能源吉尼斯丨核能发电之最

【无所不能 文丨庞名立】核电站是将原子核裂变释放的核能转变为电能的系统和设备的总称。核燃料裂变过程中释放出来的能量,经反应堆内循环的冷却剂把能量带出并传输到锅炉产生蒸汽,用来驱动涡轮机并带动发电机发电...


【无所不能 文丨庞名立】核电站是将原子核裂变释放的核能转变为电能的系统和设备的总称。核燃料裂变过程中释放出来的能量,经反应堆内循环的冷却剂把能量带出并传输到锅炉产生蒸汽,用来驱动涡轮机并带动发电机发电。


布鲁斯核电站

核电站是一种高能量、低耗料的发电站,此外,核燃料在反应堆内燃烧的过程中,同时还能产生出新的核燃料。核电站的基建投资高,但燃料费用较低,发电成本也较低,污染小。


目前核能发电已经进入第三代,发展到2030年将进入第四代操作系统,提供更加安全、可靠、经济的持续发展。


核反应堆的进程


核能发电


▲ 美国是占全球核能消费最多的国家,2016年消费191.8Mtoe(百万吨油当量),占全球核能消费总量的32.4%。


▲ 2016年全球核能消费在一次能源消费中的比例为4.5%,法国是核能消费占该国一次能源消费份额最多的国家,达38.7%,为世界最高。


▲ 美国是核能发电量最多的国家,2016年达805.3TWh,占本国发电量的19.7%,占全球总量的32.3%。


▲ 核能发电量增幅最快的国家是中国,居世界第三,次于美国和法国。2014年核能发电量为123.8TWh,占电力生产份额的2.4%,2016年增幅到210.5 TWh,占电力生产份额的3.6%。两年增加了70%。


▲ 2016年全球核能发电占电力生产结构的份额为10.6%,其中法国最高,达72.3%;中国仅为3.6%。





铀资源


▲2015年全球铀可采资源量(RecoverableResources)为5718 400吨,最多的国家是澳大利亚,拥有1 664 100吨,占全球总量的29%。中国只有272 500吨,占全球总量的5%;美国是贫铀的国家,仅占全球总量的1%,低于蒙古。



铀矿


▲ 全球铀生产占主导地位是原地溶浸取铀法(In situ leach,ISL),已经从2014年的42%上升到48%。


▲ 原地溶浸取铀法((ISL)几乎只在铀储量大国——哈萨克斯坦应用,7个矿区占全球份额的22%。


▲ 铀生产第二大国——加拿大几乎都用地下开采法提取铀。


▲ 麦克阿瑟河铀矿(McArthur River Uranium Mine)雄居世界上最大的高品位铀沉积,位于加拿大北部萨斯喀彻温省,1988年发现。2000年11月投产。2009年底估算,铀矿可采和概算储量为778500公吨,平均品位19.53% U3O8。年产铀矿石212285吨(稀释吨位),铀产品8491吨。采取地下开采法。2016年产6945吨铀,占全球总量的11%。




铀产量


▲ 哈萨克斯坦的铀产量雄霸全球。2016年产量高达24575吨,占全球总量的40%;其次为加拿大14039吨和澳大利亚6315吨,这三个国家占全球总量62366吨的72%。

▲ 雄居世界上最大的铀生产公司是哈萨克斯坦国家核能工业公司(KazAtomProm),2016年产量为12686吨,占全球总产量62366吨的21%。


▲ 加拿大矿业能源公司(Cameco)是世界上第二大的铀生产商,2016年生产铀10438吨,占全球总产量62366吨的17%。




核反应堆


▲ 世界上核反应堆以压水反应堆(PWR)占主导地位。根据国际原子能机构(IAEA)2015年版《NuclearPower Reactors in the World》报道,压水反应堆(PWR)有277座,占全球总量的63.2%,并且装机容量为257.2 GWe,占总装机容量的68.3%。压水反应堆属于第二代核反应堆。

▲ 2018年全球有448座反应堆(Nuclear Reactor)在运行,其中美国有99座在运行中最多,占全球总量的22%,在建反应堆只有2座。


▲ 当世界各国在发展核能发电之际,德国却是弃核国家。2018年只有7座核反应堆在运行,装机容量为9444MWe,但没有在建和拟建的计划。


▲ 中国是世界上发展核反应堆最快的国家。2018年中国核反应堆有38座,占全球总数的38/448=8.5%,但在建反应堆占全球总数20/57=35%,拟建反应堆占全球总数39/158=24.7%,提议反应堆占全球总数143/351=40.7%。


▲ 尽管美国缺乏铀资源但对铀的需求量最大,2017年需求18996吨,占全球总量65014吨的29%。


▲ 世界上最大的核电站是处于停工状态的柏崎刈羽核电站(Kashiwazaki-Kariwa Nuclear Power Station),位于日本新潟县柏崎,属东京电力公司(TEPCO)。现有7台机组,总装机容量8212MW。1984~1989年建成5台1100MW沸水堆机组;1990~1992年建成2台先进的1356MW沸水堆机组。


▲ 世界上实际运行的最大的核电站——布鲁斯核电站BruceNuclear Generating Station),位于加拿大安大略省布鲁斯郡,占地932公顷,从业人员3800名。反应堆为CANDU型重水堆,装机容量6384 MW,年发电量47630GWh。


▲ 截至2017年5月,中华人民共和国有37个核反应堆,装机容量33.4 GW以及在建的20座核反应堆,其装机容量为20.1GW。中国装机容量世界排名第四,核能发电居世界第三。


▲ 中国核反应堆技术进展很快,尽管中国鼓励进行国际合作和技术转让,但以自力更生进行核反应堆的自行设计和制造。先进的压水反应堆 AP1000和Hualong-1是近期主流技术,并计划出口Hualong-1技术。到本世纪中叶,快中子反应堆被认为是主要技术,计划2100年装机容量达1400GW。


▲ 中国现行运行以CPR-1000反应堆有24座居多。CPR-1000即中国改进压水堆,它基于法国90年代三冷却回路的设计的900 MWe的第二代反应堆改进的。由中广核集团(ChinaGeneral Nuclear Power Group,CGN)研制和经营。


▲ 俄罗斯开发了世界上第一座浮式核电站(Floating nuclear power plant)——“罗蒙诺索夫号(Akademik Lomonosov)”,用于给俄罗斯北部偏远地区供电,将于2019年投入运行。浮动核电站建在一艘长140米、宽30米的驳船上,装载2座35MW的KLT-40S反应堆。能为20万人口的城市提供足够的电力,其运行寿期为38年,包括3个为期12年的运行周期,每个周期中间平均停产8个月。


核发电公司


▲ 世界上最大的核发电公司——法国电力公司集团(Électricité de France S.A.),在法国有20座核电站,管理和运行58个核反应堆,其中有34座900MWe反应堆、20座1300 MWe反应堆和4座MWe反应堆,供应法国约75%的电力。


▲ 世界上核燃料循环的先进公司——奥兰诺公司(Orano),跨国集团公司,2018年1月23日由阿海珐(Areva)更名。1945年成立,雇员15000名。研究从铀矿开采到乏燃料处理以及重新使用经后处理提取的核燃料的整个核燃料循环过程,业务涉及210个核反应堆,其发电能力占有世界核电能的一半以上。


▲ 日本最大的核燃料公司——日本核燃料公司(Japan Nuclear Fuel Ltd. ,JNFL),位于青森県六所村,从事核燃料生产、加工、储存以及处理核废料,并建立日本核燃料循环的任务,雇员2040名。


▲ 中国核发电有两个核电公司运行:⑴中国核工业集团公司(ChinaNational Nuclear Corporation,CNNC),主要在东北部;⑵中国广核集团(ChinaGeneral Nuclear Power Group,CGN),前身为中国广东核电集团,主要在东南部运行。中国逐步迈向核发电大国,2018年反应堆装机容量居世界之四,核发电居世界之三。


协会和出版物


▲ 核能的国际组织是国际原子能机构(International Atomic Energy Agency,IAEA),它是世界各国政府在原子能领域进行科学技术合作的机构。1957年7月29日成立,总部设在奥地利维也纳。在2005年10月6日因“防止核能被用于军事目的并确保最安全的和平利用核能而共享这一荣誉”共同获得诺贝尔和平奖


▲ 世界上最大的核能协会组织——世界核能协会(World Nuclear Association,WNA),成立于2001年,现有会员约120个,分别来自33个国家,总部设在伦敦。其宗旨是促进会员国和平利用核能发电,作为可持续发展的项目。其业务范围涉及核能发电核燃料循环的所有环节,包括采矿、转化、浓缩、燃料制造、设备制造以及乏燃料运输和安全处置等。


▲ 世界上最大的铀矿协会是澳大利亚铀协会(Australian Uranium Association,AUA)澳大利亚是富产铀的国家,该协会聚集了铀生产的有关人员,其宗旨是降低生产成本,以满足世界核能发电的需要。2006年成立,设在墨尔本。


▲ 世界上定期出版的核反应堆安全研究报告是美国“反应堆安全研究”研究报告“Reactor Safety Study: An Assessment of Accident Risks in U.S. CommercialNuclear Power plants”的编号。即“罗斯苗逊报告(Rasmussen Reports)”,编号为WASH-1400。


▲ 世界上主要的铀信息刊物——铀信息周刊《Uranium Intelligence Weekly》。由能源信息集团出版,报道世界各国铀资源的开发利用、生产动态及价格数据等。


核事故


▲ 最严重的核电厂事故也是国际核事件分级表中首次第七级事件是切尔诺贝利核事故(Chernobyl Disaster)是1986年4月26日发生在苏联乌克兰核能电厂的核反应炉事故。因为功率的剧增导致反应炉被破坏,使得严重的放射性物质被释放到环境中。在最初发生的蒸气爆炸导致了两人死亡,而事故中绝大部分受害者的死因都归咎于放射线


▲ 核电站受地震影响最大的国家是日本。


⑴ 柏崎刈羽核电站在2007年新潟县中越冲地震发生后,三号机的变压器发生火警,导致厂内所有机组一度全面停止运转。在地震之后,该工厂完全关闭了21个月。在抗震升级之后,于2009年5月9日被重新依次启动。


2011年发生东日本大震灾后,因应日本政府的政策,柏崎刈羽核电站所有的发电机组现以定期检修的名义停止运作,和安全改进正在被实施。截至2015年5月,没有机组被重新启动,并且没有机组被有望早于2015年底被重启。最早的重新启动日期是2019年4月。


⑵ 福岛第一核电站(Fukushima Daiichi Nuclear Power Station)在2011年日本东北地方太平洋近海地震中严重受损,核电站1号至4号机组出现堆芯熔毁并引发爆炸事故( FukushimaDaiichi nuclear disaster),该事故最终由日本经济产业省核安全保安院依据国际核事件分级表划分为最高级7级事故,与1986年发生的切尔诺贝利核事故为同级事故 。



【庞名立,曾在中国计量科学院(北京)和中石油(四川)工作 著有多本石油和天然气书籍】本文仅代表作者观点,期待和读者共同交流


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