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2018-6-25 閱讀(3958)
核反應(yīng)堆利用鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)產(chǎn)生能量。 1942年12月，世界上首座核反應(yīng)堆在美國(guó)芝加哥大學(xué)建成， 可控的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)得到了驗(yàn)證。 鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)指的是原子核吸收一個(gè)中子后發(fā)生裂變，同時(shí)釋放出 2-3 個(gè)中子和能量，如果這些中子再被吸收引起其他原子核裂變，就可使裂變反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行下去。 核電站中的核反應(yīng)堆內(nèi)發(fā)生的就是可控的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)，裂變過(guò)程釋放出的能量數(shù)百萬(wàn)倍于煤的燃燒。
核反應(yīng)堆中以壓水堆為主。 核反應(yīng)堆按照燃料、 中子能量、 慢化劑和冷卻劑不同，分為多種類(lèi)型。按燃料循環(huán)分為鈾-钚循環(huán)和釷-鈾循環(huán)； 按發(fā)生反應(yīng)的中子能量分為熱中子反應(yīng)堆和快中子反應(yīng)堆；按冷卻劑分為輕水堆和重水堆；按慢化劑分為石墨堆、輕水堆和重水堆；其中，輕水堆又分為壓水堆和沸水堆。
目前投運(yùn)的核反應(yīng)堆約 450個(gè)，其中使用鈾 235 作為燃料，輕水作為冷卻劑和慢化劑的壓水堆占據(jù)絕大多數(shù)， 共計(jì)約 293 個(gè)，占比為 65.3%，其次為沸水堆共計(jì)約 75 個(gè)，占比為 16.7%。 使用重水作慢化劑， 輕水或重水作冷卻劑的重水堆共計(jì)約 49 個(gè)，占比位居第三， 占比為 10.9%。
核電站通過(guò)機(jī)械能將核能轉(zhuǎn)換為電能。核電站利用核反應(yīng)堆中核裂變所釋放的能量進(jìn)行發(fā)電。核裂變反應(yīng)在核電機(jī)組的壓力容器中產(chǎn)生熱能，反應(yīng)堆冷卻劑通過(guò)吸收這些熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷亓黧w，高溫冷卻劑在蒸汽發(fā)生器中與給水換熱后再回到壓力容器中，這個(gè)通過(guò)主泵帶動(dòng)的循環(huán)被稱(chēng)為一回路。給水吸收熱量后生成蒸汽，從而推動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，做功后的蒸汽通過(guò)冷凝器轉(zhuǎn)化為給水再被送回到蒸汽發(fā)生器中，這個(gè)通過(guò)主給水泵帶動(dòng)的循環(huán)被稱(chēng)為二回路。核電與常規(guī)火電站的區(qū)別僅在于進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽攜帶的能量來(lái)源不同，火電站是通過(guò)燃燒煤炭、石油、天然氣等燃料產(chǎn)生熱能，核電站則通過(guò)鈾核燃料裂變產(chǎn)生熱能。
核電具有清潔、安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，是一種可以承擔(dān)電網(wǎng)基本負(fù)荷的清潔能源。
炭、石油、天然氣等，非化石能源主要包括核能、 風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能、地?zé)崮?、海洋能等。與化石能源相比，非化石能源在利用過(guò)程中基本不產(chǎn)生溫室氣體，屬于對(duì)環(huán)境友好的清潔能源， 而核電在非化石能源中又具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
清潔：核電在電力生產(chǎn)過(guò)程中幾乎不排放污染物。核電站在運(yùn)行的過(guò)程中只產(chǎn)生少量的放射性廢物，并按照國(guó)家法規(guī)予以嚴(yán)格控制，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成明顯影響，不產(chǎn)生溫室氣體等其他污染物。與火電相比，一臺(tái)百萬(wàn)千瓦核電機(jī)組每年可減少排放二氧化碳600萬(wàn)噸，二氧化硫 2.6萬(wàn)噸，氮氧化物1.4 萬(wàn)噸，清潔優(yōu)勢(shì)明顯。若考慮到建造及燃料循環(huán)的環(huán)節(jié)，核電會(huì)產(chǎn)生少量的排放物，從全壽期來(lái)看，溫室氣體的排放量與風(fēng)電相當(dāng)，遠(yuǎn)低于煤電等化石燃料電廠。一座核電廠全壽期的常規(guī)廢物排放量，只相當(dāng)于同等規(guī)?；痣姀S的0.5%-4.0%。
核電是一種的能源。1千克鈾235全部裂變，能夠釋放出相當(dāng)于2700噸標(biāo)煤*燃燒放出的能量。一座百萬(wàn)千瓦級(jí)的核電站，平均每年只需補(bǔ)充約25噸的核燃料，全年只需幾輛卡車(chē)運(yùn)輸，而同樣功率的燃煤火電站每年耗煤達(dá)300萬(wàn)噸，每天需要供煤近萬(wàn)噸，需要上百節(jié)火車(chē)皮運(yùn)輸，對(duì)運(yùn)輸造成了極大的壓力。
安全穩(wěn)定：成熟的技術(shù)使核電的安全性得到了保證。世界各國(guó)及核電運(yùn)營(yíng)企業(yè)都將安全作為核電生產(chǎn)的要?jiǎng)?wù)，在核電建設(shè)施工及運(yùn)營(yíng)維護(hù)的全過(guò)程中，均制定了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和程序，同時(shí)也制定了完善的事故處理程序。 核電站在設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般采用縱深防御來(lái)保證其安全性，提供一系列多層次的防御來(lái)防止事故，并在未能防止事故時(shí)保證提供適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)?？v深防御的一個(gè)典型應(yīng)用是在設(shè)計(jì)中設(shè)置的多道實(shí)體屏障，將放射性物質(zhì)置于多道屏障的保護(hù)之下，通常采用三道屏障，即：燃料元件包殼、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力邊界、安全殼。事實(shí)證明，成熟可控采用了縱深防御等設(shè)計(jì)的核電具有很高的安全性。
核電設(shè)備利用小時(shí)數(shù)高居。此外與其他所有能源相比，核電可以保持長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，且間隔12-18個(gè)月才更換一次核燃料和檢修，所以核電可以連續(xù)運(yùn)行很長(zhǎng)的時(shí)間。同時(shí)核電單機(jī)容量較大，zui高可達(dá)近180萬(wàn)千瓦，是理想的承擔(dān)電網(wǎng)基本負(fù)荷的電源。核電設(shè)備年運(yùn)行小時(shí)數(shù)為7108小時(shí)，在所有發(fā)電類(lèi)型中高居，遠(yuǎn)高于發(fā)電設(shè)備平均利用小時(shí)（3786）。
經(jīng)濟(jì)性好：核電的發(fā)電成本主要由運(yùn)行費(fèi)、折舊費(fèi)和燃料費(fèi)三部分組成，其中運(yùn)行費(fèi)用占比約為20%-25%，折舊費(fèi)占比較高，約占45%-50%，而核電燃料費(fèi)占比較低，約為20%-25%。核電站一般可以運(yùn)行近60年，而目前長(zhǎng)折舊年限一般為30-40年，折舊完成后，核電的發(fā)電成本將大幅下降。國(guó)家對(duì)核電采取優(yōu)先上網(wǎng)政策，核電利用小時(shí)高且穩(wěn)定，這種高固定成本、低變動(dòng)成本的成本結(jié)構(gòu)使得核電具備較好的經(jīng)濟(jì)性。與常規(guī)能源相比，核電還具有低的外部成本。發(fā)電廠并不是孤立存在的，發(fā)電廠排放的各種污染物、噪音等對(duì)公眾的損害，以及對(duì)地球氣候變暖等環(huán)境生態(tài)影響等因素產(chǎn)生的成本可以作為外部成本，將其包括在內(nèi)對(duì)現(xiàn)有的發(fā)電技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析進(jìn)行全面研究。
多個(gè)研究結(jié)果表明，與其他常規(guī)能相比，核能的外部成本低。外部成本zui高的是常規(guī)能源煤炭和石油，為核電的10倍以上，作為潔凈能源的天然氣發(fā)電，外部成本也約為核電的3-6倍。
核電是的清潔能源。總體來(lái)看，可以帶電網(wǎng)基本負(fù)荷的電源中，火電在生產(chǎn)過(guò)程中存在較為嚴(yán)重的污染，未來(lái)的發(fā)展已逐漸放緩；水電對(duì)區(qū)域位置要求高導(dǎo)致可開(kāi)發(fā)容量有限且存在消納障礙，而且水電過(guò)度開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境有一定影響。新能源中，風(fēng)電和太陽(yáng)能負(fù)荷都不穩(wěn)定，不能承擔(dān)電網(wǎng)基本負(fù)荷，且同樣存在消納障礙。而核電清潔、安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)性好，是的清潔能源。
