机械与动力工程前沿作业.docx

机械与动力工程前沿作业（一）
林雨辰 F1402005班 5140209117
一、 简述核能发电的基本原理
1. 链式裂变反应。用中子去轰击铀-235原子核时，可使铀原子核破裂成2个新的原子核，并放出2~3个新的中子，而新中子再去轰击周围的铀-235原子核，会产生新的裂变和新的中子。这样，铀-235原子核可在极短时间内发生链式裂变反应。
2. 质能可转化。爱因斯坦提出的相对论指出，质量和能量可以相互转化，质量消失，会产生能量。根据爱因斯坦的质量能量关系式，1个铀-235核受1个中子轰击，分裂成 2块碎片X1和X2，并放出2~3个中子（平均2.5个），释放出约200兆电子伏能量，极小的质量转化成了极大的能量。
3. 可用慢化剂减慢中子。铀-235裂变反应放出的中子速度可达到20000km/s，这样快速的中子很难打中小小的铀核实现裂变反应的，必须把它的速度减慢下来，动能减到小于1电子伏，成为慢中子（或热中子），才能有效打中铀核，发生新的裂变反应。现在人们已经找到了许多优良的慢化剂，如轻水（普通水）、重水、石墨、铍等。它们吸收中子或吸收中子很少，并且可以有效地使中子减速。
4. 用控制棒控制核裂变反应快慢。控制棒有很强的吸收中子的能力，它是用镉、硼、铪等材料做成的。提起控制棒，中子数增加，反应堆功率就上升；插入控制棒，中子数下降，反应堆功率就下降，甚至反应堆的裂变反应会停下来。
5. 核能的转化。原子核反应堆内产生的核能使堆芯发热温度升高，高温高压的冷却水在主循环泵驱动下，流进反应堆堆芯，将堆芯中的热量带至蒸汽发生器。蒸汽发生器再把热量传递给二回路循环系统中的给水，把给水加热成高压蒸汽，放热后的冷却水重新流回堆芯。这样不断地循环往复，构成一个密闭的循环回路。一回路循环系统一般有 2~4条并联的密闭环路，每条环路由1台主循环泵和1台蒸汽发生器与相应管道连接而成。为了确保安全，将整个一回路循环系统的主要设备集中安装在1座立式圆柱状球形顶盖密封建筑物（通常称为核电站安全壳）里。它是采用预应力混凝土内衬钢板的大型建筑结构，能承受一定压力，可以防止放射性物质穿透和向外扩散。 二回路循环系统由汽轮机、发电机、冷凝器（即凝汽器）、二回路循环泵等设备组成。二回路中蒸汽发生器的给水吸收了一回路传来的热量，变成高压蒸汽，然后推动汽轮机，带动发电机发电。作功后的废气在冷凝器内冷却而凝结成水，再由给水泵送入加热器加热后重新返回蒸汽发生器，再变成高压蒸汽推动汽轮发电机作功发电，这样构成了第二个密闭循环回路。二回路系统设备均安装在汽轮发电机组厂房内，一回路和二回路通过主蒸汽管道与蒸汽发生器连接。 核电站的二回路系统和普通火电站的动力回路相似，蒸汽发生器和一回路系统相当于火电站的锅炉。由于反应堆一回路系统往往带有一定剂量的放射性，因此，从反应堆出来的冷却剂一般不宜直接送入汽轮机，否则将会使常规机组操作维修复杂，所以核电站一般比火电站要多一套动力回路。
二、 与其他能源相比，核能主要有哪些特征（优缺点）
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. 核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。
3. 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。
4. 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。
5. 世界上有比较丰富的核资源，核燃料有铀、钍氘、锂、硼等等，世界上铀的储量约为417万吨。地球上可供开发的核燃料资源，可提供的能量是矿石燃料的十多万倍。
6.每一磅铀的成本，约为20美元，换算成1千瓦发电经费是0．001美元左右，这和传统发电成本比较，便宜许多。
缺点：1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。
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。
7. 核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。
三、 调研中国核电发展现状和发展前景
自从我国首座自主设计建造的秦山核电站于1991年12月15日实现首次并网发电以来，截至2014年5月，我国大陆已建成并运行19台核电机组和一座实验快堆，装机容量1704万千瓦，在建的核电机组29台，装机容量3188万千瓦。
近年来，核电发展也出现了一些新的局面，尤其是福岛事故后，对于核电安全要求的升级，中国核电的发展围绕三代和四代技术，以及走出去的战略出现了一些核能发展的新局面。第三代核能技术主要有引进西屋公司的AP1000，以及中国两大核电企业中国广核集团和中国核工业集团联合开展的华龙一号的研究;第四代核能技术国际论坛是为满足全球未来能源需求而建立的国际合作框架，其主要任务是就六个国际公认最有潜力的第四代核电站堆型——钠冷快堆、铅冷快堆、气冷快堆、超临界水冷堆、超高温气冷堆和熔盐堆开展合作研究。目前，我国已加入了超高温气冷堆、超临界水冷堆和钠冷快堆3个合作研究领域。
我国从上世纪80年代开始建造核电厂。中国的核电发展经历了2个阶段。第一阶段，从1985年建造秦山核电厂开始到1994年大亚湾核电站2台机组发电，花了10年时间建成了2个核电厂，3台机组，总装机容量为210万kW。第二阶段，从1996年建造秦山二期开始，陆续建设了秦山三期、岭澳一期及田湾等核电厂。第二阶段共建设4个核电厂，8台核电机组，总装机容量为700万kW。到2004年，已有6台机组、500万kW装机容量投入运行。江苏田湾核电站的2台机组正在建造中，全部投产后中国核电机组的装机容量将达到913万kW，占全国电力装机总量的2%左右。 2004年中国大陆核电的发电量505亿kW/h，上网电量470多亿kW/h。但在广东、浙江两省，核电上网电量已占当地总发电量的13%以上，核电成为当地电力结构的重要支柱。 已经投入运行的9台核电机组安全情况良好，没有发生2级或2级以上的运行事件，核电厂放射性排出流的排放量远低于国家规定的限值。环境监测结果表明，核电厂周围地区的放射性水平一直保持在环境本底水平，核电厂的运行没有给当地环境带来不利影响。
纵观中国核电的发展，可见中国核电建设取得了显著的成就，但是，同发展核电的先进国家相比，我们还有很大的差距。中国核电机组（包括运行的和在建的）的装机容量不仅比美国、法国低得多，而且比我们周边国家（日本、韩国、俄罗斯）少，只相当于它们的1/2～1/5。为了适应中国社会、经济发展的需要，中国政府已经决定要积极推进核电的发展。 根据新兴能源产业发展规划，未来十年我国将加大核电产业投入，大力发展核电，使核电装机容量达到7500万千瓦。在新兴能源产业发展中，核电或有可能成为新兴能源发展中的领跑者。
我国核电产业正面临着前所未有的发展机遇，并且按照核电站建设周期，在未来五年内，我国核电产业的相关建设和投资将迎来一轮高潮。当然，如此密集的核电投资、高强度的建设力度，也给我国核电产业的发展以巨大挑战。 首先是我国核电产业发展的技术选择路径，尚存在不同的声音。无论是在核电科研领域还是在核电建设业主层面，我国核电建设的技术路线尚未统一。如今世界核电技术已经发展到第三代正朝第四代发展，来自美国西屋公司的第三代核电AP1000将在中国得到首次应用。然而我国自主研发的“二代改技术”也日渐成熟，中核集团的自主技术CP1000日前也通过了核电专家的评审，并且我国已经具备了设计建造第二代改进型百万千瓦级压水堆核电站的能力。因此，在我国核电产业发展进程中，是选择从国外引进核电技术还是发展自主核电技术，抑或是在发展核电的同时如何处理好自主发展与引进消化、创新之间的关系，都事关我国核电产业的可持续发展。 其次，核电产业的发展必然要有充足的铀资源作为保障，但是我国的铀资源勘探工作相对比较滞后，铀资源“家底”尚未摸清。从我国正在实施的第二轮全国铀资源潜力预测评价工作来看，我国铀资源可能达到百万吨，储量比较丰富。但是目前的实际情况是探明量有限，勘探工作亟待加强。根据中广核的发展规划，到2020年，中广核每年的铀需求量将增长5倍，从目前的2000吨增加至10000吨。有数据显示，目前我国每年的天然铀产量在840吨左右。因此，为了满足我国核电产业发展的需要，我国不仅要加强铀资源的勘探工作，还应积极从国际市场上寻求铀资源，早做储备。 再次，在我国大规模发展核电产业的过程中，核废料的处理也受到社会公众的普遍关注。根据核废料的放射性水平高低，可将核废料分为高、中、低三类。现有技术水平已经能够对中、低放核废物实现规模化处理，但是对于高放核废物的最终处理，尚有一些问题需要解决。如何确保核废料的安全，是我国核电产业发展中不容回避的问题。 虽然我国发展核电事业面临着很多挑战，但在短短二十多年的时间里，能够取得如此令人瞩目的成绩，也实属不易。近年来，我国核电点发展经历了一系列重大变革： 1 2007年发布的《核电中长期发展规划(2005-2020年)》中，首次将“适度发展核电”修改为“积极发展核电”； 2 “大型先进压水堆和高温气冷堆核电站重大专项研发”成为国家十六个重大科技专项之一； 3 战略布局上，由建设沿海核电站向内陆和沿海并举； 4 2008年，全国人大通过的《国务院机构改革方案》决定：将核电行业管理纳入新成立的国家能源局。 在一系列变革的推动下，一个崭新的中国核电发展格局正式确立。在项目建设、自主引进消化吸收、国家重大科技专项以及核电标准化体系建设等方面，我国均稳步推进。在核电发展技术路线上，已经明确：国产化为主，两代技术并进，在掌握三代技术之前，建造一批二代改进型核电站，与此同时引进消化三代技术，2015年左右推广，2020年大量建造。在这一发展路线的指引下，核电建设正如火如荼地展开： 1 一批新的核电机组正在开工建设，百万千瓦级核电机组设 计与设备制造自主化工作全面展开，第三代核电自主化依托项目招标工作完成； 2 首个三代核电自主化依托项目已经在浙江三门开工建设： 先进压水堆和高温气冷堆核电站列入国家重大科技专项，总体实施方案通过国务院审查，专项具备正式启动实施条件，第一座20万千瓦高温气冷堆商用示范电站前期工作已经开始；3 正在建立与完善同国际水平接轨的我国的核电标准体系，成立了我国核电建设协调机构。更大规模的核电建设计划正在酝酿中。目前，能源局正计划对《核电中长期发展规划》的内容进行调整，建议将2020年我国核电运行装机容量从4000万千瓦调整为7000万千瓦，在建从1800万千瓦调整到3000万千瓦；国务院也将建设核电作为拉动内需的措施之一，预计未来三年内中国将开建8个核电站，16台核电机组，装机容量在1000万千瓦以上。这意味着未来三年核电建设总量将超过过去23年的总和。可以预计，未来我国核电必将迎来一个更加广阔的发展前景。在政策以及技术利好的不断刺激下，核电重启就显得顺理成章。就在近日，中国核电重启迈出实质性步伐。据环保部网站公告，国家核安全局决定颁发秦山第二核电厂3、4号机组运行许可证，核电项目建设的重启，将使核电产业链迎来发展机遇。
未来核电市场规模还会不断增长，根据《核电中长期发展规划》提及，到2020年，核电装机容量将达到8800万千瓦，仅次于美国，位列世界第二。与此同时，国内核电市场仍旧在不断扩大。近日，能源局局长吴新雄公开表示，支持长三角区域新能源和可再生能源发展。在核电示范工程成功的基础上，积极支持长三角区域发展核电。在国内核电项目重启的同时，核电也在谋求海外发展。国际原子能机构预计，未来10年，除中国外全球约有60~70台100万千瓦级核电机组建设，海外核电市场空间将达1万亿元。按照业内分析人士的分析，从目前看，2014年和2015年为已开工核电项目投入商业运营以及新开工项目数量的第一高峰期，“十三五”内陆核电若能放开，将打开成长空间且迎来第二高峰。