中國核能發展史

2019-02-19 11:59:38
核能是人類歷史上的一項偉大發明,這離不開早期西方科學家的探索發現,他們為核能的套用奠定了基礎。

19世紀末英國物理學家湯姆遜發現了電子。

1895年德國物理學家倫琴發現了X射線。

1896年法國物理學家貝克勒爾發現了放射性。

1898年居里夫人發現新的放射性元素釙。

1902年居里夫人經過4年的艱苦努力又發現了放射性元素鐳。

1905年愛因斯坦提出質能轉換公式。

1914年英國物理學家盧瑟福通過實驗,確定氫原子核是一個正電荷單元,稱為質子。

1935年英國物理學家查得威克發現了中子。

1938年德國科學家奧托哈恩用中子轟擊鈾原子核,發現了核裂變現象。

1942年12月2日 美國芝加哥大學成功啟動了世界上第一座核反應堆。

1945年8月6日和9日 美國將兩顆核子彈先後投在了日本的廣島和長崎。

1957年蘇聯建成了世界上第一座核電站------奧布靈斯克核電站。

在1945年之前,人類在能源利用領域只涉及到物理變化和化學變化。二戰時,核子彈誕生了。人類開始將核能運用於軍事、能源、工業、航天等領域。美國、俄羅斯、英國、法國、中國、日本、以色列等國相繼展開對核能套用前景的研究。

中國大陸的核電起步較晚,80年代才動工興建核電站。中國自行設計建造的30萬千瓦(電)秦山核電站在1991年底投入運行。大亞灣核電站於1987年開工,於1994年全部併網發電。

核能發電原理核能發電的能量來自核反應堆中可裂變材料(核燃料)進行裂變反應所釋放的裂變能。裂變反應指鈾-235、鈽-239、鈾-233等重元素在中子作用下分裂為兩個碎片,同時放出中子和大量能量的過程。反應中,可裂變物的原子核吸收一個中子後發生裂變並放出兩三個中子。若這些中子除去消耗,至少有一個中子能引起另一個原子核裂變,使裂變自持地進行,則這種反應稱為鏈式裂變反應。實現鏈式反應是核能發電的前提。

要用反應堆產生核能,需要解決以下4個問題:①為核裂變鏈式反應提供必要的條件,使之得以進行。②鏈式反應必須能由人通過一定裝置進行控制。失去控制的裂變能不僅不能用於發電,還會釀成災害。③裂變反應產生的能量要能從反應堆中安全取出。④裂變反應中產生的中子和放射性物質對人體危害很大,必須設法避免它們對核電站工作人員和附近居民的傷害。

世界上有比較豐富的核資源,核燃料有鈾、釷氘、鋰、硼等等,世界上鈾的儲量約為417萬噸。地球上可供開發的核燃料資源,可提供的能量是礦石燃料的十多萬倍。核能套用作為緩和世界能源危機的一種經濟有效的措施有許多的優點,其一核燃料具有許多優點,如體積小而能量大,核能比化學能大幾百萬倍;1000克鈾釋放的能量相當於2400噸標準煤釋放的能量;一座100萬千瓦的大型燒煤電站,每年需原煤300~400萬噸,運這些煤需要2760列火車,相當於每天8列火車,還要運走4000萬噸灰渣。同功率的壓水堆核電站,一年僅耗鈾含量為3%的低濃縮鈾燃料28噸;每一磅鈾的成本,約為20美元,換算成1千瓦發電經費是0.001美元左右,這和目前的傳統發電成本比較,便宜許多;而且,由於核燃料的運輸量小,所以核電站就可建在最需要的工業區附近。核電站的基本建設投資一般是同等火電站的一倍半到兩倍,不過它的核燃料費用卻要比煤便宜得多,運行維修費用也比火電站少,如果掌握了核聚變反應技術,使用海水作燃料,則更是取之不盡,用之方便。其二是污染少。火電站不斷地向大氣里排放二氧化硫和氧化氮等有害物質,同時煤里的少量鈾、鈦和鐳等放射性物質,也會隨著煙塵飄落到火電站的周圍,污染環境。而核電站設定了層層屏障,基本上不排放污染環境的物質,就是放射性污染也比燒煤電站少得多。據統計,核電站正常運行的時候,一年給居民帶來的放射性影響,還不到一次X光透視所受的劑量。其三是安全性強。從第一座核電站建成以來,全世界投入運行的核電站達400多座,30多年來基本上是安全正常的。雖然有1979年美國三里島壓水堆核電站事故和1986年蘇聯車諾比石墨沸水堆核電站事故,但這兩次事故都是由於人為因素造成的。隨著壓水堆的進一步改進,核電站有可能會變得更加安全。

優點:

1.核能發電不像化石燃料發電那樣排放巨量的污染物質到大氣中,因此核能發電不會造成空氣污染。

2.核能發電不會產生加重地球溫室效應的二氧化碳。

3.核能發電所使用的鈾燃料,除了發電外,沒有其他的用途。

4.核燃料能量密度比起化石燃料高上幾百萬倍,故核能電廠所使用的燃料體積小,運輸與儲存都很方便,一座1000百萬瓦的核能電廠一年只需30公噸的鈾燃料,一航次的飛機就可以完成運送。

5.核能發電的成本中,燃料費用所占的比例較低,核能發電的成本較不易受到國際經濟情勢影響,故發電成本較其他發電方法為穩定。

缺點:

1.核能電廠會產生高低階放射性廢料,或者是使用過之核燃料,雖然所占體積不大,但因具有放射線,故必須慎重處理,且需面對相當大的政治困擾。

2.核能發電廠熱效率較低,因而比一般化石燃料電廠排放更多廢熱到環境裏,故核能電廠的熱污染較嚴重。

3.核能電廠投資成本太大,電力公司的財務風險較高。

4.核能電廠較不適宜做尖峰、離峰之隨載運轉。

5.興建核電廠較易引發政治歧見紛爭。

6.核電廠的反應器內有大量的放射性物質,如果在事故中釋放到外界環境,會對生態及民眾造成傷害。

核電站只需消耗很少的核燃料,就可以產生大量的電能,每千瓦時電能的成本比火電站要低20%以上。核電站還可以大大減少燃料的運輸量。例如,一座100萬千瓦的火電站每年耗煤三四百萬噸,而相同功率的核電站每年僅需鈾燃料三四十噸。核電的另一個優勢是乾淨、無污染,幾乎是零排放,對於發展迅速環境壓力較大的中國來說,再合適不過。

2008年1-11月,中國核力發電行業實現累計工業總產值22,877,173,000元,比上年同期增長了5.13%;實現累計產品銷售收入22,372,958,000元,比上年同期增長了12.15%;實現累計利潤總額10,548,918,000元,比上年同期增長了78.86%。

中國正在加大能源結構調整力度。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。

中國目前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座相當於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並正在執行,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,近期發展熱中子反應堆核電站;為了充分利用鈾資源,採用鈾鈽循環的技術路線,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。

相關文章
精选文章