原子能發電站

原子能發電站

原子能發電站又稱核電站,就是利用一座或若干座動力反應堆所產生的熱能來發電或發電兼供熱的動力設施。

1. 核電站工作原理

核電廠用的燃料是鈾。用鈾製成的核燃料在“反應堆”的設備內發生裂變而產生大量熱能,再用處於高壓力下的水把熱能帶出,在蒸汽發生器內產生蒸汽,蒸汽推動汽輪機帶著發電機一起鏇轉,電就源源不斷地產生出來,並通過電網送到四面八方。

1.1 壓水堆核電站

以壓水堆為熱源的核電站。它主要由核島和常規島組成。壓水堆核電站核島中的四大部件是蒸汽發生器、穩壓器、主泵和堆芯。在核島中的系統設備主要有壓水堆本體,一迴路系統,以及為支持一迴路系統正常運行和保證反應堆安全而設定的輔助系統。常規島主要包括汽輪機組及二回等系統,其形式與常規火電廠類似。

1.2 沸水堆核電站

以沸水堆為熱源的核電站。沸水堆是以沸騰輕水為慢化劑和冷卻劑並在反應堆壓力容器內直接產生飽和蒸汽的動力堆。沸水堆與壓水堆同屬輕水堆,都具有結構緊湊、安全可靠、建造費用低和負荷跟隨能力強等優點。它們都需使用低富集鈾作燃料。
沸水堆核電站系統有:主系統(包括反應堆);蒸汽給水系統;反應堆輔助系統等。

1.3重水堆核電站

以重水堆為熱源的核電站。重水堆是以重水作慢化劑的反應堆,可以直接利用天然鈾作為核燃料。重水堆可用輕水或重水作冷卻劑,重水堆分壓力容器式和壓力管式兩類。
重水堆核電站是發展較早的核電站,有各種類別,但已實現工業規模推廣的只有加拿大發展起來的坎杜型壓力管式重水堆核電站。

1.4 快堆核電站

由快中子引起鏈式裂變反應所釋放出來的熱能轉換為電能的核電站。快堆在運行中既消耗裂變材料,又生產新裂變材料,而且所產可多於所耗,能實現核裂變材料的增值。
目前,世界上已商業運行的核電站堆型,如壓水堆、沸水堆、重水堆、石墨氣冷堆等都是非增值堆型,主要利用核裂變燃料,即使再利用轉換出來的鈽-239等易裂變材料,它對鈾資源的利用率也只有1%—2%,但在快堆中,鈾-238原則上都能轉換成鈽-239而得以使用,但考慮到各種損耗,快堆可將鈾資源的利用率提高到60%—70%。

2.核電站的類型

目前世界上大規模建造使用的大型發電廠,主要有以下幾類:火力發電廠、核能發電廠、水電站。
火力發電廠是使用化石燃料、通過熱能轉化成機械能發電的。核能發電與普通的火力發電類似,都是產生高溫高壓蒸汽,在蒸汽輪機中做功。不同的是核能發電的能量來源是核反應堆,而不是化石燃料。水電站是直接利用河流中水的動能和勢能,推動水輪機轉動發電的。

3. 世界上目前建造核電站情況

核電自50年代中期問世以來,目前已取得長足的發展。到1999年中期,世界上共有436座發電用核反應堆在運行,總裝機容量為350676兆瓦。正在建造的發電反應堆有30座,總裝機容量為21642兆瓦。
目前世界上有33個國家和地區有核電廠發電,核發電量占世界總發電量的17%,其中有十幾個國國家和地區核電發電量超過各種的總發電量的四分之一,有的國家超過70%。據資料估計,到2005年核電廠裝機容量將達到388567兆瓦。

4.核電站在設計上所採取的安全措施

為了確保壓水反應堆核電廠的安全,從設計上採取了所能想到的最嚴密的縱深防禦措施。
四重屏障:
為防止放射性物質外逸設定了四道屏障:
裂變產生的放射性物質90%滯留於燃料芯塊中;
密封的燃料包殼;
堅固的壓力容器和密閉的迴路系統;
能承受內壓的安全殼。
多重保護:
在出現可能危及設備和人身的情況時,進行正常停堆;
因任何原因未能正常停堆時,控制棒自動落入堆內,實行自動緊急停堆;
如任何原因 控制棒未能插入,高濃度硼酸水自動噴入堆內,實現自動緊急停堆。
核電廠在管理方面採取的安全措施
核電廠有著嚴密的質量保證體系,對選址、設計、建造、調試和運行等各個階段的每一項具體活動都有單項的質量保證大綱。
另外,還實行內部和外部監查制度,監督檢查質量保證大綱的實施情況和是否起到應有的作用。另外對參加核電廠工作的人員的選擇、培訓、考核和任命有著嚴格的規定。領取操縱員執照,然後才能上崗,還要進行定期考核,不合格者將被取消上崗資格。
核電廠發生自然災害時,它能安全停閉
在核電廠設計中,始終把安全放在第一位,在設計上考慮了當地可能出現的最嚴重的地震、海嘯、熱帶風暴、洪水等自然災害,即使發生了最嚴重的自然災害,反應堆也能安全停閉,不會對當地居民和自然環境造成危害。
在核電廠設計中甚至還考慮了廠區附近的堤壩坍塌、飛機墜毀、交通事故和化工廠事故之類的事件,例如一架噴氣式飛機在廠區上空墜毀,而且碰巧落到反應堆建築物上,設計要求這時反應堆還是安全的。
核電站的縱深防禦措施
核電站的設計、建造和運行,採用了縱深防禦的原則,從設備上和措施上提供多層次的重疊保護,確保放射性物質能有效地包容起來不發生泄漏。縱深防禦包括以下五道防線:
· 第一道防線:精心設計,精心施工,確保核電站的設備精良。有嚴格的質量保證系統,建立周密的程式,嚴格的制度和必要的監督,加強對核電站工作人員的教育和培訓,使人人關心安全,人人注意安全,防止發生故障。
· 第二道防線:加強運行管理和監督,及時正確處理不正常情況,排除故障。
· 第三道防線:設計提供的多層次的安全系統和保護系統,防止設備故障和人為差錯釀成事故。
· 第四道防線:啟用核電站安全系統,加強事故中的電站管理,防止事故擴大。
· 第五道防線:廠內外應急回響計畫,努力減輕事故對居民的影響。
有了以上互相依賴相互支持的各道防線,核電站是非常安全的。
核電站廢物嚴格遵照國家標準,對人民生活不會產生有害影響
核電廠的三廢治理設施與主體工程同時設計,同時施工,同時投產,其原則是儘量回收,把排放量減至最小,核電廠的固體廢物完全不向環境排放,放射性液體廢物轉化為固體也不排放;像工作人員淋浴水、洗滌水之類的低放射性廢水經過處理、檢測合格後排放;氣體廢物經過滯留衰變和吸附,過濾後向高空排放。
核電廠廢物排放嚴格遵照國家標準,而實際排放的放射性物質的量遠低於標準規定的允許值。所以,核電廠不會對給人生活和工農業生產帶來有害的影響。

5.核電站的潛在風險

核電站在運行時不能出半點差池。烏克蘭的車諾比核電站的核泄漏事故就是最好不過的前車之鑑。問題是" 人有失手,馬有亂蹄",世界本身不穩定的特性決定了人必然是有失誤的時候。我們可以通過諸多努力將這種情況的出現儘可能地減少或推遲,但是做到絕對杜絕人為失誤是不可能的。混沌學說揭示了世界的複雜性和不確定性。根據混沌學說的基本原理,系統內充滿了對某一事件未來結果具影響力的諸多不可預測和不可認知的因素。我們對所有安全措施的嚴守都只能是為我們提供一種近似的而非徹底的安全。核電站自身潛在的高危特性是不能允許:作人員有絲毫失誤的,這與世界本身的不確定性是嚴重背離的,因此也就諭示著核電站隱含了不可避免的危險。
核物質高強度的放射性對人體和環境的毀滅性不用贅論了。核能從經濟的角度上講也並非完全可行。人們不了解的是,建一座核電站相對容易,拆除它卻要花費數倍乃至十數倍於建造的費用。拆除核電站要將整座核電站用特殊的工具切割成一塊一塊的小磚頭,然後一塊一塊地用特殊儀器檢測,未發現含有過量核輻射的才可以運走。若發現其含有超量核輻射的則要按核廢料處理。
提到核廢料,極少有人知道它處理的難度,這也是造成公眾對核電站抱無所謂態度的主要原因。核廢料不同於廢電池,統一收集密閉封存就可以高枕無憂了。核廢料中不能被完全用盡的核物質仍具有極強的放射性,且具有殘留時間長、毒性劇烈的特點。核廢料即使貯存過百萬年,其殘留物質中的核輻射劑量仍能超過允許劑量的一千萬倍以上,這是一般人難以想像和理解的。比起核電站的運轉來,世界本身所具有的不穩定特性,必將給核廢料的安全貯存帶來難以預測、不可避免的破壞。基於此,許多原來率先建造核電站的國家正在考慮停建緩建核電站。國外一些專家也呼籲人類在對核能的使用上要慎之又慎。因為核技術不僅是用於軍事上才會威脅到人類安全,核技術本身就是極度危險的。

6.中國的核電站情況

到目前,中國有4座核電站11台機組運行。在建也不少。

一、秦山核電站(中核)

秦山核電站地處浙江省海鹽縣。
一期工程,採用中國CNP300壓水堆技術,裝機容量1×30萬千瓦,設計壽命30年,綜合國產化率大於70%,1985年3月澆灌第一罐核島底板混凝土(FCD),1991年12月首次併網發電,1994年4月設入商業運行,1995年7月通過國家驗收。經過十多年的管理運行實踐,實現了周恩來總理提出的“掌握技術、積累經驗、培養人才,為中國核電發展打下基礎”的目標。
二期工程及擴建工程,採用中國CNP650壓水堆技術,裝機容量2× 65萬千瓦,設計壽命40年,綜合國產化率二期約55%,二擴約70%,1#、2#機組先後於1996年6月和1997年3月開工,經過近8年的建設,兩台機組分別於2002年4月、2004年5月投入商業運行,使我國實現了由自主建設小型原型堆核電站到自主建設大型商用核電站的重大跨越,為我國自主設計、建設百萬千瓦級核電站奠定了堅實的基礎,並將對促進我國核電國產化發展,進而拉動國民經濟發展發揮重要作用。擴建工程(3#、4#機組)是在其設計和技術基礎上進行改進,2006年4月28日開工,3#機組計畫於2010年12月建成投產,4#機組力爭2011年年底投產。
秦山三期(重水堆)核電站採用加拿大成熟的坎杜6重水堆技術(CANDU 6),裝機容量2×728兆瓦,設計壽命40年,綜合國產化率約55%,參考電廠為韓國月城核電站3號、4號機組。1號機組於2002年11月19日首次併網發電,並於2002年12月31日投入商業運行。2號機組於2003年6月12日首次併網發電,並於2003年7月24日投入商業運行。

二、廣東大亞灣核電站(中廣核)

大亞灣核電站是採用法國M310壓水堆技術,裝機容量2×98.4 萬千瓦,設計壽命40年,綜合國產化率不足10%,1987年8月7日工程正式開工,1994年2月1日和5月6日兩台單機容量為984MWe壓水堆反應堆機組先後投入商業營運。

三、嶺澳核電站(中廣核)

嶺澳核電站位於廣東大亞灣西海岸大鵬半島東南側。
一期工程,採用中國CPR1000壓水堆技術,裝機容量2×99萬千瓦,設計壽命40年,綜合國產化率約30%,於1997年5月開工建設,2003年1月全面建成投入商業運行,2004年7月16日通過國家竣工驗收。
二期工程,採用中國改進型CPR1000壓水堆技術,裝機容量2×100萬千瓦,設計壽命40年,1號和2號機組綜合國產化率分別超過50%和70%,於2005年12月開工建設,兩台機組計畫於2010年至2011年建成投入商業運行。
三期工程,採用採用中國改進型CPR1000壓水堆技術,裝機容量2×100萬千瓦,設計壽命40年,預計2011年開工建設。

四、田灣核電站(中核)

位於江蘇省連雲港市連雲區田灣,廠區按4台百萬千瓦級核電機組規劃,並留有再建2至4台的餘地。
一期工程,採用俄羅斯AES-91型壓水堆技術,裝機容量2×106萬千瓦,設計壽命40年,綜合國產化率約70%。於1999年10月20日正式開工(FCD),單台機組的建設工期為62個月,分別於2007年5月和2007年8月正式投入商運。
二期工程3號和4號機組的建設已啟動,單機容量均為100萬千瓦。
三期工程5號和6號機組的建設已啟功,採用中國二代加CPR1000核電技術。

五、紅沿河核電站(中廣核)

遼寧紅沿河核電站位於遼寧省大連市瓦房店東崗鎮,地處瓦房店市西端渤海遼東灣東海岸。規劃建設6台機組,採用中國改進型CPR1000壓水堆技術,單機容量100萬千瓦,設計壽命40年,綜合國產化率約60%,1號機組於2007年8月正式開工,至2012年建成投入商業運營。目前在建中....

六、寧德核電站(中廣核)

規劃建設6台機組,採用採用中國改進型CPR1000壓水堆技術,單機容量100萬千瓦,設計壽命40年,綜合國產化率約75%以上,1#機組於2008年2月FCD,1、2#機組計畫於2013年左右建成投入商業運行。

七、 陽江核電站

2004年,經10多年籌備的廣東陽江核電項目也有望在年底通過國家核准,這個規劃投資達80億美元、規劃建設6台百萬千瓦級機組的全國最大核電項目一期工程於2006年正式動工。目前在建中........

八、三門核電站

2004年7月,位於浙江南部的三門核電站一期工程建設獲得國務院批准。這是繼中國第一座自行設計、建造的核電站——秦山核電站之後,獲準在
浙江省境內建設的第二座核電站。三門核電站總占地面積740萬立方米,可分別安裝6台100萬千瓦核電機組。全面建成後,裝機總容量將達到1200萬千瓦
以上,超過三峽電站總裝機容量。一期工程總投資250億元,將首先建設兩台目前國內最先進的100萬千瓦級壓水堆技術機組。三門核電站最快將在2010年
前後發揮作用。

九 、海陽核電站

位於山東煙臺海陽市東南部海邊、總投資達600億元的海陽核電站首期工程已於2007年年底開工。目前,海陽核電工程前期準備工作已全面完成,計畫2010年首期工程兩台機組併網發電。與此同時,該項目的配套工程---抽水蓄能電站工程,也將與核電站一期工程同時開工建設。"兩電"工程完工後,每 年將提供600萬千瓦電能。據了解,海陽核電站建成後將是中國最大的核能發電項目。
海陽核電站項目是經過國家發改委同意、由中國電力投資集團(中電投)控股建設的核電項目。中電投占40%、中國核工業集團占20%、國電集團占20%、 山東魯信控股占10%、華能集團占5%、煙臺市電力開發占5%。據了解,由於核電對技術和安全性要求高,此前核電站的建設都是具有軍工背景的企業承擔。
海陽核電站位於海陽市東南部的海邊,在海陽市大辛家鎮的冷家莊和鄰近的董家莊。處於膠東電力負荷中心,地質條件優越,是國內基礎條件最好的核電站址之 一。工程分三期實施,一期將建設2台100萬千瓦級核電機組。該項目可行性研究報告顯示,海陽核電站的規劃容量為600萬千瓦級核電機組,並留有擴建余 地,總裝機容量870萬千瓦,發電機組全部投產後,年發電量接近三峽電站發電量的90%。一期工程投資250億元,規劃建設兩台百萬千瓦級核電機組。
山東乳山核電項目工程總體規劃建設六台百萬級核電機組,一期工程建設兩台百萬級核電機組,2006年開始前期工程準備工作,爭取在“十二五”末投產發電。
國防科工委在2008年1月7日召開的國防科技工業工作會議上透露,2008年中國將開工建設福建寧德、福清和廣東陽江三個核電項目。
另外,中國台灣省現有3座核電站;在建的1座;擬建的尚有2座。已經投產的台灣省慶山和國盛兩座核電站,裝機容量分別為2×63.6和2×98.5萬千瓦。
十 、方家山核電站
方家山核電工程是秦山一期核電工程的擴建項目,工程規劃容量為兩台百萬千瓦級壓水堆核電機組,採用二代改進型壓水堆技術,國產化率達到80%以上,預計兩台機組分別在2013年和2014年投入商業運行。 項目建成後,秦山核電基地將擁有9台核電機組,總容量達到630萬千瓦。該項目位於浙江海鹽,南臨杭州灣,建成後將承接華東區域電網,區位優勢相當明顯。

十一 鹹寧核電站

鄂贛交界處的湖北省通山縣,有一座湖北省第二大的水庫——富水水庫。富水河上的這座水庫建成於1964年,蓄洪、發電、灌溉、養殖、航運兼顧,年發電量1.412億度,壩高45米,頂寬6.4米,壩頂長941米,有8個泄水閘,庫面浩浩11萬畝,庫容量17.64億立方米,兩岸群峰秀麗,庫中有無數島嶼,當地人稱它為“湖北的千島湖”。 這樣一個秀美的地方,還隱藏著我國首個內陸核電項目——湖北鹹寧核電廠。11月18日,成都商報記者對這個正進行建設的項目進行了實地探訪。
進入位於通山縣大畈鎮大墈村的核電站工地,是一條26公里長的專用大件運輸道路——核電公路。公路已建成,目前還有一座跨湖的大橋正緊張施工中。核電站,就位於大橋連線的湖心島——獅子岩上。
鹹寧核電項目於2009年全面啟動建設。今年5月15日,核電項目一期常規島及核電站輔助系統工程總承包等契約一攬子框架協定在武漢簽署,中國廣東核電集團工程有限公司舉行了鹹寧分公司及鹹寧項目部揭牌儀式。
據通山縣政府公眾信息網公布,至11月4日,主場區場平土石方工程完成1610萬立方米,占總量的76.1%。1、2號核島達到廠平標高,施工現場按照今年底4台機組達到廠平標高的目標加快推進。計畫今年底全部完工。
鹹寧核電項目也標誌著中國進入第三代核電發展階段。它將首次採用非能動型壓水堆核電技術,備受中國核電行業關注。該核電技術是目前唯一通過美國核管理委員會最終設計批准的第三代核電技術,是全球核電市場中最安全、最先進的。
總投資達600多億元的鹹寧核電項目,其業主是由中廣核集團與湖北省能源集團共同設立的湖北核電有限公司(雙方分別持股60%和40%,由中廣核集團控股)。2008年6月這家公司成立時預計:經過2年的前期準備和5年半的主體工程建設之後,湖北將首次用上核電。

規劃中

一、江西核電站

江西省計畫投資人民幣400億元建造一座發電能力約為400萬千瓦的核電廠。根據規劃,核電廠將建於九江市東部、長江南岸的彭澤縣境內,該項目將於2008年開工。

二、四川重慶爭建核電站(2003-9-18)

重慶市將在涪陵建設一座總裝機容量為180萬千瓦的核電站。而重慶市和四川省均已向國家有關部門提交了核電站的立項報告,雙方都想讓內陸首座核電站落戶本地區。不過,結果尚未揭曉。
重慶市規劃中的核電站將選址涪陵區白濤鎮重慶建峰化工總廠(原816廠),初步規劃總投資200億元,年發電量達85億千瓦小時。如果審批手續順利,將於2007年動工建設,2013年首台機組併網發電,項目業主為中國電力投資集團。
來自四川方面的訊息也稱,建設核電站的優勢包括:四川有豐富的鈾礦資源;宜賓核燃料廠是我國惟一的核電站燃料組件生產基地;中國核動力研究院、西南電力設計院等科研單位都位於四川;

三、湖南核電站

湖南省核電發展規劃中的核電項目有望完成"破冰"之旅,目前,省政府已經委託湖南五凌水電開發有限責任公司就核電項目開展前期的研究規劃選址等工作,岳陽的華容縣和常德的桃源縣有望成為規劃中的核電站廠址。擬建的核電項目規劃裝機600萬千瓦,一期裝機200萬千瓦,目前已完成水文等8個外圍 專題的契約談判。預計明年可完成初步可行性研究工作,上報項目建議書。

四、榮成核電站

2005年在中國最大的電力公司華能牽頭組建下,一個合資能源企業集團已在山東威海選定一座195兆瓦氣冷式核電站的建造地點,這將是全球首個投入商業運營的“球床”核反應堆。
山東榮成核電站項目規劃核電裝機規模為400萬千瓦,一期工程建設一台20萬千瓦示範機組。工程總投資約30億元。預計2010年有望正式投入運行。

附:核電站資料

核電站名稱 ;規模; 地址; 建設/投運時間; 承包商/規格
秦山核電站(一期): 30萬千瓦壓水堆 浙江省海鹽縣 1985.3/1994.4 自主設計/建造/管理/第二代
大亞灣核電站: 2台98.4萬千瓦的壓水堆核電機組 廣東省 1987.8/1994.5 法國法馬通公司/第二代
秦山核電站(二期): 2台65萬千瓦壓水堆核電機組 浙江省海鹽縣 1996.6/2002.4 1997.3/2004.5 自主設計/建造/管理/第二代
秦山(重水堆)核電站(三期):2台700兆瓦級核電機組 浙江省海鹽縣 1998.6/2003.7 加拿大原子能公司/第二代
田灣核電站: 4台百萬千瓦級核電機組 江蘇省連雲港市 1999.10開工 俄羅斯原子能公司/第二代
嶺澳核電站(一期): 2台99萬千瓦的壓水堆核電機組 廣東省 1997.5/2003.1 法國法馬通公司/第二代
嶺澳核電站(二期): 2台百萬千瓦級壓水堆核電機組 廣東省 2005年12月動工 法國法馬通公司/第二代
三門核電站: 6台百萬千瓦級核電機組 浙江省 計畫2009年3月開工 國際招標確定用第三代核電AP1000技術
海陽核電站: 6台百萬千瓦級核電機組 山東省 計畫2009年9月開工 國際招標確定用第三代核電AP1000技術

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