核聚變發電

核聚變發電

核聚變發電是21世紀正在研究中的重要技術,主要是把聚變燃料加熱到1億度以上高溫,讓它產生核聚變,然後利用熱能。核聚變發電的最終實現還需很長的時間。2014年中國運行核電機組22台,裝機容量達2029.658萬千瓦,核電發電量僅占全國發電量2.1%。規劃到2020年中國電力總裝機容量預計為9億千瓦時,核電的比重將占電力總容量的4%,即是中國核電在2020年時將為3600-4000萬千瓦。

基本信息

概述

核聚變發電核聚變發電
聚變發電是21世紀初的重要技術,主要是把聚變燃料加熱到1億度以上高溫,讓它產生核聚變,然後利用熱能,但是科學家發現沒有任何一種容器能承受1億度的高溫,於是科學家想到了磁容器技術,就是在微型氫彈周圍放上強大的磁場,約束住高溫物質,但是又一個問題難住了科學家,如果使用磁容器,將至少需要100萬噸磁鐵,很不實際,於是科學家又想到磁場很強大的電磁鐵,但是使用電磁鐵也至少需要1萬噸重,這可難住了科學家們,經過40多年的努力,科學家發現超導體擁有特彆強大的磁場,效率是磁鐵的幾萬倍,於是21世紀初核聚變發電站正式建成了。

加熱技術

有3項:(1)歐姆加熱;(2)RF加熱;(3)中性束注入(NBI)。

1、利用的原理是向設定在圓環形電漿中心軸的“中心螺線管(CS)線圈”內通入電流,使電漿內生成感應電流。電漿為導體,內部生成電流後會產生焦耳熱。

2、是使用微波等高頻電場,藉助與微波堆相同的原理進行加熱的技術。

3、是利用小型粒子加速器加速帶電粒子,最後將其轉化成中性粒子,注入電漿內的技術。

技術困難

(1)需要實現“包層”,用來增殖堆核心聚變反應釋放的高速中子,使其撞擊鋰(6Li),產生氚(T)後注入反應堆;

(2)需要嚴格管理放射性物質氚的技術;

(3)需要開發排除電漿內雜質(α粒子等)的“偏濾器”;

(4)需要前所未有的大型反應堆。

國外

核聚變反應器核聚變反應器
2014年10月10日,聚變能聽起來似乎好的令人難以置信——零溫室氣體排放,沒有長久存在的放射性廢棄物,它是一種幾乎無限量的能源供應。而採用聚變能面臨的最大障礙可能是經濟學問題。核聚變發電設計還沒有便宜到可以取代現有的利用化石燃料,例如煤炭和天然氣的系統。美國華盛頓大學的工程師們希望改變這一現狀。他們設計了一種概念核聚變反應器,但它變成大型電廠的規模時,將可以與相似電量產出的燃煤火力發電廠所耗費成本相當。研究小組的核聚變反應堆設計以及成本分析研究於去年春天被發表,它在10月17日俄羅斯聖彼得堡召開的國際原子能機構的聚變能會議上展示。

華盛頓大學的反應堆設計被稱為球形馬克Spheromak(一種自組織的環形電漿形態),這意味著它通過驅動電流至電漿里就能夠產生大部分的磁場。這極大的減少了所需要的材料量,使得研究人員能夠縮減反應堆的整體大小。
其它的設計,例如正在法國建造的實驗性核聚變反應堆項目國際熱核聚變實驗堆(ITER),它就比華盛頓大學的設計要大得多,因為它依賴於環繞設備外部的超導線圈提供相似的磁場。與法國的核聚變反應堆概念相比,華盛頓大學的設計成本要低廉得多——大約是ITER的1/10——但同時產生的能量是前者的5倍。
華盛頓大學的研究人員計算了使用他們的設計所建造的核聚變反應堆發電廠所耗費的成本,並與建造燃煤電廠的成本進行對比。他們使用了名為隔夜資金成本的度量,後者包括所有的成本,尤其是初始基礎設施費用。分析顯示一個核聚變發電廠產生10億瓦特的電量需要耗費27億美金,而一個燃煤電廠產生相同的電量需要耗費28億美金。
研究小組已經在華盛頓大學商業化中心就反應堆的設計概念申請了專利,他們計畫繼續研發並擴大原型的規模。研究小組的其他成員還包括物理學的凱爾•摩根(KyleMorgan);航空航天學的艾瑞克•拉文(EricLavine)、米加•修斯(MichalHughes)、喬治•馬克林(GeorgeMarklin)、克里斯•漢森(ChrisHansen)、布萊恩•維克托(BrianVictor)、麥可•普法夫(MichaelPfaff)和亞倫•海薩克(AaronHossack);電子工程學的布萊恩•尼爾森(BrianNelson)以及前華盛頓大學的上川宇(YuKamikawa)和菲利普•艾德爾斯特(PhillipAndrist)。這項研究得到了美國能源部的資金贊助。

中國

世界領先的中國新一代熱核聚變裝置EAST28日首次成功完成了放電實驗,獲得電流200千安、時間接近3秒的高溫電漿放電。
此次實驗實現了裝置內部1億度高溫,電漿建立、圓截面放電等各階段的物理實驗,達到了預期效果。EAST通過國家“九五”大科學工程工藝鑑定。EAST裝置是中國耗時8年、耗資2億元人民幣自主設計、自主建造而成的。
2003年,中國於加入ITER計畫。位於安徽合肥的中科院電漿所是這個國際科技合作計畫的國內主要承擔單位,其研究建設的EAST裝置穩定放電能力為創記錄的1000秒,超過世界上所有正在建設的同類裝置。

發展趨勢

2014年中國運行核電機組22台,裝機容量達2029.658萬千瓦,核電發電量僅占全國發電量2.1%。在建的核電機組有26台,約2800萬千瓦。預計到2020年前,中國在運核電裝機達到5800萬千瓦,在建3000萬千瓦。到2050年,根據不同部門的估算,中國核電裝機容量可以分為高中低三種方案:高方案為3.6億千瓦(約占中國電力總裝機容量的30%),中方案為2.4億千瓦(約占中國電力總裝機容量的20%),低方案為1.2億千瓦(約占中國電力總裝機容量的10%)。
中國國家發展改革委員會正在制定中國核電發展民用工業規劃,準備到2020年中國電力總裝機容量預計為9億千瓦時,核電的比重將占電力總容量的4%,即是中國核電在2020年時將為3600-4000萬千瓦。也就是說,到2020年中國將建成40座相當於大亞灣那樣的百萬千瓦級的核電站。

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