新能源中的核电发展

第33卷第2期核技术Vol.33,No.22010年2月NUCLEARTECHNIQUESFebruary2010——————————————第一作者：郑明光，男，1962年出生，研究员级高级工程师，现任上海核工程研究设计院院长收稿日期：2009-11-18新能源中的核电发展郑明光1叶成2韩旭21(上海核工程研究设计院上海200233)2(上海交通大学上海200240)摘要对近年世界核电发展作了概述，指出核电发展远落后于期望值，核电发展任重道远。论述了发展核电对我国环境保护和经济发展的重要意义，对核能发展规划进行了讨论。通过世界核电强国发展核电的战略，阐述了我国的核电发展战略和技术主线，指出AP1000、CAP1000、CAP1400和CAP1700作为大型先进压水堆，在相当长一段时间内将是我国的主力机型，同时CAP1400和CAP1700将成为世界上极具竞争力的机型。对于第四代反应堆，超临界水冷堆在我国有较深厚的工业基础，较适合在我国发展。此外还要继续加强对快堆的投入，以实现先进的燃料闭式循环，同时也应关注目前的“行波堆”和中小型模块式反应堆。昀后对目前的核电大发展提出了建议。关键词新能源，核电，规划，第四代，行波堆，CAP1400，CAP1700中图分类号F407.231世界核能发展概述1.1核能发展的近期回顾21世纪初美国加利福尼亚州发生重大能源供应危机，为世界能源问题敲响了警钟。美国总统布什公布新的能源政策[1]，提出要发展核能；在世界千年峰会上，俄罗斯总统普京发出“大规模发展核能”的倡议[2]，从此，复苏核电的呼声一阵高过一阵。2007年联合国政府间气候变化专业委员会(IPCC)呼吁：控制温室气体排放刻不容缓。2008年7月，八国集团(G8)会议[3]就2050年温室气体减排50%达成共识。国际能源机构(IEA)提出，为把全球温升限制在2.4℃以内，2050年温室气体减排50%，须建立一个低碳能源电力系统，每年应新建32台核电机组。联合国在波兰召开的气候变化会议上[2]，按合理利用和成熟性、经济竞争力，将替代碳基燃料的各种替代能源分为四个档次，核能排在第一档次的第一位。为世界经济社会发展，缓解全球变暖，对核电的要求是：任重道远，时间紧迫。但是，世界核能发展的实际进展不大，2005年和2008年世界核电装机分别为374和372GW，占全球总发电装机的比例分别为9.7%和8.0%[4]。美国为复苏核电制订的“核能2010”计划[5]，要求在2010年前开始着手兴建18台机组，但至今未开工一台。2007年7月16日，日本柏崎·刈羽(Kashiwazaki-Kariwa)核电厂遭到地震，这一事件的影响使此后的世界核发电量比例有所下降，世界核电的复苏，是行动远落后于期望。1.2美国的新能源政策奥巴马新政府提出了新能源战略[6]，其核心主要如下：(1)打击过度能源投机行为；(2)10年内实现不从中东和委内瑞拉进口石油的目标；(3)10年内每年投资150亿美元，创造500万个新能源、节能和清洁生产就业岗位，将美国传统的制造中心转变为绿色技术发展和应用中心；(4)至2050年将温室气体排放量减少80%。美国能源部长朱棣文(StevenChu)[7]称，若其他国家未实施温室气体强制减排措施，美国将开放征收碳关税(CarbonTariff)。所谓碳关税，是指对高耗能的产品进口征收二氧化碳特别排放关税。这表面上是为了全球竞争的公平，实则扼住了中国经济发展的咽喉。如果欧、美、日等国家联合对中国征收碳关税的话，“中国制造”将丧失原来的低成本优势。1.3世界核电现状与发展计划截至2008年底[4]，全球30个国家共运行438台核电机组，总装机容量372.5GW；在建核电机组45台，总装机容量39.948GW；计划建设的核电机组131台，总装机容量142.855GW；拟建核电机组282台，总装机容量316.205GW。82核技术第33卷美国拥有的核电机组昀多(104台)，总装机容量101.119GW，占全球总核电装机容量的27.1%，2008年的核发电量为809.0TW·h，占全球总核发电量的31.1%。以占全球27.1%的净核电装机容量生产了占全球31.1%的核发电量，表明美国核电厂的运行绩效远高于世界平均水平。目前，各国的核电现状大不相同，16个国家的核发电量在全国总发电量中的份额接近或超过25%，核发电量所占份额昀高者为法国和立陶宛(70%)，而我国仅为2.2%，在30个具有核电能力的国家中仅高于印度和巴基斯坦。2008年全球的核发电总量为2601TW·h，约占全球总发电量的15%，是近5年来昀低的一年[8]。这主要是因为柏崎·刈羽核电厂自2007年地震后一直处于停运状态，其系全球昀大的核电厂，拥有7台沸水堆机组、总净装机容量为8.21GW(占全球核电总净装机容量的~2%)。该电厂的7号机组至2009年5月方重新投入运行[9]。国际原子能机构(IAEA)提出两种世界核电装机容量预测[4]，一种是低增长预测，另一种是高增长预测。低增长预测包括政府和电力公司宣布新建工程、延长寿期和退役的可靠计划，在2009年的预测中[4]，核电装机容量有适度的稳定增长，至2030年达到511GW，占全部电力装机的7.1%。高增长预测增加了各国政府和电力公司在长期规划中拟建设的核电机组，在2009年的预测中，核电装机容量在2030年达到807GW，占全部电力装机的9.0%。就核发电量而言，至2030年按低增长预测比2008年增长45%，而按高增长预测比2008年增长128%。但是，IAEA也提出，对于今后几十年，即使按照高增长预测，核电仍将主要是发达国家和发展中大国的一种技术。根据各国已公布的相关数据，预计未来亚洲地区的核电将呈现大幅增长态势[8]。全球在建的45台机组中，有29台位于亚洲国家，其中我国14台(包括台湾地区的2台)、印度6台、韩国5台、日本2台、伊朗和巴基斯坦各1台；全球计划建设的131台机组中，有91台位于亚洲国家，其中我国33台，印度23台，日本13台，韩国7台，哈萨克斯坦、巴基斯坦、泰国、土耳其、越南、印尼和伊朗各2台，朝鲜1台；全球拟建的282台机组中，122台位于亚洲国家，其中我国80台，印度15台，越南8台，印尼和泰国各4台，孟加拉国、哈萨克斯坦和巴基斯坦各2台，土耳其、亚美尼亚、伊朗、日本和以色列各1台。此外，俄罗斯、美国、乌克兰和南非的核电建设也将有大发展：俄罗斯在建、计划建设和拟议建设的机组数量分别为8台、8台和28台；美国在建、计划建设和拟议建设的机组数量分别为1台(复建)、11台和20台；乌克兰计划建设和拟议建设的机组数量分别为2台和20台；南非计划建设和拟议建设的机组数量分别为3台和24台。我国成了世界核电发展的排头兵。2008年全世界新开工项目11台，共10.89GW，其中我国有6台，共6GW，占全世界新开工核电项目的55%；全世界在建核电机组共45台，39.95GW，我国有12台，10.1GW，占25%[4]。我国核电建设的发展为减排二氧化碳，缓解全球变暖作出较大贡献。通过AP1000的消化吸收及自主创新，我国目前正在研发的CAP1400及后续CAP1700机型可能成为世界上昀有竞争力的机型之一，并推动我国核电进入发展的新高潮，在对世界核电发展起到推动作用的同时，也将带动世界相关产业的发展。2我国电力需求与核电发展规划2.1我国电力需求估算表1为我国2020年的电力需求预测，是以2005年全国总装机容量508GW为起算依据，快速增长估算以GDP年平均增长8%、电力平均弹性系数1.1计算，保守估算以GDP年平均增长6%、电力平均弹性系数1.0计算。根据我国2005–2020年核电中长期发展规划，到2020年核电装机容量要建成40GW，约占装机总量的4%。表12020年总装机容量估算(单位：GW)Table1Estimatedtotalelectricalcapacity(inGW)by2020.估算方式*Estimations总装机容量Totalcapacity快速增长Fastgrowth1800保守估算Conservative1200普遍认为General1400–1500*快速增长保守估算：GDP年平均增长分别为8%和6%，电力平均弹性系数分别为1.1和1.0FastgrowthandconservativeestimationstandforaveragedannualGDPgrowthof8%and6%,andaveraged(powergrowthrate)/(GDPgrowthrate),orthepowerelasticityfactor,of1.1and1.0,respectively但是此规划有可能进行调整，国家能源局局长张国宝[10]近日对新能源发展的表述也在发生变化：对核电，由“十一五”规划中的“积极发展”变成了“大力发展”；水电则由“有序开发”变成“积极推进”。涉及其他新能源的提法也变为“加快风电、太阳能发电和热电联产等清洁高效能源的建设”，这与以往较为笼统的“大力发展可再生能源”的表述差别甚大。第2期郑明光等：新能源中的核电发展83国家核电自主化工作领导小组提出我国核电发展昀新目标是：到2020年，在运行核电装机容量86GW；在建核电装机容量32GW。表2为我国核电发展的可能目标。表2核电发展规划的可能目标Table2Thepossiblegoalofnuclearpowerdevelopmentplan.年Year核电装机容量/GWNPcapacity电力总装机容量比/%PercentageofNP20207090~52030120200~82050350450~152.2中国能源发展面临的挑战以2009年4月拉西瓦水电站6号机组投产为标志，我国的电力装机已达到800GW，电力供需暂时平衡，但是我国能源发展还面临如下挑战：2.2.1能源需求与人均能源资源不足的矛盾[11]我国的煤可采储量为1.15×1011t，约占世界可采储量的12%，但人均储量仅为世界人均储量的1/2，美国的1/10，独联体的1/7。石油和天然气人均储量更少(分别~1/10和~1/25)。另外，我国能源和资源的地理分布极不平衡，如煤炭储量近80%分布在北方，水利资源70%以上分布在西南，而江南8省市加上山东、河北等省的能源资源只占全国的13%，而人口却占全国的63%，能源消耗占65%。全国铁路运量的1/2和水运的1/3都用于运煤，仍无法满足对能源的需求。2.2.2能源结构不合理[11]我国目前的电力供应中，煤电占75.87%，水电占21.64%，核电装机容量仅占1.13%。通过大力发展水电、加快发展核电、积极发展非水可再生能源(如风能、太阳能、生物质能)等举措，可逐步降低化石燃料的份额，改善能源结构。为应对上述挑战，我国必须采取积极措施，开拓能源供应的新增长点，逐步改变目前不合理的能源结构。2.3核能对能源安全和环境安全的意义能源安全事关国家安全、经济发展和社会稳定，与人民群众的生产生活密切相关。为应对能源翻一番支持GDP翻两番的挑战，必须根据我国人均能源资源不足的现实，大力推进核能的开发和应用。大量燃煤造成严重的环境污染，产生严重的温室气体。据IEA2009年9月7日在主页上公布的2009世界能源主要统计数据[12]，中国已经成为世界上SO2排放和温室气体排放的第一大国。2008年，我国酸雨发生面积~1.5×106km2，与2007年相比略有增加，与2005年基本持平。酸雨污染情况还很严重，而核电不排放SO2，核电链排放温室气体的归一化排放量仅等于煤电链的1%。3我国核能发展战略与技术主线3.1世界发展核电的技术路线3.1.1自主开发型美国、前苏联是在军用堆的基础上开发试验堆和原型堆，技术定型后形成商业堆的制造能力；英国和加拿大则分别开发了石墨气冷堆和重水堆技术，并建成了商业堆。3.1.2引进消化技术创新型法国、日本、德国、西班牙、韩国等把购买设备与引进技术结合起来，在引进技术的基础上，进行消化吸