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龙茂雄:目前全球核电有四个趋势值得关注

关键词:辐射检测仪_便携式辐射检测仪_辐射报警仪_表面污染仪_环境级辐射仪_多功能辐射仪_测氡仪_辐射剂量仪 网址:www.radonbj.com 日期:2019-9-24 23:53:19



今年1月和5月,受国家原子能机构的推荐和国际原子能机构(IAEA)的邀请,笔者先后参加两个关于全球核电发展的国际会议。以两次会议主要内容为基础,结合近年来对全球核电发展的观察与思考,笔者对世界核电发展做了梳理和展望。

 

根据IAEA统计,截至2019年6月底,全球共有449台机组在运,分布在30个国家,核电装机近4亿千瓦,另有54台机组在建,装机约为5500万千瓦,全球核电运行堆年超过1.8万年。世界核协会年度报告显示,2018年全球核发电量超过25000亿千瓦时,占全球电力供应的10.5%。IAEA专家认为,目前全球核电有四个趋势值得关注:

 

◆ 一是作为清洁能源,核电是全球减碳的主要贡献者,未来可发挥更大作用;

 

◆ 二是人类要有效应对能源需求、气候变化、环境保护挑战,核电份额需稳步提升;

 

◆ 三是从核电发展地域和技术看,世界核电发展的中心正从欧洲、北美向亚洲转移;

 

◆ 四是核电持续发展需要各国综合性的政策支持。

 

▋新兴核电国家核电发展情况 ▋

 

阿联酋:由韩国承建的4台机组进展顺利,首堆于2012年开工建设,目前已基本完工,正在等待监管当局的许可,预计今年装料、调试,明年运行。4台机组(单机容量135万千瓦)建成投运后,将占全国电力供应的25%;未来计划新建4-8台百万千瓦核电机组。

 

白俄罗斯:首台机组于2013年开工建设,计划今年6月开始调试工作,属于内陆核电站。2021年两台机组并网后,可占全国电力供应的38%。中、日、韩、俄参与了竞标,最后俄罗斯原子能公司中标。

 

孟加拉:全国电力装机中年天然气发电占比53%;缺少本土能源资源,核电已作为国家基荷能源来发展,2017、2018年先后开工两台俄罗斯原子能公司承建的AES-2006,计划分别于2023、2024年开始调试工作;未来20年拟陆续再建4台百万千瓦核电机组。

 

土耳其:全国能源72%依赖进口,近年来能源需求上升快,需要发展核电;计划2030年有3个核电基地共12台机组,核电占比达到15%。与俄罗斯合作的Akkuyu核电站计划建设两台VVER V-509机组,首台机组已于2018年4月开工;与日本合作的第二个核电站Sinop,相关工作正在推进中;第三个核电站正在选址过程中,有与中国合作的计划。

 

埃及:由于本土缺乏一次能源,埃及于上世纪50年代就开始计划引入核电,但由于各种原因,除了分别由俄罗斯和阿根廷援建了两台研究堆外,核电计划没有实质性进展。

 

进入新世纪后,随着能源需求增加,核电建设再次提上日程:2007年通过原子能法,2017年明确了发展核电的国家政策;2016年与俄罗斯原子能公司签定了工程总承包合同(EPC)并于次年生效,计划在El Dabaa电站建设4台VVER-1200机组。俄罗斯将负责为该电厂提供核燃料、建造乏核燃料容器和储存设施、人才培养、前十年核电厂运营和维护支持。

 

波兰:目前能源供应以煤为主,占比达78%,预计该国褐煤资源将在2040年左右消耗殆尽,因此于2009年启动发展核电的计划。福岛核事故给该国推进核电发展带来了一定的阻力,但因能源需求、大气污染和CO2减排的压力,目前重新推进核电的共识越来越多、呼声越来越高。“波兰核电规划(PNPP)” 2013年获经济部批准,2014年经内阁会议审查通过,2018年升版后的规划被纳入波兰国家能源规划。该国计划2030年核电占比为6%,2040年达到18%,目前正在开展选址和环境影响评价等前期工作。

 

越南:原计划2020年建成首堆,日本福岛核事故后,公众更加关注核安全,加之国际国内经济形势的影响,推迟了核电计划。2016年经过修订的“国家电力发展计划”得到总理批准,计划到2030年建成4台百万千瓦机组,届时核电占比将达到10.1%。一期项目为俄罗斯原子能公司承建的Ninh Thuan1号两台机组,首堆计划2028年建成;二期项目计划为日本公司承建的Ninh Thuan2号两台机组。

 

约旦:一次能源短缺,约96%的能源依赖进口。因此,其“2007-2020国家能源战略”以及升级版“2015-2025能源战略”中,都将核能列入国家能源战略的重要选项,包括发展百万千瓦的大型商用堆和中小反应堆,目前核电计划仍然处于初期阶段。

 

印尼:2016年其能源结构前三位分别是石油(37%)、煤(31%)和天然气(23%),可再生能源为7.7%,一次能源严重依赖进口。2014年通过的政府法令中,规划到2025年包括核电在内的新能源和可再生能源提高到23%,届时核电装机计划为2GW;2050年占比将达到31%,核电装机为8GW。近年来,印尼公众对核电的支持率上升,由2011年(福岛事故后)的49%上升到2017年的77%。

 

尼日利亚:1976年成立国家原子能委员会,但推进核电的工作直到2006年才开始实际运作,核电推进计划受福岛核事故影响,进展缓慢。2015年初步计划首台百万千瓦机组于2025年建成,另外还计划在2030年建成3台机组。2018年以来正在对2015年的计划进行修订和完善。

 

苏丹:在IAEA帮助下,自 2007年开始推进核电发展计划,但由于政治、经济等各方面的原因,进展缓慢。2016年通过水利电力部部长法令,计划在2031年建设两台600MW万千瓦机组的首座核电站。

 

马来西亚:2008年计划引入核电,2011年1月成立马来西亚核电公司,作为推进核电计划的责任单位。福岛事故后,核电计划推进无实质性进展,主要原因是公众接受问题和政府对核电的态度不明朗。

 

▋部分有核电国家核电发展情况 ▋

 

巴基斯坦:目前有5台运行核电机组,装机为143万千瓦,核发电占比为4.3%。首台机组为从加拿大引进、1972年建成投运的K-1机组;两台在建机组(K-2、K-3号)采用中国“华龙一号”技术,目前进展顺利;C-5项目(华龙)正在与中核集团洽谈商务合同。巴基斯坦计划到2030年核电装机达到8800MW。


 



巴西:建立了较完整核燃料循环体系,有多座研究堆;首台核电机组ANGRA 1号(657MW,西屋公司提供技术)于1985年投入运行,ANGRA2号(1350MW,由西门子等提供技术)于2001投运;目前正在推进建设ANGRA 3号机组(1405MW, 由西门子/法玛通提供技术)。

 

亚美利亚:现有两台机组分别于1977、1980年投运,1988年发生大地震后,尽管两台机组完好,前苏联仍然下令长期停机。1993年,为克服经济危机影响,决定重启2号机组。在俄罗斯帮助下,2号机组于1995年成功恢复运行,但1号机仍处于长期停运状态。福岛事故对该国核电新机组计划带来较大影响,但老机组依然进行了延寿,2015年,该国政府决定再建设1台600MW新机组。

 

乌克兰:1986年4月,前苏联时代乌克兰境内发生了尔诺贝利核事故,切尔诺贝利电站共有4台机组,事故机组为4号机组,事故发生后即永久封存,但该厂址另外3台机组保持了持续运行,最后一台机组运行至2000年才宣布永久停机。目前,核电仍然是该国主要能源来源,现有4个核电站15台机组在运,装机13835 MW,2017年核发电占比超过55%。2017年8月内阁通过的“2035年能源战略”中,核电仍然拌演重要角色:计划通过对现在机组延寿、功率提升(已有9台机组获延寿10年或20年), 继续建设KHMELNITSKI3号和4号两台百万千瓦机组(分别于1986、1987年开工),使其核发电占比保持在50%左右。

 

法国:目前有58台机组在运,1台EPR机组在建,多年来其核发电占比保持在75%左右。法国未来的能源规划中,计划大量发展包括核能、可再生能源在内的低碳能源,2035年核发电规模仍将保持在50%左右。

 

伊朗:首台核电机组(Busheher核电站,俄罗斯提供的VVER-1000堆型)于2013年并网发电。未来计划包括建设一台100MW小型反应堆(用于发电和海水淡化),建设两台俄罗斯的VVER-1000型号的大型机组。

 

俄罗斯:目前,俄罗斯共有35台机组商运,其中包括两台快堆,13台气冷堆,2018年核发电占比近18%,还有6台机组在建。俄罗斯十分重视核电全球战略布局。今年1月在IAEA在维也纳开的“核电基础结构开发的热点问题技术会议”上,该国派出7名代表与会,作了多篇富有针对性的报告。

 

俄罗斯在全球推销核电的方式方法非常值得学习:强调可以提供从核电基础结构开发、选址、设计、建造、运行、维修、废物处置及退役全链条全方位的服务;把核电基础结构建设与核电工程总承包(EPC)相结合,便于及早介入而锁定项目;充分借助IAEA平台,通过资助IAEA核电管理学校(NEMS)、技术合作(TC)项目和跨地区(INT)项目,培殖亲俄力量;他们有专门核电推广团队,有针对性地整体开展工作。目前,俄罗斯核电出口占据了全球绝大部分新兴市场,据报道,目前其在手的核电订单近40台机组。

 

美国:现有97台机组运行,2台AP1000机组在建。长期以来,美国核发电占比保持在20%左右,2018年核发电占比为19.32%。自上世纪九十年代以来,尽管美国没有规模建设核电机组的计划,但通过升级改造、提升容量,相当于新建了6-8台百万级核电机组。美国核电业届不断提升运行水平,政府给予电力消纳方面的支持,其机组能力因子近年来保持在92%左右,核电有效利用率极佳。美国政府在核电中小型反应堆、先进堆等方面持续给予政策和资金支持,以期保持其在先进核电技术方面的领先地位。

 

韩国:核电技术引进自美国,但通过几十年来有效的消化、吸收、再创新,成功开发出自己的三代技术APR1400,首台机组于2016年投入运行;凭借自主三代技术,韩国赢得阿联酋首批4台机组的订单,并于2012年开工建设。韩国目前有25台核电机组运行,4台机组在建,2018年核电发电量占比近24%。福岛事故后,随着韩国国内反核势力的日渐高涨,政府部门在调整原来比较庞大的核电规划,但核电作为重要的清洁低碳能源仍将在其能源结构中占有重要地位。

 

印度:目前有22台机组在运,7台机组在建,核电占比不高,保持在3.2%左右,其主要能源仍然是化石能源。印度核电起步较早,具有核电设计建造能力,但其核电机组容量较小。近年来,印度与俄罗斯合作,开工建设了百万千瓦级的核电机组,部分机组已投入运行。

 

阿根廷:目前有3台机组在运行,2014年开始的CREAM25MW小堆仍在建设中,预计2022年完工。另外,阿根廷与中核集团合作建设“华龙一号”机组的协议已经签署,各项工作正在推进中。

 

捷克:上世纪70年代开始建设核电基础结构,目前该国50%的电力和大部分供热由核电提供。

 

匈牙利:目前有4台前苏联提供的440MW机组运行,已批准延寿20年,功率提升至500MW;另计划从俄罗斯引进建设两台VVER1200机组,2017年已获厂址许可。

 

罗马尼亚:目前有两台重水堆机组在运,核电占比为16%,政府积极支持核电发展。今年5月9日与中广核签署了有关协议,拟由中广核投资建设另两台重水堆机组。该国建有干式中间储存设施,乏燃料可保存50年。

 

斯洛伐克:现有4台机组运行,2台在建,3台永久停运,核电装机占25%,核发电占比达55%,该国还有再建新机组的计划。

 

德国:目前还有7台机组在运行,按关停计划,今年将关停两台、2021年关停3台、2022年关停最后一台,但仍将保留研究堆。

 

瑞士:现有5个机组仍将运行至寿期结束,将持续保持核电研发能力,暂无新核电机组建设计划。

 

▋中国核电发展概况 ▋

 

截至2019年6月30日,我国大陆运行核电机组共47台,装机容量4873万千瓦;在建机组11台,装机容量约1134万千瓦,多年来保持全球首位。中国核能行业协会统计报告显示,2018年,我国大陆共44台商运核电机组,总装机容量4464.516万千瓦,占全国电力总装机容量的2.35%;全年核发电为2865.11亿千瓦时,约占全国累计发电量的4.22%,全年核电设备平均利用小时数为7499.22小时,设备平均利用率为85.61%。与燃煤发电相比,核发电相当于减少燃烧标准煤8824.54万吨 ,减少排放二氧化碳23120.29万吨,减少排放二氧化硫75.01万吨,减少排放氮氧化物65.30万吨。

 




经过30多年持续不断的发展,中国核电从无到有、从小到大,自主建设和引进消化吸收再创新同步进行,实现了三代核电技术设计自主化、重要关键设备国家产化;在聚变堆研究方面,作为重要成员之一,中国积极参加国际热核聚变反应堆计划(ITER),并在关键领域取得了重要进展。

 

切尔诺贝利事故和日本福岛核事故为世界核电界敲响了警钟,也促使中国核电行业进一步优化设计、加强安全监管和日常运行管理,不断提升核电安全运行水平。

 

长期以来,我国核电安全运行一直保持良好业绩,根据世界核电运行协会(WANO)的综合指数统计,2017年,全球有57台机组获得满分100分,中国有11台;2018年,全球53台机组获得满分100分,中国有12台。我国是世界上少数几个拥有完整核燃料循环体系的国家,几十年来核电建设步伐没有停止,积累的核电建造能力居世界前列,包括AP1000、EPR在内的主要的三代核电率先在中国建成投运,自主三代核电华龙一号全球首堆福清5号已于今年4月提前50天启动冷试 全面转入调试阶段,海外华龙首批项目(巴基斯坦卡拉奇2、3号机组)推进顺利。

 

▋核电的前景与发展方向 ▋

 

核电起步于上世纪50年代,在60多年的发展历程中,核电技术经历了原型堆、一代、二代、二代改进型等不同的技术发展阶段。随着BWER(美日)、APR1400(韩国)、VVER(俄罗斯)、AP1000(美国)、EPR(法国)等核电机组投运,以及我国华龙一号机组建设顺利推进,三代核电逐步成为当前及今后一段时间内的主力军;具有四代特征的核电技术正在中国示范建设,国际社会也正在组织对核聚变技术进行合作攻关,核电为人类解决未来能源大规模安全稳定供给问题提供了长远的解决思路。

 

与传统能源形式相比,核电具有低碳、清洁、高效、换料周期长(12-18个月换料)、使用寿期长(二代改进型及三代设计寿命已达60年)、运行成本低等属性,是目前唯一能够大规模替代化石能源的基荷能源形式。尽管核电发展面临核安全、公众接受等诸多挑战,但长远看,随着人类科技进步、管理升级,核电将越来越安全。譬如,核电行业正在开发耐事故核燃料,这种燃料与锆结合后不容易过热,也很少产生氢气,从而避免发生类似福岛事故那样的氢气爆炸;一些单位正在研究用其他材料取代锆或者二氧化铀,进一步提升核电安全性。可以预见,核电将会与水电、风电、太阳能等清洁能源以及传统的化石能源有机组合,为人类社会提供更加安全稳定的能源供应。核电的未来与人类社会和谐发展紧密相关,有着光明的未来。

 

那么,未来的核电、核能是什么样,又会以什么方式来满足人类社会对安全清洁电力供应的需求,以缓解气候变化、环境保护等问题。要回答这些问题,首先要回头看核能的本质属性,其次要思考未来社会的对能源的需要。

 

众所周知,1千克铀(U235)全部裂变放出的能量相当于2700吨标准煤燃烧释放出的能量,核聚变效率比核裂变还要高出好几倍,核能高效,且裂变、聚变过程均无温室气体或其它有害气体产生,因此,一代代科学家和工程技术人员潜心于和平利用核能,为人类社会服务。展望未来,核电或者核能将以大、中、小、微等多种方式服务于人类社会。

 

首先,在清洁能源供应方面,核电将为人类解决大规模安全稳定的电力供应问题提供解决方案。以中国为例,目前可以提供30万千瓦、60万千瓦、百万千瓦及以上的各种类型成熟核反应堆技术,设备国产化率可达85%以上。

 

其次,人类核电站技术主要利用核裂变机理,从原型堆发展到目前开始示范的具有四代核电特征的快堆、高温堆技术。同时,包括中国在内的世界各主要核电国家均在研发核聚变堆。按照科学分析,核聚变技术将为人类终极解决电力供应问题提供可靠选择。

 

第三,随着中小型反应堆技术的发展和成熟,核电将在满足岛屿、海洋平台、远洋运输、偏远地区等特殊环境下的电力或动力供应发挥独特作用。近年来,模块化小型堆研发广受关注。美国能源部支持mPower、Nuscale两种模块化小型堆设计;俄罗斯KLT40S 浮动核电站处于调试阶段,预计今年完工,RITM—— 200 核动力破冰船首艘“北极号” 2013 年开工、2016下水。韩国SMART模块化小型堆完成设计,正在开展工程可行性研究。

 

另外,利用放射性同位素衰变机理研发的放射性同位素电池(核电池)已成功用作航天器、心脏起搏器、海底电缆中继器等的电源。核电池取得实质性进展始于20世纪50年代未,由于其具有体积小、重量轻和寿命长等特点,且其能量大小、速度不受外界环境如温度、化学反应、压力、电磁场等影响,可在很大温度范围和恶劣环境中工作。随着同位素利用技术的不断进步,核电池将在航天航空、深空探测、深海探测、交通运输、电动机械等领域广泛利用。

 

总之,核能是二十世纪人类最伟大的发现之一。核科学与技术已广泛应用于能源、工业、农业、医学等广泛领域,随着人类科学技术不断进步,未来的核能必将以其独有优势发挥独特作用,服务于人类对于和平美好生活的需要。


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