基地和新建發(fā)酵企業(yè)世界核電運行中的反應(yīng)堆裝機容量逐漸增加(見圖2)。這主要因為:一是美、法、日、德等國家延長核電機組壽期,減少退役機組數(shù)量;二是核電發(fā)達國家進行機組擴容;三是新建核電站的投產(chǎn)。目前在建、規(guī)劃和擬建的規(guī)模龐大,其裝機容量共計143743MWe,約占運行機組裝機容量的39%。國際原子能機構(gòu)(IEAE)預(yù)測,為了滿足世界人民基本電力需求,到2030年電力需求增長雙倍,屆時電力裝機容量達4700GWe。據(jù)此,世界核運營者協(xié)議提出了未來25年內(nèi)核電發(fā)展的三種方案(見表3)。這三種方案中高兩種方案的核電裝機容量在未來25年內(nèi)是擴張的,而低方案則是縮減的。一般來說,中方案比較具有可行性。(二)世界改革開放和經(jīng)濟互助委員會cmea的世界資源整合過去將近90%以上的核電裝機容量分布于主要集中在OECD(經(jīng)合組織)或前經(jīng)濟互助委員會(CMEA)的國家內(nèi)。近幾年來,世界核電發(fā)展重心向東亞和東南亞轉(zhuǎn)移。過去核電集中地區(qū)的核電人力資源、技術(shù)資源都要進行遷移。核電產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)壟斷加劇現(xiàn)象:1、國外堆場堆場的堆場1989年,美國共有54家核電營運商營運著113臺核電機組;到2001年,核電營運商數(shù)量降至24家,營運核電機組也減少到103臺;1999年和2000年,核能工業(yè)界先后發(fā)生了幾宗大的聯(lián)合和兼并。英國核燃料公司(BNFL)收購西屋公司和ABB的核電業(yè)務(wù),法馬通和西門子公司合并核電業(yè)務(wù),美國通用電氣、日本東芝和日立公司聯(lián)合經(jīng)營核燃料的全方位業(yè)務(wù)。這些公司通過兼并聯(lián)合進行優(yōu)勢互補,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:一是,在世界核電市場十分低迷的背景下,各主要核電供應(yīng)商都把資產(chǎn)重組、兼并組合視為保存自身技術(shù)力量的一種手段。二是,各主要核電供應(yīng)商均強調(diào)強強聯(lián)合,通過聯(lián)合把各自的傳統(tǒng)優(yōu)勢緊緊結(jié)合起來,以便在核電市場上最大限度地發(fā)揮聯(lián)合財團的整體競爭力?？杀苊赓Y源的重復(fù)投入,從而減少各自所承擔(dān)的風(fēng)險。三是,兼并聯(lián)合給供應(yīng)商創(chuàng)造了更多的機遇,有的借機進一步開拓業(yè)務(wù)領(lǐng)域,甚至涉足以前從未從事過的業(yè)務(wù)范圍。2、加強供應(yīng)商管理在不影響核電的安全性和可靠性的前提下,核電站業(yè)主和核電主要供應(yīng)商各自拿出自身的有競爭優(yōu)勢的項目參與合作,形成優(yōu)勢互補;另外,核電站的營運者在更新改造、物資管理的核燃料管理等領(lǐng)域加強供應(yīng)商可取得較大的綜合效益。如2000年成立的美國資源共享戰(zhàn)略聯(lián)盟STARS(StrategicTeamingandResourceSharing),其宗旨就是確保核電站的安全和穩(wěn)定運行,提高電站的運行業(yè)績,使資源利用更有效,擴大核電產(chǎn)業(yè)的影響,并為將來的核電提供一個不斷學(xué)習(xí)的環(huán)境。3、歐洲專利產(chǎn)品基地的研究與合作世界核能工業(yè)在全球范圍內(nèi)合理安排科研、制造、試驗、生產(chǎn)與后處理等全過程產(chǎn)業(yè)鏈的趨勢將更加明顯。例如GE、東芝、日立聯(lián)合開發(fā)出新一代核電改進型沸水堆(ABWR);日本5家電力公司、三菱重工和美國西屋公司聯(lián)合研發(fā)改進型壓水堆(APWR)。由法馬通公司與德國西門子公司合作開發(fā)出歐洲壓水堆(EPR),是歐洲最先進的核電堆型;由西屋公司、國內(nèi)外工業(yè)界、能源部下屬機構(gòu)組成的精英團隊采取自帶“糧票”的集資方式所研發(fā)的AP600。目前,美、法、日、英和加就新一代核電技術(shù)即“第四代”核系統(tǒng)的長期研發(fā)合作計劃簽訂了協(xié)議。這說明核電技術(shù)的聯(lián)合與兼并不僅僅是在國內(nèi),更多的聯(lián)盟是跨國進行。發(fā)展中國家如果能在這次全球核能工業(yè)調(diào)整與整合中成為跨國公司全球產(chǎn)業(yè)鏈中的一環(huán),那么對發(fā)展中國家基礎(chǔ)技術(shù)水平的提高、產(chǎn)業(yè)能力的加強將起到重要的推動作用。(三)美國核管公司成立nmc核電站的業(yè)主越來越傾向于關(guān)注運行管理效率以及技術(shù)創(chuàng)新,而通常將其設(shè)備管理、維修管理、庫存管理、日常服務(wù)管理以及后勤工作通過合同方式委托給專業(yè)公司。據(jù)美國有關(guān)統(tǒng)計,美國核電站每年總計99億美元運行維護費用的支出中,有55億美元可以以更有效的方式外包給有經(jīng)驗的專業(yè)公司。為了降低運行成本和提高運營效率,美國于2000年成立了美國核管理公司(NMC),NMC是由核管會(NRC)批準成立的核運營公司,它接手了位于6處場址的8座核電站,負責(zé)運行、燃料采購和維護、乏燃料和退役。核電管理的專業(yè)化不僅提高運行業(yè)績,有利于降低運行成本;而且有利于核電企業(yè)集中力量培育自身的核心競爭力,提升核電的經(jīng)濟競爭性。(四)新堆型核水劑由于受三哩島和切爾諾貝利兩大核事故的影響,為了滿足更高的安全性與經(jīng)濟性,核電技術(shù)必須尋求新的突破。世界整個核能界對新一代核電都給予了很大的關(guān)注。關(guān)于新一代核電的概念在會議報告中應(yīng)用比較廣泛,美國能源部的一篇報告對其定義澄清如下:第一代核電(GenI)指早期建造的幾座原型核電站;當(dāng)前大量運行的核電機組屬于第二代(GenII);第三代(GenIII)為改進型設(shè)計,如ABWR,System80+,另有幾個型號設(shè)計改進步驟更大一些,如AP600/1000和PBMR稱為GenIII+,這類堆型在美國沒有建設(shè);第四代(GenIV)是一種與現(xiàn)有核電有很大不同的、需要做大量研發(fā)工作的新一代核能系統(tǒng),這些系統(tǒng)多數(shù)考慮能量的綜合應(yīng)用:采用先進的熱循環(huán)生產(chǎn)電力,同時生產(chǎn)氫氣、海水淡化和供應(yīng)其他工業(yè)用熱。目前世界正在運行的機組采用的基本是第2代(GenⅡ)核電技術(shù)。世界各國家正在開發(fā)先進反應(yīng)堆和燃料循環(huán)技術(shù),并在2代基礎(chǔ)上進行了改進與創(chuàng)新,研發(fā)出“2代、3代或3代+”。目前,面向21世紀初期核電市場,各國推出改進型或革新型的新堆型有:1、ABWR,基本滿足美國用戶要求文件(URD)對3代安全性、先進性、可靠性和經(jīng)濟性的要求,已有建造、運行的經(jīng)驗,但經(jīng)濟競爭性不確定。2、AP-600/1000,采用非能動安全系統(tǒng)、簡化設(shè)計,安全性高,據(jù)西屋公司預(yù)測,AP-1000的第3座雙堆電廠基礎(chǔ)造價1009美元/kW,發(fā)電成本3.6美分/kWh。3、System80+,設(shè)計簡化,安全性、可靠性較高,已有建造、運行經(jīng)驗。4、CANDU9和ACR-1000,據(jù)美國原子能公司預(yù)計ACR雙座700MWe可低至1000美元/kW。5、SWR1000,是一種沸水堆,具有BWR的特征和非能動安全的特性。6、ESBWR,采用自然循環(huán)方式和非能動安全的沸水堆,比ABWR更具經(jīng)濟性。7、IRIS,革新型小型壓水堆,是一體化的主回路系統(tǒng)。8、PBMR,石墨慢化氦冷堆,采用模塊化設(shè)計。9、GT-MHR,氦氣透平-模塊化高溫氣冷堆,用石墨做慢化劑的氦冷堆。美國有關(guān)專家對這些新堆型的技術(shù)路線,從設(shè)計認證、工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施及能力、商業(yè)化計劃、費用分擔(dān)計劃、經(jīng)濟競爭力和燃料循環(huán)工業(yè)結(jié)構(gòu)等角度來評估(見表4)。由表4可見,這些新堆型在設(shè)計認證、工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施與能力及燃料循環(huán)工業(yè)結(jié)構(gòu)都能得到認可,經(jīng)濟競爭力也具有顯著性。因此,采用了改進型和革新型設(shè)計的新堆型不僅提高了核電安全性、可靠性和經(jīng)濟性,而且將會推動新時代核電的發(fā)展。(五)加強事故風(fēng)險的預(yù)防近年來,新的國際核安全標準已通過國際原子能機構(gòu)(IAEA)連續(xù)頒布。新標準增加了“縱深防御”的層次;要求將核電站的“風(fēng)險概率”在原要求的基