核电概论

杨朝文2006年夏四川大学物理学院核工程与核技术系核工程导论主要内容核电概论核裂变基础反应堆概论核燃料生产典型核电站系统介绍乏燃料后处理核安全放射性核素及其应用压水堆核电站运行核电概论中广核员工岗前培训主要内容1.核能发展历史与现状2.中国核电的发展3.中国发展核电的理由4.核电的安全性和对环境的影响5.核电的经济性6.相关原子能工业概述目的要求了解核能的发展历史了解核电发展的现状了解中国核电的发展现状了解中国发展核电的目的与长远规划了解影响核电发展的主要因素了解核电的经济性了解原子能工业的概貌1、核能发展历史与现状原子能的发现1938年底德国的哈恩（OttoHahn）和斯特拉斯曼（F.Strassmann)在用中子轰击铀原子核的实验中发现原子核的裂变。紧接着的实验发现核裂变释放出巨大的能量。1939年春法国的约里奥居里(F.JoliotCurie)和美国的意大利人费米(E．Fermi)先后证明铀核在分裂过程中放出2-3个中子，从而确定了持续的链式反应的可能性。人们立即转向原子能的应用研究。原子能的率先应用1939年秋第二次世界大战爆发，美、英、德等在极其保密的情况下开展原子能军事应用的研究-原于弹。1942年12月2日芝加哥大学校园里建成了世界上第一座核反应堆，实现了裂变链式反应。随后在汉福持Hanford地区建成三座石墨水冷生产堆，提供了最初的原子弹所需的钚，同时用电磁分离法生产出高浓缩铀。1945年制成了三颗原子弹。日本的广岛和长崎．造成二十万人的伤亡。重要的人和装置人类第一次原子弹试验“漫天奇光异彩有如圣灵逞威只有一千个太阳才能与其争辉我是死神我是世界的毁灭者”人类第一次使用原子弹广岛：1945.8.680%的建筑化为灰烬，64000人丧生，72000人受伤，伤亡总人数53%。长崎：1945.8.960%建筑物被摧毁，86000人伤亡核大国核武器竞赛第二次世界大战结束后，美国力图垄断核武器，加紧建设新的核燃料工厂，大量制造、连续试验和不断改进原子弹，同时研制热核武器。1952年，美国成功爆炸氢弹。在这期间，苏联、英国、法国相继赶上，建立本国的原了能工业，分别于1949，1952和1960年爆炸了自己的原子弹，后来爆炸了氢弹。中国研制核武器新中国在1955年决定要发展原子能工业。1958年，毛泽东：‘‘搞一点原子弹、氢弹，我看有十年功夫完全可能。”1964年和1967年成功地进行了原子弹和氢弹试验。中国的蘑菇云1964.10.16原子能的开发应用目的：原子能持续、可控地释放工程技术困难：材料、设备资金需求大：原型装置的建立新材料反复试验实验堆、原型堆和商用示范堆三个阶段。发展中国家：经济与技术落后．工业基础薄弱发达国家对核材料、核设备和核技术封锁50多年来的核能发展经历了实验示范、高速推广、滞缓发展三个阶段。实验示范阶段(1946一1965年)核动力军事装置（美国）–核飞机：失败告终–核潜艇：1955年，成功。核反应堆：压水堆、沸水堆、石墨钠冷堆，有机慢化堆，重水均匀堆，熔盐堆，高温气冷堆、快中子增殖堆，热中子增殖堆；等美苏对实验堆的探索1957年底，美国首先在核潜艇压水堆和常规蒸汽技术的基础上建成60MW原型压水堆核电厂，于1960年在实验性沸水堆的基础上建成了200MW原型沸水堆电厂。这两种轻水堆的实用优势比较明显，成为核电日后发展的主线。苏联于1954年建成第一座5MW实验性石墨沸水堆核电厂，1959年建成采用压水堆的核动力破冰船和核潜艇，1964年建成了100MW原型石墨沸水堆核电厂和265MW原型压水堆核电厂。石墨沸水堆和压水堆成为苏联核电发展的主线。英、法、加对实验堆的探索英国于1956一1959年在军用产钚堆基础上建成了产钚、发电两用的4x45MW原型天然铀石墨气冷堆核电厂，以后成批地建造和改进这种堆型；法国于1962年在产钚堆基础上建成单一发电的60MW天然铀石墨气冷堆，以后每18个月建成一座，逐一改进，直到1972年建成540MW天然铀石墨气冷堆；加拿大于1962年建成25MW实验性天然铀重水堆核电厂，1967年建成200MW原型重水堆核电厂，为坎杜(CANDU)型核电厂的发展奠定了基础；与此同时，西德、瑞典、捷克斯洛伐克等都建造过不同设计的天然铀重水堆。各国对实验增殖堆的研究为了充分利用铀资源和彻底解决核燃料资源问题，各国投入了大量人力、物力去开发核燃料增殖堆，也研究过多种堆型，最后认为最有发展前景的是钠冷快中子堆，在20世纪50年代便开始建造实验装置：美国于1951年建成200kW的一号实验增殖堆，1964年建成20MW的二号实验增殖堆；苏联于1959年建成5MW的实验快堆，1969年建成12MW实验快堆。英国于1962年建成14MW的实验快堆；法国于1966年建成20MW的实验快堆；高速推广阶段(1966—1980年)20世纪五六十年代，世界石油供应充足，油价低廉且不断下降，促使美国、西欧和日本的经济快速发展，一次能源和电力消费量的年增长率达到6％-7%，即每十年翻一番，石油在发达国家一次能源消费量中所占份额从30％猛增到60％左右。各国工业界一方面担心石油供应会跟不上需要，另一方面随着核电技术的发展，核电显示出优越的经济性，1967年美国宣布牡蛎湾核电厂造价仅$140／kW，引起大批订贷。有人提出：大规模采用核能是摆脱过分依赖中东石油的唯一出路。在普遍看好核电的形势下，美、苏、日和西欧各国制定了庞大的核电规划。石油危机引发核电高潮1973年的石油危机，引发了美国核电的第二个订货高峰，1973-1974年的订货与火电持平。大量订货带来了改进技术、成本减低，浓缩铀轻水堆的经济优势超过天然铀石墨堆。美国西屋公司、通用公司大量出口核电站，美国政府承诺提供浓缩铀。法、德、日、瑞典等也借助引进美国技术，建立起自己的轻水堆核电工业体系。法国、日本的经验法国：以核电代替火电，采取大规模建造单一堆型的压水堆核电厂与成批制造标准化设备的政策，从1974年起每年建造6座，到1983年共建造34座900MW及20座1300MW压水堆核电站，在较短期间实现了核电取代石油。日本：同时引进美国压水堆、沸水堆技术，循序渐进地走过300-600-900-1200MW压水堆和500—800—1100MW沸水堆的发展阶段，终于实现完全自主的设计和建造，并达到相当高的质量与安全水平。西欧、苏联核电工业发展西欧各国在选择轻水堆路线的同时，注意解决浓缩铀的自主供应问题。在20世纪70年代，法国联合意大利、比利时、西班牙等共同兴建欧洲扩散厂，英国、德国和荷兰合资的铀浓缩公司建成离心机工厂，从而结束了美国三十多年来对浓缩铀的垄断。苏联除了在国内成批建造1000MW石墨沸水堆以及440MW和1000MW压水堆核电厂，还把440MW压水堆核电厂附带浓缩铀燃料出口到东欧各国、古巴和芬兰。发展中国家核电工业发展通过从发达国家购入核电厂，同时引进技术，来发展本国的核电工业。考虑到浓缩铀供应的障碍，印度、巴基斯坦、阿根廷、罗马尼亚等国相继采用加拿大坎杜型天然铀重水堆，印度已成功地建立起本国的小型重水堆核电和核燃料工业体系。到1980年底，全世界约300座核电装置的总装机容量达到180GW．从1966年到1980年的装机容量年增长率达到26％。快中子增殖堆的发展（1）英国于1975年建成254MW的原型快堆(PFR)；法国于1973年建成250MW的凤凰(Phenix)原型快堆，1986年建成1200MW的超凤凰示范快堆；苏联于1973年建成150MW的发电与海水淡化两用的BN-350原型快堆，1980年建成560MW的BN-600示范快堆；西德于1979年在改装一座热中子堆的基础上建成20MW的KNK-2实验快堆，但1985年完成的SNR-300原型快堆在反核压力下被拆除；快中子增殖堆的发展（2）日本1983年建成100MW的常阳(JOYO)实验快堆，1985年建造260MW的文殊(MONU)原型快堆；美国于1980年建成400MW的FFTF快中子通量材料试验堆，1973年拟建的375MW克林奇河原型快堆因政府的防止核扩散政策和公众反核而于1983年被取消。滞缓发展阶段(1981-2003)石油危机的影响：–1973年、1979年两次石油危机：原油从$1.8涨到$10、$30。所有能源的价格均大大上涨，世界经济发展减缓。电力需求大幅度下降。造价高的核电厂的呆滞损失比火电大得多，因此，停建和取消首先考虑核电厂。1983年以前美国有108座核电站共计110GW取消合同，若干在建的核电厂推迟或停止建设。–从20世纪80年代中期起石油和煤产量过剩，价格持续低落，核电竞争力减弱。因此．第一次石油危机虽曾暂时刺激了核电的发展，两次石油危机的长远影响却使核电深受挫折。核电厂事故对核电的影响1979年3月，美国发生了三里岛核电厂事故。虽未造成人员伤亡，却对世界核电发展产生了深远影响。三里岛事故后．美国核安全监管委员会加强了对核电厂的安全管理，不但严格控制新许可证的发放，而且对原有核电厂的设备和规程提出许多修改要求。1986年4月，苏联又发生了切尔诺贝利核电厂事故。造成严重的人员伤亡、大面积环境污染和大量人员迁移，格外加重了人们的担心。影响核电发展的关键因素经济竞争力：安全性：环境污染：政治因素：主要国家核电统计国家机组数占总发电量比例美国10420%法国5978%英国3522%俄罗斯3117%中国大陆92%日本5434%其它主要国家的核电站国家机组数占总发电量比例立陶宛275%比利时758%保加利亚647%瑞典1146%乌克兰1644%韩国1643%芬兰433%印度143%2、中国核电的发展1964年原子弹、1968年氢弹、1971年第一艘核潜艇之后．也立即转入核电的研究和设计。由于经济力量和技术基础的不足，初期进展缓慢。1973年决定兴建第一座300MW压水堆原型核电厂，至1983年才在秦山施工。1984年决定与香港合营建设大亚湾2x900MW压水堆商用核电厂，引进了法、英两国厂商的成套核电设备，1994年建成。秦山核电厂是完全自主设计建造的，从头到尾走完了核电厂建设的全过程。1992年向巴基斯坦出口同样设计的核电厂并顺利地建成投产，它的核燃料组件全由中国提供，设备由中国生产。中国大陆核电厂(1)名称堆型功率（MW）运行时间秦山ⅠPWR1X3001993大亚湾PWR2X9001994秦山ⅡPWR2X6002002:2004秦山ⅢPHWR2X7282002:2003岭澳ⅠPWR2X10002002:2003田湾PWR2X6002006:2007中国大陆核电厂(2)名称堆型功率(MW)运行时间秦山Ⅱ(扩)PWR2X10002011岭澳ⅡPWR2X10002011红沿河PWR2X10002012宁德PWR2X10002012福清PWR2X1000计划阳江PWR-32X1000计划三门PWR-32X1000计划2003-，中国核电发展迎来高潮2004年：国家发改委做出了调整国家核电发展政策，由原来的适度发展，转为积极推进。2005年1月：温家宝总理在视察大亚湾核电厂时，明确了至2020年核电装机容量建成4000万千瓦、在建1800万千瓦的宏伟目标。2006年2月9日，中国政府公布了《国家中长期科学和技术发展规划》：–“大型先进压水堆及高温气冷堆核电厂”列为国家重大专项之一–“快中子堆技术和磁约束核聚变”被列为前沿技术2006年3月22日，国务院常务会议审议并通过《核电中长期发展规划（2005-2020年）》。3、中国大力发展核电的理由？中国经济发展面临能源压力目前13亿人口，城市化36%，人均GDP1,000$2050年16亿，城市化70%，人均GDP10,000$,人均能源消费：3tce，总量约50亿tce，估计届时国内能源最大获得量35-40亿tce，缺口巨大！石油从1993年变为进口国。2050年，