核电站与核能利用

能源是与人类的生存、生活最息息相关的东西。世界上发生战争的原因,主要是能源的争夺。从古代的钻木取火到18世纪中叶的蒸汽机,再到近代物理学家发明的可以控制核能释放的装置——反应堆,人类为了新能源的开发和利用,进行了三次能源革命。

众所周知,煤炭、石油均为矿物能源,是古生物在地下历经数亿年沉积变迁而形成的,不可再生,其储量极为有限。按现在的能源消耗,世界上的石油、天然气和煤等生物化石能源将在几十年至200年内逐渐耗尽。另外,大量矿物能源的燃烧,是造成大气污染、酸雨和温室效应的罪魁祸首。

核能被誉为“新能源的巨人”,是一种清洁安全的能源。核能分两种:一种是重核(如铀核)裂变能,另一种是轻核(如氘核)聚变能。现行的核电站,采用的是重核裂变的原理。而轻核聚变能是一种潜力无穷、洁净高效的能源,将成为未来理想的“长寿”能源。

核电站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,使核能转变成热能来加热水产生蒸汽。利用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。

核电站与火电站发电过程相同,均是热能—机械能—电能的能量转换过程。不同之处主要是热源部分,火电站是通过化石燃料在锅炉设备中燃烧产生热量,而核电站则是通过核燃料链式裂变反应产生热量。核电站在运行过程中要产生巨大热量,所以核电站的选址必须靠近水源,最好是靠海,这也是大型核电站都建在海边的一个重要原因。

人类首次实现核能发电是在1951年。当年8月,美国原子能委员会在爱达荷州一座钠冷块中子增殖实验堆上进行了世界上第一次核能发电实验并获得成功。目前在运行的核电机组均为采用核裂变反应堆的机组。

国外核电站的发展历程大致可分为下列几个阶段。

1954—1960年为试验性及原型核电站阶段。1954年苏联第一个试验性核电站投入运行。1957年美国第一个原型核电站在希平港投入运行,电功率为90 MW。在此期间,只有美、英、法和苏联建成了10台核电机组,单机容量为5~210 MW。

1961—1968年为核电站实用阶段。有11个国家建成核电站,这些国家为美国、英国、法国、苏联、德国、日本、意大利、比利时、瑞士、瑞典和加拿大,单机最大容量为608 MW。

1969—1985年为核电站发展阶段。全球核电站总容量占发电机组总容量, 由1970年的1.5%增加到1985年的15%,最大单机容量为1 450 MW。

1995年后,全球面临矿能源大量使用后行将枯竭和全球变暖、环境恶化的双重压力,各国又出台了发展核电的政策和措施。新一代的核能系统将满足安全、经济、可持续发展、极少废物生成、燃料增殖风险低、防止核扩散等基本要求。

我国核电站的建设始于20世纪80年代中期。首台核电机的组装在秦山核电站进行,1985年开工,1994年商业运行,电功率为300 MW,为我国自行设计建造和运行的原型核电机组。使我国成为继美国、英国、法国、苏联、加拿大和瑞典后,全球第7个能自行设计建造核电机组的国家。截至2013年2月,我国大陆已建成并投入商业运行的核电站有7个,分别为浙江秦山核电站一期、二期、三期,广东大亚湾核电站和岭澳核电站一期、二期,江苏田湾核电站,共15台机组,还有28台机组处于建设中。