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世界核電技術發展趨勢
發布者:武漢華勝公司 發布時間:2008-5-30 閱讀:3509次 【字體:




電站的開發與建設開始于上世紀50年代。1954年,前蘇聯建成電功率為五千千瓦的實驗性核電站;1957年,美國建成電功率為九萬千瓦的希平港原型核電站;這些成就證明了利用核能發電的技術可行性。國際上把上述實驗性和原型核電機組稱為第一代核電機組。

上世紀60年代后期,在試驗性和原型核電機組基礎上,陸續建成電功率在30萬千瓦以上的壓水堆、沸水堆、重水堆等核電機組,它們在進一步證明核能發電技術可行性的同時,使核電的經濟性也得以證明:可與火電、水電相競爭。上世紀70年代,因石油漲價引發的能源危機促進了核電的發展,目前世界上商業運行的四百多座核電機組絕大部分是在這段時期建成的,稱為第二代核電機組。 

1979年以前,人們普遍認為核電是安全清潔的能源。1979年和1986年分別發生在三里島和切爾諾貝利核電站的嚴重事故的負面影響,使核電發展進入低潮,社會公眾增大了對核電安全性的顧慮,電業投資者也放慢了投資步伐。但中國、法國、日本和韓國等國家發展核電的方針仍然沒有改變,認為核電站的安全性是能夠改進、提高的。上世紀80年代,雖然美國撤銷了不少擬建的核電項目,但沒有放棄發展核電事業的可行性研究。美國能源部和電力研究院的研究結果認為:以已有的核電經驗和技術水平為基礎,美國能夠設計出新一代核電機組,其安全性能為社會公眾和電力投資者所認可,其經濟性具備參與市場競爭的能力。進而美國電力研究院于1990年代出臺了"先進輕水堆用戶要求"文件,即URD文件,用一系列定量指標來規范核電站的安全性和經濟性。歐洲出臺的"歐洲用戶對輕水堆核電站的要求",即EUR文件,也表達了與URD文件相同或相似的看法。國際原子能機構也對其推薦的核安全法規(NUSS系列)進行了修訂補充,進一步明確了防范與緩解嚴重事故、提高安全可靠性和改善人因工程等方面的要求。

切爾諾貝利事故已經過去20多年,期間世界400多座核電機組又積累了8000多堆年的運行經驗,且無重大事故發生。這說明核電站改進措施已見成效,核電安全性和經濟性都有所提高。但公眾和用戶對發展核電事業仍有些許疑慮,因而必須著力解決以下問題:

進一步降低堆芯熔化和放射性向環境釋放的風險,使發生嚴重事故的概率減小到極至,以消除社會公眾的顧慮;

進一步減少核廢料(特別是強放射性和長壽命核廢料)的產量,尋求更佳的核廢料處理方案,減少對人員和環境的劑量影響;

降低核電站每單位千瓦的造價和縮短建設周期,提高機組熱效率和可利用率,提高壽期,以進一步改善其經濟性。

第三代核電機組的發展目標

第三代核電機組的設計原則,是在采用第二代核電機組已積累的技術儲備和運行經驗的基礎上,針對其不足之處,進一步采用經過開發驗證是可行的新技術,以顯著改善其安全性和經濟性,滿足URD文件或EUR文件和IAEA法規第二版的要求;同時,應能在2010年前進行商用核電站的建造。

在美國,為了實現第三代核電機組能在2010年前建造,在能源部的倡儀下,組建了一個審評各種新型號的核電機組能否在2010年前實施建造的工作小組,稱為"近期項目實施組",廣泛收集了電站用戶和反應堆設計制造廠家等對已經出籠的反應堆新型號的意見,包括對其設計完成的深度,獲得核安全當局批準的能力,與現有基礎設施的匹配性、安全性和經濟性指標的可信程度等方面的意見。根據意見反饋結果,NTDG組提出了對8個型號的堆型在2010年前能否實施建造的結論性看法,分為:能(can),大概能(probably can),有可能(possibly can)和不能(can not )四個等級。

現在,美國工業界和電站業主(用戶)在能源部的支持下,正在選定第三代的商用系列發展堆型。

這里認為在2010年前尚不能實施建造的IRIS堆型,即"國際創新保安反應堆",是由美國、英國、日本、意大利等的工業界,研究院所和高等院校共同推出的一種模塊式一體化壓水反應堆,特點是將反應堆堆芯和蒸汽發生器、主泵等一并放置于一個壓力容器內,這些設備之間沒有管道聯接,從而消滅了傳統壓水堆由于主管道破裂而發生"失水事故"的可能,再加上它設有高度非能動熱輸出能力的安全系統,又有能耐嚴重事故下壓力值的壓力容器和球形安全殼,因而使大量放射性釋放環境幾乎不可能,可能不需廠外應急。堆芯核燃料一次裝料可連續運行4年乃至8年而不需換料,這就有利于防止核擴散,且高放射性廢物量也大大減少。這些實際上已在相當程度上符合第四代核電機組的要求,故有的專家認為,IRIS堆可以說是屬于第四代的,或是介于第三代與第四代之間的。

整個核蒸汽供應系統均在一個壓力容器內,可以在設備制造廠內把它作為一個模塊制造完成后運往工地安裝,以縮短工期。但由于壓力容器不能過大,每個模塊的功率也受限不能大,一般電功率只300MW左右,經濟性如何,還是問題。這種創新型的反應堆必有一系列的技術難關需要解決,故有必要建原型堆考驗后,才能商用建造。

第四代核能系統的研究開發

近年來,世界各國提出了許多新概念的反應堆設計和燃料循環方案。2000年1月,在美國能源部的倡議下,十個有意發展核能利用的國家派專家聯合組成了"第四代國際核能論壇"(GIF)。第四代核能系統開發的目標是要在2030年左右創新地開發出新一代核能系統,使其在安全性、經濟性、可持續發展性、防核擴散、防恐怖襲擊等方面都有顯著的先進性和競爭能力;它不僅要考慮用于發電或制氫等的核反應堆裝置,還應把核燃料循環也包括在內,組成完整的核能利用系統。

GIF主要是由各國政府部門支持的科研院所、高等院校和工業界的專家所組成,自2000年至2002年三年中,先后有100多名專家開過八次研討會,提出了第四代核能系統的具體技術目標,主要是:
1、核電機組比投資不大于1000美元/KW,發電成本不大于3美分/KWh,建設周期不超過三年;2、非常低的堆芯熔化概率和燃料破損率,人為錯誤不會導致嚴重事故,不需要廠外應急措施;
3、盡可能減少核從業人員的職業劑量,盡可能減少核廢物產生量,對核廢物要有一個完整的處理和處置方案,其安全性要能為公眾所接受;
4、核電站本身要有很強的防核擴散能力,核電和核燃料技術難于被恐怖主義組織所利用,這些措施要能用科學方法進行評估;
5、要有全壽期和全環節的管理系統;
6、要有國際合作的開發機制。

參加GIF的十個國家的專家對上述六種核能利用系統的研究開發工作大綱和分工合作進行了研究協調,提出了初步的工作"路線圖",認為,從現在的概念設想轉變成商業實施(產業化),需要經過四個步驟的工作:

第一步:可存在性(生命力,Viability)研究。證明原則可行。
第二步:性能研究。工程規模的研究開發和優化,使其性能達到期望的水平。
第三步:系統示范。建造中等或較大規模的示范系統以驗證設計。
第四步:商用實施。

目前,GIF的十個國家的參加單位只對第一步和第二步做了初步安排和分工,尚未安排第三步和第四步。目前尚不能確定究竟哪一種堆型系統能成功,但按照GIF對第四代的展望計劃,將在2020年前后選定一種或幾種堆型,2025年前后建成創新的原型機組系統示范,如果在原型機組上能成功地顯示這種創新技術在安全性和經濟性上的優越性,確實能與其他能源的發電機組競爭,那么大約從2030年起就可廣泛地采用第四代核電機組系統,而在那時,現在正在運行的第二代核電機組均將達到60年壽期(批準延壽后)的退役年限,可以用第四代機組去取代。



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