核能发电的发展研究

摘 要： 能源与能源的利用一直是我们现在讨论的热点话题，本文主要探讨了核能发电作为新能源的代表在能源经济发展中发挥的巨大作用。

关键词：能源经济；核能发电；新能源

中图分类号：TK413.7+4 文献标识码：A

Development of nuclear power generation

Chenze zhang

Department of Thermal energy Engineering, Henan University of Urban Construction, 071407343

Pingdingshan 467044, China

Abstract: Energy and energy use is always a hot topic we are discussing now, this paper

mainly discusses nuclear power as a new energy on behalf of economic development in the energy to play a tremendous role.

Keywords: Energy economy; nuclear power generation; New Energy

0 引言

能源是现代社会赖以生存和发展的基础,传统的燃料能源正在一天天减少,对环境造成的

危害也日益突出,清洁燃料的供给能力密切关系着国民经济的可持续性发展。能源分析家认为，在石油供应紧张的情况下，核电有望重新得到重视。核能必须是能源构成的一部分。核能发电比用天然气发电和用煤发电都便宜。与燃烧时产生影响气候的二氧化碳的化石燃料相比，核能发电是“无碳的”。更重要的是，核能发电使用的铀来自稳定的国家。

1 能源经济的现状与存在问题

当今世界共有超过440个核反应堆。每一个都是全球电力供应网上的关键部分，占世界总发电量的17%，美国混合供电比例的20%。由于人们越来越多的担心矿物燃料燃烧排放出的温室气体导致全球变暖问题，核能发电就被看作是一种新型的替代能源。现在核能发电已几乎占世界零排放发电总量的一半，约占美国零排放发电总量的70%。

科学界已达成共识，大气中的二氧化碳和其他温室气体的浓度升高正在改变着地球的气候。国际社会继续致力于联合国气候变化框架公约(UNFCCC)，此公约于1994年被确定为国际法，并得到美国的持续支持。联合国气候变化框架公约的根本目标是“使大气中的温室气体的浓度稳定在一定水平，以防止人类行为对气候造成的影响。”

要稳定温室气体的浓度，我们还面临着巨大的挑战。到21世纪末，世界人口可能要比现在至少增加50%，而且世界经济预计是现在经济总量的几倍。由于社会将在2100年达到一个稳定的状态，我们必须建立一个低碳排放的大型能源系统。

为了保持和扩大无碳能源项目，以实现全球气候目标的同时满足日益增长的电力需要，核能发电技术方面进行创新是必须的。在核能发电厂的设计、系统、元件和规章制度（把目标与严谨的技术知识结合起来）方面的更新和提高，对于降低成本和强调安全、保障、废物管理和核扩散方面的问题， 是至关重要的。在很大程度上科学知识和创新技术可以减少人们的担忧并提高政治及公众的接受程度，将决定核能是否能在碳排放的将来在国内及世界能源供应结构中占据重要的位置。中国在“十一五”国民经济与社会发展规划中提出了单位GDP能源消费降低20%的目标。然而，2006年上半年的实际情况是：GDP增长

10.9%的同时，煤、电同比分别增长了12.8%和12%，能源消耗增长仍然快于经济增长，全国单位GDP能耗同比上升0.8%，若2006年全年单位GDP能源消耗高于2005年，意味着“十一五”期间单位GDP降低20%的目标必须在4年内完成，每年要降低5.4%。“十一五”期间中国各主要行业节能降耗形势不容乐观，完成节能降耗20%的目标任务十分艰巨。世界各国经济发展和能源结构的历史和现实表明，能源结构优质化和经济发展水平密切相关。在发达国家的能源生产与消费结构中，清洁能源所占比例之高引人注目。与世界发达国家之能源格局形成鲜明对照的是，中国的能源结构和消费结构不甚合理，未能充分实现结构优化。由于技术落后等原因，中国水力资源的开发尚处于起步阶段，但短期内成效不会太大。而中国的核能等新能源的开发也落后于世界水平。中国不合理的能源结构带来了严重的环境污染问题。中国以煤炭为主的能源结构带来了环境污染严重、效率低下、终端服务落后以及能源技术水平差等问题。由煤炭使用造成的当地、区域、全球环境问题严重阻挠了未来的发展。

2 能源经济发展的出路对策

转变经济增长方式；构建新的产业体系与发展模式；调整和优化能源结构；推广节能技术和加强节能管理。以上我们探讨了能源经济的相关问题，在现今世界能源经济发展的浪潮中，核能工业作为一种环保型的新能源在能源经济中占有很重要的位置，核能发电已经给世界带来了新的能源希望，它对于缓解能源压力方面取得了良好的效果。

3 核能发电

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的铀238。

核能发电原理为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。

3.1 核电特性及其技术经济分析

核电对调整和优化能源结构的作用是由核电的技术经济特性所决定的。相对于其它能源，核电是经济的能源。虽然核电建造成本特别是初始投资高于煤炭、石油、水电等，但其运行成本较低，投资回收以后，在核电站全部寿命期的后阶段，核电成本还会有较大幅度的降低。如果从长远的观点，并把环境控制成本和环境保护费用考虑进去，核电的总成本比煤矿、石油、水电、太阳能都低。随着核电机组单机容量的增大和设计、建造国产化标准化率的提高，核电的造价还会有较多的降低，同煤电等比造价更低。核电还是安全、清洁的能源。核电的安全有技术和管理上的保证，从结构和特征上讲，核电反应堆采低浓易裂变物质作燃料，这些燃料都分布在反应堆内，任何情况下都不会像原子弹内那样紧聚在一起发生爆炸；从设计上看，核电站采取了所能想到的最严密的纵深防御措施，有三重屏障、多重保护并专设安全设施，故而具有固有的安全性，当核能释放太快时，裂变反应会自然停止。即使发生最严重的地震、海啸、热带风暴、洪水等自然灾害反应堆也能安全停闭。这些已经理论分析和实验证明。

3.2 核能发展展望

我国核能发电起步较晚，1991年自行设计并建造了300MW秦山核电站;1994年，引进国外技术设备，建成了大亚湾核电站。我国所有核电站的运行业绩良好，部分运行指标已达到国际先进水平。表2和3说明了我国正在运行的和即将开工的核电机组。我国在世界核能消费量前巧位国家(和地区)中，仅位居第13位。2005年核电总装机容量约870万kw，发电量约占全国总发电量的近2%，可见在整个能源系统中的比重仍然很小。为了保证能源可持续发展，我国必需加快核能发展，逐步提高核能在能源供应t中的比例。根据国家主管部委及有关单位对2050年能源发展的预测，2010年核电总装机容t达到2000万一2300万kw，2020年达到3600万一4000万丙，2050年达到2.4亿kw。考虑到核电站至少需要5年左右的建设期，这样在2020年以前，每年要开工建设2一3台百万千瓦级核电机组。

4 结论

总的来说，在能源经济方面看来，发展核电不能盲目，要使核能在促进我国社会、经济、环境协调发展方面起作用，需要考虑的因素众多，如核电站布局、核电技术、核电人才等。我国的核电技术储备力量不足，应该积极引进技术，开发新一代核电技术，如快中子堆、高温气冷堆等，同时要加强核电科学相关基础技术的研究和开发，进而能够形成自主知识产权，提高我国核电的综合竟争力;我国核电起步较晚，且由于过去20年全世界核电低潮以及其他原因，导致我国核能人力资源的缺乏，为满足核电的需求，特别是在2020年能够实现核电的战略目标，迫切需求大批核电人才，这就要求国家相关单位加快核电人才的培养。只有全面考虑了核电发展的影响因素，核电才能积极健康地发展。 参考文献