发展核电是满足能源供给与保护环境的需要

发展核电是满足能源供给与保护环境的需要csh能源是经济社会快速发展、居民物质生活水平提高不可缺少的要素。现代社会是一个能源的社会。国民经济和社会的快速发展，是能源需求不断增长的基本推动力。世界上的大多数国家，和中国一样，面临着共同的能源问题：一是经济社会的发展对能源的需求量超过能源供给。全球对能源的需求量不断迅速增长，发展中国家和经济转型国家对能源需求量的增长速度超过工业化国家。中国人口多，工业化还没有完成，人均能源消费只有美国（工业化国家）人均能源消费的1/4左右。2002年我国能源消费总量为14.8亿吨标准煤，2009年中国能源消费总量为31亿吨标准煤，专家预测，2020年我国能源需求总量将达到40亿吨以上标准煤。我国已经成为世界最大（第二大？第一大？）能源消费国。居住在地球上的每一个人每天都以各种不同的形式使用能源。能源的使用正是现代工业社会的核心所在。经济的快速发展必定对能源提出快速增长的要求，能源成为经济快速增长的瓶颈。主要表现在：一是经济社会的发展面临能源供需失衡的问题。能源需求量增长大的出现在发展中国家和经济转型国家 ，其它国家对能源的需求量同时也在不断增加，而以化石燃料为主的能源供给则是不可再生的，总量有限的。二是共同面临对国际能源的高价位问题。发达国家和发展中国家和经济转型国家都同样关注当今进口能源的高价位、主要是碳氢能源的高价位问题，能源的高价位对发展中国家和经济转型国家的发展带来巨大的压力。三是能源、特别是化石燃料的使用带来的环境问题。目前以化石燃料为主的能源结构形式与日益严重的环境问题密切相关。发达国家的注意力集中在能源使用带来的气候变化问题。科学家们预计，想要防止全球平均气温再上升2，到2050年，全球的温室气体减排量需达到1990年水平的80%。2009年12月7日18日在丹麦首都哥本哈根召开的哥本哈根世界气候大会，就是解决能源使用带来的气候变化问题，主要焦点问题是温室气体减排的“责任共担”， 被喻为“拯救人类的最后一次机会”的会议。这次会议达成一个新的应对气候变化的协议，并以此作为2012年京都议定书第一阶段结束后的后续方案 。此次会议，主要讨论以下四点问题并达成协议1.工业化国家的温室气体减排额是多少？2.像中国、印度这样的主要发展中国家应如何控制温室气体的排放？3.如何资助发展中国家减少温室气体排放、适应气候变化带来的影响？4.如何管理这笔资金？但是哪些国家应该减少排放？该减排多少呢？比如，经济高速增长的中国最近已经超过美国成为最大的二氧化碳排放国。但在历史上，美国排放的温室气体最多，远超过中国。从道义上讲，中国有权力发展经济，继续增长，增加碳排放将不可避免。图表 1温室气体的排放世界能源发展50年的经验表明，核能是一种清洁、安全、经济的能源。（一）发展核电是满足能源供给的需要1、化石能源储量有限目前全世界使用的能源有百分之九十取自化石燃料，即：煤炭、石油和天然气。它们经历了上亿年的时间才得以形成，是不可再生的能源。从探明的储量看，现在地球上的石油、天然气和煤炭的总储量分别为：石油 1万亿桶天然气 120万亿立方米煤炭 1万亿吨按照目前全世界对化石燃料的消耗速度计算，这些能源可供人类使用的时间大约还有：石油 45-50年天然气50-60年煤炭 200-220年就资源而言，化石燃料资源有限。1997年全世界煤储量为10316亿吨，石油储量为1409亿吨，天然气为144亿吨。按1997年的开采量计，煤还可以用200年，石油可用40年，天然气则为60年（上海环境科学第18卷第2期1999年2月）2、核能-无穷的能源核能来自于地壳中储存的铀、钚等核裂变产生的能源以及氘、氚等核聚变产生的能源。这些物质在发生原子核反应时释放出能量。原子核反应主要有裂变反应和聚变反应核裂变能的主要原料是铀、钍，世界上已探明的铀储量约490万吨，钍储量约275万吨。如果利用得好，可用24002800年。目前在世界各地运行的442座核电站就是使用铀原子核裂变时放出的热量。铀元素在自然界的分布相当广泛，地壳中铀的平均含量约为百万分之2.5（2.5ppm），即平均每吨地壳物质中约含2.5克铀。在花岗岩中的含量就要高些，平均每吨含3.5克铀。海水中铀的浓度相当低，每吨海水平均只含3.3毫克铀。地球上自然存量最多的同位素是铀-238（99%），再者是可用作核能发电的燃料的铀-235（0.7%），丰度最少的是铀-234（0.2%）。聚变反应主要来源于氘-氚的核聚变反应，氘来可大量自海水，氚可来自地球上的锂。因此核聚变燃料主要是氘和锂，海水中氘的含量为0.03克升，据估计地球上的海水量约为138亿亿立方米，世界上氘的储量约40万亿吨；地球上的锂储量虽比氘少得多，也有2000多亿吨，用它来制造氚，足够满足人类对聚变能的需求。这些聚变燃料所释放的能量比全世界现有能源总量放出的能量大千万倍。按目前世界能源消费的水平，地球上可供原子核聚变的氘和氚，能供人类使用上千亿年。如果人类实现了氘-氚的可控核聚变，核燃料就可谓“取之不尽，用之不竭了”，人类就将从根本上解决能源问题，这正是当前核科学家们孜孜以求的所以。聚变能源不仅丰富，而且安全、清洁。聚变产生的放射性比裂变小的多。伊朗原子能组织2011年2月10日宣布，伊朗已经掌握核聚变技术。伊朗原子能组织当天在其网站上说，伊朗采用“惯性静电约束法”（IEC），在核聚变领域成功进行了一系列重大研究，并研制出可产生激光核聚变的装置。但该组织未透露伊朗方面是否成功进行了真正的核聚变实验。尽管伊朗核聚变研究的商业化“需要20年到30年时间”，但伊朗将倾全国之力，加快核聚变研究进程。人类已经可以实现不受控制的核聚变，如氢弹爆炸。但要想有效利用核聚变释放的能量，必须能够合理地控制核聚变的速度和规模。目前在法国卡达拉舍正在进行的国际热核聚变实验堆（ITER）计划就是要解决这一问题，为人类寻找清洁新能源，中国也参与其中。美国、以色列和一些国家一直怀疑伊朗发展核计划的真正目的在于发展核武器。伊朗则坚称其核计划完全出于和平目的。3、中国的核能燃料-不容乐观（1）根据路透社的报道，中国已经制定让国内核电装机容量到2020年增至4000万千瓦的目标，但政府也已暗示，这一目标有望翻倍，达到8000万千瓦，因核电的快速扩张是实现温室气体减排的可行方案之一。中国电力杂志2010年12月曾刊发一篇研究文章称，如果2020年中国实现4000万千瓦的核电产能，国内对天然铀的需求将增至6000至7200吨。每新建、扩建100万千瓦核电机组需要一次性装填100吨核燃料。即使所有规划中的国内铀矿全部投入运营，且满负荷运转，中国届时也只能生产2400吨天然铀。这意味着，短期内中国的核燃料进口仍将维持在较高水平。大致的概算：100万千瓦压水堆核电厂年需要30吨核燃料，其中235U的富集度为35%,4000万千瓦核电厂需要富集度35% 的235U1200吨，天然铀矿中，235U的含量为0.7%（238U的含量为99%，234U的含量为0.2%），235U的富集度为35%的核燃料1200吨需要提炼折天然铀矿约为60007200吨（5-6倍）。（2）动力堆乏燃料后处理技术的重大突破当核燃料维持不了一定的功率时，便需要把原有的燃料退出来，进行更换。这些被换下来的核燃料组件，就叫做乏燃料。核燃料当前利用率仅1%。中国的核燃料已经发展了20多年，拥有13个正在运行的核电机组（装机容量为1080万千瓦），每年都产生大量的乏燃料组件（按100万千瓦需要核燃料30吨计算，每年产生高放射性乏燃料约300吨）。对于这些乏燃料组件目前的处理方法只是把乏燃料组件存在特殊的水池里。这种水池的特殊之处在于里面的水经过了特别处理，可以屏蔽核辐射。根据乏燃料组件的不同，水深从几米到十几米不等。而且，乏燃料长期储存的费用也相当高。所以要可持续地发展核电，乏燃料后处理技术就必须突破。中核集团四四工厂日前在动力堆乏燃料后处理技术上取得重大突破，将核燃料铀、钚利用率提升60倍。对核燃料进行后处理，就是通过一系列的化学过程把核电站没燃烧完的核燃料，还有新产生的核燃料提出来，再制成核电所需要的燃料元件。这是中国24年来自主研发的成果。此前掌握这一技术的国家有美国、英国、法国、德国、印度、俄罗斯、日本，中国是全球第八个掌握该技术的国家。目前仍在积极寻求该技术的国家还有韩国。以目前的核电规模，中国已探明的铀资源大约可供国内使用50到70年。根据最新突破的“动力堆乏燃料后处理技术”，目前中国的铀资源储量可以使用约3000年。但对此要持谨慎乐观的态度，因为该技术只是实验成功，需要过实现工业化与批量化这一关，距离大规模运用还需要一段时间。4、目前核能现状 （1）世界核能现状到2009年底，全世界有442台核电机组。目前世界总发电量约为33.7万亿千瓦时，总装机容量已经达到3.82亿千瓦，全年共发电5741.7TWh(5.74万亿千瓦时)，占世界发电量的17，与水电、火电一起构成世界电力能源的三大支柱。（2）中国核能状况截至2010年底，大陆有13台运营的核电机组，台湾有8台运营的核电机组.中国发电装机累计达到9.6亿千瓦，其中，水电2.1亿千瓦，火电7亿千瓦，核电1080万千瓦（大陆13台核电机组），风电3107万千瓦。全年累计发电量4.14万亿千瓦时，其中核电发电量约660亿千瓦时。全国发电设备年累计平均利用小时达到4660小时，平均利用率55%。其中，水电3429小时，平均利用率40.5%；火电5031小时，平均利用率59%；核电7924小时，平均利用率（能力因子）93.9%；风电2097小时，平均利用率24.4%。（全年8460小时）附：来自运营公司的数据表明，截至2010年12月31日24时，大亚湾核电站全年实现上网电量150.15亿千瓦时，能力因子为90.94%（大亚湾核电站1号机组为89.08%，2号机组为92.80%）；岭澳核电站一期全年实现上网电量152.20亿千瓦时，能力因子为92.42%（岭澳核电站一期1号机组为93.71%，2号机组为91.12%）。两电站年度上网电量合计达302.35亿千瓦时，年度上网电量连续第三年超过300亿千瓦时.大亚湾核电站：96.4*90.9%*365*24*2=150.15亿千瓦时（大致的概算：100万千瓦年发电量为70-75亿千瓦时；核电投资大致是1千瓦1万元，100万千瓦的核电厂约需要投资100万万元即100亿，按0.4元/度计算，100万千瓦核电厂发电产值是30亿元，按20%纯利润率计算，100万千瓦核电厂年纯利润6亿元，约16年回收全部投资。）2009年度咸宁市全社会用电量 40.15 亿千瓦时，增长 10.2%，平均每天1100万千瓦时。.(二)发展核电是保护环境的需要就环境保护来说，核能与化石燃料相比，则是一种更清洁的能源。1000MW（e）年需要消耗核燃料约30吨。1000MW（e）核电厂年度废物排放情况：30吨左右高放废物乏燃料 ，200吨左右中放废物，400吨低放废物，少量低放气体。1000MW（e）火电厂年需要消耗300万吨煤。1000MW（e）火电厂年度废物排放情况：650万吨CO2（200万吨碳），1.7万吨SO2，4000吨NOX，280万吨灰，4000吨重金（如砷、铬、铅、汞等）。二氧化硫和氮氧化物形成酸雨，造成巨大的环保压力。和在燃料运输方面，核电也有明显的优势，1000MW（ e）的核电厂，一年只需用30吨低浓铀，几个卡车就可运来。而同样功率的燃煤电厂需300万吨煤，每天需5列火车供煤。以上数据说明：火电厂产生大量的二氧化碳，是产生温室气体的一个重要原因，核电始终是最好的低碳经济发展能源，发展核电是实现温室气体减排的可行方案之一；火电厂产生大量的二氧化硫和氮氧化物，二氧化硫和氮氧化物形成酸雨，造成巨大的环保压力；运输的不经济性。大致的概算：化石燃料供应的有限性以及环保的巨大压力，致使人们注目清洁、安全、经济的核能。（三）对核电中长期发展规划(2005-2020年) 的介绍二OO七年十月国务院已经正式批准了国家发展改革委上报的核电中长期发展规划(2005-2020年) 。核电发展专题规划是电力发展规划的重要组成部分，积极推进核电建设，是我国能源建设的一项重要政策。积极推进核电建设，对于缓解能源需求矛盾（1），保护环境（），具有重要的意义。1、核电在世界能源结构中的地位 自20世纪50年代中期第一座商业核电站投产以来，核电发展已历经50年（2）。到2010年底，全世界正在运行的核电机组共有442台，现有核电站共计104个，分布在31个国家和地区，总装机容量已经达到3.82亿千瓦。其中：压水堆占60%，沸水堆占21%，重水堆占9%，石墨堆等其它堆型占10%。这些核电机组已累计运行超过1万堆.年。核电年发电量占世界发电总量的17%。核电发电量超过20%个国家和地区共16个，其中包括美、法、德、日等发达国家。美国是世界上拥有核电站总数最多的国家。法国则是核电站总发电量比重最高的国家，高达78%。在亚洲，日本是第一个以核电为主要电力来源国家，其核能发电，约占总发电量的三分之一。1997年建成的柏崎刈羽核电站（2），至今仍是世界上装机容量最大的核电站（3）。中国目前正在运行的核电机组共有13个(4)，核电占全国总发电量的比重只有2%。核电与水电、火电一起构成世界能源的三大支柱，在世界能源结构中有着重要的地位。2)我国核电发展的指导思想贯彻“积极推进核电建设”（4）的电力发展基本方针，统一核电发展技术路线（5），注重核电的安全性和经济性，坚持以我为主，中外合作，以市场换技术，引进国外先进技术，国内统一组织消化吸收，并再创新，实现先进压水堆核电站工程设计、设备制造、工程建设和运营管理的自主化。形成批量化建设中国品牌先进核电站的综合能力，提高核电所占比重，实现核电技术的跨越式发展，迎头赶上世界核电先进水平。 在核电发展战略方面，坚持发展百万千瓦级先进压水堆核电技术路线，目前按照热中子反应堆（6）快中子反应堆（7）受控核聚变堆（8）“三步走”的步骤开展工作。积极跟踪世界核电技术发展趋势，自主研究开发高温气冷堆（9）、固有安全压水堆（10）和快中子增殖反应堆（11）技术，根据各项技术研发的进展情况，及时启动试验或示范工程建设。与此同时，自主开发与国际合作相结合，积极探索聚变反应堆技术。 坚持安全第一的核电发展原则，在核电建设、运营、核电设备制造准入，堆型、厂址选择，管理模式等工作中，贯彻核安全一票否决制。 (二)发展目标 根据保障能源供应安全，优化电源结构的需要，统筹考虑我国技术力量、建设周期、设备制造与自主化、核燃料供应等条件，到2020年，核电运行装机容量争取达到4000万千瓦（）；核电年发电量达到2600-2800亿千瓦时。在目前在建和运行核电容量1696.8万千瓦的基础上，新投产核电装机容量约2300万千瓦。同时，考虑核电的后续发展，2020年末在建核电容量应保持1800万千瓦左右。核电建设项目进度设想见表2。 在核电自主化方面，实现先进百万千瓦级压水堆核电站的自主设计、自主制造、自主建设和自主运营，全面建立与国际先进水平接轨的建设和运营管理模式，形成比较完整的自主化核电工业体系。 在运行业绩及核安全方面，确保已投运核电站安全可靠运行，主要运行指标达到世界核电运行组织(WANO)（）先进水平。2020年以前新开工核电站的主要设计指标接近或达到美国核电用户要求文件(URD)或欧洲核电用户要求文件(EUR)的同等要求。 在工程建设方面，通过引入竞争机制，全面实施招投标制和合同管理制，提高项目管理水平，进一步降低工程造价。 在经济性方面，在确保安全性和可靠性的基础上，降低运行成本，实现核电上网电价与同地区的脱硫燃煤电厂相比具有竞争力。 在核电法规和技术标准方面，在核安全、核设施管理、核应急、放射性废物管理，以及工程设计、制造、建设、运营等方面，建立起完整的符合中国国情并与国际接轨的核电法规和标准体系。注解：（1）核能 nuclear energy又称原子能。原子核中的核子重新分配时释放出来的能量。核能可分为三类：（1）裂变能，重元素（如铀、钚等）的原子核发生分裂时释放出来的能量；（2）聚变能，由轻元素（氘和氚）原子核发生聚合反应时释放出来的能量；（3）原子核衰变时发出的放射能。核能与化学能的区别在于，化学能是靠化学反应中原子间的电子交换而获得能量。例如煤或石油燃烧时，每个碳或氢原子氧化过程中，只能释放出几个电子伏能量，而核能则靠原子核里的核子（中子或质子）重新分配获得能量，这种能量大得出奇。例如，每个铀原子核裂变时，就能放出2亿电子伏能量（200Mev），所以1g铀裂变时释放出来的能量相当于2500Kg标准煤(1个铀原子核的质量为2351.6710-24g=3.9210-22g,1g235U含有2.551021个铀原子核，裂变释放能量为2.551021200Mev，1ev= 1.6010-19J, 1g235U裂变能量2.5510212001061.6010-19J=8.21010J,1度电=1Kw.1小时=3.6106J，1g235U裂变能量折合2.3104度电,)，等量的聚变燃料在聚变时释放出来的能量又比裂变能大4-5倍。铀元素在自然界的分布相当广泛，地壳中铀的平均含量约为百万分之2.5（2.5ppm），即平均每吨地壳物质中约含2.5克铀。在花岗岩中的含量就要高些，平均每吨含3.5克铀。海水中铀的浓度相当低，每吨海水平均只含3.3毫克铀。地球上自然存量最多的同位素是铀-238（99%），再者是可用作核能发电的燃料的铀-235（0.7%），丰度最少的是铀-234（0.4%）一吨标煤估计排放二氧化碳为2.66-2.72吨（2）：1954年，俄罗斯奥布宁斯克核电站建成，装机容量为0.5万千瓦。奥布宁斯克核电站是世界上最早建造的核电站。2002年4月29号，这座事业型核电站在运行了近半个世纪后光荣退役。就在俄罗斯奥布宁斯克核电站建成三年后即1957年，世界上第一座商用核电站，美国希平港核电站建成投产。该电站拥有一台压水核电机组，装机容量为9万千瓦。它的建成拉开了民用核电发展。）（2）：日本新潟x县位于本州中部，濒临日本海，南北走向呈细长形。从17、18世纪江户时代以来新潟就作为日本海的交通中心而繁荣发展起来，19世纪以后又成为和俄罗斯、韩国等进行贸易的重镇。柏崎市是2007年7月16日强烈地震的重灾区。位于当地海边的柏崎刈羽核电站，震后麻烦不断：先是3号机组变压器在地震发生仅仅两分钟后起火，后又发现6号机组有含微量放射性物质的水泄漏，以及设施内的地基多处突起和凹陷。（3）【5500MW(1100MW5)】截止目前，中国大陆在役运行核电机组13台，集中在浙江、广东、江苏三省，装机容量1080万千瓦，占全国电力装机的1.3%，占全国发电总量的2%左右，占世界在役核电机组数的2.4%。核电站净功率(MWe)商运日期 采用技术堆型投资额设计寿命年平均能力因子所在地年发电量开工日期股东国产化率大亚湾1 (Daya Bay)9841994.2法国M310PWR压水堆40亿美元40年90%深圳市龙岗区大鹏镇155亿千瓦时1987.8.7广核投、香核投不到10%大亚湾2(Daya Bay)1994.51988.4.7岭澳一期1# (Ling Ao)9902002.7中国CPR1000PWR压水堆40亿美元40年88%153亿千瓦时1997.5.15广核约30%岭澳一期2#2003.31997.11.28岭澳二期3#10802010.9.202005.12.15合计（5台）5028秦山1 3101994.4中国CNP300压水堆PWR12亿人民币30年浙江嘉兴市海盐县秦山镇双龙岗村25亿千瓦时1985.3.20中核大于70%秦山二厂一期1#6502002.6中国CNP650压水堆PWR148亿人民币40年80亿千瓦时1996.6.2中核，浙电力开发55%秦山二厂一期2#2003.4秦山二厂二期3#2010.10.21秦山三期1号7282003.2加拿大CANDU -6重水堆HWR25.7亿美元40年110亿千瓦时1998.6.8中核控股、中电投55%秦山三期2号2003.11合计（6台）3660田湾1 (Tianwan)1060204.12俄罗斯AES-91压水堆PWR32亿美元40年江苏连云港连云区田湾140亿千瓦时1999.10.20中核控股、中电投70%田湾2(Tianwan)2005.12合计（2台）2120统计10800（4）中共中央关于制定国民经济和社会发展第十个五年计划的建议中提到，适度发展核电。国家“第十个五年计划”期间核电发展政策是“适度发展核电”， 国家“第十一个五年计划”期间核电发展政策是“积极发展核电”。（5）热中子堆使用的燃料主要是天然铀（235U含量0.7）和稍加浓缩铀（235U含量3%）。如果采用现有堆型，燃料预计能满足核电十几年的需求。天然铀中99%以上是不裂变的238U，快中子堆理论上可利用全部铀资源，实际上由于各种损失估计可利用铀资源60以上，它被认为是最有发展前景的发电用反应堆。如