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世界核电技术发展趋势

发布者：武汉华胜公司发布时间：2008/05/30 阅读：3731次【字体：大中小】

电站的开发与建设开始于上世纪50年代。1954年，前苏联建成电功率为五千千瓦的实验性核电站；1957年，美国建成电功率为九万千瓦的希平港原型核电站；这些成就证明了利用核能发电的技术可行性。国际上把上述实验性和原型核电机组称为第一代核电机组。

上世纪60年代后期，在试验性和原型核电机组基础上，陆续建成电功率在30万千瓦以上的压水堆、沸水堆、重水堆等核电机组，它们在进一步证明核能发电技术可行性的同时，使核电的经济性也得以证明：可与火电、水电相竞争。上世纪70年代，因石油涨价引发的能源危机促进了核电的发展，目前世界上商业运行的四百多座核电机组绝大部分是在这段时期建成的，称为第二代核电机组。

1979年以前，人们普遍认为核电是安全清洁的能源。1979年和1986年分别发生在三里岛和切尔诺贝利核电站的严重事故的负面影响，使核电发展进入低潮，社会公众增大了对核电安全性的顾虑，电业投资者也放慢了投资步伐。但中国、法国、日本和韩国等国家发展核电的方针仍然没有改变，认为核电站的安全性是能够改进、提高的。上世纪80年代，虽然美国撤销了不少拟建的核电项目，但没有放弃发展核电事业的可行性研究。美国能源部和电力研究院的研究结果认为：以已有的核电经验和技术水平为基础，美国能够设计出新一代核电机组，其安全性能为社会公众和电力投资者所认可，其经济性具备参与市场竞争的能力。进而美国电力研究院于1990年代出台了"先进轻水堆用户要求"文件，即URD文件，用一系列定量指标来规范核电站的安全性和经济性。欧洲出台的"欧洲用户对轻水堆核电站的要求"，即EUR文件，也表达了与URD文件相同或相似的看法。国际原子能机构也对其推荐的核安全法规（NUSS系列）进行了修订补充，进一步明确了防范与缓解严重事故、提高安全可靠性和改善人因工程等方面的要求。

切尔诺贝利事故已经过去20多年，期间世界400多座核电机组又积累了8000多堆年的运行经验，且无重大事故发生。这说明核电站改进措施已见成效，核电安全性和经济性都有所提高。但公众和用户对发展核电事业仍有些许疑虑，因而必须着力解决以下问题：

进一步降低堆芯熔化和放射性向环境释放的风险，使发生严重事故的概率减小到极至，以消除社会公众的顾虑；

进一步减少核废料（特别是强放射性和长寿命核废料）的产量，寻求更佳的核废料处理方案，减少对人员和环境的剂量影响；

降低核电站每单位千瓦的造价和缩短建设周期，提高机组热效率和可利用率，提高寿期，以进一步改善其经济性。

第三代核电机组的发展目标

第三代核电机组的设计原则，是在采用第二代核电机组已积累的技术储备和运行经验的基础上，针对其不足之处，进一步采用经过开发验证是可行的新技术，以显著改善其安全性和经济性，满足URD文件或EUR文件和IAEA法规第二版的要求；同时，应能在2010年前进行商用核电站的建造。

在美国，为了实现第三代核电机组能在2010年前建造，在能源部的倡仪下，组建了一个审评各种新型号的核电机组能否在2010年前实施建造的工作小组，称为"近期项目实施组"，广泛收集了电站用户和反应堆设计制造厂家等对已经出笼的反应堆新型号的意见，包括对其设计完成的深度，获得核安全当局批准的能力，与现有基础设施的匹配性、安全性和经济性指标的可信程度等方面的意见。根据意见反馈结果，NTDG组提出了对8个型号的堆型在2010年前能否实施建造的结论性看法，分为：能（can），大概能（probably can），有可能（possibly can）和不能（can not ）四个等级。

现在，美国工业界和电站业主（用户）在能源部的支持下，正在选定第三代的商用系列发展堆型。

这里认为在2010年前尚不能实施建造的IRIS堆型，即"国际创新保安反应堆"，是由美国、英国、日本、意大利等的工业界，研究院所和高等院校共同推出的一种模块式一体化压水反应堆，特点是将反应堆堆芯和蒸汽发生器、主泵等一并放置于一个压力容器内，这些设备之间没有管道联接，从而消灭了传统压水堆由于主管道破裂而发生"失水事故"的可能，再加上它设有高度非能动热输出能力的安全系统，又有能耐严重事故下压力值的压力容器和球形安全壳，因而使大量放射性释放环境几乎不可能，可能不需厂外应急。堆芯核燃料一次装料可连续运行4年乃至8年而不需换料，这就有利于防止核扩散，且高放射性废物量也大大减少。这些实际上已在相当程度上符合第四代核电机组的要求，故有的专家认为，IRIS堆可以说是属于第四代的，或是介于第三代与第四代之间的。

整个核蒸汽供应系统均在一个压力容器内，可以在设备制造厂内把它作为一个模块制造完成后运往工地安装，以缩短工期。但由于压力容器不能过大，每个模块的功率也受限不能大，一般电功率只300MW左右，经济性如何，还是问题。这种创新型的反应堆必有一系列的技术难关需要解决，故有必要建原型堆考验后，才能商用建造。

第四代核能系统的研究开发

近年来，世界各国提出了许多新概念的反应堆设计和燃料循环方案。2000年1月，在美国能源部的倡议下，十个有意发展核能利用的国家派专家联合组成了"第四代国际核能论坛"（GIF）。第四代核能系统开发的目标是要在2030年左右创新地开发出新一代核能系统，使其在安全性、经济性、可持续发展性、防核扩散、防恐怖袭击等方面都有显著的先进性和竞争能力；它不仅要考虑用于发电或制氢等的核反应堆装置，还应把核燃料循环也包括在内，组成完整的核能利用系统。

GIF主要是由各国政府部门支持的科研院所、高等院校和工业界的专家所组成，自2000年至2002年三年中，先后有100多名专家开过八次研讨会，提出了第四代核能系统的具体技术目标，主要是：
1、核电机组比投资不大于1000美元/KW，发电成本不大于3美分/KWh，建设周期不超过三年；2、非常低的堆芯熔化概率和燃料破损率，人为错误不会导致严重事故，不需要厂外应急措施；
3、尽可能减少核从业人员的职业剂量，尽可能减少核废物产生量，对核废物要有一个完整的处理和处置方案，其安全性要能为公众所接受；
4、核电站本身要有很强的防核扩散能力，核电和核燃料技术难于被恐怖主义组织所利用，这些措施要能用科学方法进行评估；
5、要有全寿期和全环节的管理系统；
6、要有国际合作的开发机制。

参加GIF的十个国家的专家对上述六种核能利用系统的研究开发工作大纲和分工合作进行了研究协调，提出了初步的工作"路线图"，认为，从现在的概念设想转变成商业实施（产业化），需要经过四个步骤的工作：

第一步：可存在性（生命力，Viability）研究。证明原则可行。
第二步：性能研究。工程规模的研究开发和优化，使其性能达到期望的水平。
第三步：系统示范。建造中等或较大规模的示范系统以验证设计。
第四步：商用实施。

目前，GIF的十个国家的参加单位只对第一步和第二步做了初步安排和分工，尚未安排第三步和第四步。目前尚不能确定究竟哪一种堆型系统能成功，但按照GIF对第四代的展望计划，将在2020年前后选定一种或几种堆型，2025年前后建成创新的原型机组系统示范，如果在原型机组上能成功地显示这种创新技术在安全性和经济性上的优越性，确实能与其他能源的发电机组竞争，那么大约从2030年起就可广泛地采用第四代核电机组系统，而在那时，现在正在运行的第二代核电机组均将达到60年寿期（批准延寿后）的退役年限，可以用第四代机组去取代。

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