大学课件《核工业概论》讲稿（4）核电站

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1、核工业概论,李全伟 国防科技学院,目录,课程安排：16 /32学时-8/16周 第一讲 绪论（核工业基础知识） 第二讲 铀的生产与加工 第三讲 核反应堆 第四讲 核电站 第五讲 核燃料后处理 第六讲 核废物的处理 第七讲 核废物的处置 第八讲 辐射防护,第四讲 核电站,内容提要 4. 核电站（原子能工业第5、6章） 4.1核电发展的基本问题 4.2压水堆核电站 4.3其它类型核电站 4.4核电站的建设与运行,秦山核电站,秦山核电站二期,秦山三期重水堆核电站,大亚湾核电站,岭澳核电站,田湾核电站,田核2号机组控制室,第四讲 核电站 4.1核电发展的基本问题,世界核电厂的现状 2007年底全世界3

2、3个国家和地区的436座核电站在运行，总容量392.3GW，占世界电力总装机容量约11%。 全球正在建设中的核电反应堆43座38.8GW。 全球计划建设的核电反应堆53座。,美国亚利桑那州帕洛弗迪核电站,核电站前三位：美国104座，法国59座，日本55座,第四讲 核电站 4.1核电发展的基本问题,中国核电的发展 1971年第一艘核潜艇之后立即转入核电的研究和设计。由于经济力量和技术基础的不足，初期进展缓慢。 1973年决定兴建第一座300MW压水堆原型核电厂，至1985年才在秦山施工。 秦山核电厂是完全自主设计建造的，从头到尾走完了核电厂建设的全过程。,第四讲 核电站 4.1核电发展的基本问题

3、,到2007年底，我国已有11座核电机组投入运行，装机容量910万千瓦，占全国电力总装机容量的1.3；2007年核电发电量为628.62千瓦时，占全国总发电量的1.92。 发展中国家发展核电的主要困难是： 缺乏资金 技术不能自主 工业基础落后 建设管理落后，运行管理落后,中国大陆已投入运行的核电站,中国大陆正在建设的核电站,中国大陆计划建设的核电站,福清、阳江、方家山等采用二代加技术的核电项目前期工作紧锣密鼓。 田湾二期、荣成高温气冷堆示范电厂正在加紧筹备。 湖南桃花江、湖北大畈、江西彭泽三个内陆核电项目已经初步确定。 广西、海南、山东、安徽、河南、重庆、甘肃、吉林、河北等地积极争取。,中国大

4、陆的核电规划,2007年10月国务院发布国家核电发展专题规划（2005-2020年） 目标：到2020年，我国核电装机容量要达到在役4000万千瓦、在建1800万千瓦，共5800万千瓦的建设规模。 2008年6月国家能源局张国宝：调整到2020年在役6000万千瓦，增加50。,中国大陆的核电发展轨迹,第四讲 核电站 4.1核电发展的基本问题,影响核电发展的基本问题： 安全性 经济竞争力 环境污染 政治因素,第四讲 核电站 4.1核电发展的基本问题,核电站的安全性 核燃料在反应堆中裂变时，产生大量的放射性物质，因此，核电站是一个有很大潜在危险性的能源设施。 核电站安全设计必须处处设防，避免各种可

5、能事故发生。安全标准极高，是核电站投资成本高的重要原因。 压水堆核电站有4道安全屏障：二氧化铀陶瓷芯块、燃料组件包壳、整个堆芯密封在20cm厚的钢制压力容器内、有坚固的安全壳。,核电站反应堆压力容器的吊装,第四讲 核电站 4.1核电发展的基本问题,安全性：正常排放 排放到环境中的放射性必须严格遵守国家标准。 秦山和大亚湾排放到环境中的放射性惰性气体和放射性碘圴低于规定限值的10%。 反应堆主回水路中的挥发性和固态裂变产物及活化产物由净化系统的离子交换树脂收集，废树脂和过滤器芯子作为放射性固体废物长期贮存。 核电厂附近居民由于核电厂运行所接受的额外辐射剂量不超过大约0.02mSv/a，相当于国际

6、建议标准的2%。,身体各部位对辐射的吸收,在一定的范围内，人体对放射性损伤有自然抵抗和恢复能力。人体能够耐受一次0.25Sv的集中照射而不致遭到损伤。 但是国家为了保护工作人员和居民的身体健康，规定了特别严格的限值，即从事放射性工作的人员每年不超过50mSv，核设施周围居民不超过1mSv/a。 中核集团管理标准规定，核电站周围居民的照射不得超过0.25mSv/a。,大亚湾核电站周围环境,第四讲 核电站 4.1核电发展的基本问题,安全性：事故排放 反应堆潜在的危险在于强放射性物质的大量释放，引起严重的辐射伤害和环境污染。 容许轻水堆中存在有1%的破损燃料棒，放射性活度达到规定限值（一般约为101

7、2Bq/m3），便须停堆检查。,第四讲 核电站 4.1核电发展的基本问题,安全性：导致大量放射性物质排放的重大事故 设计标准，冗余性，多样性，实体分隔，内在安全特性，系统的运行参数须留有足够的安全裕度。 部件采用经过实践验证的成熟材料和设备。 设计-建造-运行-维修坚持严格的质量保证制度。 对运行工况和设备状态须有可靠的监督检查。 截至2000年底合计约1万堆年的运行历史中，发生了2起堆芯熔化事故，其中1起有放射性物质大量失控逸出。,美国宾夕法尼亚州三里岛核电站,第四讲 核电站 4.1核电发展的基本问题,美国三里岛事故概况 1979年3月28日，三里岛核电厂2号压水堆二回路设备故障，造成失水，

8、无法导出余热，2/3堆芯熔化，50气态裂变产物从燃料中释放出来进入安全壳，绝大部分碘和铯溶解于安全壳内的水中，氪和氙则存留在安全壳内的空气中。 由于人员误操作，造成一部分气态裂变产物经通风系统和烟囱排入大气，进入环境的133Xe约为(1-5)1017Bq(占堆内总量2-10)，131I为61011Bq(占堆内总量0.00003)。,美国三里岛事故示意图,第四讲 核电站 4.1核电发展的基本问题,美国三里岛事故后果 由于安全壳的良好屏障作用，事故后大气中131I放射性最大浓度为1.2Bq/m3，仅相当于安全标准的0.5。 附近居民受到的最大个人剂量不超过1mSv；有3名电厂职工略超过年规定限值5

9、0mSv辐射剂量，事故对公众未造成任何辐射伤害，对环境的影响微不足道。,切尔诺贝利核电站堆顶,第四讲 核电站 4.1核电发展的基本问题,切尔诺贝利核电站事故概况 1986年4月26日，切尔诺贝利核电站4号石墨沸水堆停堆进行电机性能试验，切断安全保护系统，将堆内大部分控制棒迅速拔出，剩下8根时，反应堆功率失控，被切断的安全保护系统无法动作。 瞬发超临界导致功率剧增，堆芯熔化，熔融的燃料碎粒与冷却剂剧烈化学反应引起蒸汽爆炸和氢气爆炸，石墨燃烧，主回路系统和反应堆厂房被破坏，大量放射性物质逸入大气，爆炸碎片飞落到厂房上面引起多处起火。放射性严重泄漏，大范围污染环境和人员伤亡。,切尔诺贝利核电站爆炸,

10、第四讲 核电站 4.1核电发展的基本问题,切尔诺贝利核电站事故范围 事故后10天内陆续进入环境的放射性总量达121018Bq，其中惰性气体(6-7)1018Bq(相当于100堆内总量)，131I为21018Bq(约占堆内总量60)，137Cs为91016Bq(约占堆内总量50)，134Cs为61016Bq(约占堆内总量20)。 由于大气扩散，整个北半球受到气载放射性不同程度的污染，在核电厂周围沉降最多的现属于白俄罗斯、乌克兰和俄罗斯的3万平方公里。,切尔诺贝利核电站事故示意图,第四讲 核电站 4.1核电发展的基本问题,切尔诺贝利核电站事故后果 现场消防人员和厂内职工有几十人受到可能致死剂量的照

11、射，31人在数周内急性死亡，包括非辐射原因致死的3人。有237人得急性放射病，其中有14人在10年内死亡。400万人受到低剂量辐射。 参加事故应急处理的清理人员20万人，平均每人接受辐射剂量约100mSv(少数达500mSv) ；从30km半径范围内撤离的居民13.5万人，平均每人接受辐射剂量10-20mSv，远高于公众的规定限值1mSva。,切尔诺贝利核电站事故应急现场,第四讲 核电站 4.1核电发展的基本问题,切尔诺贝利核电站事故原因 操作层面：操作人员玩忽职守，违反工艺规程，违规操作。如切断安全保护系统；将堆内大部分控制棒迅速拔出；关掉蒸气分离器的安全联锁系统等。 技术层面：有重大的设计

12、缺陷。如反应性正气泡系数、控制棒引入正反应性等。 决策层面：石墨水冷堆是在军用生产堆基础上发展起来的，安全性低，体积庞大，为节省造价，无安全壳，发生事故时无法挽救。,切尔诺贝利核电站的“石棺”,1991年在切尔诺贝利事故现场,1991年在普里皮亚季空城,切尔诺贝利核电站处置方案之一,不同能源系统安全性比较,从80年代以来，核电站经过不断改进，安全性能大大提高，已确保发生大的核事故的概率非常低。,第四讲 核电站 4.1核电发展的基本问题,核电厂的可靠性：保持其正常持续足额发电的能力 表示可靠性的指标有： 能量可用率：发电量损失 时间可用率：发电时间损失 负荷因子：发电功率损失 可靠性与安全性和经

13、济性密切相关，需作综合权衡。,各种能源储量和可用年数（按目前消耗水平）,第四讲 核电站 4.1核电发展的基本问题,核电站经济上的优劣势 优势 运行成本低。美国核电站运行成本平均低于2美分/千瓦时。一座100万千瓦核电站，每年只需补充30吨核燃料，燃料成本占发电成本20-30%。同功率煤电站每年需330万吨煤炭。燃料成本占发电成本6070%。 核电站寿命通常是40年，可延长至60年，高于火电站。 机组利用小时数高。 劣势 建设周期长。核电建设周期6070个月，火电2030多个月。 投资巨大。装机容量造价通常约为1500美元/千瓦（约合12000元/千瓦），火电5000元/千瓦，水电6000800

14、0元/千瓦、风电800010000元/千瓦。,国内在建核电站经济性比较,穗港地区核电与煤电的比较,核电站的经济性(1994-1998年)： 核电平均投资：1742美元/kW 煤电平均投资：899美元/kW 广核电平均上网电价：6.14美分/kWh 香港同期煤电上网价：6.40美分/kWh 广东平均火电上网价：0.40元/kWh,国内发电成本及上网电价比较,第四讲 核电站 4.1核电发展的基本问题,核电厂的经济性：外部代价 环境与健康损害代价：由于酸性气体排放造成的农产品歉收；由于污染物排放造成的居民额外医疗费用；长寿命放射性废物处置费用等。 估计核电厂建设费用60%与核安全、辐射防护和环境保护

15、有关，发电成本中用于环境保护占到25%40%。 核电是把环境损害代价内部化程度最高的一种能源。 多种因素使得中国的核电成本明显高于煤电成本。,第四讲 核电站 4.1核电发展的基本问题,核电的经济竞争力 很多国家核电份额超过20%（法、比、瑞、日、韩、德、西、英、乌等）。 核电投资成本高，约是煤电的1.5-2倍，资本回收成本比重大，但燃料成本低，仅30%左右。 中国实现核电国产化，将会大大降低投资成本。 由于环境压力，煤电投资将会增大（除硫、除氮装置），以及燃料上涨等。,第四讲 核电站 4.1核电发展的基本问题,核电厂的环境影响 放射性物质是核电厂向环境排放的主要有害物质，它受到严格的国家安全法

16、规的控制。 100万kW核电站每年约产生30t乏燃料和800t中低放废物，已经解决放射性废物处理和中低放废物处置技术。 长寿命、高放射性废物问题，由于废物体积很小（10m3），埋入地壳深处作长期（10万年）安全可靠的处置，在技术上和经济上是完全可行的。,第四讲 核电站 4.1核电发展的基本问题,核电站对改善环境起重要作用 一座1000MW的煤电站，一年要向大气排放77万吨的烟尘，6.1万吨CO2，1.3万吨氮氧化物，630公斤强致癌物质3-4苯并芘。核电站不排放温室气体和烟尘。 目前世界所有核电站每年固体废物仅7000m3，而一座1000MW煤电站每年排出炉渣40-50万吨，烟尘3000吨。煤渣及飘尘中含有铀、钍、镭和氡等天然放射性核素，所以火电厂排放到环境中的放射性，比核电厂大几倍到几十倍。,1000MW核电站与煤电站比较,第四讲 核电站 4.2压水堆核电站,核电站发展史 世界上第一座反应堆是1942年12月2日在美国芝加哥大学建成的，这座反应堆不是压水堆，压水堆是在克服这座堆的一些缺点的基础上产生出来的。 1954年，在