海南核电发展的一些研究

海南核电发展的一些研究 一 核电介绍 核电站(nuclear power plant)是利用核分裂(Nuclear Fission) 或核融合(Nuclear Fusion)反应所释放的的能量产生电能的发电厂。目前商业运转中的核能发电厂都是利用核分裂反应而发电。核电站一般分为两部分:利用原子核裂变生产蒸汽的核岛(包括反应堆装置和一回路系统)和利用蒸汽发电的常规岛(包括汽轮发电机系统)，使用的燃料一般是放射性重金属:铀、钚。 发电原理 核电站是怎样发电的呢,简而 核电站发电原理 言之，它是以核反应堆来代替火电站的锅炉，以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量，来加热水使之变成蒸汽。使核能转变成热能。蒸汽通过管路进入汽轮机，推动汽轮发电机发电，使机械能转变成电能。一般说来，核电站的汽轮发电机及电器设备与普通火电站大同小异，其奥妙主要在于核反应堆。 核反应堆 核反应堆，又称为原子反应堆或反应堆，是装配了核燃料以实现大规模可 核反应堆工作原理图 控制裂变链式反应的装置。 原子由原子核与核外电子组成。原子核由质子与中子组成。当铀235的原子核受到外来中子轰击时，一个原子核会吸收一个中子分裂成两个质量较小的原子核，同时放出2—3个中子。这裂变产生的中子又去轰击另外的铀235原子核，引起新的裂变。如此持续进行就是裂变的链式反应。链式反应产生大量热能。用循环水(或其他物质)带走热量才能避免反应堆因过热烧毁。导出的热量可以使水变成水蒸气，推动气轮机发电。由此可知，核反应堆最基本的组成是裂变原子核，热载体。但是只有这两项是不能工作的。因为，高速中子会大量飞散，这就需要使中子减速增加与原子核碰撞的机会;核反应堆要依人的意愿决定工作状态，这就要有控制设施;铀及裂变产物都有强放射性，会对人造成伤害，因此必须有可靠的防护措施。综上所述，核反应堆的合理结构应该是:核燃料，慢化剂，热载体，控制设施，防护装置。 相关设备 综述 核反应堆 [1]核电站除了关键设备——核反应堆外，还有许多与之配合的重要设备。以压水堆核电站为例，它们是主泵，稳压器，蒸汽发生器，安全壳，汽轮发电机和危急冷却系统等。它们在核电站中有各自的特殊功能。 主泵 如果把反应堆中的冷却剂比做人体血液的话，那主泵则是心脏。它的功用是把冷却剂送进堆内，然后流过蒸汽发生器，以保证裂变反应产生的热量及时传递出来。 稳压器 又称压力平衡器，是用来控制反应堆系统压力变化的设备。 发电设备示意图 在正常运行时，起保持压力的作用;在发生事故时，提供超压保护。稳压器里设有加热器和喷淋系统，当反应堆里压力过高时，喷洒冷水降压;当堆内压力太低时，加热器自动通电加热使水蒸发以增加压力。 蒸汽发生器 它的作用是把通过反应堆的冷却剂的热量传给二次回路水，并使之变成蒸汽，再通入汽轮发电机的汽缸作功。 安全壳 用来控制和限制放射性物质从反应堆扩散出去，以保护公众免遭放射性物质的伤害。万一发生罕见的反应堆一回路水外逸的失水事故时，安全壳是防止裂变产物释放到周围的最后一道屏障。安全壳一般是内衬钢板的预应力混凝土厚壁容器。 汽轮机 核电站用的汽轮发电机在构造上与常规火电站用的大同小异，所不同的是由于蒸汽压力和温度都较低，所以同等功率机组的汽轮机体积比常规火电站的大。 危急冷却系统 为了应付核电站一回路主管道破裂的极端失水事故的发生，近代核电站都设有危急冷却系统。它是由注射系统和安全壳喷淋系统组成。一旦接到极端失水事故的信号后，安全注射系统向反应堆内注射高压含硼水，喷淋系统向安全壳喷水和化学药剂。便可缓解事故后果，限制事故蔓延。 工作特点 优点 1.核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染。 [2] 2.。 3.核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，没有其他的用途。 4.核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送。 5.核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响，故发电成本较其他发电方法为稳定。 缺点 1.核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使 福岛核电站 用过之核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线，故必须慎重处理，且需面对相当大的政治困扰。 2.核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境裏，故核能电厂的热污染较严重。 3.核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。 4.核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。 5.兴建核电厂较易引发政治歧见纷争。 6.核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成伤害。 二 海南为什么发展核电 随着我国装备制造技术的不断进步和人们对核电认识的不断深入(特别是近年来对环境保护和国家能源战略安全的高度重视(我国核电发展呈现出了良好势(将“适度发展核电”的政策调整为“积极发展核电”(并于2007年制定了到2020年实现核电装机40GW、在建规模达到18 GW及发电装机占全国总装机容量4,的宏伟目标?。海南省是我国唯一的省级经济特区(近年来经济发展不断加快。带动电力需求快速增长;同时。海南省又是我国第一个“生态示范省”(拥有优美的自然环境和丰富的旅游资源(对环境保护有着严格的要求。因此(有 方面对于关 在海南建设核电抱有相当兴趣(也已经开展一定深度的前期工作。 但海南电网规模较小(一直以来都面临着“大机小网”问的困扰:南方电网一海南电网第l回500kV交流联网线将于2009年投产(这将极大地改善海南电网安全稳定运行状况(释放大容量机组发电能力。但仅有l回联网线时(仍有可能出现海南电网孤网运行状态(联网线停运,检修)。而核电具有单机容量大(650 MW、1 OOO MW)、不参与系统调峰等特点:在某些方式下，若核电机组因故退出，系统可能无法承受冲击导致失稳;同时，在低谷负荷时段，由于海南侧机组最小技术出力的限制(可能出现相当的调峰盈余。因此，研究在海南建设核电的可行性。 需重点分析安全稳定运行和调峰2方面的问题。1海南省电源建设空间目前(海南电网仍是孤立运行的省级电网之一(已形成环岛220kV主网架结构，西部、北部为双回(东部、南部为单回:2007年末统调装机容量约2 300MW(其中煤电l 210MW)，最大负荷l 568MW。近年来，随着海南省“大项目进入(大企业带动。高科技支撑”战略的实施(国民经济快速发展，特别是工业比重的不断增加(拉动电力需求迅速增长(2003年以来的年均电力弹性系数超过1(5。根据海南省国民经济和产业结构规划(今后较长一段时间仍将保持较快增速。电力需求增 长仍将保持旺盛态势。用电需求的快速增长(将极大地拉动电源装机需求。根据电力电量平衡计算。“十二五”期间需新增装机约2400MW(“十三五”需新增装机3000MW左右。 2 海南省发电能源资源开发和引进状况 2(1 水利资源 海南岛河流水能资源可开发量约900 MW(截至2007年底已开发67,。预计到2010年开发度接近80,，而后续小水电的开发潜力较小且地点分散。 2(2煤炭资源 海南省煤炭资源贫乏(只有少量褐煤和油页岩资源(品质差(不足以满足发电用煤需要;但海南海岸线长(港口建设优势明显(有利于通过海运从外地调入煤炭:目前海南省燃煤电厂发电用煤全部依靠外区提供(今后新建煤电厂仍需考虑从区外引进电煤。 2(3石油、天然气资源 海南省所辖海域约200万km2，其海域(特别是南海海域)蕴藏着十分丰富的油气资源。目前已开发利用或探明的海域天然气约2 500亿m3(主要分布在崖城、东方l—l、乐东(15—1、22一1)等三大气田，年产量分别为34亿、26亿、20亿m3。但这些气源已基本分配完毕(没有新增气源用于燃气发电。海南正积极筹措引进液化天然气(LNG)项目，一期200万t,a(二期工程扩大到300万t,a。但由于此前国际原油价格持续走高(该项目气源迟迟无法落实(项目进展缓慢:从目前的资源洽谈情况来看，一期LNG乐观到岸时间也在2013年底或以后。到岸的LNG价格也可能较高。若按8(2美元,kJ的到岸价换算(到站门站价将达到2(9元,m3，折算发电成本高达600元,(MW(h)。目前，海南脱硫燃煤机组标杆上网电价436(8元,(MW?h)，燃气机组上网电价360元,(MW-h)。 2(4其他资源 海南地处热带，海岸线长，拥有丰富的风能、太阳能、生物质能、潮汐能及地热能等，但根据当前技术条件(这类资源用于发电时，容量较小、布点分散、单位容量投资较高且发电随机性高(不利于电网调度)(在相当长时期内难以对增加发电供应做出大量贡献。 3 环保要求对新建煤电电源的影响 海南地处热带。环境优美，旅游资源丰富(早在1999年就被国家环保总局批准为生态示范省(也是我国第1个生态示范省(全国各层面对海南省的环保事业都十分关注(虽然当前的新建燃煤电厂已经达到比较高的环保(除尘效率大99(8,、脱硫效率大于90,、脱硝效率大于60,)。但仍有一定的污染物排放:以2x350 MW超临界燃煤机组为例(每年排放粉尘约530t，S02约2500t，NO。约2 100t。因此，有关方面对于在海南新建煤电均持有相当审慎的态度。此外，根据海南省污染物排放控制指标(2010年S0，排放量不超过2(2万t,a(其中电力行业不超 过1(6万t,a);若以后仍按此水平控制。则煤电总体装机规模应控制在4000MW左右。很显然，仅仅依靠4000 MW煤电装机是不能满足海南省长远电力需求的。 4 海南建设核电的必要性 (1)满足海南电力负荷增长的需要。海南省“十二五”、“十三五”期间分别需新增电源装机2 400 MW和3 000 MW，而煤电、气电由于环保、资源、价格等因素。目前来看(其远景装机规模并不足以满足海南用电需求。建设一定规模的核电(可有效地满足海南负荷增长需求。 (2)适应海南能源资源实际情况(符合国家能源战略。根据海南能源资源状况(兴建一定规模的核电。有利于实现电源结构多样化(并可大大减少煤炭受入量。以2x650 MW核电机组为例，按年发电7000h(可减少发电原煤需要量约340万t。同时(根据国家“积极推进核电建设”的能源政策(我国规划到2020年实现40 GW的核电装机规模。海南是我国第二大岛屿(也是领土最南的省份(具有十分重要的战略地位。在自身能源不足以满足发电需求的情况下(兴建一定规模的核电机组也符合国家整体能源战略( (3)减少污染物排放(保护海南环境。核电运行基本不产生气体废弃物(水资源实现循环利用(对周边环境影响很小(有利于保护海南省优美的热带海岛环境。以2x650 MW核电机组为例(按年发电7 000 h，可减少烟尘、SO:、NO。排放量分别约为1 250t、5900t和5000t，减排效果十分明显。 三 海南核电站选在哪里 核电站的建设对厂址的要求非常高，涉及地质、地震、水文、环境等影响因素。所选的地址要能应对各种地质灾害，包括地震、台风、海啸等。从 1994年开始，中国核工业集团公司就开始在海南寻找合适的地址，挑选了6个地址作为资料储备。近年来中核集团与中国华能集团公司合作，从中进一步筛选，经过各种专题论证，最终选择了昌江县海尾镇。同时海南还有其他地方也适合建核电站。 四 海南核电站是否有安全隐患 关于核电站的危害核电站在运行时不能出半点差池。乌克兰的切尔诺贝利核电站的核泄漏事故，以及日本福岛核电站的事故就是最好不过的前车之鉴。问题是" 人有失手，马有乱蹄"，世界本身不稳定的特性决定了人必然是有失误的时候。我们可以通过诸多努力将这种情况的出现尽可能地减少或推迟，但是做到绝对杜绝人为失误是不可能的。混沌学说揭示了世界的复杂性和不确定性。根据混沌学说的基本原理，系统内充满了对某一事件未来结果具影响力的诸多不可预测和不可认知的因素。我们对所有安全措施的严守都只能是为我们提供一种近似的而非彻底的安全。核电站自身潜在的高危特性是不能允许:作人员有丝毫失误的，这与世界本身的不确定性是严重背离的，因此也就谕示着核电站隐含了不可避免的危险。 核物质高强度的放射性对人体和环境的毁灭性不用赘论了。核能从经济的角度上讲也并非完全可行。人们不了解的是，建一座核电站相对容易，拆除它却要花费数倍乃至十数倍于建造的费用。拆除核电站要将整座核电站用特殊的工具切割成一块一块的小砖头，然后一块一块地用特殊仪器检测，未发现含有过量核辐射的才可以运走。若发现其含有超量核辐射的则要按核废料处理。 提到核废料，极少有人知道它处理的难度，这也是造成公众对核电站抱无所谓态度的主要原因。核废料不同于废电池，统一收集密闭封存就可以高枕无忧了。核废料中不能被完全用尽的核物质仍具有极强的放射性，且具有残留时间长、毒性剧烈的特点。核废料即使贮存过百万年，其残留物质中的核辐射剂量仍能超过允许剂量的一千万倍以上，这是一般人难以想象和理解的。比起核电站的运转来，世界本身所具有的不稳定特性，必将给核废料的安全贮存带来难以预测、不可避免的破坏。基于此，许多原来率先建造核电站的国家正在考虑停建缓建核电站。国外一些专家也呼吁人类在对核能的使用上要慎之又慎。因为核技术不仅是用于军事上才会威胁到人类安全，核技术本身就是极度危险的。基于此，海南的核电发展要慎之又慎。 五 结语 海南核电站建设完后，将给海南的电力系统注入新鲜的血液，同时，核能的清洁性的发展迎合了海南国际旅游岛的发展要求，但是，核电的发展既是安全的也是十分危险的，我们要时刻警惕，以辩证的角度来看。