核能发电调研报告
一、研究背景
能源是国民经济的基础产业，是制约我国经济持续发展的重要环节。改革开放二十余年来我国能源工业已得到巨大的发展，为我国国民经济的发展做出重大贡献。但当前，我国的能源结构中以燃煤为主，致使大气污染严重，且由于大量煤炭运输导致交通运输紧张。同时，我国中长期的能源供需平衡中也存在着值得关注的缺口，特别是对于东南沿海经济发达、能源资源匮乏地区，这种缺口尤为突出。因此，优化能源结构已提到议事日程上。核电在优化能源结构、减少环境污染、缓解交通运输紧张、填补能源供需矛盾等方面都将发挥重要的作用。
从环保角度讲，核能无疑是应对地球温室效应的最佳手段。对比各种能源发电，核电基本实现了温室气体的零排放。据统计，每22吨铀发电所节约的CO2量相对于100万吨煤所产生的量。全球每年产生的CO2中38%来自于煤炭、43%来自于石油，一台100万千瓦的火电机组每年产生的CO2差不多有700万吨，照此测算，当前所运行的910万千瓦核电机组一年可节约6370万吨的CO2排放，另外，核燃料运输的绝对量较小，相比较煤炭的运输又大大节约了CO2的间接排放。
从技术和经济的角度看，风电和光伏发电由于其能量的存在形式，在电网接入上具有较高的技术瓶颈，而核电则具有容量大、运行小时数高、发电波动性小，经济成本低等诸多优点，能满足工业化大规模使用，可有效取代煤电，具备产业化发展的条件。
国内外核工业发展的实践说明，在和平时期，能够保持核科技竞争力和稳定核科技队伍的主要出路就是发展核电。核电作为战略产业的价值体现在这两个命题之中，它既关系着以国防为主导的传统安全，也关系着以经济为中心的非传统安全。因此，与信息、航空、船舶等产业一起，核电作为战略产业的地位，在高层决策中已经明确下来。大力发展“以我为主”的核电产业，绝不仅是满足能源 1
需求和追求经济效益等问题，它还是提高我国核科技竞争力，保障国家安全的战略需要，也是保持与核大国地位相适应的一支高科技核力量所在。
二、核能发电原理
核能发电通常有核聚变能发电和核裂变能发电，目前用于发电的核能主要是核裂变能。
（一）核聚变能发电
研究表明，核聚变反应中每个核子放出的能量比核裂变反应中每个核子放出的能量大约要高4倍，因此核聚变能是比核裂变更为巨大的一种能量。太阳能就是氢发生核聚变反应所产生的。核聚变反应也称为热核反应。
核聚变反应所用的燃料是氘和氚，既无毒性，又无放射性，不会产生环境污染和温室效应气体，是最具开发应用前景的清洁能源。
核聚变燃料氘在海水中大量存在，海水中大约每600个氢原子就有一个氘原子，因此地球上海水中氘的总量约为40万亿t 海水中所含的氘为30mg/L，这些氘完全聚变所释放的聚变能则相当于300L汽油燃烧的能量。从这个意义上说，如果实现了核聚变能的利用，则1L海水就相当于300L汽油。因此海水中提取氘几乎是取之不尽，用之不竭。而核聚变反应所需的另一种原料氚可以由锂制造，地球上锂的存储量约为两千多亿吨，足以满足人类开发利用核聚变能的需要。
此外，据资料介绍，月球上储有丰富的氦－3，氘与氦－3的核聚变反应所释放的能量比氘－氚核聚变反应释放的能量还要大，而且氘与氦－3的核聚变反应基本上不产生中子，因此可以大大减轻设备材料的辐射损伤，降低感生放射性的水平。人们探测月球开发月球的意义由此可见一斑。
然而，实现受控核聚变一直是困扰核聚变能利用的难题，为国内外研究机构所关注2006年11月，欧盟印度日本韩国美国俄罗斯和中国七方正式达成协议，选择在法国的卡达拉奇建造世界上第一个受控核聚变实验反应堆，预计用10年时间完成，如果成功，全世界未来的电力供应将不再受各种复杂条件的制约。
（二）核裂变能发电
核能发电的能量来自核反应堆中可裂变材料(核燃料)进行裂变反应所释放
的裂变能。裂变反应指铀-2
35、钚-2
39、铀-233等重元素在中子作用下分裂为两个碎片，同时放出中子和大量能量的过程。反应中，可裂变物的原子核吸收一个中子后发生裂变并放出两三个中子。若这些中子除去消耗，至少有一个中子能引起另一个原子核裂变，使裂变自持地进行，则这种反应称为链式裂变反应。实现链式反应是核能发电的前提。
核能→水和水蒸气的内能→发电机转子的机械能→电能。
利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。它与火力发电极其相似。只是以核反应堆及核能发电站蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉，以核裂变能代替矿物燃料的化学能。除沸水堆外（见轻水堆），其他类型的动力堆都是一回路的冷却剂通过堆心加热，在蒸汽发生器中将热量传给二回路或三回路的水，然后形成蒸汽推动汽轮发电机。沸水堆则是一回路的冷却剂通过堆心加热变成70个大气压左右的饱和蒸汽，经汽水分离并干燥后直接推动汽轮发电机。
核能发电利用铀燃料进行核分裂连锁反应所产生的热，将水加热成高温高压，利用产生的水蒸气推动蒸汽轮机并带动发电机。核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高很多（相差约百万倍），比较起来所以需要的燃料体积比火力电厂少相当多。核能发电所使用的的铀235纯度只约占3%－4%，其馀皆为无法产生核分裂的铀238。
核能发电原理图(压水堆）
三、研究发展现状
自20世纪50年代中期第一座商业核电站投产以来，核电发展已历经50年。根据国际原子能机构2005年10月发表的数据，全世界正在运行的核电机组共有
442台，其中：压水堆占60%，沸水堆占21%，重水堆占9%，石墨堆等其它堆型占10%。这些核电机组已累计运行超过1万堆•年。全世界核电总装机容量为3.69亿千瓦，分布在31个国家和地区；核电年发电量占世界发电总量的17%。
核电发电量超过20%的国家和地区共16个，其中包括美、法、德、日等发达国家。各国核电装机容量的多少，很大程度上反映了各国经济、工业和科技的综合实力和水平。核电与水电、火电一起构成世界能源的三大支柱，在世界能源结构中有着重要的地位。
（一）中国核电研究现状
1、核能研究阶段
在70年代末，我国已经有了核动力应用的想法，但是由于十年*的影响，1969年，原二机部各类学校有的停办，有的撤销，有的交给地方。研究所被精简缩编，名存实亡，研究工作虽然一直没有停顿，但“清查”、批斗使广大科技人员的积极性遭到极大的压抑，影响了工作的进行。一些基础科研项目基本停止，核电的科研工作未能展开。
2、核电技术起步阶段
这一阶段我国的核电技术开始起步，但是由于我国核电政策的徘徊不定，使得我国的核动力研究主要应用于核动力舰艇上，1971年9月，我国自己建造的第一艘核动力舰艇安全下水，试航成功，其后20年，我国核电仍为零。值得一提的是，我国在此期间进行了核电站的概念设计，但是进度缓慢，秦山核电站的设计即从此时开始，但后来停止了，如同整个世界核电的大潮流一样。
1984年我国第一座自己研究、设计和建造的核电站--秦山核电站破土动工，表明中国核电事业的开始。
3、黄金复苏阶段
中国核电从秦山核电开始，大亚湾核电为转折，历经十年，终于迎来了核电春天，各个项目如同雨后春笋，不断开工。
进入新世纪，国家对核电的发展做出新的战略调整。国务院已颁布了《核电中长期发展规划》，提出了到2020年核电装机容量达到4000万千瓦、在建1800万千瓦的目标，这个目标有可能更高。（据新华网2010年3月22日消息称：国 4
家能源局有关负责人于2010年3月22日说，目前我国正在对2020年核电中长期发展规划进行调整。根据目前的工作部署，到2020年我国核电装机目标保守看为7000万千瓦至8000万千瓦。）
中国核电厂分布图
（二）世界核电发展现状
世界核电发展历程大致可分为四个阶段：实验示范阶段(1954-1965年)、高速发展阶段(1966-1980年)、滞缓发展阶段(1981-2000年)、开始复苏阶段(21世纪以来)。
1、实验示范阶段(1954-1965年) 1954-1965年间世界共有38个机组投入运行，属于早期原型反应堆，即“第一代”核电站。
期间1954年苏联建成世界上第一座核电站—5MW实验性石墨沸水堆；1956年英国建成45MW原型天然铀石墨气冷堆核电站；1957年美国建成60MW原型压水堆核电站；1962年法国建成60MW天然铀石墨气冷堆；1962年加拿大建成25MW天然铀重水堆核电站。
2、高速发展阶段(1966-1980年) 1966-1980年间世界共有242个机组投入运行，属于“第二代”核电站。由于石油危机的影响以及被看好的核电经济性，核电得以高速发展。
期间美国成批建造了500-1100MW的压水堆、沸水堆，并出口其他国家；苏联建造了1000MW石墨堆和440MW、1000MW VVER型压水堆；日本、法国引进、消 5
化了美国的的压水堆、沸水堆技术；法国核电发电量增加了20.4倍，比例从3.7%增加到40%以上；日本核电发电量增加了21.8倍，比例从1.3%增加到20%。
3、滞缓发展阶段(1981-2000年) 1981-2000年间由于石油危机导致经济发展减缓电力需求下降，加上三哩岛和切尔诺贝利事故的影响，西方发达国家核电发展缓慢，原因有：担心核武器扩散；担心核电厂发生严重事故；担心高放射性废物污染环境，影响后代。 但是90年代，印度、韩国和中国等国仍继续大规模建造核电。
4、开始复苏阶段(21世纪以来) 21世纪以来世界核电发展开始复苏。主要原因有：世界能源紧张要求发展核电；全球减少CO2排放的要求为核电的发展提供机会；核电运行业绩的持续改善改变了对安全性的顾虑；世界各国积极的核电发展规划。
美国、欧洲、日本、加拿大开发的先进轻水堆核电站，即“第三代”核电站（ABWR、System80＋、AP600、AP1000、EPR、ACR）取得重大进展，有的已投入商运或即将立项。
全球核电站分布图
四、中国核能发展的趋势
核电站只需消耗很少的核燃料，就可以产生大量的电能，干净、无污染，对于发展迅速环境压力较大的中国来说，再合适不过。中国正在加大能源结构调整
力度。积极发展核电、风电、水电等清洁优质能源已刻不容缓。中国能源结构仍以煤炭为主体，清洁优质能源的比重偏低。
中国目前建成和在建的核电站总装机容量为870万千瓦，预计到2020年约为4000万千瓦。到2050年，根据不同部门的估算，中国核电装机容量可以分为高中低三种方案：高方案为3.6亿千瓦（约占中国电力总装机容量的30%），中方案为2.4亿千瓦（约占中国电力总装机容量的20%），低方案为1.2亿千瓦（约占中国电力总装机容量的10%）。
中国国家发展改革委员会正在制定中国核电发展民用工业规划，准备到2020年中国电力总装机容量预计为9亿千瓦时，核电的比重将占电力总容量的4%，即是中国核电在2020年时将为3600-4000万千瓦。
从核电发展总趋势来看，中国核电发展的技术路线和战略路线早已明确并正在执行，当前发展压水堆，中期发展快中子堆，远期发展聚变堆。具体地说就是，近期发展热中子反应堆核电站；为了充分利用铀资源，采用铀钚循环的技术路线，中期发展快中子增殖反应堆核电站；远期发展聚变堆核电站，从而基本上“永远”解决能源需求的矛盾。
五、发展核能存在的问题及缺点
1．需要为核裂变链式反应提供必要的条件，使之得以进行。
2．核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过之核燃料，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。
3．链式反应必须能由人通过一定装置进行控制。失去控制的裂变能不仅不能用于发电，还会酿成灾害（如切尔诺贝利核电站和福岛核电站等等） 。
4．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。
5．裂变反应产生的能量要能从反应堆中安全取出。
6．裂变反应中产生的中子和放射性物质对人体危害很大，必须设法避免它们对核电站工作人员和附近居民的伤害。
7．核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。
8．核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。 9．兴建核电厂较易引起政治歧见纷争。
10．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。目前，世界各地的研究人员正在开发宽度小于人的头发的微型装置，用于从生化传感器到医学植入体的各种用途。但这方面存在着一个障碍：目前还没人能拿出一种与这么小的微型机械装置相匹配的能源。
六、结论及展望
核裂变发电已在核电站中占了重要地位，并彰显出核电站的巨大优越性。随着科学技术的进步，核电规模会越来越大，技术也会更成熟，核聚变能发电虽然道路曲折，但前景光明，最具发展潜力。可以预见，核能终将可以替代传统的化石类能源，可满足人类长期对能源的需求，从而使我们有足够的时间去开发更为先进的能源，以保障社会经济的可持续发展。未来世界的能源结构将是先后以核裂变能核聚变能为主角，辅以太阳能风能海洋能地热能水能和氢能等多元并存的洁净能源新格局。
七、参考文献
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