核能發電簡介

從 20 世紀 40 年代原子彈的出現開始，核能就志逐漸被人們所掌握，準確地說，“原子能”應該是化學能。比如燃燒煤、石油或天然氣所獲取的就是“原子能”，因為這種能量是可燃物質通過燃燒這一化學反應所釋放的能量。化學反應過程僅僅是使一種或幾種物質的分子結構在反應中變成了另外一種或幾種物質的分子結構，即由一種或幾種物質變成了另外一種或幾種新的物質，并未涉及到原子的變化。而核能則是原子核通過核反應，改變了原有的核結構，由一種原子核變成了另外一種新的原子核，即由一種元素變成另外一種元素或者同位素，由此所釋放出的能量。核能發電利用這些同位素進行核分裂連鎖反應所產生的熱，將水加熱成高溫高壓，推動汽輪機進行發電。

核能發電原理

1、核裂變發電

核裂變發電是將原子核裂變所釋放的核能轉變為電能。核電站中的反應堆種類很多 ， 目前技術比較成熟且投入商業運行使用的一般有如下幾種 ：壓水堆、沸水堆、重水堆和其它堆 ，主力堆型是壓水反應堆。壓水堆核電站主要由原子核反應堆、一回路系統、二回路系統及其他輔助系統與設備組成。一回路系統也稱為核島 ，是將裂變轉化為水蒸汽的熱能裝置。反應堆所產生核能， 使堆芯發熱溫度升高 ，高溫、高壓的冷卻水在主泵驅動下流進堆芯 ，將堆芯中的熱量帶至蒸汽發生器。蒸汽發生器再把熱量傳遞給二回路循環系統中的給水，使給水加熱成為高壓蒸汽， 放熱后的冷卻水又重新流回堆芯。這樣循環往復構成一個密閉的循環回路。為了確保安全， 將整個一回路循環系統主設備集中安裝在安全殼內。

二回路循環系統亦稱常規島 ， 由汽輪機、發電機、凝汽器、二回路循環泵、加熱器除氧器及水箱等設備組成。二回路中蒸汽發生器的給水吸收了一回路傳來的熱量后變成高壓蒸汽 ，推動汽輪機，帶動發電機發電。做功后的廢氣在凝汽器內冷卻凝結成水 ，再由給水泵送入加熱器加熱后重新返回蒸汽發生器 ，再變成高壓蒸汽推動發電機做功發電 ，這樣就構成了第二個密閉循環回路。二回路系統設備均安裝在汽輪發電機組廠房內。

2、核聚變發電

研究表明，核聚變反應中每個核子放出的能量比核裂變反應中每個核子放出的量大約要高 4 倍，因此核聚變能是比核裂變更為巨大的一種能量。太陽能就是氫發生核聚變反應所產生的。核聚變反應也稱為熱核反應。核聚變反應所用的燃料是氘和氚，既無毒性，又無放射性，不會產生環境污染和溫室效應氣體，是最具開發應用前景的清潔能源。核聚變燃料氘在海水中大量存在，海水中大約每600 個氫原子就有一個氘原子，因此地球上海水中氘的總量約為 40 萬億 t。海水中所含的氘為 30 mg /L。

這些氘完全聚變所釋放的聚變能則相當于300 L 汽油燃燒的能量。從這個意義上說，如果實現了核聚變能的利用，則1 L海水就相當于300 L 汽油。因此海水中提取氘幾乎是取之不盡，用之不竭。而核聚變反應所需的另一種原料氚可以由鋰制造，地球上鋰的存儲量約為兩千多億噸，足以滿足人類開發利用核聚變能的需要。此外，據資料介紹，月球上儲有豐富的氦－3，氘與氦－3 的核聚變反應所釋放的能量比氘 － 氚核聚變反應釋放的能量還要大，而且氘與氦 － 3 的核聚變反應基本上不產生中子，因此可以大大減輕設備材料的輻射損傷，降低感生放射性的水平。

人們探測月球、開發月球的意義由此可見一斑。然而，實現“受控核聚變”一直是困擾核聚變能利用的難題，為國內外研究機構所關注。2006 年 11 月，歐盟、印度、日本、韓國、美國、俄羅斯和中國七方正式達成協議，選擇在法國的卡達拉奇建造世界上第一個受控核聚變實驗反應堆，預計用 10 年時間完成，如果成功，全世界未來的電力供應將不再受各種復雜條件的制約。

核電仍是發電成本最低選擇

“分析結果顯示，在采用3%的系數情況下，核電在所有國家中都是發電成本最低的選擇。”近日，在國際能源署（IEA）和核電能源機構（NEA）聯合發布的關于平準化發電成本（LCOE）調查報告中，得出這一結論。

本次被稱為“8.0版本”的發電成本調查報告，收集并統計了來自19個經濟合作與發展組織 （OECD）國家和3個非OECD國家的181個不同類型發電廠的運營數據，根據發電廠的完整工作周期計算出其LCOE，即電廠運營時相對穩定的生產成本。報告分別采用了3%、7%和10%三種系數進行LCOE分析。

“核電需投入大量資本以增加生產力，因此伴隨LCOE分析系數的提高核電生產成本也將水漲船高。”報告在分析過程中如是說。

就分析結果而言，在7%系數的情況下，核電LCOE的中值與燃煤發電相近，而在10%系數情況下，核電LCOE中值則比燃煤發電和天然氣發電都要高。這些結果綜合考慮了30美元/噸的碳排放成本和不同地區在燃料成本上的差別。

報告顯示，在7%的系數情況下，燃煤電廠LCOE波動范圍為76美元/兆瓦時（德國）~107美元/兆瓦時（日本），天然氣發電廠LCOE則為66美元/兆瓦時 （美國）~138美元/兆瓦時（日本）。

中國核電站的LCOE在7%系數情況下大約為37美元/兆瓦時~48美元/兆瓦時;而燃煤電廠LCOE中值為78美元/兆瓦時;天然氣發電LCOE中值則是93美元/兆瓦時。

核電發展前景預測

1、國外核電發展

美國是世界第一核電大國 ，目前運行的核電機組為 104 臺 ，裝機容量達 970 GW ， 占世界核電裝機容量的 29 %，為美國提供了20 %的電力。目前歐洲有近 135 個核反應堆在運行， 總裝機容量為 125 GW ，占歐洲總發電量的35 %。英國面臨的能源壓力最大 ，目前的 12 座核電站大部分建于 20 世紀中期， 其核電提供了全國 25 %的電力份額， 天然氣發電的比例為 40 %。盡管法國是世界上核電占電力比例最高的國家 （約占總發電量的 80 %）并向周邊國家輸出電力 ，但法國仍在積極發展核電，并將在 2020 年建成球床式反應堆 （核電站反應堆型 ）。俄羅斯近年來克服了切尓諾貝利核事故后公眾強烈反對核電建設的障礙， 并且繼續實行其強大的核工業發展計劃。俄羅斯 2004 年有 10 個核電站的 30 座反應堆在運行，總功率為22. 242 GW ，目前核電占全國發電量的 16 %［3］。

亞洲國家中 ，韓國是發展中國家中發展核電最成功的國家之一 ， 核電發電量已占全國發電量的 40 %。從20 世紀 70 年代第一個核電站建成后 ，韓國核電一直穩步發展 ，預計到至 2015 年韓國還將建 12 臺新的核電機組 。日本能源經濟研究院也稱 2030 年日本核電在一次能源中的份額將從 2004 年的 11 %上升到 20 %。印度目前核電總裝機容量為1100 萬 kW ， 并計劃到 2020 年為 2900 萬 kW ， 到 2030 年為6 300 萬 kW ，到 2040 年為 13 100 萬 kW ， 到 2050 年達 27500 萬 kW 。

2、我國核電發展

2007年，中國核電總發電量628.62億千瓦時，上網電量為592.63億千瓦時，同比分別增長14.61%和14.39%。田灣核電站2臺106萬千瓦的機組分別于2007年5月和8月投入商運，中國核電運行機組達到11臺，運行總裝機容量達907.8萬千瓦。

截至2007年底，中國電力裝機容量達到7.13億千瓦，全國電力供需繼續保持總體平衡態勢。同時，隨著田灣核電站兩臺百萬千瓦核電機組投產，全國核電裝機容量已達885萬千瓦。

2007年全國水電、火電裝機容量均保持超過10%的增長，分別達到1.45億千瓦和5.54億千瓦。而風電并網生產的裝機總容量則實現翻番，達到403萬千瓦。

2008年，中國統一明確了鼓勵核電發展的稅收政策。積極推進核電建設，將改善中國的能源供應結構，保障能源安全和經濟安全，保護環境。

中國正在加大能源結構調整力度［4］。積極發展核電、風電、水電等清潔優質能源已刻不容緩。中國能源結構仍以煤炭為主體，清潔優質能源的比重偏低。

官方正計劃調整核電中長期發展規劃，加快沿海核電發展，力爭2020年核電占電力總裝機比例達到百分之五以上。之前在核電規劃中，核電比重為百分之四。

中國建成和在建的核電站總裝機容量為870萬千瓦，預計到2010年中國核電裝機容量約為2000萬千瓦，2020年約為4000萬千瓦。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座相當于大亞灣那樣的百萬千瓦級的核電站。

從核電發展總趨勢來看，中國核電發展的技術路線和戰略路線早已明確并正在執行，當前發展壓水堆，中期發展快中子堆，遠期發展聚變堆。具體地說就是，鈾資源，采用鈾钚循環的技術路線，中期發展快中子增殖反應堆核電站；遠期發展聚變堆核電站，從而基本上“永遠”解決能源需求的矛盾。