那位行家说说我国当今核能的利用现状
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发布时间：2022-04-20 06:23
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时间：2023-08-03 12:15
一、 世界核能发展的动向
已经过去的二十世纪是一个科技成果丰硕的世纪，其伟大科技成果之一，是人们打开了核能利用的大门。1905年，爱因斯坦在其著名的相对论中列出了质量和能量相互转换的公式：
能量=(质量)×(光速)2
这一公式表明，少量的质量能转换为十分巨大的能量，揭示了核能来源的物理规律。
1938年，科学家们发现了铀-235的裂变现象：铀原子核裂变的同时，释放出巨大的能量，这个能量来源于原子核内核子的结合能，它恰好相等于核裂变时的质量亏损。这一发现，使核能的利用走向现实。
核能的和平利用始于上世纪五十年代初期。1951年美国利用一座军用反应堆的余热试验发电，电功率200kW。1954年，苏联建成世界上第一座核电站，电功率5000kW。之后，英国和法国相继建成一批军民两用的气冷堆核电站。1957年，美国建成了电功率9万kW的世界上第一座压水堆核电站。那时，各有核国家在抓紧核武器竞赛的同时也竞相建造核电站。至七十年代进入了发展核电站的*，那时核电站增长的速度远高于火电和水电。虽然自上世纪八十年代以来核电发展建设的速度相对缓慢下来了，但由于核电站有着不可取代的优越性，法国、日本、韩国等仍坚持了以发展核电为主的方针，并取得了卓越的成效。我国发展核电的决心也坚定不移，自行设计建造成功的秦山核电站于1991年并网发电，进口的大亚湾核电站也于1993年并网发电。“九五”期间已开工建设的八套核电机组中，有二套已于今年投产发电。
近十多年来，以美国为首的工业发达国家对核电的前景又进行了认真的研究。美国电力研究院根据其研究成果于九十年代发表了《先进轻水反应堆用户要求文件》,认为根据核电已有的经验和技术水平，是能设计出新一代核电机组，使其安全性和经济性都显著提高，是能取得广大公众和用户的充分信任的。之后，欧洲各国电力界也相继提出了《欧洲用户对轻水堆核电站的要求》文件，表达了与美国相同和相似的看法。去年（2001年）4月，美国总统布什在其《能源*报告》中再次表明了美国*支持发展核电的决心和信心，指出：发展核电是美国能源*的重要组成部分。2001年10月在里约日内卢召开的世界能源大会再次肯定了发展核电的必要性和可行性。核电已开始在国际上复苏。
二、 核能在能源中的地位
能源是人类社会的生命线，一个国家开发和利用能源的水平，标志着这个国家的生产力水平、文化水平和人民生活水平。
在十九世纪产业*之前，人类消耗能源的增长，相当缓慢。产业*以来，由于经济的发展，能源耗量也迅速增长。近一百年来，世界能耗增长了二十倍。在上世纪五十年代，世界能源年耗量相当于26亿吨标准煤，至八十年代初已超过年耗量100亿吨标准煤。2000年世界能源的年耗量已超过180亿吨标准煤。但是，迄今为止，世界耗能的85%均来自燃烧煤、石油、天然气等有机燃料。大量燃烧有机燃料所产生的二氧化硫、二氧化碳、氧化亚氮和烟灰等物质，给人们带来深感忧虑的环境影响问题。而且，这些有机物质消耗量的巨大增长，使它们在地球上的储量日益面临枯竭。人类已经面临选择后续替代能源的问题。
自然界中，除有机燃料外，核能、水力、风力、太阳能、地热、潮汐能也都是可资利用的能源。水力是无污染的能源，应充分开发使用，但水力资源终究有限，且受地理条件*。水力发电量又随季节变化很大，故光*水力满足不了日益增长的能源要求。太阳能、潮汐能、风力、地热等受多种条件*，只能在一定条件下有限开发，很难大量使用。多种预测资料表明，即使做较乐观的估计，上述这几种能源中每种在能源总耗量中的比例，都很难超过1%。现在，技术上已较成熟，且能大规模开发使用的，唯有核能。目前，世界上正在运行发电的核电机组已有438座，总电功率为三亿五千多万千瓦，核电占世界总发电量的17%，法国核电占全国总电量的比例已达76%。故从人类对能源要求的前景来看，发展核能将是必由之路。这是因为核能有其无法取代的优点。
三、 核能的优点
（一） 核能是地球上储量最丰富的能源，又是高度浓集的能源。一吨金属铀裂变所产生的能量，相当于270万吨标准煤。按照地球上有机燃料的储量和人类耗能的情况来估算，地球上煤的储量大概再过200多年即将耗尽，石油则只够用约40年。人类已经面临如何选择后续能源的问题。地球上已探明的核裂变燃料，即铀矿和钍矿资源，按其所含能量计算，相当于有机燃料的20倍，只要及时开发利用，即有能力替代和后续有机燃料。更进一步说，地球上还存在大量的聚变核燃料氘，能通过聚变反应产生核能。一吨氘聚变产生的能量相当于1129万吨标准煤。氘即重水中的“重氢”，自然界中无论海水或江、湖水都有七千分之一的重水含量，故地球上存在约40万亿吨氘。所以聚变反应堆成功以后，能源真可谓取之不尽，用之不竭，人类将不再为能源问题所困扰了。
（二） 核电是清洁的能源，有利于保护环境。目前世界上大量燃烧有机燃料的后果是相当严重的。燃烧后排出大量的二氧化硫、二氧化碳、氧化亚氮等气体，不仅直接危害人体健康和农作物生长，还导致酸雨和大气层的“温室效应”，破坏生态平衡。比较起来，核电站就没有这些危害。核电站严格按照国际上公认的安全规范和卫生规范设计，对放射性三废，原则上是回收处理储存，不往环境排放。排往环境的只是处理回收后残余的一点尾水尾气，数量甚微。故核电被誉为“清洁的能源”。
（三） 核电在经济上也有优势。发电厂每度电的成本是由建造折旧费、燃料费和运行费这三部分组成，主要是建造折旧费和燃料费。核电厂由于特别考究安全和质量，建造费比火电厂高，一般要高出30%～50%，但燃料费则比火电厂低很多，火电厂燃料费约占发电成本的50%～60%，而核电厂的燃料费则只占20%～30%，总的看起来，一般来说核电厂发电成本与燃煤电厂成本相当，而在需要远距离运煤的地方，则要低15%～30%。我国台湾省核电厂成本仅是那里烧石油电厂成本的二分之一。
（四） 核电厂燃料的运输量只及相同容量煤电厂煤炭运输量的十万分之一。以田湾核电厂为例，它两套机组的总容量为200万千瓦，每年只需核燃料48吨。如果是相同容量的烧煤电厂，每年就需烧煤600万吨。“北煤南运”一直是我国交通运输的沉重负担。可见从缓解交通运输的压力来看，发展核电也很有必要。
（五） 以核燃料代替煤和石油，有利于资源的合理利用。煤和石油都是化学工业和纺织工业的宝贵原料，能以它们制造出多种产品。它们在地球上的蕴藏量是很有限的；作为原料，它们要比作为燃料的价值高得多。所以，从合理利用资源的角度来说，也应逐步以核燃料代替有机燃料。总之，核能的优点终将为人们所确认。它的利用是解决能源问题的必由之路。
四、 我国核电发展的情况
我国是重视核能发电的。早在1955年*制定原子能发展计划12年大纲中就提出：“用原子能发电是动力发展的新纪元，是有远大前途的。……在有条件下应用原子能发电，组成综合动力系统”。1974年周恩来总理批准了30 万千瓦压水堆核电站方案，作为科技开发项目，列入了国家计划。这就是秦山核电站的由来。这座我国第一座自行设计自主建设的核电站经过成功的研究、设计和建造后，于1991年12月15日并网发电，结束了我国*无核电的历史。从法国成套进口的广东大亚湾两台90万千瓦的核电机组，也分别于1993年和1994年并网发电。这两个核电站为我国核电发展创造了良好的基础。
在党*和*的重视和关怀下，九五期间我国已开工建设的核电机组有八套，其中：
1. 自行设计建造的秦山二期，有二套60万千瓦级压水堆核电机组，已于1996 年6月正式开工，其第一套机组已于2002年2月并网发电，5月达到满功率运行。
2. 广东岭澳核电站，与法国合作建设二台90万千瓦级压水堆核电机组，已于1997年5月正式开工建设，其第一套机组已于2002年5月投入商业运行。
3. 秦山三期核电站，与加拿大合作建设二台重水堆70万千瓦级机组，已于1998年6月开工建设，预计其第一套机组将于2002年11月并网发电。
4.江苏连云港田湾核电站，与俄罗斯合作建设二套100 万千瓦级压水堆核电机组，已于1999年10月开工建设，预计其第一套机组将于2004年建成发电。
这八套机组全部建成后，连同现已建成发电的三套机组一起，将使我国核电装机容量达到约900万千瓦，约占全国总发电能力的3%。
党*在“十五”规划中已确定了要“适度发展核电”的方针，目前国家各有关部门正在研究制定具体发展方案，并研究解决大型（单机功率100万千瓦以上）核电站的国产化问题，即实现：“自主设计，国产设备，自行建造，自主运行管理”，为今后更大的发展创造条件。
此外，我国援助巴基斯坦建设的30万千瓦压水堆核电站，在秦山经验和科技储备的基础上设计建造，已于2000年建成发电。这是我国第一座出口的核电站。
五、 核能利用的发展前景
核能的利用将是人类解决能源问题的必由之路。它在能源生产中所占分量必将逐步加大。然而，核能的开发利用是一个循序渐进的长期过程，一般说来应按其科技难度的不同，分为三步发展：即热中子反应堆、快中子增殖堆和可控聚变堆三步。
第一步是热中子反应堆的应用。这是指堆芯内有慢化剂，将快中子慢化为热中子工作的反应堆。目前世界上绝大多数核电站装备的都是热中子反应堆。
热中子堆的主要缺点是它的核燃料利用率很低。在开采、精炼出来的铀中，只有约1%能在热中子堆中裂变产生核能，99%都将作为贫铀（其中含铀-235约仅0.2%，其余99%以上都是铀-238）积压下来，要等待快中子增殖堆方能大量利用。
第二步是快中子增殖堆的应用。快堆最大的优点是它能充分利用核燃料。在快堆里，不易裂变的铀-238能在吸收中子后转变为易裂变的钚-239。也就是说，快堆在消耗裂变燃料以产生核能的同时，还能生成相当于消耗量1.2～1.6倍的裂变燃料。这样，就可以把热中子堆所积压的铀-238在快堆中充分利用。五十年代以来，美、英、法、苏等国都集中相当力量研究建造快堆。至八十年代陆续建成了几座快堆核电站，基本上证实了钠冷池式快堆在工业技术上的可行性。然而，通过这些快堆的研制，专家们也认识到，快堆在工艺技术上的难度，如防止钠积渣和钠水反应等问题，都比当初想象要复杂得多。 由于要对付这些难题，使得快堆的工艺系统相当复杂，投资甚大，发电成本甚高，因此就冲击了它在燃料上的优越性。如何促使快堆技术成熟，工艺简化，从而使经济性提高，是反应堆专家们在快堆上的主攻任务。估计要到2030年后，快堆才有可能取得对热堆的优势，从而逐渐取代热堆，成为二十一世纪核能利用的主力堆型。
第三步是可控热核聚变堆。聚变堆成功后，水中的氘足以满足人类几十亿年对能源的需求。然而，实现持续的可控聚变，难度非常大。主要问题是怎样把温度高达几千万度以上的等离子体约束在一起，使其起聚变反应。
各国已建造多种类型的试验装置 200多台，向上述多种途径聚变点火目标探索前进，已露出胜利的曙光。预计到2050年前后能实现原型示范的可控聚变堆，发展到经济实用的阶段还有一段艰辛的道路，但它的前景是光明的。
当前，我国已投入运行和正在建设的核电站，主要采用压水堆,也有两套重水堆，它们都是热中子反应堆。预计到二十一世纪前50年，热中子反应堆仍将继续建造，并在安全、功能和经济效率上进行改进，着重研制具有“固有安全性”和“非能动安全系统”，能抗御严重事故，无需厂外应急的反应堆，并将核电机组寿命由目前的40年延长到60年。核电机组单机功率可以是30万千瓦、60万千瓦和100万千瓦乃至100万以上千瓦，以发展100万和100万以上千瓦的机组为主，实现国产化。
快堆的优点也为我国领导人和专家所共识。为了给核电的第二步发展创造条件，“863”高科技规划决定，把研究、设计、建造一座热功率6.5万千瓦、电功率2.5万千瓦的快堆试验性电站作为重点高科技项目列入,现已开工建设。
与此同时，863规划还决定设计、建造一座热功率为一万千瓦的高温气冷堆。这是一种先进的热中子堆型，其冷却堆芯的氦气温度可达800～1000℃，除了能高效发电外，还可用于炼钢、煤的气化、氢气生产等；但其技术难度也高，一系列高温工艺和氦密封技术有待克服。
可控热核聚变堆的研究，已在核工业西南物理研究院和中国科学院合肥物理研究所同时进行了多年，已取得研制成功“环流一号”、“环流二号”和“HT-7”三座托卡马克装置等令人瞩目的成果，并正在扩大国际合作，以期能与国际上的研究接轨，同步进行。
总之，我国核能开发利用的前景是光明的，但这终究是一个长期的大系统工程，既要解决为国民经济服务的大量工程技术问题，又要为下一步发展进行系统的预先研究和基础研究，牵涉到的学科范围也十分广泛。因此，必须远近结合，*远瞩，全面考虑，统筹安排，认真落实。我们相信，在国家的统一规划和扶植下，在人民群众的积极支持下，我国核能的开发利用，必将结出丰硕成果。
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时间：2023-08-03 12:15
