核電站概論課件第1章 世界和我國(guó)核電概況

2024/4/18宋長(zhǎng)華1核電站概論動(dòng)力工程系2024/4/182第一章緒論世界電力工業(yè)回顧我國(guó)電力工業(yè)現(xiàn)狀世界核電發(fā)展與現(xiàn)狀我國(guó)核電發(fā)展與現(xiàn)狀核電基本知識(shí)2024/4/183一、世界電力工業(yè)回顧電力工業(yè)起源于10世紀(jì)后期。1875年世界上第一臺(tái)火力發(fā)電機(jī)組建于巴黎北火車站的直流發(fā)電機(jī)，用于照明供電。1904年意大利試驗(yàn)地?zé)岚l(fā)電成功。1912年德國(guó)建成世界第一座潮汐電站。1920年前蘇聯(lián)建成第一座熱電站。1925年美國(guó)制成世界第一臺(tái)100MW汽輪發(fā)電機(jī)組。1929年美國(guó)建成第一座抽水蓄能電站，7000kW。1954年，原蘇聯(lián)建成世界第一座核電站并網(wǎng)發(fā)電1957年美國(guó)安裝第一臺(tái)超臨界火力發(fā)電機(jī)組（31MPa,621/566/566，125MW）。1970年法國(guó)制成世界第一臺(tái)燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組。1991年世界最大水電站--巴西/巴拉圭的伊泰普水電站建成，12600MW。1998年12月，世界最大燃?xì)饴?lián)合循環(huán)電站--香港龍鼓灘電站（8×320MW），一期工程（6×320MW）建成投產(chǎn)。2024/4/1841999年世界發(fā)電量的分類構(gòu)成水電17.5%煤電38.1%氣電17.1%油電8.5%核電17.2%其他1.6%合計(jì)100.0%14764（億KW.h）世界發(fā)電分類構(gòu)成圖。裝機(jī)容量前十位的構(gòu)成情況。2024/4/185二、我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展與現(xiàn)狀1882年7月26日下午7時(shí)，上海外灘至虹口的6.4公里電線上也亮起了15盞電燈，標(biāo)志著中國(guó)電力工業(yè)從這里起步。（從美國(guó)引進(jìn)16馬力蒸汽機(jī)發(fā)電）中國(guó)電力工業(yè)至今2000年已有123年的歷史。1949年以前的67年中，發(fā)展極其緩慢，到1949年底，全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量?jī)H有185萬kW，年發(fā)電量43億kW.h(人均年用電量?jī)H為7.94千瓦時(shí))，分別居世界第21位和第25位。新中國(guó)成立后，電力工業(yè)得到了迅速發(fā)展，至2004年底發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)4.4億kW，僅次于美國(guó)的8.9億kW；年發(fā)電量達(dá)21870億kW.h，均居世界第2位。

2024/4/186我國(guó)火電設(shè)備生產(chǎn)歷程1955年----6MW，3.4MPa,435℃（上汽）--中壓機(jī)組1957年----12MW，3.4MPa,435℃--中壓機(jī)組1959年----25（50）MW，3.4MPa,435℃--中壓機(jī)組1962年----50（100）MW，8.8MPa,535/535℃--高壓機(jī)組1969年----125（200）MW，13.2MPa,535/535℃--超高壓組1971年----300MW，16.2MPa,535/535℃--亞臨界機(jī)組1985年----300(600)MW，16.7MPa,538/538℃--亞臨界機(jī)組2002年----600MW，24.2MPa,538/566℃--超臨界機(jī)組現(xiàn)正研制1000MW級(jí)的超臨界機(jī)組2024/4/187我國(guó)電力工業(yè)與國(guó)外差距電氣化程度很低

2001年我國(guó)人均裝機(jī)0．265kW，人均用電量只有1150.42kWh，為世界平均值的1／3，居世界80位之后，大約是加拿大的1/20，美國(guó)的1/14，法國(guó)的1/8，還有6000萬人左右沒有用上電；技術(shù)水平還不高，供電煤耗高

2001年為385

g/(kW.h),

約比世界先進(jìn)水平相差40～50

g/(kW.h)。而且煤耗下降的速度也很慢，原計(jì)劃每10

年下降50

g/(kW.h)，但7年只下降了15

g/(kW.h)，未能完成原計(jì)劃目標(biāo)。電源結(jié)構(gòu)不合理，火電裝機(jī)占發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘康?3％左右(發(fā)電量占78％以上)；而水電比重偏小，裝機(jī)只占24．8％，水電發(fā)電量多年來只占17％～18％；核電比重則更小，裝機(jī)和發(fā)電量都不到2％。

電網(wǎng)薄弱，供電可靠性差；實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展環(huán)境問題壓力大，2020年我國(guó)將超過美國(guó)成為最大的二氧化碳排放國(guó)。世界電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)2024/4/188三、世界核電現(xiàn)狀自從1954年蘇聯(lián)第一座5MW試驗(yàn)性核電廠投入運(yùn)行以來，核電在許多國(guó)家和地區(qū)已承擔(dān)基本負(fù)荷，目前世界上30多個(gè)國(guó)家己運(yùn)行核電機(jī)組441座，總裝機(jī)容量3.6W億KW，核電已占世界總發(fā)電量的20％左右。從已運(yùn)行的核電站裝機(jī)容量來看美國(guó)居首位，裝機(jī)容量占全世界的四分之一，其次是法國(guó)、日本、德國(guó)和俄羅斯。從發(fā)展速度來看法國(guó)、日本和韓國(guó)保持著較高的發(fā)展速度，目前法國(guó)核能發(fā)電量已占總發(fā)電量的80%。預(yù)計(jì)到2030年，世界核電站總數(shù)將達(dá)到1000座，核發(fā)電量將占總發(fā)電量的三分之一，可以預(yù)期在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)核電將成為電力工業(yè)的支柱。2024/4/189核電主要發(fā)達(dá)國(guó)家核電比例法國(guó)和立陶宛核電比例高于75%。比利時(shí)、瑞典、烏克蘭、韓國(guó)等為40~60%。德國(guó)、芬蘭、英國(guó)等為20~30%。美國(guó)、俄羅斯、加拿大等為10~20%。中國(guó)目前為2%。2024/4/1810四、核電發(fā)展簡(jiǎn)史1、試驗(yàn)、示范階段；2、核電商業(yè)化出現(xiàn)高潮的時(shí)期；3、核電建設(shè)規(guī)模收縮與滯緩時(shí)期；4、復(fù)蘇之前的過渡階段。2024/4/1811五、我國(guó)核電發(fā)展與現(xiàn)狀我國(guó)自行設(shè)計(jì)建造的第一座核電站——秦山30萬千瓦核電站（圖），1991年12月15日并網(wǎng)發(fā)電來。從法國(guó)引進(jìn)電功率為2×90萬千瓦的廣東大亞灣核電站，于1993年投入運(yùn)行，兩座機(jī)組年發(fā)電量可達(dá)100億度。2000年，向巴基斯坦出口的恰希瑪核電站，電功率為30萬千瓦。廣東嶺澳兩座90萬千瓦級(jí)核電站于2002－2003年分別投入運(yùn)行。秦山二期（圖）二座60萬千瓦自行設(shè)計(jì)建造的商用核電站已于2002－2003年分別投入運(yùn)行。2024/4/1812五、我國(guó)核電發(fā)展與現(xiàn)狀從加拿大引進(jìn)的秦山三期二座電功率為70萬千瓦的重水堆核電機(jī)組也已于2002－2003年分別投入運(yùn)行。目前，正在建設(shè)的江蘇田灣兩座電功率100萬千瓦的核電站，預(yù)計(jì)到2005年可投入運(yùn)行。因此到2005年我國(guó)核電運(yùn)行容量可達(dá)870萬千瓦。根據(jù)國(guó)家和地方省級(jí)核電規(guī)劃，在2010－2020年山東省海陽、廣東省嶺澳、浙江省三門以及福建、江西和安徽等省均計(jì)劃建造百萬千瓦級(jí)核電站。國(guó)家計(jì)劃到2020年核電裝機(jī)容量將達(dá)3200萬千瓦（20多座）；將核電占全國(guó)總體發(fā)電量的比例從目前的大約2%提高到4%左右。我國(guó)目前運(yùn)行和在建的核電站2024/4/1813我國(guó)為什么要發(fā)展核電呢？1．煤炭資源有限，不可能作為長(zhǎng)期主要能源；2．煤的運(yùn)輸量大，由煤造成的運(yùn)輸緊張狀況不可能解決；3．煤炭的污染嚴(yán)重，我國(guó)的環(huán)境將無法承受；4．煤是－種重要的不可再生的化工原料；2024/4/1814六、核電基本知識(shí)1.什么是核能世界上一切物質(zhì)都是由原子構(gòu)成的，原子又是由原子核和它周圍的電子構(gòu)成的。輕原子核的融合和重原子核的分裂都能放出能量，分別稱為核聚變能和核裂變能，簡(jiǎn)稱核能。當(dāng)一個(gè)中子轟擊鈾－235原子核時(shí)，這個(gè)原子核能分裂成兩個(gè)較輕的原子核，同時(shí)產(chǎn)生2到3個(gè)中了和射線，并放出能量。如果新產(chǎn)生的中子又打中另一個(gè)鈾－235原子核，硬引起新的裂變。在鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中，能量會(huì)源源不斷地釋放出來。即1千克鈾－235全部裂變放出的能量相當(dāng)于2700噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒放出的能量。2024/4/1815六、核電基本知識(shí)2、核能的優(yōu)點(diǎn)核能是地球上儲(chǔ)量最豐富的能源，又是高度濃集的能源；核電是清潔的能源，有利于保護(hù)環(huán)境；核電的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于火電；以核燃料代替煤和石油，有利于資源的合理利用。2024/4/1816六、核電基本知識(shí)3、什么是核電站

核電站是實(shí)現(xiàn)核裂變能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。它與火電站最主要的不同是蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)。核電站利用核能產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)稱為“核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)”，這個(gè)系統(tǒng)通過核燃料的核裂變能加熱外回路的水來產(chǎn)生蒸汽。從原理上講，核電站實(shí)現(xiàn)了核能－熱能－電能的能量轉(zhuǎn)換。從設(shè)備方面講，核電站的反應(yīng)堆和蒸汽發(fā)生器起到了相當(dāng)于火電站的化石燃料和鍋爐的作用。2024/4/1817課堂作業(yè)1、核能的優(yōu)點(diǎn)是什么？2024/4/1818試驗(yàn)、示范階段；1951年12月20日美國(guó)利用它的第一座“增殖一號(hào)’快堆生產(chǎn)的高溫蒸汽帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出了200千瓦的電。這是人類第一次利用核能發(fā)出的電力。當(dāng)然，這只是試驗(yàn)性的發(fā)電。世界上第一座核電站是由蘇聯(lián)于1954年6月27日建成和并網(wǎng)發(fā)電的奧伯寧斯克核電站，其電功率為5000千瓦。從此核電站便在世界各地蓬勃發(fā)展起來。經(jīng)過多年努力，核電站的研制與發(fā)展走過了試驗(yàn)、示范和商業(yè)推廣的過程。2024/4/1819核電商業(yè)化出現(xiàn)高潮的時(shí)期；從六十年代初到七十年代初這十年間，是核電在全世界逢勃發(fā)展的黃金時(shí)代。五十年代只有蘇、美、英三國(guó)建成核電站，到六十年代則增加到8個(gè)國(guó)家。六十年代初，世界核電裝機(jī)容量?jī)H為85萬千瓦，到了七十年代初便上升到1892．7萬千瓦。1976年世界核電裝機(jī)容量突破1億千瓦。到了1998年底，世界上已有32個(gè)國(guó)家和地區(qū)相繼建成了437座核電站，裝機(jī)容量約為3．6億千瓦。世界17個(gè)國(guó)家與地區(qū)正在建造著39臺(tái)核電機(jī)組，總裝機(jī)容量0．316億千瓦。計(jì)劃建造的還有100余座，總計(jì)600座核電站全部建成后裝機(jī)容量可達(dá)5億千瓦，發(fā)電量約占當(dāng)時(shí)世界發(fā)電總量的20％左右。總的講，在多數(shù)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中核電的比重不斷增長(zhǎng)。2024/4/1820核電建設(shè)規(guī)模收縮與滯緩時(shí)期到七十年代中期核電發(fā)展勢(shì)頭開始緩慢下來，從1979年開始，核電經(jīng)歷了十年遲緩發(fā)展階段。主要原因是1973年和1979年兩次石油危機(jī)的打擊，使世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度減慢，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度由7％減慢到3％以下。使得許多工業(yè)國(guó)能源過剩，迫使原先制訂的大規(guī)模發(fā)展核電的計(jì)劃要大大削減。例如，在七十年代后期，美國(guó)就取消了100多個(gè)電站（包括火電、核電）的訂貨。另外兩次核電站事故也給公眾心理投下陰影，給反核勢(shì)力造成可乘之機(jī)，也是原因之一。2024/4/1821復(fù)蘇之前的過渡階段經(jīng)過近幾年來的認(rèn)真、冷靜的思考和分析，人們依然認(rèn)為，核電不論在經(jīng)濟(jì)上還是對(duì)環(huán)境的影響上仍有明顯優(yōu)勢(shì)，在今后數(shù)十年內(nèi)，核電將會(huì)繼續(xù)得到發(fā)展。據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)，21世紀(jì)初，將有58個(gè)國(guó)家和地區(qū)建造核電站，電站總數(shù)將達(dá)到l000座，裝機(jī)容量可達(dá)8億千瓦左右，核發(fā)電量將占總發(fā)電量的35％以上。現(xiàn)在繼續(xù)堅(jiān)持要發(fā)展核電的國(guó)家有法國(guó)、英國(guó)、日本、美國(guó)、前蘇聯(lián)、韓國(guó)、比利時(shí)、荷蘭、印度、捷克等。一些發(fā)展中國(guó)家，中國(guó)、古巴、伊朗、巴基斯坦、羅馬尼亞、墨西哥等都在開始建造或陸續(xù)建造核電站。但也有一些國(guó)家，如瑞典、瑞士、意大利、奧地利、南斯拉夫等，他們決定不繼續(xù)發(fā)展核電，有的還要關(guān)閉已有的核電站。2024/4/1822煤炭資源有限，不可能作為長(zhǎng)期主要能源我國(guó)目前能源生產(chǎn)中，煤占74％。由于我國(guó)煤炭資源豐富，在今后一段時(shí)間內(nèi)，煤仍將是我國(guó)主要能源。我國(guó)煤的地質(zhì)儲(chǔ)量為4萬億噸，但按世界能源會(huì)議標(biāo)準(zhǔn)來估計(jì)，我國(guó)煤的經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量約2000多億噸。據(jù)估計(jì)，到2050年，隨著人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國(guó)能源消耗將達(dá)到目前水平的五倍左右，如果維持我國(guó)煤的消耗占總能耗的70％水平估算，則2050年煤的年消耗量將達(dá)50億噸。這樣，到下世紀(jì)60年代，我國(guó)可以經(jīng)濟(jì)開采的煤將會(huì)開采完畢。因此，我國(guó)要長(zhǎng)期以煤為主要能源，顯然是不可能的。2024/4/1823煤的運(yùn)輸量大我國(guó)煤炭資源分布不均，大量集中在山西、陜西、內(nèi)蒙古自治區(qū)。而東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)缺乏常規(guī)能源。因此，西煤東運(yùn)、北煤南運(yùn)是長(zhǎng)期以來困擾我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要問題之一。目前煤的運(yùn)輸已占我國(guó)鐵路貨運(yùn)量的40％。到下一世紀(jì)初，以噸公里計(jì)算的煤運(yùn)輸量將增加4－5倍，即使加緊修建鐵路，運(yùn)輸問題也是難以解決的。由于這一限制，煤的消耗量不可能達(dá)到每年50億噸，只可能保持在30億噸以內(nèi)。2024/4/1824煤炭的污染嚴(yán)重煤炭燃燒對(duì)環(huán)境的污染比石油、天然氣嚴(yán)重得多。目前我國(guó)燃煤每年排入大氣的煙塵約2300萬噸、二氧化硫1460萬噸，給環(huán)境造成嚴(yán)重污染。據(jù)世界環(huán)境系統(tǒng)監(jiān)測(cè)報(bào)告，41個(gè)國(guó)家的城市中，在1980－1984的五年里，大氣中顆粒物平均濃度，沈陽第二、西安第三、北京第五、上海第九、廣州第十。即前十名中我國(guó)占五席。如果到2050年我國(guó)燃煤達(dá)50億噸，而1988年全世界煤炭產(chǎn)量?jī)H為48．4億噸。這就是說，到2050年，相當(dāng)于把1988年全世界出產(chǎn)的煤炭全部集中在中國(guó)960萬平方公里的大地上燃燒，那樣我國(guó)將不可避免地成為墨盒子和黑盒子，我國(guó)的環(huán)境將無法承受。2024/4/1825煤是－種重要的不可再生的化工原料隨著煤炭大量燃燒，資源將越來越少，價(jià)格也就日益昂貴。如果僅將煤炭付之一炬，不但污染環(huán)境，而且在經(jīng)濟(jì)上造成難以彌補(bǔ)的損失。2024/4/1826聚變核電站熱核反應(yīng)的實(shí)現(xiàn)及巨大聚變能的釋放，自然地促使人們?nèi)パ芯咳绾问咕圩兡艹掷m(xù)地釋放，成為人類可控制的能源。隨著受控?zé)岷肆炎兊幕A(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的飛速發(fā)展，各國(guó)正在大力投資設(shè)計(jì)建造大型的裂變實(shí)驗(yàn)裝置。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前大約有21個(gè)國(guó)家（包括中國(guó)）共建造了200余個(gè)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，同時(shí)設(shè)計(jì)研究了各種受控?zé)岷朔磻?yīng)堆發(fā)電裝置。按照國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆。地點(diǎn)將在西班牙、法國(guó)、加拿大或日本。熱核反應(yīng)堆是利用氫的同位素氘和氚的原子核實(shí)現(xiàn)核聚變的核反應(yīng)堆。用受控核聚變的的能量來發(fā)電具有能量釋放大，資源豐富、成本低，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。2024/4/1827我國(guó)目前運(yùn)行和在建的核電站

電站總功率(MW)商運(yùn)日期

大亞灣19841993.8

大亞灣29841994.2

田灣110602004.12

田灣210602005.12

嶺澳19852002.2

嶺澳29852002.11

秦山12781991.12

秦山2610

2002.2

秦山36102004.3

秦山4728

（重）2002.11

秦山5728(重)2003.72024/4/18282030年以前將開發(fā)幾種新型核電的反應(yīng)堆和燃料循環(huán)技術(shù)超臨界水冷堆系統(tǒng)（SCWR）超高溫氣冷堆系統(tǒng)（VHTR）氣冷快堆系統(tǒng)（GFR）液態(tài)鈉冷卻快堆系統(tǒng)（SFR2024/4/18宋長(zhǎng)華29世界發(fā)電分類構(gòu)成圖2024/4/1830裝機(jī)容量前十