风能核能李辉

风能核能李辉第一页，共七十七页，2022年，8月28日1新能源新兴产业金融海啸的风声渐缓，但是一场以新能源革命和低碳经济为主题的绿色浪潮正在席卷全球。新能源战略成为西方发达国家占领国际市场竞争新的制高点、主导全球价值链的新王牌。对于我国来讲，发展新能源更是实现经济复苏的重大举措和应对全球气候变化的客观需要。新能源(又称非常规能源)是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究有待推广的能源。目前的新能源有太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。1.1产业背景第二页，共七十七页，2022年，8月28日新能源的分类太阳能：太阳能一般指太阳光的辐射能量。太阳能的主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式，广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等由太阳能导致或转化成的能量形式。利用太阳能的方法主要有：太阳电能池，通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能；太阳能热水器，利用太阳光的热量加热水，并利用热水发电等。核能：核能是通过转化质量而从原子核释放的能量，符合阿尔伯特·爱因斯坦的方程e=mc^2，其中e=能量，m=质量，c=光速常量。

1.1产业背景第三页，共七十七页，2022年，8月28日新能源的分类海洋能：海洋能指蕴藏于海水中的各种新能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐度差能等。这些新能源都具有可再生性和不污染环境等优点，是一项亟待开发利用的具有战略意义的新能源。波浪发电，据科学家推算，地球上波浪蕴藏的电能高达90万亿度。海上导航浮标和灯塔已经使用波浪发电机发出的电来照明。大型波浪发电机组也已问世。中国在也对波浪发电进行研究和试验，并制成了供航标灯使用的发电装置。1.1产业背景第四页，共七十七页，2022年，8月28日新能源的分类风能：风能是太阳辐射下流动所形成的新能源。风能与其他能源相比，具有明显的优势。它蕴藏量大，是水能的10倍。分布广泛，永不枯竭，对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。风力发电是当代人利用风能最常见的形式。自19世纪末，丹麦研制成风力发电机以来，人们认识到石油等能源会枯竭，才重视风能的发展。生物质能：生物质能来源于生物质，也是太阳能以化学能形式贮存于生物中的一种新能源，它直接或间接地来源于植物的光合作用。生物质能是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态或气态的燃料。地球上的生物质能资源较为丰富，而且是一种无害的新能源。地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10-20倍，但利用率不到3%。1.1产业背景第五页，共七十七页，2022年，8月28日新能源的分类地热能：地球内部热源可来自重力分异、潮汐摩擦、化学反应和放射性元素衰变释放的能量等。放射性热能是地球主要热源。中国地热资源丰富，分布广泛，已有5500处地热点，地热田45个，地热资源总量约320万兆瓦。氢能：氢能在众多新能源中，以其重量轻、无污染、热值高、应用面广等独特优点脱颖而出，将成为21世纪的理想新能源。氢能可以作飞机、汽车的燃料，可以用作推动火箭动力。1.1产业背景第六页，共七十七页，2022年，8月28日全球经济危机往往催生重大科技创新和革命。1857年的危机推动了以电气革命为标志的技术革命;1929年的危机引发了二次世界大战之后以电子、航空航天和核能技术突破为标志的第二次技术革命;当前的金融危机，也必将催生一场新的科技革命———新能源革命。1.2产业前景第七页，共七十七页，2022年，8月28日许多国家特别是发达国家，纷纷把发展新能源作为应对金融危机、扩大就业的重要投资领域。比如美国奥巴马政府明确推出“绿色能源计划”。该计划提出3年内，使可再生能源利用量增加1倍，到2012年，可再生能源发电比例提高到10%，到2025年增到25%，并准备建立上千亿美元的清洁能源发展基金以支持新能源技术的研发和推广。奥巴马此举旨在改变美国的生产和生活方式，以保证其在新一轮国际竞争中占据制高点。1.2产业前景第八页，共七十七页，2022年，8月28日从各方面反馈的信息看，积极发展新能源，既是着眼于应对当前金融危机，扩大投资和消费需求，增强市场信心，更是为了从根本上解决能源和环境问题，从战略上抢占未来发展的制高点。作为全球最大的发展中国家，中国必须抓住这次历史性机遇，加大新能源和可再生能源发展步伐，推进能源战略发展的转型。1.2产业前景第九页，共七十七页，2022年，8月28日国际经验表明，每次大的经济危机都孕育着新的产业革命的萌芽。第一次工业革命中蒸汽机的广泛使用，推动了煤炭大规模使用，煤炭作为新能源代替了木材等传统生物质能源的地位。第二次工业革命中发电机、电动机、内燃机的出现，推动了石油的广泛使用，并很快成为最主要的能源。第三次工业革命主要是原子能、风能、计算机和航天技术，其中与能源相关的主要是核能技术的发展，但在相当长时间内核能没有获得广泛的发展。1.3机遇与挑战第十页，共七十七页，2022年，8月28日下一轮工业革命……石油等传统能源是工业经济的血液，因而对传统能源的替代必将是革命性的，也只有出现替代石油等传统能源的新能源的广泛运用，才能彻底改变整个工业经济的生产方式，才能称为新的工业革命。下一轮工业革命将促使转变整个能源利用方式，以可再生能源重构人类使用能源的创新体系，继而催生一轮以能源为主导的全球新技术、新产业变革，最终实现全球分工体系的大“换血”和全球利益的大重组1.3机遇与挑战第十一页，共七十七页，2022年，8月28日我国新能源技术与世界水平部分接近，与欧美发达国家处在同一起跑线上。我国在建和规划的核电规模世界最大，核技术自主能力达到三代水平。2008年底，风电装机容量达到了1221万kW，跻身于世界风电装机容量超千万kW的行列，成为亚洲第1、世界第4的风电大国，风电设备制造技术国产化达到了一定水平。在太阳能利用方面，太阳能热水器和地热采暖等技术已基本达到相当指标。技术已基本成熟并研制开发出了实用产品，具有一定的获利能力和一定的市场，形成了初步的产业基础。我国从“十五”开始布局实施国家“863”计划“电动汽车重大科技专项”和“新能源汽车”重大项目，重点开展新能源汽车核心技术研发，国产新一代燃料电池轿车的最高车速已达150km/h。1.3机遇与挑战第十二页，共七十七页，2022年，8月28日2风力发电风能是一种可再生、无污染的绿色能源，储量十分丰富。据估计，全球可利用的风能总量在53000TWh/年。风能的大规模开发利用将会有效减少化石能源的使用，减少温室气体排放。保护环境、大力发展风能已经成为各国政府的重要选择。2007年,全球风力发电能力较2006年又增长24%,达到94112MW,比10年前的不足5000MW增长了12倍。风能是世界上增长最快的能源,过去10年间年平均增长率为29%,与之形成反差的是,同一期间每年煤电增长2.5%,核电增长1.8%,天然气发电增长2.5%,油发电增长117%2.1世界风电发展状况第十三页，共七十七页，2022年，8月28日2风力发电风能是一种可再生、无污染的绿色能源，储量十分丰富。据估计，全球可利用的风能总量在53000TWh/年。风能的大规模开发利用将会有效减少化石能源的使用，减少温室气体排放。保护环境、大力发展风能已经成为各国政府的重要选择。2007年,全球风力发电能力较2006年又增长24%,达到94112MW,比10年前的不足5000MW增长了12倍。风能是世界上增长最快的能源,过去10年间年平均增长率为29%,与之形成反差的是,同一期间每年煤电增长2.5%,核电增长1.8%,天然气发电增长2.5%,油发电增长117%2.1世界风电发展状况第十四页，共七十七页，2022年，8月28日2007年全球新增风电装机容量及累计装机容量

表12007年全球新增风电装机容量(兆瓦)

表22007年全球累计风电装机容量(兆瓦)第十五页，共七十七页，2022年，8月28日世界风力发电场的发电成本自20世纪80年代以来下降了将近90%,现在已下降到4美分/(kWh),甚至更低。在有些市场,风力发电已经比传统能源发电便宜。欧洲风能协会预测,到2020年风力发电成本将下降到3美分/(kWh)。风力发电成本下降,主要原因是技术的进步,风电项目融资成本下降,以及涡轮机和零部件的制造和建设已形成经济规模。

第十六页，共七十七页，2022年，8月28日2.2风电基本原理及组成把风能转变为电能是风能利用中机械能最基本的一种方式。风力发电机一般有风轮、发电机（包括装置）、调向器（尾翼）、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。风力发电机的工作原理比较简单，风轮在风力的作用下旋转，把风的动能转变为风轮轴的机械能。发电机在风轮轴的带动下旋转发电。第十七页，共七十七页，2022年，8月28日风轮：把流动空气具有的动能转变为风轮旋转的机械能。一般风力发电机的风轮由2个或3个叶片构成。在风力发电机中，已采用的发电机有3种，即直流发电机、同步交流发电机和异步交流发电机。调向器：使风力发电机的风轮随时都迎着风向，从而能最大限度地获取风能。一般风力发电机几乎全部是利用尾翼来控制风轮的迎风方向的。尾翼的材料通常采用镀锌薄钢板。限速安全机构：保证风力发电机运行安全。限速安全机构的设置可以使风力发电机风轮的转速在一定的风速范围内保持基本不变。几个部件作用说明第十八页，共七十七页，2022年，8月28日图1风力发电机组详细组成第十九页，共七十七页，2022年，8月28日2.3关键技术——叶片叶片是风力发电机中的关键部件之一，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。因此，叶片的设计和制造质量水平十分重要，被视为风力发电系统的关键技术和技术水平代表。风力发电机叶片的关键技术主要包括叶片的设计理论、结构形式、材料选择和翼型的选择等方面。其中，叶片的翼型设计和结构形式直接影响风力发电装置的性能和功率，是其中最核心的部分。第二十页，共七十七页，2022年，8月28日2.3关键技术——叶片叶片涉及到的主要专业技术：空气动力学弹性力学复合材料结构自动控制电机学其他第二十一页，共七十七页，2022年，8月28日2.3关键技术——叶片风机对叶片的要求：高效的受风翼型（空气动力学）重量轻、结构强度高（结构、材料力学）叶片表面光滑降低阻力制造成本低第二十二页，共七十七页，2022年，8月28日2.3关键技术——叶片叶片现在状况：现在风能利用系数：0.47左右极限值：0.539材料：玻璃钢（疲劳强度高、耐腐蚀、易成形）材料：碳纤维（高弹性、质量轻、价格贵）还有很大改进空间第二十三页，共七十七页，2022年，8月28日2.3关键技术——变速恒频变速恒频发电系统可以使风力机在很大风速范围内按最佳效率运行的重要优点越来越引起人们的重视。从风力机的运行原理可知，风力机的转速正比于风速并保持一个恒定的最佳叶尖速比，从而使风力机的风能利用系数Cp保持最大值不变，风力发电机组输出最大功率，最大限度的利用风能，提高了风力机的运行效率。上世纪90年代后国外大型风力发电系统均采用变速恒频技术。第二十四页，共七十七页，2022年，8月28日2.3关键技术——变速恒频变速恒频发电系统之交—直—交发电系统

该系统利用磁场定向矢量控制技术可实现有功、无功功率的灵活控制，对电网而言可起到无功补偿的作用。。优点：这种系统在并网时没有电流冲击，对系统几乎没有影响。缺点：频率变换装置采用静态自鼓励式逆变器，无功功率可调，但高频电流流向并影响电网。第二十五页，共七十七页，2022年，8月28日2.3关键技术——变速恒频变速恒频发电系统之开关磁阻发电机系统

优点：变换器及控制、驱动简洁，大容量、高功率密度，容错能力强。缺点：非线性，需控制参数多，控制复杂。以开关磁阻发电机为机电能量转换核心，电机定子上设有集中绕组，转子上既无绕组也无永磁体第二十六页，共七十七页，2022年，8月28日2.3关键技术——系统建模与仿真风力发电机组建模和分析技术主要研究建立风力发电机组的非线性分析模型的方法，用建立的分析模型，分析其在各种工况下的性能和动力学特性，验证设计是否能够满足要求。第二十七页，共七十七页，2022年，8月28日2.3关键技术——系统建模与仿真系统模型主要包括：非线性功率传动链模型：主要研究风力发电机组将风能转化为电能的过程。结构动力学分析模型：主要研究风力发电机在运行过程中的结构振动变形情况。控制策略分析模型：主要研究风力发电机组最大功率获取的控制方法研究。第二十八页，共七十七页，2022年，8月28日3核电及应用名词:核反应堆核反应堆通常指裂变反应堆，即用于产生自身维持和控制链式核裂变反应的装置，因最初这种装置由石墨砖及含核燃料的石墨块堆砌成而得名。核反应堆是核电站的关键设备,链式裂变反应就在其中进行,反应堆的种类很多,核电站中使用最多的是压水堆。压水堆中首先要有核燃料,把小手指头大小的烧结二氧化铀芯块装到锆合金管中,将2百多根装有芯块的锆合金管组装在一起,成为燃料组件。每个组件中有一束控制棒,控制着链式裂变反应的急缓程度和反应的开始和终止。第二十九页，共七十七页，2022年，8月28日3核电及应用核电站的安全性核燃料在反应堆中裂变时，产生大量的放射性物质，因此，核电站是一个有很大潜在危险性的能源设施，对它必须处处设防，避免各种可能事故发生。核电站设计的安全标准很高，这是它建设投资成本的重要原因。压水堆核电站有4道安全屏障：二氧化铀陶瓷块可耐高温，燃料组件包壳有很好密封，整个堆芯密封在压力容器（厚20cm的钢）内，有坚固的安全壳。因此安全性能够保证。第三十页，共七十七页，2022年，8月28日3核电及应用

两次严重人为核事故1979年美国三里岛核电站二回路故障，造成失水，无法导出余热，部分燃料棒熔化、破损，放射性泄漏，但对环境影响不大。1986年切尔诺贝利核电站严重事故，也是人为造成的。停堆进行电机性能试验，切断安全保护系统，将堆内大部分控制棒迅速拔出，剩下8根时，反应堆功率失控，被切断的安全保护系统无法动作，引起爆炸与燃烧，堆芯熔化，放射性严重泄漏，大范围污染环境和大量人员死伤（31人死亡、203人放射病、400万人低剂量辐射）。第三十一页，共七十七页，2022年，8月28日3核电及应用3.1世界核电发展状况自1954年苏联建成世界上第一座电功率5000KWe（千韦，磁通量单位）实验性核电厂以及1957年美国建成电功率9万KWe的希平港原型核电站以来，世界核电已取得了长足发展。据统计，2006年全世界正在运行的核电机组有441个（其中轻水堆核电机组约占80%，重水堆核电机组约占8%，轻水堆核电机组中压水堆机组占了76%，沸水堆机组约占34％），分布在31个国家或地区，年发电量占世界总发电量的16%。另外，正在建造的核电机组有25台。第三十二页，共七十七页，2022年，8月28日目前，世界核电主要分布在北美（美国、加拿大）、欧洲（法国、英国、俄罗斯、德国）和东亚（日本、韩国），这8个国家的核电机组数量占全世界总和的74%，其装机容量则占79.5%。核电装机容量排名前三位的美国、法国和日本的核电机组之和占全世界的49.4%，装机容量占56.9%。3.1世界核电发展状况第三十三页，共七十七页，2022年，8月28日3.1世界核电发展状况国家/地区运行机组数（台）总装机容量（MWe）占总发电量比例（%）美国10310452019.3加拿大181336014.6巴西220072.5阿根廷210056.9墨西哥213645法国596613078.5英国231285219.9德国172136631瑞典10963546.7瑞士5337232.1西班牙9773319.6比利时7609255.6保加利亚4288044.1俄罗斯312324215.8乌克兰151383548.5各国2006年核电装机容量及发电量统计第三十四页，共七十七页，2022年，8月28日国家/地区运行机组数（台）总装机容量（MWe）占总发电量比例（%）斯洛伐克6264056.1捷克6358130.5芬兰4278032.9匈牙利4186637.2荷兰14813.9罗马尼亚17068.6斯洛文尼亚170742.4亚美尼亚140842.7南非218885.5中国大陆1189582.1中国台湾64904——韩国201771644.7日本554858029.3印度1533102.8巴基斯坦24622.8立陶宛1130069.6伊朗000全世界441387680——各国2006年核电装机容量及发电量统计（续）第三十五页，共七十七页，2022年，8月28日美国：第一座核电厂建成于1975年12月。近50年来美国总共建成商业核电机组132台，除去已经关闭的28台目前仍在运行的有103台，居世界之最，它们分布在美国的31个州。2006年美国核能发电量约为7804亿千瓦小时，占全国总发电量的19.3%。美国核电发展的特点：开发阶段起步早，堆型多，建设阶段大起大落。由于美国资金雄厚，早期采用多种堆型进行试验，经大量试验后，较早地确定了轻水堆。3.1世界核电发展状况——美国第三十六页，共七十七页，2022年，8月28日1975年美国核电发展达到顶峰，此前发展过猛，此后紧急刹车。美国现有的核电机组全是早期建成的。三十多年来，美国没有新建一台核电机组。三里岛事故是促使美国核电发展急刹车的主要原因。这次事故虽然没有造成环境污染，但给电力公司造成巨大经济损失。三里岛事故后，美国已经订货的核电机组停止制造，正在建造的下马，刚刚建成的机组不让运行。3.1世界核电发展状况——美国第三十七页，共七十七页，2022年，8月28日三里岛事故后，美国核安全标准变得过于苛刻，审批手续复杂，时间拖得很长，造成建设周期延长，成本增加，电力公司难以承受。另外，燃料和高放废物最终处置问题也是困扰美国核电发展的大难题。美国政府经过二十年的努力才落实最终处置场，定点在内华达州尤卡山。经过三十多年的停顿后，目前美国核能事业正在复苏。在核燃料循环方面，美国过去一直是采用开式循环，燃料暂存不经过处理直接送到最终处置库。为了减少环境污染，降低最终废物处置量，目前美国正在改变核燃料循环技术路线，积极开发先进的后处理技术。3.1世界核电发展状况——美国第三十八页，共七十七页，2022年，8月28日法国在世界第一次石油危机之后，决心发展核电，目前正在运行的核电机组有59个，核电总装机容量6613万千瓦，2006年总核电量为4309亿千瓦小时，占总核电量的78.5%，核电比例位居世界第一。法国核电发展的特点是：一直稳步发展，面对世界上出现的两次大的核事故，法国发展核电的决心、政策和计划从不动摇。技术路线方面，法国核电堆型统一、标准化、系统化、程度化，由此带来的好处是安全审批程序较简单，审批时间短，建造周期较短，核电成本较低。3.1世界核电发展状况——法国第三十九页，共七十七页，2022年，8月28日在厂址选择和布局方面，除沿海布置外，内陆滨河厂址也较多。采用闭式燃料循环，后处理技术先进，并重视发展快中子增殖堆，力图充分利用核燃料。3.1世界核电发展状况——法国第四十页，共七十七页，2022年，8月28日日本一次能源严重匮乏，一直坚持积极发展核电的政策。目前日本运行的核电机组有55台，2006年核电总装机容量为4858万千瓦，核能发电量为2807亿千瓦小时，占全国总发电量的29.3%。同法国一样，世界上两次大的核事故并未动摇日本发展核电的基本方针，日本核电一直稳步增长。在核电堆型选择方面，日本的压水堆和沸水堆核电机组并行发展，两者数量相近。3.1世界核电发展状况——日本第四十一页，共七十七页，2022年，8月28日日本柏崎核电厂是目前世界上装机总容量最大的核电厂（总装机容量8841兆瓦），其中的两台ABWR机组是目前世界上最先进的轻水堆核电机组（见图）。3.1世界核电发展状况——日本第四十二页，共七十七页，2022年，8月28日我国的核能事业开始于1955年，但核能发电起步较晚，上世纪七十年代开始设计工作，1985年开始建设我国大陆第一座核电厂（即秦山核电厂）,1994年投入运行。其后,除1996年开工建设的秦山2期核电厂是自主设计外，先后从法国引入大亚湾2×984MWe和蛉澳一期轻水核电站,从加拿大引入秦山3期2×750MWe重水核电站,从俄罗斯引进田湾2×1060MWe核电站。我国大陆已投入商业运行的11台核电机组，其总装机容量约为900万千瓦。2007年核发电量近600亿千瓦小时，大约占全国总发电量的1.8%。3.1世界核电发展状况——中国第四十三页，共七十七页，2022年，8月28日我国大陆现有三个核电基地:即浙江秦山核电基地(已建成5个核电机组，在建4个机组)广东大亚湾核电基地(已建成4个核电机组，在建2台机组)江苏田湾核电基地(2台核电机组已投入运行）在其它地区正在建设的核电厂有：辽宁红沿河4台机组；福建宁德2台机组，福清2台机组3.1世界核电发展状况——中国第四十四页，共七十七页，2022年，8月28日3.1世界核电发展状况——中国第四十五页，共七十七页，2022年，8月28日机组名称单机容量（MWe）开始建造时间商业运行时间秦山一期3001985-03-021994-04秦山二期2×6501996-06-022002-05-03秦山三期2×7281998-06-082003-07-24大亚湾2×9841987-08-071994-05-06岭澳一期2×9841997-052003-01-08田湾一期2×10601999-102007－11秦山二期扩建2×650在建岭澳二期2×984在建辽宁红沿河4×984在建福建宁德2×984在建浙江方家山2×984在建福建福清2×984在建中国大陆已投入运行和在建的核电厂第四十六页，共七十七页，2022年，8月28日秦山一期：秦山一期30万千瓦机组是我国自主设计、建造和运营的第一个原型堆核电机组。它的建成结束了我国大陆无核电的历史，使我国成为继美、英、法、前苏联、加拿大和瑞典之后世界上第7个能自行设计、建造核电厂的国家。3.1世界核电发展状况——中国第四十七页，共七十七页，2022年，8月28日秦山二期核电厂是我国首座自主建设、自主建造、自主管理、自主运营的2×650MWe级商用压水堆核电厂。两台机组分别于2002年4月15日和2004年5月3日投入商业运行。3.1世界核电发展状况——中国第四十八页，共七十七页，2022年，8月28日序号项目名称单位指标1厂区占地面积（包括开关站）公顷602建构筑物占地面积m2～1260003厂区道路、广场占地面积m2～600004建筑系数%215绿化面积m2900006绿化系数%157每机组用地公顷/机158单位容量占地公顷/万KW0.259土石方（挖方）工程量万m366510护堤长度m1000秦山二期主要技术经济指标第四十九页，共七十七页，2022年，8月28日秦山三期核电厂是引进加拿大重水堆技术建造的两台728MW级重水堆核电厂。两台机组先后于2002年12月31日和2003年7月24日投入商业运行。目前运行情况良好。3.1世界核电发展状况——中国第五十页，共七十七页，2022年，8月28日广东大亚湾核电厂是我国引进国外资金、设备和技术建设的首座2×900MW级商用压水堆核电厂。两台单机容量984MW压水堆机组的核岛部分采用的是法国压水堆技术。大亚湾核电厂年发电量约150亿千瓦时，70％供香港，30％送广东电网。3.1世界核电发展状况——中国第五十一页，共七十七页，2022年，8月28日岭澳核电厂广东岭澳核电厂一期工程建成两台单机容量为984MW的压水堆核电机组，它们以大亚湾核电机组为参考，综合经验反馈、新技术应用和核安全发展的要求，实施了若干改进。两台机组先后于2002年5月28日和2003年1月8日投入商业运行，目前运行性能良好。2004年7月，国务院批准建设岭澳二期工程，其规模和机组与岭澳一期相同。两台机组将分别于2010年和2011年建成并投入商业运行。3.1世界核电发展状况——中国第五十二页，共七十七页，2022年，8月28日由于化石燃料的供应和价格经常受到国际政治外交和军事冲突的影响，温室气体排放造成的环境问题压力日益加剧，加上两次大事故后世界核电的运行业绩和技术进步，使得世界上许多国家又把发展清洁能源的注意力又重新转向核能。在经历了上世纪八、九十年代的低潮后，世界核电正在走向复苏，今后许多国家将大规模建造先进的核电机组，并继续开发先进核能系统。总的发展路线图是：现有核电机组延长使用寿命→新建第三代轻水堆机组→开发第四代核能系统→开发核能制氢3.2世界核电发展前景第五十三页，共七十七页，2022年，8月28日按照目前约定成俗的说法，现有的核能系统分为三代:上世纪五十年代末至六十年代初建造的第一批原型核电机组为第一代；六十年代至七十年代大批建造的单机容量为600～1400KW的标准型核电机组为第二代，它们是目前世界上正在运行的441台核电机组的主体；八十年代开始发展、九十年代后期投入市场的先进轻水堆（APWR、ABWR）核电机组为第三代;上世纪与本世纪之交提出的、目前正在开发的先进核能系统为第四代。3.2世界核电发展前景第五十四页，共七十七页，2022年，8月28日第三代核能系统----满足URD或EUR要求URD（用户要求文件）要求举例:设计寿期60年设计可利用率87%建造周期≤54个月先进仪控系统非能动安全特性严重事故缓解措施3.2世界核电发展前景第五十五页，共七十七页，2022年，8月28日第四代核能系统（背景）第四代核能系统的概念最先是在1999年6月召开的美国核学会年会上提出的。美国、法国、日本、英国等核发达国家于2000年组建了Gen-Ⅳ核能国际论坛。2003年，美国、法国、日本、英国、加拿大、韩国、阿根廷、南非、巴西、瑞士、欧洲原子能联盟等共11个国家和组织决定共同开发第四代核能系统。2006年7月上述11个会员组织接纳俄罗斯为第四代核能国际论坛成员。3.2世界核电发展前景第五十六页，共七十七页，2022年，8月28日第四代核能系统（目标）经济初投资≤1000美元/KW总的电力生产成本≤3美分/KWh建设周期≤3年可持续发展洁净空气（废物量极少）长期可靠燃料利用率高3.2世界核电发展前景第五十七页，共七十七页，2022年，8月28日背景我国目前核电规模不大，核发电量占全国中发电量比例甚小，与世界核电平均水平相差甚远。其主要原因是过去我国核电在国家能源战略中的作用和地位无足轻重。为了满足我国电力增长需求，保障能源供应安全、调整能源结构、减少环境污染、保证社会和国民经济持续发展，我国近来调整了核电政策，由过去的“适度发展核电”转变为“积极发展核电”。2006年3月国务院通过了我国《中长期核电发展规划》（2005-2020年）。按此规划，到2020年，我国大陆核电运行机组总装机容量将达到4000万千瓦。这相当于要求在今后14～15年内，平均每年要建成两个百万千瓦级核电机组。3.2世界核电发展前景——中国第五十八页，共七十七页，2022年，8月28日背景目前应该说是中国核能发展的第三阶段，国家已将核电作为能源战略的重要组成部分。其方针是“积极推进核电建设”。到2020年核电在国家电力的比例将为4％～5％,中国将建至少30座100万千瓦级的核电站。根据国家中长期能源发展形势和前景分析，在《2050年我国的能源需求》的研究报告中指出，核电占一次能源的比重应提高到12.5%，总装机容量达到240GW。核燃料循环各环节生产能力到2020年也要在现有基础上提高4～6倍。3.2世界核电发展前景——中国第五十九页，共七十七页，2022年，8月28日据能源研究部门预测，2035年我国核能发电量有望达到当年全国电力总发电量的16%，约为3亿千瓦时。即在大约30年后，我国核能发电有望达到目前世界核电发展的平均水平。以广东为例。根据国家“积极发展核电”的方针，广东省提出了至2020年建成核电装机容量达到2400万千瓦，在建1000万千瓦的核电发展目标。3.2世界核电发展前景——中国第六十页，共七十七页，2022年，8月28日我国核电发展技术路线从长远来讲，我国核电发展执行热堆---快堆---聚变堆三步走的方针。在发展和利用热堆阶段，执行1982年回龙观会议确定的以压水堆为主技术路线。裂变堆核电的技术路线为：近期主要采用经改进的第二代核电技术，建设一批核电机组；同时开发第三代和第四代核电技术。3.2世界核电发展前景——中国第六十一页，共七十七页，2022年，8月28日我国核电发展技术路线国务院于2006年2月发布的《国家中长期科学技术发展规划纲要》中，已将“大型先进压水堆和高温气冷堆核电站”列为16个国家重大科技专项之一。浙江三门，广东阳江，山东海洋共6个100万千瓦级核电机组作为我国核电自主化依托项目，已通过国际招标分别与美国Westinghouse和法国Areva签订了引进AP1000和EPR技术协议。3.2世界核电发展前景——中国第六十二页，共七十七页，2022年，8月28日我国核电发展技术路线上述项目投标单位和堆型为：日本东芝公司控股的美国西屋电器公司——（美国先进压水堆）AP1000和法国阿海珐（Areva）公司——欧洲先进压水堆EPR国产第三代压水堆核电示范工程将于2010年左右开工建设，2015年后逐步推广，2020年后将成为我国大规模核电建设的主力机型。我国也在开发高温气冷堆，一方面作为压水堆发电的补充，同时也为发展第四代核能系统和核能制氢提供技术基础。3.2世界核电发展前景——中国第六十三页，共七十七页，2022年，8月28日原子和原子核:一切物质都是由原子组成的,原子由带正电的原子核和绕原子核旋转的带负电的电子构成的;原子核一般由质子和中子组成;同一种元素的原子具有相同的化学性质,他们的原子核中质子数相同,但中子数可能不同。链式裂变反应:裂变反应是由中子引起的,反应的结果又产生新的中子,如果能利用新的中子引起新的核裂变,裂变反应就能连续不断的进行下去,这就是链式裂变反应。50多年前,科学家发现铀-235原子核在吸收一个中子后能分裂,放出2～3个中子,同时放出大量能量(核裂变能)。铀是自然界中原子序数最大的元素,地壳中含量约为4百万分之一.天然铀由3种同位素构成,其中铀235占0.71%,铀235原子核裂变放出的能量是同量煤燃烧放出能量的270万倍。3.3核电站工作原理第六十四页，共七十七页，2022年，8月28日3.3核电站工作原理第六十五页，共七十七页，2022年，8月28日核电站的工作原理——压水堆核电站压水堆核电站主要由原子核反应堆、一回路系统、二回路系统及其它辅助系统和设备组成，如图所示。3.3核电站工作原理第六十六页，共七十七页，2022年，8月28日核电站的工作原理——压水堆核电站一回路系统是将裂变能转化为水蒸气的热能装置。它由反应堆、一回路循环泵（即主泵）、稳压罐（即稳压器）、蒸汽发生器以及相应的管道等组成。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，使给水加热变成高压蒸汽，放热后的冷却水又重新流回堆芯。这样不断地循环往复，构成一个密闭的循环回路。3.3核电站工作原理第六十七页，共七十七页，2022年，8月28日核电站的工作原理——压水堆核电站为了确保安全，将整个一回路循环系统的主要设备集中安装在一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、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。3.3核电站工作原理第六十八页，共七十七页，2022年，8月28日核电站的工作原理——压水堆核电站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源，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。3.3核电站工作原理第六十九页，共七十七页，2022年，8月28日第三代核电AP1000的五大核心关键技术

核岛筏基大体积混凝土一次性整体浇注技术核岛钢制安全壳底封头成套技术模块设计和制造技术主管道制造技术核岛主设备大型锻件制造技术3.4核电站关键技术第七十页，共七十七页，2022年，8月28日核岛筏基大体积混凝土一次性整体浇注技术2009年3月31日14时06分，世界上首台AP1000核电机组三门核电站一号机组核岛第一罐混凝土浇注顺利完成，4月20日混凝土养护取得成功。这是世界核电站工程建设中首次成功采用核岛筏基大体积混凝土一次性整体浇注的先进技术，我国成为首个成功掌握此项技术的国家。核电站核岛筏基是核反应堆厂房的基础部分，其大体积混凝土一次性整体浇注，可以实现核电站核岛基础的一次整体成形，具有无接口、防渗好等技术优点，特别适合安全性能要求较高的核电施工。但由于浇注后的养护是难点，一直是施工的一大技术难题。该项技