2020年:核能之最

發布時間: 2020-03-19 08:40:45   來源:中國電力網  作者:龐名立

  歷 史

  △ 鈾由德國化學家克拉普羅特從瀝青鈾礦中分離出,就用1781年新發現的一個行星——天王星命名它為uranium,元素符號定為U。

  △ 歐洲發現第一個鈾礦是在捷克埃爾茨山地區的約阿希姆斯塔爾。該礦曾作為鉛、銀和其他金屬的

  資源被開發。開采后的礦石殘渣中含有瀝青鈾礦。1898年居里夫妻從礦石殘渣中第一次分離出鐳。從1906年起該礦就進行了鐳的生產。

  △ 第一個成功的核裂變實驗裝置在1938年的柏林被德國科學家奧托·哈恩(Otto Hahn,1879—1968)、莉澤·邁特納(Lise Meitner,1878-1968年)和弗瑞茲·斯特拉斯曼(Fritz Strassman-)制成。

  △ 在第二次世界大戰中,一些國家致力于研究核能的利用,它們首先研究的是核反應堆。1942年12月2日,恩里科·費米在芝加哥大學建成了第一個完全自主的鏈式核反應堆,在他的研究基礎上建立的反應堆被用來制造轟炸了長崎的原子彈“胖子”中的钚。在這個時候,一些國家也在研究核能,它們的研究重點是核武器,但同時也進行民用核能的研究。

  △ 1951年12月20日人類首次用核反應堆產生出了電能,這個核反應堆位于愛達荷州Arco的EBR-I試驗增殖反應堆,它最初向外輸出的功率為100kW。

  △ 1953年12月,美國總統德懷特·艾森豪威爾發表的名為“和平需要原子”的演說,這使美國政府開始資助一系列國際間的核能研究。

  △ 1954年建造完成的鸚鵡螺號核動力潛艇是世界上第一艘核動力船。

  △ 1954年6月27日,蘇聯奧布寧斯克核電站成為世界上第一個向電網并網發電的核電站。該反應堆使用了石墨來控制核反應并用水來冷卻,功率為5MW。

  △ 世界上第一個投入商業運營的核電站是英格蘭設菲爾德的卡德霍爾核電站,它于1956年開始運行。它有一個Magnox型石墨氣冷反應堆,最初的輸出功率為50 MW,后來提高到了200 MW。

  △ 美國海軍為海狼核潛艇(SSN-575)研制的鈉冷堆(Submarine Intermediate Reactor, SIR)的原型堆于1955年7月18日并網發電。

  △ 賓夕法尼亞州碼頭市的“碼頭市核電站”壓水型反應堆1957年12月18日并網發電,是美國第一個投入商業運營的非軍用反應堆。

  △ 09I型核潛艇(北約代號:“漢級”,英文:Han-class)是中華人民共和國研制的第一種核潛艇,1970年起陸續建成服役,共建造5艘,部署在中國人民解放軍海軍北海艦隊。目前該型艇仍有三艘在役。動力系統為90MW壓水反應堆1座、蒸汽輪機2座(12000馬力)。

  鈾含量

  △ 鈾在土壤、巖石及河流、海洋都可發現;甚至在人體和食品中都有痕跡量存在。但是濃縮的鈾礦卻只在很少的地方發現,加拿大天然鈾濃度最高,高達200 000 ppmU(20%U),屬于最高品質鈾礦。

  鈾資源

  △ 鈾儲量(Recoverable Resources)最多的國家是澳大利亞,擁有1 818 300公噸U,占全球總儲量6 142 600公噸U的30%。

  △ 鈾儲量居第二位的國家是哈薩克斯坦,擁有842 200公噸U,占全球總儲量6 142 600公噸U的14%。

  鈾 礦

  △ 麥克阿瑟河鈾礦(McArthur River Uranium Mine)雄居世界上最大的高品位鈾沉積,位于加拿大北部薩斯喀徹溫省,1988年發現。2000年11月投產。2009年底估算,鈾礦可采和概算儲量為778500公噸,平均品位19.53% U3O8。年產鈾礦石212285噸(稀釋噸位),鈾產品8491噸。采取地下開采法。2016年產6945噸鈾,占全球總量的11%。

  △ 2018年世界十大鈾礦之首是加拿大雪茄湖(Cigar Lake),屬于Cameco/Orano所有,采用地下開采方式,開采6924噸U居世界總產量的13%。

  △ 2018年世界十大鈾礦之第二位是澳大利亞奧林匹克大壩(Olympic Dam),屬于BHP Billiton所有,采用地下開采方式,開采3159噸U,居世界總產量的6%。

  △ 鈾礦開采主要露天開采和地下坑道開采,2018年占55%。生產第二大國—加拿大幾乎都用地下開采法提取鈾。

  △ 原地溶浸取鈾法(In situ leach,ISL)應用幾乎只在鈾儲量大國—哈薩克斯坦應用,7個礦區如托庫杜-梅古杜克(Tortkuduk & Myunkun)、因凱(Inkai)、布瓊諾夫斯科耶(Budenovskoye)等等。占全球份額的39%。

  鈾產量

  △ 1945-2018年加拿大鈾產量居世界第一,共計生產531608噸U,占世界總產量2909592噸U的18.3%。

  △ 1945-2018年哈薩克斯坦/烏茲別克斯坦的鈾產量居世界第二,共計生產493164噸U,占世界總產量2909592噸U的16.9%。

  △ 哈薩克斯坦的鈾產量雄霸全球。2018年產量高達24575噸,占全球總量的40%;其次為加拿大14039噸,占全球總量的22.5%、澳大利亞6315噸,占全球總量的10.1%;這三個國家占全球總量62366噸的72.6%。中國鈾產量為1616噸,占全球總量的2.6% 。

  鈾生產公司

  △ 雄居世界上最大的鈾生產公司是哈薩克斯坦國家核能工業公司(KazAtomProm),2019年8月鈾產量為11074噸,占全球總產量53 498噸的21%。

  △ 加拿大卡梅科公司(Cameco)是世界上第二大的鈾生產商,2019年生產8 758噸鈾,占全球總噸的16%。

  △ 法國新阿?,m公司(Orano,即奧蘭諾公司)是世界上重要鈾生產公司,居世界第三位。2019年生產5809噸鈾,占全球鈾生產總量的11%。

  核能發電

  △ 美國是全球核能發電最多的國家。2018年美國核能發電808.0TWh,占全球總量2563 TWh的31.5%。

  △ 法國是全球核能發電第二位國家。2018年美國核能發電395.9TWh,占全球總量2563 TWh的15.4%。

  △ 中國是全球核能發電第三位國家。2018年美國核能發電277.1TWh,占全球總量2563 TWh的10.8%。

  △ 2018年核能發電占全球發電總量的10.3%。由于各國人口數量不同,核能發電量在該國的發電份額中差別較大。2018年美國占19.3%、法國占71.1%,而中國最少,為4.2%。

  △ 核能發電量在該國的發電份額中降低最快的國家是中國。從2008年至2018年的十年間,中國從2.2%增加到4.2%。

  △ 核能發電量在該國的發電份額中降低最快的國家是德國和日本,從2008年至2018年的十年間,德國從28.3%降低到11.7%;日本福島核電站(Fukushima Nuclear Power Plant)于2011年3月12日受地震影響,放射性物質泄漏到外部。日本核能發電量在該國的發電份額中降低最快,從24.9%跌到6.2%。

  核發電公司

  △ 世界上最大的核發電公司——法國電力公司集團(Électricité de France S.A.),在法國有20座核電站,管理和運行58個核反應堆,其中有34座900MWe反應堆、20座1300 MWe反應堆和4座MWe反應堆,供應法國約75%的電力。

  △ 世界上核燃料循環的先進公司——奧蘭諾公司(Orano),跨國集團公司,2018年1月23日由阿?,m(Areva)更名。1945年成立,雇員15000名。研究從鈾礦開采到乏燃料處理以及重新使用經后處理提取的核燃料的整個核燃料循環過程,業務涉及210個核反應堆,其發電能力占有世界核電能的一半以上。

  △ 日本最大的核燃料公司——日本核燃料公司(Japan Nuclear Fuel Ltd. ,JNFL。網址https://www.jnfl.co.jp/ja),位于青森県六所村,從事核燃料生產、加工、儲存以及處理核廢料,并建立日本核燃料循環的任務,雇員2040名。

  △ 中國核發電有兩個核電公司運行:⑴中國核工業集團公司(China National Nuclear Corporation,CNNC),主要在東北部;⑵中國廣核集團(China General Nuclear Power Group,CGN),前身為中國廣東核電集團,主要在東南部運行。中國逐步漫向核發電大國,2020年反應堆裝機容量居世界之四。

  核反應堆

  △ 世界上最大的核電站是日本柏崎刈羽核電站,裝機容量為7965MW,但2011年已經停工。值得注意的是韓國核電站進展很快,前十位核電站就占有3席,把美國和日本都摔到后面。另外值得注意的是中國陽江核電站躍居世界第三位。

  △ 世界上實際運行的最大的核電站——布魯斯核電站(Bruce Nuclear Generating Station),位于加拿大安大略省布魯斯郡,占地932公頃,從業人員3800名。反應堆為CANDU型重水堆,裝機容量6384 MW,年發電量47630 GWh。

 

  △ 世界上最大的核電站是處于停工狀態的柏崎刈羽核電站(Kashiwazaki-Kariwa Nuclear Power Station),位于日本新潟縣柏崎,屬東京電力公司(TEPCO)?,F有7臺機組,總裝機容量8212MW。1984~1989年建成5臺1100MW沸水堆機組;1990~1992年建成2臺先進的1356MW沸水堆機組。

  △ 俄羅斯開發了世界上第一座浮式核電站(Floating nuclear power plant)——“羅蒙諾索夫號(Akademik Lomonosov)”, 用于給俄羅斯北部偏遠地區供電,將于2019年投入運行。浮動核電站建在一艘長140米、寬30米的駁船上,裝載2座35MW的KLT-40S反應堆。能為20萬人口的城市提供足夠的電力,其運行壽期為38年,包括3個為期12年的運行周期,每個周期中間平均停產8個月。

  △ 2020年2月全球運行的反應堆有441座,以美國最多,有96座,占全球總量的96/441=22%。裝機容量為97896 MWe,占世界總量的97896/391565=25%。

  △ 世界上核反應堆以壓水反應堆(PWR)占主導地位。根據國際原子能機構(IAEA)2019年版《Nuclear Power Reactors in the World》報道,壓水反應堆(PWR)有298座,占全球核反應堆總量的66.4%,壓水反應堆屬于第二代核反應堆。

  △ 壓水反應堆在世界各洲廣泛利用,但在中西歐最多,有104座、其次是亞洲90座、北美洲65座、東歐和俄羅斯35座,非洲和南美洲各2座。

  △ 沸水反應堆(BWR)占反應堆總數的第二位,為72座,主要在北美洲35座、亞洲26座。

  △ 中國是世界上核反應堆發展最快的國家。2018年中國核反應堆有38座,占全球總數的38/448=8.5%,2020年中國核反應堆增加到47座,占世界總量的47/441=10.6%、而在建12座和擬建42座。

  現在運行+在建+擬建=(47+12+42)/604=16.7%。

  △ 當世界各國在發展核能發電之際,德國卻是棄核國家。2020年只有6座核反應堆在運行,裝機容量為8052MWe,但沒有在建和擬建的計劃。

  △ 中國最大的核電站是陽江核電站(Yangjiang Nuclear Power Plant),位于廣東陽江,由

  中國廣核集團有限公司(CGN)建造,有6臺機組,采用中國制造的壓水反應堆CPR1000和ACPR1000反應堆,總裝機容量達6640MW,年發電量為48 .0TWh。

  △ 美國缺乏鈾資源但對鈾的需求量最大,2020年需求19746噸U,占全球總量68240噸U的29%。

  △ 中國雖然有鈾生產,但僅占全球產量的3.5%,2020年需求9834噸U,占全球總量68240噸U的14.4%,居世界需求量第二。

  △ CPR1000 是中國核反應堆最多的類型,現有16座機組在運行。它是中國廣核集團(CGN)推出的中國改進型百萬千瓦級壓水堆核電技術方案。CPR1000是在引進、消化、吸收國外先進技術的基礎上,結合20多年來的漸進式改進和自主創新形成的“二代加”百萬千瓦級壓水堆核電技術。

  協會和出版物

  △ 核能的國際組織是國際原子能機構(International Atomic Energy Agency,IAEA),它是世界各國政府在原子能領域進行科學技術合作的機構。1957年7月29日成立,總部設在奧地利維也納。在2005年10月6日因“防止核能被用于軍事目的并確保最安全的和平利用核能而共享這一榮譽”共同獲得諾貝爾和平獎。

  △ 世界上最大的核能協會組織—世界核能協會(World Nuclear Association,WNA),成立于2001年,現有會員約120個,分別來自33個國家,總部設在倫敦。其宗旨是促進會員國和平利用核能發電,作為可持續發展的項目。其業務范圍涉及核能發電和核燃料循環的所有環節,包括采礦、轉化、濃縮、燃料制造、設備制造以及乏燃料運輸和安全處置等。

  △ 世界上最大的鈾礦協會是澳大利亞鈾協會(Australian Uranium Association,AUA。網址是 https://www.australianuranium.com.au)。澳大利亞是富產鈾的國家,該協會聚集了鈾生產的有關人員,其宗旨是降低生產成本,以滿足世界核能發電的需要。2006年成立,設在墨爾本。

  △ 世界上定期出版的核反應堆安全研究報告是美國“反應堆安全研究”研究報告“Reactor Safety

  Study: An Assessment of Accident Risks in U.S. Commercial Nuclear Power plants”的編號。即“羅斯苗遜報告(Rasmussen Reports)”,編號為WASH-1400。

  △ 世界上主要的鈾信息刊物——鈾信息周刊《Uranium Intelligence Weekly》。由能源信息集團出版,報道世界各國鈾資源的開發利用、生產動態及價格數據等。

  核事故

  △ 最嚴重的核電廠事故也是國際核事件分級表中首次第七級事件是切爾諾貝利核事故(Chernobyl Disaster)是1986年4月26日發生在蘇聯烏克蘭核能電廠的核反應爐事故。因為功率的劇增導致反應爐被破壞,使得嚴重的放射性物質被釋放到環境中。在最初發生的蒸氣爆炸導致了兩人死亡,而事故中絕大部分受害者的死因都歸咎于放射線。

  △ 核電站受地震影響最大的國家是日本。

 ?、?柏崎刈羽核電站在2007年新潟縣中越沖地震發生后,三號機的變壓器發生火警,導致廠內所有機組一度全面停止運轉。在地震之后,該工廠完全關閉了21個月。在抗震升級之后,于2009年5月9日被重新依次啟動。

  2011年發生東日本大震災后,因應日本政府的政策,柏崎刈羽核電站所有的發電機組現以定期檢修的名義停止運作,和安全改進正在被實施。截至2015年5月,沒有機組被重新啟動,并且沒有機組被有望早于2015年底被重啟。最早的重新啟動日期是2019年4月。

 ?、?福島第一核電站(Fukushima Daiichi Nuclear Power Station)在2011年日本東北地方太平洋近海地震中嚴重受損,核電站1號至4號機組出現堆芯熔毀并引發爆炸事故( Fukushima Daiichi nuclear disaster),該事故最終由日本經濟產業省核安全保安院依據國際核事件分級表劃分為最高級7級事故,與1986年發生的切爾諾貝利核事故為同級事故 。

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      關鍵詞: 核能,核電

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