核電廠
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核電廠(英語:Nuclear power plant)[1][2],即核能發電廠,或稱核電站[3]。是一種以核反應為熱力源的熱電廠,和其他的熱電廠一樣,以熱能驅動蒸汽渦輪發動機並連接至發電機發電。根據國際原子能總署的報告,截至2021年6月,全球範圍內共有443所核電廠在33個國家運行,另有52所正在建造中[4][5]。
核電廠屬於高效率的能源建設,對於溫室氣體、二氧化碳排放幾乎是零。核電廠建設成本高昂,技術需求高,養護成本亦高。在控制良好且周邊緊急應對系統完善的情況下,核電廠其實是相當安全的設施。核電自商業化應用近70年以來,記載有嚴重影響的事故有前蘇聯的車諾比核事故和日本的福島核電廠事故。
核電廠通常被視為電網基本負荷,因為燃料成本僅占生產成本的一小部分,並且因為它們不容易調度,適合作為基本負載電力供應商。但是核燃料與用過燃料管理的成本尚不確定。
歷史
1948年9月3日,核子反應爐首次在美國田納西州橡樹嶺的X-10石墨反應爐發電。這是第一個為燈泡供電的核電廠。第二個較大的實驗發生在1951年12月20日,位於愛達荷州Arco附近的EBR-1實驗站。
1954年6月27日,世界上第一個商用發電的核電廠奧布寧斯克核電廠在蘇聯的奧布寧斯克開始運營。1956年10月17日,世界上第一個全刻表核電廠:英國卡爾德霍爾核電廠開始發電,兩個電站除了用於國內電力需求,還用做製作鈽。美國第一個商用核電廠,賓夕法尼亞州的碼頭市核電廠於1957年12月18日啟用。
核電廠發電原理
現在使用最普遍的核電廠為壓水式反應器核電廠,它的工作原理是:用鈾製成的核燃料在反應爐內進行核分裂並釋放出大量熱能;高壓下的循環冷卻水把熱能帶出,在蒸汽產生器內生成蒸汽;高溫高壓的蒸汽推動汽輪機,進而推動發電機旋轉。
核電廠分兩大部分,產生熱能的核島,與將其進行能量轉換的常規島[6]。圖中左半部為核島(位於圍阻體建築內),右半部為常規島。
組成部分
核電廠一般分為兩部分:利用原子核分裂生產蒸汽的核島(包括反應爐裝置和迴路系統)與利用蒸汽發電的常規島(包括汽輪發電機系統)。核電廠使用的核燃料一般是放射性重金屬鈾-235或鈽。
各系統部件:
燃料處理 | 反應爐組件 | 安全系統 |
---|---|---|
放射性廢物系統 | 控制棒 | 安全殼 |
裝料層 | 冷卻劑 | 緊急爐心冷卻系統 |
用過燃料池 | 中子發射器 | 應急電源系統 |
發電系統 | 中子慢化劑 | 廠用水系統 |
冷凝器 | 中子毒物 | 反應爐保護系統 |
冷卻塔 | 核燃料 | 備用液體控制系統 |
發電機 | 核子反應爐爐心 | 蒸汽生產 |
汽輪機 | 反應爐壓力槽 | 鍋爐給水泵 |
啟動中子源 | 蒸汽產生器 |
類型
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按照工作原理
核電廠核子反應爐按照反應爐的形式不同,分為以下類型
- 輕水反應爐(Light Water Reactor):現有大部份的商業運轉核能反應爐均為此型式。
- 重水反應爐(Heavy Water Reactor):如加拿大重水鈾反應爐、中華人民共和國秦山III核電廠。
- 高溫氣冷堆(High Temperature Gas-cooled Reactor)
- 壓力管式石墨慢化沸水反應爐(RBMK):前蘇聯所發展的技術,由於設計缺陷易生事故,已較少使用,如烏克蘭車諾比核電廠。
- 快中子增殖反應爐(Fast Breeder Reactor):如日本茨城縣東海村常陽核電廠和福井縣敦賀市文殊反應爐。
劃代
第一代
指早期的原型反應爐。包括
第二代
直至1990年代末建設的核電廠,設計運行壽命30-40年。堆故障率10萬年一次。包括:
第二代+
2000年以後建造的一些現代化改進堆型。運行壽命50-60年。包括:
第三代
- ACPR1000+ — 中華人民共和國基於法國CPR-1000改進版
- 先進沸水堆
- 三菱先進壓水堆(APWR)
- 增強型坎度重水堆6(EC6)
- VVER-1000/392 (PWR) 包括不同的改型的AES-91、AES-92.
還沒有商業建造的三代堆:
- 西屋AP600
- System 80+
- 印度先進重水堆
第三代+
- 先進坎杜堆 (ACR-1000)
- AP1000
- 歐洲壓水堆 (EPR)
- 經濟簡化沸水堆 (ESBWR)
- APR-1400 美國System 80+的發展型號,是韓國Next Generation Reactor (KNGR)原型。[1]
- VVER-1200
- VVER-1300
- V510 (PWR) — AES-2010,基於V392M
- EU-ABWR — 基於先進沸水堆,擴大了功率輸出,遵從歐洲安全標準
- B&W mPower — 美國巴布柯克-威爾科斯公司(Babcock & Wilcox) [2]
第四代
- 中國華能石島灣高溫氣冷堆核電廠 (VHTR)[3]
全球核電廠一覽
根據世界核能協會2012年8月的數據,全世界31個國家有435座工作反應爐。
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● 運轉中 ● 興建中 ● 已關閉
核能發電量佔比
- 煤: 9,914,448 GWh (36.7%)
- 天然氣: 6,346,009 GWh (23.5%)
- 水力: 4,328,966 GWh (16.0%)
- 核能: 2,789,694 GWh (10.3%)
- 風力: 1,427,413 GWh (5.3%)
- 石油: 747,171 GWh (2.8%)
- 太陽能光伏: 680,952 GWh (2.5%)
- 生質能: 542,567 GWh (2.0%)
- 其它: 266,970 GWh (1.0%)
27,044,190GWh
資料來源:IEA[7]
資料來源:國際原子能總署[8] |
2000 | 2001 | 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
發電量(TWh) | 2,580 | 2,653 | 2,696 | 2,641 | 2,761 | 2,768 | 2,803 | 2,746 | 2,737 | 2,699 |
佔全球發電量比 | 16.59% | 16.81% | 16.5% | 15.61% | 15.58% | 15% | 14.64% | 13.7% | 13.41% | 13.32% |
2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | |
發電量(TWh) | 2,768 | 2,652 | 2,470 | 2,490 | 2,541 | 2,575 | 2,613 | 2,637 | 2,696 | 2,796 |
佔全球發電量比 | 12.83% | 11.92% | 10.83% | 10.63% | 10.58% | 10.61% | 10.49% | 10.29% | 10.12% | 10.36% |
2020 | ||||||||||
發電量(TWh) | 2,700 | |||||||||
佔全球發電量比 | 10.07% |
重大核電廠事故
因事故損壞除役的核電機組
國家 | 核電機組 | 類型 | 裝置容量(MW) | 運轉年數 | 除役時間 | 除役原因 |
---|---|---|---|---|---|---|
德國 | Greifswald 5 | VVER-440/V-213 | 408 | 0.5 | 1989 | 核心部分熔毀 |
德國 | Gundremmingen A | BWR | 237 | 10 | 1977 | 意外關停 |
日本 | 福島第一 1號機 | BWR | 439 | 40 | 2011 | 冷卻失效導致核心熔毀 |
日本 | 福島第一 2號機 | BWR | 760 | 37 | 2011 | 冷卻失效導致核心熔毀 |
日本 | 福島第一 3號機 | BWR | 760 | 35 | 2011 | 冷卻失效導致核心熔毀 |
日本 | 福島第一 4號機 | BWR | 760 | 32 | 2011 | 冷卻失效導致核心熔毀 |
日本 | 文殊 | Prot FNR | 246 | 1 | 2016 | 鈉洩露 |
斯洛伐克 | Bohunice A1 | Prot GCHWR | 93 | 4 | 1977 | 換料事故導致核心損毀 |
西班牙 | Vandellos 1 | GCR | 480 | 18 | 1990 | 渦輪火災 |
瑞士 | St Lucens | Exp GCHWR | 6 | 3 | 1966 | 核心熔毀 |
蘇聯 | 車諾比 4號機 | RBMK LWGR | 925 | 2 | 1986 | 火災導致熔毀 |
美國 | 三哩島 2號機 | PWR | 880 | 1 | 1979 | 核心部分熔毀 |
術語
- 燃耗限值[11]
參見
參考資料
- ^ GB 50549-2010-T 電廠標識系統編碼標準
- ^ 《大亞灣核電廠周圍限制區安全保障與環境管理條例》
- ^ 《大亞灣核電站生產管理叢書》
- ^ The Database on Nuclear Power Reactors. PRIS. [2021-06-23]. (原始內容存檔於2018-07-23) (英語).
- ^ Operational & Long-Term Shutdown Reactors. PRIS. [2021-06-23]. (原始內容存檔於2018-06-23) (英語).
- ^ Nuclear Island - Nuclear Power (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)2017-08-11 查閱
- ^ IEA: www.iea.org/data-and-statistics/. [2021-11-29]. (原始內容存檔於2021-11-25).
- ^ IAEA :Nuclear Share of Electricity Generation in 2021 (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
- ^ BP: Statistical Review of World Energy 2021 (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
- ^ 來源 World Nuclear Association:Decommissioning Nuclear Facilities (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)}}
- ^ 燃料棒該退就會退 所有留在爐心的核燃料棒都是正常的. 台灣電力公司. [2014-06-10]. (原始內容存檔於2016-12-28).
外部連結
- 中國核工業集團公司 (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
- 日本核能危機Q & A | 綠色和平 (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
- CHNS核能學會 (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
- 核能資訊中心 (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
- 核能科技協進會 (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
- 中國廣核集團 (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
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