核电站与环境保护讲解

核电站nuclearpowerplant与环境保护environmentalprotection目录一、核电站工作原理二、核电站的安全原则及选址原则三、核电站的发展四、核电站的优缺点五、核电站发展现状六、历史事故七、我的感想一、核电站工作原理核电站de定义：核电站（nuclearpowerplant）是利用核分裂(NuclearFission)或核融合(NuclearFusion)反应所释放的的能量产生电能的发电厂。目前商业运转中的核能发电厂都是利用核分裂反应而发电。核电站一般分为两部分：利用原子核裂变生产蒸汽的核岛（包括反应堆装置和一回路系统）和利用蒸汽发电的常规岛（包括汽轮发电机系统），使用的燃料一般是放射性重金属：铀、钚。核电站以核反应堆来代替火电站的锅炉，以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量，使核能转变成热能来加热水产生蒸汽。利用蒸汽通过管路进入汽轮机，推动汽轮发电机发电，使机械能转变成电能。一般说来，核电站的汽轮发电机及电器设备与普通火电站大同小异，其奥妙主要在于核反应堆。发电原理：核反应堆核反应堆，又称为原子反应堆或反应堆，是装配了核燃料以实现大规模可控制裂变链式反应的装置。原子由原子核与核外电子组成。原子核由质子与中子组成。当铀235的原子核受到外来中子轰击时，一个原子核会吸收一个中子分裂成两个质量较小的原子核，同时放出2—3个中子。这裂变产生的中子又去轰击另外的铀235原子核，引起新的裂变。如此持续进行就是裂变的链式反应。链式反应产生大量热能。用循环水(或其他物质)带走热量才能避免反应堆因过热烧毁。导出的热量可以使水变成水蒸气，推动气轮机发电。由此可知，核反应堆最基本的组成是裂变原子核+热载体。但是只有这两项是不能工作的。因为，高速中子会大量飞散，这就需要使中子减速增加与原子核碰撞的机会；核反应堆要依人的意愿决定工作状态，这就要有控制设施；铀及裂变产物都有强放射性，会对人造成伤害，因此必须有可靠的防护措施。综上所述，核反应堆的合理结构应该是：核燃料+慢化剂+热载体+控制设施+防护装置。发电过程目前，人类实际应用的主要能源还是化石能源。煤、石油、天然气等化石能源的利用，对人类生存、发展、进步产生过巨大的影响。进入21世纪后，人们更加注重生存环境和生存空间的质量。大量燃用化石能源产生的温室效应、酸雨现象对人类生存环境造成了严重破坏。同时，化石能源经长期开采，其资源日趋枯竭，已不足以支撑全球经济的发展。在寻找替代能源的过程中，人们开始越来越重视核能的应用，而核能最主要的应用就是核能发电。人类首次实现核能发电是在1951年。当年8月，美国原子能委员会在爱达荷州一座钠冷块中子增殖实验堆上进行了世界上第一次核能发电实验并获得成功。1954年，苏联建成了世界上第一座实验核电站，发电功率5000KW。核电站与火电站发电过程相同，均是热能—机械能—电能的能量转换过程，不同之处主要是热源部分。火电站是通过化石燃料在锅炉设备中燃烧产生热量，而核电站则是通过核燃料链式裂变反应产生热量。核电站的组成通常有两部分：核系统及核设备，又称为核岛；常规系统及常规设备，又称为常规岛。这两部分就组成了核能发电系统。核岛中主要的设备为核反应堆及由载热剂（冷却剂）提供热量的蒸汽发生器，它替代常规火电站中蒸汽锅炉的作用。常规岛的主要设备为气轮机和发电机及其相应附属设备，常规岛的组成与常规火电站气轮机大致相同。核电站发电原理图福岛一号核电站一号机原理图二、核电站的安全原则及选址原则安全原则为了保护核电站工作人员和核电站周围居民的健康，核电站必须始终坚持“质量第一，安全第一”的原则。核电站的设计、建造和运行均采用纵深防御的原则，从设备、措施上提供多等级的重叠保护，以确保核电站对功率能有效控制，对燃料组件能充分冷却，对放射性物质不发生泄漏。saferules纵深防御原则一般包括五层防线：一、精心设计、制造、施工，确保核电站有精良的硬件环境。建立周密的程序，严格的制度，对核电站工作人员有高水平的教育和培训，人人注意和关心安全，有完备的软件环境。二、加强运行管理和监督，及时正确处理异常情况，排除故障。三、第三层防线在严重异常情况下反应堆正常的控制和保护系统动作，防止设备故障和人为差错造成事故。四、发生事故情况时，启用核电站安全系统包括各外设安全系统加强事故中的电站管理，防止事故扩大保护反应堆厂房安全壳。五、万一发生极不可能发生的事故并伴有放射性外泄启用厂内外应急响应计划努力减轻事故对周围居民和环境的影响。万一发生了核外泄事故，应启动应急计划。应急计划的内容主要包括：疏散人员，封闭核污染区（核反应堆及核电站），清除核污染，以保证人身安全和环境清洁。按照纵深防御的原则，在核燃料和环境外部空气之间设置了四道屏障。一、燃料芯块核然料放在氧化铀陶瓷芯块中，并使得大部分裂变产物和气体产物95%以上保存在芯块内。二、燃料包壳，燃料芯块密封在铅合金制造的包壳中构成核燃料芯棒错合金，具有足够的强度且在高温下不与水发生反应。三、压力管道和容器冷却剂系统将核燃料芯棒封闭在20cm以上的钢质耐高压系统中避免放射性物质泄漏到反应堆厂房内。四、反应堆安全壳用预应力钢筋混凝土构筑壁厚近100cm，内表面加有6mm的钢衬，可以抗御来自内部或外界的飞出物，防止放射性物质进入环境。选址原则核电站的选址要求非常高，选址需非常慎重。根据国际上通行的关于核电站选址有经济、技术、安全、环境和社会四原则。1.经济原则核电站能够有足够的资金来建设和运行，所服务的地区要有足够的用电需求，所以核电站常常选址经济较发达的地区。2.核电站必须建在经济发达地区的相对偏远地区，50公里以内不能有大中型城市。要求厂址深部必须没有断裂带通过，而且要求核电站数千米范围内没有活动断裂，厂址100千米海域、50千米内陆，历史上没有发生过6级以上地震，厂址区600年来也没有发生6级地震的构造背景。从核安全的角度来看，核电站选址必须考虑到公众和环境免受放射性事故释放所引起的过量辐射影响，同时要考虑到突发的自然事件或人为事件对核电厂的影响，所以，核电站必须选在人口密度低，易隔离的地区。3.另外，核电站在运行过程中要产生巨大热量，所以核电站的选址必须靠近水源，最好是靠海，这也是大型核电站都建在海边的一个重要原因，并且靠海还可以解决大件设备运输问题。万一发生危险，在平的海岸线和放射物均匀发散的情况下，污染陆地面积只是完全在内陆的一半。但是建在海边有利的同时也多出一个风险，就是海啸或者台风带来大浪的可能。通常会建设防波堤来抵御巨浪的冲击。但是防波堤只能抵御一定程度的冲击，如果是比较大的海啸的话，防波堤无能为力，很可能产生十分严重的后果。2011年3月11日日本9级大地震及海啸导致核泄露就是一例。4.从上述要求来看，内陆地区核电选址更要慎重，因为内陆地区的水源全部为淡水，并且几乎所有的大江大河都直接向周边城市供应生活用水，在这种情况下建设核电站，一旦发生泄漏事故，后果不堪设想。核电站能够有足够的资金来建设和运行，所服务的地区要有足够的用电需求，所以核电站常常选址经济较发达的地区。经济原则中国大陆核电站一览核电站电功率/MW类型并网时间秦山一期300压水堆CP3001991-12大亚湾1号机组900压水堆1993-08大亚湾2号机组900压水堆1994-02秦山二期1号机组600压水堆CP6002002-02岭澳1号机组1000压水堆2002-02秦山三期1号机组700重水堆CANDU2002-11岭澳2号机组1000压水堆2002-12秦山三期2号机组700重水堆CANDU2003-07秦山二期2号机组600压水堆CP6002004-05田湾1号机组1000压水堆WWER10002004-05田湾2号机组1000压水堆WWER10002005-04中国实验快堆20快中子堆2010-07岭澳3号、4号机组2x1000-2010浙江三门6x1000-2014广东阳江6x1000-2010-02,2016-04福建台山2x1750压水堆EPR2013-12,2014-10山东海阳8x1250先进压水堆AP10002014-02,2020-06福建宁德6x1000压水堆CPR10002013-02辽宁红沿河4x1000-2011核电站能够有足够的资金来建设和运行，所服务的地区要有足够的用电需求，所以核电站常常选址经济较发达的地区。经济原则秦山核电站岭澳核电站二期田湾核电站大亚湾核电站大亚湾核电站夜景浙江三门核电站1号机组广东阳江核电站建成效果图台山核电主厂区三、核电站的发展第一代核电站自50年至60年代初苏联、美国等建造的第一批单机容量在300MWe左右的核电站，如美国的希平港核电站和英第安角1号核电站，法国的舒兹(Chooz)核电站，德国的奥珀利海母(Obrigheim)核电站,日本的美浜1号核电站等。第一代核电厂属于原型堆核电厂，主要目的是为了通过试验示范形式来验证其核电在工程实施上的可行性。第二代核电站上世纪70年代，因石油涨价引发的能源危机促进了核电发展，目前世界上商业运行的400多台机组大部分在这段时期建成，称为第二代核电机组。第二代核电厂主要是实现商业化、标准化、系列化、批量化，以提高经济性。自60年代末至70年代世界上建造了大批单机容量在600－1400MWe的标准化和系列化核电站，第二代核电站是目前世界正在运行的439座核电站（2007年9月统计数）主力机组，总装机容量为3.72亿千瓦。还共有34台在建核电机组，总装机容量为0.278亿千瓦。在三里岛核电站和切尔诺贝利核电站发生事故之后，各国对正在运行的核电站进行了不同程度的改进，在安全性和经济性都有了不同程度的提高。不过如今，从事核电的专家们对第二代核电站进行了反思，当时认为发生堆芯熔化和放射性物质大量往环境释放这类严重事故的可能性很小，不必把预防和缓解严重事故的设施作为设计上必须的要求，因此，第二代核电站应对严重事故的措施比较薄弱。第三代核电站目前，我国自主创新的第三代核电项目正在浙江三门和山东海阳进行建设，和正在运行发电的第二代核电机组相比，预防和缓解堆芯熔化成为设计上的必须要求，而这一点也正是作为第二代核电站的福岛核电站近期事故中暴露出来的弱点。据悉，我国第三代核电站将装备有蓄水池，这样的“大水箱”在紧急情况下能释放出大量的水，从而达到降温等应急需求。通过总结经验教训，美国、欧洲和国际原子能机构都出台了新规定，把预防和缓解严重事故作为设计上的必须要求，满足以上要求的核电站称为第三代核电站。目前，世界上技术比较成熟、可以据以建造第三代核电机组的设计，主要有美国的AP1000(压水堆)和ABWR(沸水堆)，以及欧洲的EPR(压水堆)等型号，它们发生严重事故的概率均比第二代核电机组小100倍以上。美国、法国等国家已公开宣布，今后不再建造第二代核电机组，只建设第三代核电机组。而我国有13台第二代核电机组正在运行发电，未来重点放在建设第三代核电机组上，并开发出具有我国自主知识产权的中国品牌的第三代先进核电机组。为此，国务院决定以浙江三门和山东海阳两个核电项目作为第三代核电自主化依托工程，建设4套第三代AP1000压水堆核电机组。国家中长期科技发展规划纲要已将“大型先进压水堆核电站”列为重大专项。第四代核能系统第四代核能系统概念（有别于核电技术或先进反应堆），最先由美国能源部的核能、科学与技术办公室提出，始见于1999年6月美国核学会夏季年会，同年11月的该学会冬季年会上，发展第四代核能系统的设想得到进一步明确；2000年1月，美国能源部发起并约请阿根廷、巴西、加拿大、法国、日本、韩国、南非和英国等9个国家的政府代表开会，讨论开发新一代核能技术的国际合作问题，取得了广泛共识，并发表了“九国联合声明”。随后，由美国、法国、日本、英国等核电发达国家组建了“第四代核能系统国际论坛（GIF）”，拟于2-3年内定出相关目标和计划；这项计划总的目标是在2030年左右，向市场推出能够解决核能经济性、安全性、废物处理和防止核扩散问题的第四代核能系统（Gen-I