核能怎么发电？

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核能发电 英文：nuclear electric power generation 利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。它与火力发电极其相似。只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉，以核裂变能代替矿物燃料的化学能。

除沸水堆外（见轻水堆），其他类型的动力堆都是一回路的冷却剂通过堆心加热，在蒸汽发生器中将热量传给二回路或三回路的水，然后形成蒸汽推动汽轮发电机。沸水堆则是一回路的冷却剂通过堆心加热变成70个大气压左右的饱和蒸汽，经汽水分离并干燥后直接推动汽轮发电机。

核能发电利用铀燃料进行核分裂连锁反应所产生的热，将水加热成高温高压，核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高很多（相差约百万倍），比较起来所以需要的燃料体积比火力电厂少相当多。核能发电所使用的的铀235纯度只约占3%－4%，其余皆为无法产生核分裂的铀238。　　举例而言，核电厂每年要用掉80吨的核燃料，只要2支标准货柜就可以运载。如果换成燃煤，需要515万吨，每天要用20吨的大卡车运705车才够。如果使用天然气，需要143万吨，相当于每天烧掉20万桶家用瓦斯。换算起来，刚好接近全台湾692万户的瓦斯用量。

核能发电的历史与动力堆的发展历史密切相关。

动力堆的发展最初是出于军事需要。1954年，苏联建成世界上第一座装机容量为 5兆瓦(电)的核电站。英、美等国也相继建成各种类型的核电站。到1960年,有5个国家建成20座核电站，装机容量1279兆瓦（电）。

由于核浓缩技术的发展，到1966年，核能发电的成本已低于火力发电的成本。核能发电真正迈入实用阶段。1978年全世界22个国家和地区正在运行的30兆瓦（电）以上的核电站反应堆已达200多座,总装机容量已达107776兆瓦（电）。

80年代因化石能源短缺日益突出，核能发电的进展更快。到1991年，全世界近30个国家和地区建成的核电机组为423套，总容量为3.275亿千瓦，其发电量占全世界总发电量的约16％。世界上第一座核电站—苏联奥布宁斯克核电站。

　　中国大陆的核电起步较晚，80年代才动工兴建核电站。中国自行设计建造的30万千瓦（电）秦山核电站在1991年底投入运行。大亚湾核电站于1987年开工，于1994年全部并网发电。核能发电的能量来自核反应堆中可裂变材料(核燃料)进行裂变反应所释放的裂变能。裂变反应指铀-235、钚-239、铀-233等重元素在中子作用下分裂为两个碎片，同时放出中子和大量能量的过程。反应中，可裂变物的原子核吸收一个中子后发生裂变并放出两三个中子。若这些中子除去消耗，至少有一个中子能引起另一个原子核裂变，使裂变自持地进行，则这种反应称为链式裂变反应。实现链式反应是核能发电的前提。

　　世界上有比较丰富的核资源，核燃料有铀、钍氘、锂、硼等等，世界上铀的储量约为417万吨。地球上可供开发的核燃料资源，可提供的能量是矿石燃料的十多万倍。

核能应用作为缓和世界能源危机的一种经济有效的措施有许多的优点，其一核燃料具有许多优点，如体积小而能量大，核能比化学能大几百万倍；1000克铀释放的能量相当于2400吨标准煤释放的能量；一座100万千瓦的大型烧煤电站，每年需原煤300～400万吨，运这些煤需要2760列火车，相当于每天8列火车，还要运走4000万吨灰渣。

同功率的压水堆核电站，一年仅耗铀含量为3％的低浓缩铀燃料28吨；每一磅铀的成本，约为20美元，换算成1千瓦发电经费是0．001美元左右，这和目前的传统发电成本比较，便宜许多；而且，由于核燃料的运输量小，所以核电站就可建在最需要的工业区附近。

核电站的基本建设投资一般是同等火电站的一倍半到两倍，不过它的核燃料费用却要比煤便宜得多，运行维修费用也比火电站少，如果掌握了核聚变反应技术，使用海水作燃料，则更是取之不尽，用之方便。其二是污染少。

火电站不断地向大气里排放二氧化硫和氧化氮等有害物质，同时煤里的少量铀、钛和镭等放射性物质，也会随着烟尘飘落到火电站的周围，污染环境。而核电站设置了层层屏障，基本上不排放污染环境的物质，就是放射性污染也比烧煤电站少得多。

据统计，核电站正常运行的时候，一年给居民带来的放射性影响，还不到一次X光透视所受的剂量。其三是安全性强。从第一座核电站建成以来，全世界投入运行的核电站达400多座，30多年来基本上是安全正常的。虽然有1979年美国三里岛压水堆核电站事故和1986年苏联切尔诺贝利石墨沸水堆核电站事故，但这两次事故都是由于人为因素造成的。随着压水堆的进一步改进，核电站有可能会变得更加安全。

　　利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。它与火力发电极其相似。只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉，以核裂变能代替矿物燃料的化学能。除沸水堆外（见轻水堆），其他类型的动力堆都是一回路的冷却剂通过堆心加热，在蒸汽发生器中将热量传给二回路或三回路的水，然后形成蒸汽推动汽轮发电机。沸水堆则是一回路的冷却剂通过堆心加热变成70个大气压左右的饱和蒸汽，经汽水分离并干燥后直接推动汽轮发电机。优点缺点优点　　1.核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染。　　2.核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。　　3.核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，没有其他的用途。　　4.核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送。　　5.核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响，故发电成本较其他发电方法为稳定。缺点　　要用反应堆产生核能,需要解决以下10个问题：　　1.为核裂变链式反应提供必要的条件，使之得以进行。　　2.链式反应必须能由人通过一定装置进行控制。失去控制的裂变能不仅不能用于发电，还会酿成灾害。　　3.裂变反应产生的能量要能从反应堆中安全取出。　　4.裂变反应中产生的中子和放射性物质对人体危害很大，必须设法避免它们对核电站工作人员和附近居民的伤害。　　5.核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过之核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线，故必须慎重处理，且需面对相当大的政治困扰。　　6.核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境裏，故核能电厂的热污染较严重。　　7.核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。　　8.核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。　　9.兴建核电厂较易引发政治歧见纷争。　　10.核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成伤害。编辑本段发展趋势　　2007年，中国核电总发电量628.62亿千瓦时，上网电量为592.63亿千瓦时，同比分别增长14.61%和14.39%。田湾核电站2台106万千瓦的机组分别于2007年5月和8月投入商运，中国核电运行机组达到11台，运行总装机容量达907.8万千瓦。　　截至2007年底，中国电力装机容量达到7.13亿千瓦，全国电力供需继续保持总体平衡态势。同时，随着田湾核电站两台百万千瓦核电机组投产，目前全国核电装机容量已达885万千瓦。　　2007年全国水电、火电装机容量均保持超过10％的增长，分别达到1.45亿千瓦和5.54亿千瓦。而风电并网生产的装机总容量则实现翻番，达到403万千瓦。　　2008年，中国统一明确了鼓励核电发展的税收政策。积极推进核电建设，将改善中国的能源供应结构，保障能源安全和经济安全，保护环境。　　中国正在加大能源结构调整力度。积极发展核电、风电、水电等清洁优质能源已刻不容缓。中国能源结构仍以煤炭为主体，清洁优质能源的比重偏低。　　官方正计划调整核电中长期发展规划，加快沿海核电发展，力争2020年核电占电力总装机比例达到百分之五以上。之前在核电规划中，核电比重为百分之四。　　中国目前建成和在建的核电站总装机容量为870万千瓦，预计到2010年中国核电装机容量约为2000万千瓦，2020年约为4000万千瓦。到2050年，根据不同部门的估算，中国核电装机容 量可以分为高中低三种方案：高方案为3.6亿千瓦（约占中国电力总装机容量的30%），中方案为2.4亿千瓦（约占中国电力总装机容量的20%），低方案为1.2亿千瓦（约占中国电力总装机容量的10%）。　　中国国家发展改革委员会正在制定中国核电发展民用工业规划，准备到2020年中国电力总装机容量预计为9亿千瓦时，核电的比重将占电力总容量的4%，即是中国核电在2020年时将为3600-4000万千瓦。也就是说，到2020年中国将建成40座相当于大亚湾那样的百万千瓦级的核电站。　　从核电发展总趋势来看，中国核电发展的技术路线和战略路线早已明确并正在执行，当前发展压水堆，中期发展快中子堆，远期发展聚变堆。具体地说就是，近期发展热中子反应堆核电站；为了充分利用铀资源，采用铀钚循环的技术路线，中期发展快中子增殖反应堆核电站；远期发展聚变堆核电站，从而基本上“永远”解决能源需求的矛盾。

　　经济性以发电成本衡量。

构成核能发电成本的因素很多，包括基建投资费用、安全防护费用、核燃料费用，以及核电站退役处理费用。核电发展初期，不仅基建投资费用昂贵，核燃料生产过程复杂，需要庞大的设备，加上特殊的安全措施需要，核能发电成本高于火电成本1倍以上。到60年代,核能发电成本已接近火电成本。到80年代，核电的成本已低于火电。据美国1984年统计,核电成本为2.7美分／千瓦时，而燃煤的发电成本为3.2美分／千瓦时，燃油发电成本为6.9美分／千瓦时。

　　核电成本随各国经济发展水平、科学技术水平而异，以上所列均为核电发展水平较高的国家的数据。核能发电的成本虽然有了很大降低，但近年来发现核电站退役处理的费用远比早先预计的为高。因此，核电的总成本还应有所增加。　　自然界存在的可裂变元素只有铀-235，而它只占天然铀中的0.7％,其余均为铀-238。但是，在核电站中可将一部分铀-238转变为钚-239；同样，也可以将自然界中大量存在的钍-232转变为可裂变的铀-233。因此，估计核燃料资源时，必须考虑核燃料增殖这一因素。这样，核燃料的储藏量远远超过化石燃料，能长期满足核能发电的需要。　　核能发电时存在大量放射性物质，需要特殊的防护设施。因此，核电站在设计、建造、运行时，要注意以下5个问题。　　即在设计时就分三个层次进行安全设防：第一，通过设计逾度、质量管理、运行人员培训等措施提高可靠性，尽量减少事故。第二，设置安全系统，一旦事故发生，防止堆心损坏。第三，在发生概率极低的堆心损坏事故后，安全系统将尽量限制放射性物质向环境释放。　　用于设计核电站工程安全设施的一些假设事故。不同类型的核电站其DBA不同。轻水堆的DBA包括：冷却剂丧失事故、弹棒事故、蒸汽管破裂事故等。它们中后果最严重的是失水事故。在压水堆中假设为主管道的双端断裂，也称为最大可信事故。概率安全评价(PSA)　　这是70年代后期发展起来的一种安全评价方法,核电站第一个完整的PSA报告是197 5年美国正式发表的反应堆安全研究(WASH－1400)。该法分析轻水堆核电站中所有可能造成堆心损坏的事故，计算出各自发生的频率值,总和为一万七千堆年分之一;计算出核电站事故给公众带来的风险值。计算说明100座核电站的事故风险比人为的非核事故或自然灾害所造成的总风险约小1万倍。PSA一方面能给出风险值，使核电站安全有了定量化的描述，同时它系统地分析可能发生的各种故障模式，因而可给出事故的整体特性，成了安全研究方面的一个有力工具。制订应急计划　　预先规划和准备一旦核电站发生放射性泄漏事故时，为避免或减缓可能对电站工作人员和周围居民健康造成有害影响及其他放射性后果所采取的措施和行为。执行辐射防护三原则　　核能发电的辐射安全同样遵循国际上广泛采用的辐射防护三原则，即实践的正当性、辐射防护的最优化、个人所受的剂量当量不得超过国际辐射防护委员会对相应情况所建议的限值。　　中国核能发电的发展　　2008年中国将开工建设福建宁德、福清和广东阳江三个核电项

核能发电

目。　　在随后的几年中，随着各项设计工作陆续到位，各方将为这三个工程投下上千亿元人民币。不过，这所有的一切也仅仅是中国“核电强国”梦想的开端，因为根据中国核电产业发展规划，到2020年中国核电总装机容量要达到4000万千瓦，在建1800万千瓦。这意味着，在今后的十多年间，中国平均每年要开工建设3~4台百万千瓦级的核电机组，这在历史上绝无仅有。　　而在此蓝图下，在未来十多年中，中国将投下至少4500亿元人民币。与此同时，中国在预计花费百亿元人民币把国外的第三代核电技术引进中国，并在此基础上自主创新。　　其实，中国开描“核电蓝图”并不是一时的冲动。在能源紧缺的大背景下，核电成为了最现实的选择。在未来的中国，从沿海的广东、浙江、福建到内陆的湖北、湖南、江西，几十座核电站将拔地而起。能源危机困扰中国　　能源危机的紧迫性何在？中国科学院院士、核反应堆工程专家王大中曾用一组数据作出过说明：中国已成为世界第二大能源生产与消费国、第一大煤炭生产与消费国、第二大石油消费国及石油进口国、第二大电力生产国。　　根据2020年中国GDP翻两番的发展目标估计，国内约需发电装机容量8亿~9亿千瓦，而已有装机容量仅为4亿千瓦。但在现有的发电结构中，单煤电就占了其中的74％。这也意味着若电力需求再翻一番，每年用煤就将超过16亿吨，而长距离的煤炭输送将加剧环境和运输压力。另外，在今年年初南方的冰灾中，光是因交通运输困难，电煤供应紧张，造成的缺煤停机超过3700万千瓦，19个省区拉闸限电。而如此大电煤消耗，二氧化硫和烟尘排放量每年分别新增500万吨和5326万吨以上。　　另外，水电受到客观条件的限制，其开发难度相当大。而太阳能、生物能等可再生能源开发遇到核心技术的瓶颈，其使用成本极高。因此，在未来的30年内，这些新能源不具备成为我国主力能源的条件。所以，清洁、高效的核电成了备选。　　1957年，人类开始建设核电站并利用核能发电，到现在，核电约占全世界电力的16%。　　但自1986年前苏联发生切尔诺贝利核电站核燃料泄漏事件以来，核电成了许多人心中的恶魔，中国也不例外。全球核电业就开始进入低潮。根据国际原子能机构的统计，2000年年底，全球正在运行的核动力堆共有438座，到了2003年3月，增加至441座，仅增3座。　　但现实的能源危机改变了这一切。　　在能源危机的背景下，人们对生存的渴求战胜了对恐惧的担忧，欧美国家被冻结30多年的核电计划也纷纷解冻。而此间，受多种因素的影响，中国的核电发展战略也正在由“适度”转向“积极”。核电工业战略性转向　　“在过去的30多年中，虽然是采取单个安排、分散建设的形式进行，在筹建个别核电项目时从来没有放到全国电力规划的大框架下考量，但我国仍是世界上少数拥有比较完整核工业体系的国家之一”，在谈及我国核电发展历程时，唐红键说。不过，这一背景在当时切合了我国一直贯彻“适度发展”的战略。　　这期间，中国核电工业历史上最具标志性的事情在广东电力设计研究院的参与下完成。2005年，在时任国务院副总理曾培炎的主持下，岭澳二期核电项目相关设计合同签署。“这标志着我国已具备了百万千瓦级大型核电站的设计能力。”这一次，在常规岛的设计项目上，广东电力设计研究院揽下了近3亿元人民币的设计合同，“要是交给外国人，光设计费起码就得12亿元”。　　但在唐红键看来，中国核电发展战略的转型迹象早已显现。“在2003年11月，国家核电领导办公室就改成了国家核电自主化工作领导小组，大力发展核电的思路可以说已初见端倪。”　　到了2004年9月1日，中国国防科工委副主任、国家原子能机构主任张华祝在国务院新闻办新闻发布会上透露，中国政府对进一步推动核电发展作出了新的决策，将加快核能发展，逐步提高核能在能源供应总量中的比例。　　从“适当发展”到“加快发展”，此时，中国核电工业转向的明确性不言而喻。　　从“适度发展”到“加快发展”，中国核电工业走过了30年。而在此期间法国核电发电量占到了其国内总发电量的78%，日本占国内总发电量的30%。相比之下，中国核电只占2%，实在是少得可怜。　　截至目前，中国已建成投产4个核电站，11台机组，装机842万千瓦。此外，全国已经开工建设的有22台机组。而从20世纪50年代以来，世界各国共建造了440多个核电站，发电量已占世界总发电量的16%。因此，要想填平鸿沟，中国注定有许多路要走。　　但随着2007年11月2日，国家发改委正式对外发布我国《核电发展专题规划(2005-2020年)》，我国核电产业发展目标逐渐清晰。15年4500亿元大生意　　《规划》确定，到2020年，我国核电运行装机容量争取达到4000万千瓦；核电年发电量达到2600亿~2800亿千瓦时。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。　　这就是说，如果规划得以实施，核电将占我国全部发电装机容量的4%左右，发电量占全国发电量的6%。这也意味着，在未来十几年间，将新开工建设30台以上的百万千瓦级核电机组。　　其实，在此时，国际核电发展大环境已经降温，而中国新近宣布发展核电，在国外许多人看来扮演了“填空者”的角色，一跃成为未来10年全球最大的新增核电市场。国际原子能机构前总干事布利克斯认为，中国核电发展的形势对世界核电工业是个巨大的鼓舞。　　既然不是纸上谈兵，那么规划了就意味着投入。与核能“高贵”的身份相衬，目前，核电厂的造价也同样“高高在上”。目前，火电每千瓦投资为4000元，而核电投资为1330~2000美元，约合人民币为1.1万~1.65万元，两者相差高达2.75~4.1倍。另外，核电建设周期相对较长，其建设周期一般为70个月(约6年)，如果控制不好，将达到80~90个月。与此相对，火电一般为30多个月。　　因此有专家估计，为了完成这些投资将耗费至少5000亿元人民币。这个数目与规划中的估算大抵相当，“按照15年内新开工建设和投产的核电建设规模大致估算，核电项目建设资金需求总量约为4500亿元人民币”。不过，这只是核电站的建设费用，核燃料的采购和核废料处理等其他费用并不包括其中。　　还有一个问题是，目前的形势下，“涨价”可能将是中国不得不面对的问题。俄罗斯核能建设与出口公司代表耶西波娃曾表示，“新的核电项目的合同价格已经不可能跟十年前签署的田湾一期项目一样了”。根据俄方专家的预测，未来5年，与核电建设相关的设备和主要原料等价格将上涨200%。“内陆第一”暂无期　　4500亿元！绝对是笔大生意！在无数看客注目的同时，各地政府首先动了凡心。　　此间，内陆各省为了争上内陆第一核电站而拼得“头破血流”。毕竟，不管是从能源供应还是经济发展角度，核电的诱惑实在无法抵挡。相关资料显示，目前全国已有21个省、市提出要上马核电项目，据说很多省已为此努力了十多年。　　在所有这些争上核电的内陆省份中，热情最高的莫过于湖北、湖南和江西。　　有种说法是，湖南早在上世纪80年代就开始核电站的相关研究与申请，湖北在1988年已经开始核电的前期准备工作。　　不过，这些省份真正表达要上马核电意图是2005年。在那年的全国两会期间，湖南、湖北、四川等省份的代表团都谈到了本省发展核电的迫切愿望。但当时，这些内陆省份的申请，国家发改委一个都没批。因此，为了建设“内陆第一个核电站”，各省份开始极力游说甚至“明争暗斗”。　　“最冲动的首先是地方政府，一个核电站投资几百亿元，只要建在那，不管谁来投资，几百亿元投进去了，经济肯定发展起来了。”唐红键说。　　按照唐红键的说法，过去我国的核电站之所以大多建在沿海地区，一是因为核电站需要大量的水进行冷却，而靠近大海水资源丰富，大型核电机组运输也比较便利，二是沿海地区经济发达，能够承受数百亿元的投资，以及适当的高电价。事实上，许多西方国家的核电项目，大部分都建在内陆河边。　　因此，在我国积极发展核电的背景下，内陆一些水资源丰富、三面环山、一面是水的核电站选址也被提上了议事日程。在今年全国两会期间，时任国家发改委副主任的张国宝曾表示，国家已允许内陆地区的湖南、湖北、江西三省以三代核电技术为基础开展核电站建设的前期准备工作。　　只是，就目前而言，要真正建立内陆第一座核电站，还需等待。因为按照去年制定的国家核电中长期发展规划，在未来的13年中，我国将新增投产的2300万千瓦核电站中，主要安排在浙江、江苏、广东、山东、辽宁和福建6个沿海省兴建，而且早先已经在这几个省确定了13个优先选择的厂址。《规划》甚至明确，中西部多个省份期待已久的中国首个内陆核电站开工建设时间被排在了2016年(“十三五”开始)以后。