世界核电发展现状及新趋势

世界核电发展现状及新趋势

一能-能-发电1954年，前苏联奥布宁斯克核电站通过了电网。人们进入了平利用核的时代，开始了用原子能发电的进程。半个世纪以来,核电经历了20世纪60年代的起步阶段,20世纪70～80年代的快速发展阶段和20世纪80年代一直到本世纪初的缓慢发展阶段以及本世纪以来的复苏阶段。(一)国外核电机组和设备20世纪50年代和60年代是核能用于发电的试验和选型阶段。1954年6月,前苏联建成世界上第一座核电机组——5000kW石墨水冷堆奥布宁斯克核电站。美国于1956年投入运行了第一台核电机组,电功率为4500kW的沸水堆机组,1957年l2月建成了希平港(ShippingPort)压水堆核电站,1960年7月建成了德累斯顿(Dresden-1)沸水堆核电站。法国和英国在1956年也各建成一台石墨气冷堆机组。到了20世纪60年代,德国、日本、加拿大等国的核电工业相继发展起来,总装机1223万kW,最大单机容量60.8万kW。此时,发电成本有的已低于常规火电站。(二)国外电力系统的发展这一阶段核电技术趋于成熟,拥有核电站的国家逐年增多。特别是1973～1974年的石油危机,将世界核电的发展推向高潮。1970～1982年,美国的核电从218亿度增加到3000亿度,增加12.8倍,其比例在电力生产中从1.3%提高到16%;法国核电增加了20.4倍,比例从3.7%增加到40%以上;日本增加了21.8倍,比例从1.3%增加到20%。印度、巴西、阿根廷等发展中国家也建成了一批核电站。(三)经营相对较快的煤炭国统对堆场的安全性要求不断提高进入20世纪80年代以后,各国采取大力节约能源以及能源结构调整的措施,世界经济特别是发达国家的经济增长缓慢,因而对电力需求增长不快甚至下降。核电发展遇到重重困难。1979年3月美国发生了三哩岛核电厂事故,虽然未造成人身伤亡,却对世界核电发展产生了重大影响,特别是公众对核安全的疑虑难以消除。1986年4月,苏联又发生了切尔诺贝利核电厂事故,影响更为深远。这两次大的核电事故使有些人对核电产生了恐惧心理,形成了反对建核电站的一股强大势力。在这种情况下,公众和政府对核电的安全性要求不断提高,致使核电设计更复杂、政府审批时间加长、建造周期加长、建设成本上升,以致核电的经济竞争性下降。1978～1983年,单美国就取消了67座核电站的定货,净减少发电能力约7800万kW。另一些国家如瑞典、奥地利、荷兰、意大利等国放慢了甚至停止发展核电,苏联也做出了不再建造石墨水冷堆核电厂的决定。(四)欧共体和亚洲国家进入21世纪,由于核电安全技术的快速发展,高涨的天然气和煤炭价格使得核电显得便宜以及燃烧化石能源导致的严重环境污染和气候变暖现实,许多国家都将核能列入本国中长期能源政策中。欧共体发表了关于能源供应安全的绿皮书,并重申必须依靠核能减少温室气体排放;美国表示将考虑建造新核电厂并放弃不后处理乏燃料的卡特理论。一些亚洲国家如日本、中国和韩国都制定了重大的核计划。一些欧洲国家也在继续实施核计划或重新考虑核问题,如目前芬兰正在建设一座新的核电站,这是自1991年以来,在欧洲是首例。瑞典曾于1980年决定逐步放弃核能,但现已决定推迟关闭核反应堆,民意测验表明大部分瑞典人赞成继续实施核电计划。二世界改革开放和建设单位数量据国际原子能机构统计,截至2005年底,全球发电装机比例:核电占16%,煤电占39%,水电占19%,气电占15%,天然气占15%(如图1所示)。核电与水电、煤电一起构成世界电源的三大支柱,在世界能源结构中有着重要的地位。截至2006年1月已经拥有在役、在建、或拟建反应堆的国家共有37个,其中有31个国家或地区运行着441座核反应堆、总净装机容量达368386MWe,有6个国家将跨入拥有核反应堆的国家行列(见表1)。11个国家正在建设24座反应堆,装机容量为18816MWe;11个国家已制定了共计41座反应堆42707MWe的建设计划;共有l7个国家拟建造113座共82220MWe。在建的、规划中的、拟建的核电站主要集中在远东、亚洲、东欧和南美,美国有1座在建及13座规划中的核电机组,法国也有建1座机组的计划。全世界共有16个国家的核电在国家电力生产中的比例超过25%,其中比例较高的国家是:法国(78%)、立陶宛(72%)、斯洛伐克(55%)、比利时(55%)、瑞典(52%)、乌克兰(51%)、保加利亚(42%)、瑞士(40%)。按照正在运行的核电机组数目来排列依次是:美国(103)、法国(59)、日本(55)、俄罗斯(31)、英国(23)、韩国(20)、德国(18)、加拿大(18)。世界运行的441座反应堆堆型(见表2)有压水堆(PWR)、沸水堆(BWR)、重水堆(PHWR)、气冷堆(Magnox&AGR)、石墨水冷堆(RBMK)和快堆。其中PWR268座、装机容量约为249GWe;BWR94座、约为85GWe;PHWR40座、约为22GWe;Magnox&AGR23座、约为12GWe;快堆4座、约为1GWe。当前,世界大多数国家都在或计划积极发展核电,但也有个别欧洲国家计划逐步取消核电。在亚洲,中国、日本和韩国都重申继续发展核电的方针。美国经过20多年的徘徊后,布什总统宣布核能将作为美国能源结构中的重要成分,用美国能源部代表的话来说,“美国核电又重新回到议事桌上来了”。美国正积极推进新一代核电的研发、审批和建设计划。欧洲出现分化趋势:芬兰在多年争论后终于宣布着手建设第五核电站;英国和意大利有了重新启动核能的计划;法国将建设改进型压水堆EPR1400;德国、瑞典、比利时宣布停止发展核电,现有核电站运行到寿命终了,但这些国家在取消核电后将面临着如何解决关闭核反应堆——满足电力需求——减少温室气体排放之间的矛盾的共同问题。南美洲的巴西在核电发展计划停顿多年后批准了安卡拉3号建造计划;墨西哥宣布继续使用核电的计划。三世界能源发展的新趋势(一)新建基地和新建发酵企业世界核电运行中的反应堆装机容量逐渐增加(见图2)。这主要因为:一是美、法、日、德等国家延长核电机组寿期,减少退役机组数量;二是核电发达国家进行机组扩容;三是新建核电站的投产。目前在建、规划和拟建的规模庞大,其装机容量共计143743MWe,约占运行机组装机容量的39%。国际原子能机构(IEAE)预测,为了满足世界人民基本电力需求,到2030年电力需求增长双倍,届时电力装机容量达4700GWe。据此,世界核运营者协议提出了未来25年内核电发展的三种方案(见表3)。这三种方案中高两种方案的核电装机容量在未来25年内是扩张的,而低方案则是缩减的。一般来说,中方案比较具有可行性。(二)世界改革开放和经济互助委员会cmea的世界资源整合过去将近90%以上的核电装机容量分布于主要集中在OECD(经合组织)或前经济互助委员会(CMEA)的国家内。近几年来,世界核电发展重心向东亚和东南亚转移。过去核电集中地区的核电人力资源、技术资源都要进行迁移。核电产业出现垄断加剧现象:1、国外堆场堆场的堆场1989年,美国共有54家核电营运商营运着113台核电机组;到2001年,核电营运商数量降至24家,营运核电机组也减少到103台;1999年和2000年,核能工业界先后发生了几宗大的联合和兼并。英国核燃料公司(BNFL)收购西屋公司和ABB的核电业务,法马通和西门子公司合并核电业务,美国通用电气、日本东芝和日立公司联合经营核燃料的全方位业务。这些公司通过兼并联合进行优势互补,主要表现在以下几个方面:一是,在世界核电市场十分低迷的背景下,各主要核电供应商都把资产重组、兼并组合视为保存自身技术力量的一种手段。二是,各主要核电供应商均强调强强联合,通过联合把各自的传统优势紧紧结合起来,以便在核电市场上最大限度地发挥联合财团的整体竞争力。可避免资源的重复投入,从而减少各自所承担的风险。三是,兼并联合给供应商创造了更多的机遇,有的借机进一步开拓业务领域,甚至涉足以前从未从事过的业务范围。2、加强供应商管理在不影响核电的安全性和可靠性的前提下,核电站业主和核电主要供应商各自拿出自身的有竞争优势的项目参与合作,形成优势互补;另外,核电站的营运者在更新改造、物资管理的核燃料管理等领域加强供应商可取得较大的综合效益。如2000年成立的美国资源共享战略联盟STARS(StrategicTeamingandResourceSharing),其宗旨就是确保核电站的安全和稳定运行,提高电站的运行业绩,使资源利用更有效,扩大核电产业的影响,并为将来的核电提供一个不断学习的环境。3、欧洲专利产品基地的研究与合作世界核能工业在全球范围内合理安排科研、制造、试验、生产与后处理等全过程产业链的趋势将更加明显。例如GE、东芝、日立联合开发出新一代核电改进型沸水堆(ABWR);日本5家电力公司、三菱重工和美国西屋公司联合研发改进型压水堆(APWR)。由法马通公司与德国西门子公司合作开发出欧洲压水堆(EPR),是欧洲最先进的核电堆型;由西屋公司、国内外工业界、能源部下属机构组成的精英团队采取自带“粮票”的集资方式所研发的AP600。目前,美、法、日、英和加就新一代核电技术即“第四代”核系统的长期研发合作计划签订了协议。这说明核电技术的联合与兼并不仅仅是在国内,更多的联盟是跨国进行。发展中国家如果能在这次全球核能工业调整与整合中成为跨国公司全球产业链中的一环,那么对发展中国家基础技术水平的提高、产业能力的加强将起到重要的推动作用。(三)美国核管公司成立nmc核电站的业主越来越倾向于关注运行管理效率以及技术创新,而通常将其设备管理、维修管理、库存管理、日常服务管理以及后勤工作通过合同方式委托给专业公司。据美国有关统计,美国核电站每年总计99亿美元运行维护费用的支出中,有55亿美元可以以更有效的方式外包给有经验的专业公司。为了降低运行成本和提高运营效率,美国于2000年成立了美国核管理公司(NMC),NMC是由核管会(NRC)批准成立的核运营公司,它接手了位于6处场址的8座核电站,负责运行、燃料采购和维护、乏燃料和退役。核电管理的专业化不仅提高运行业绩,有利于降低运行成本;而且有利于核电企业集中力量培育自身的核心竞争力,提升核电的经济竞争性。(四)新堆型核水剂由于受三哩岛和切尔诺贝利两大核事故的影响,为了满足更高的安全性与经济性,核电技术必须寻求新的突破。世界整个核能界对新一代核电都给予了很大的关注。关于新一代核电的概念在会议报告中应用比较广泛,美国能源部的一篇报告对其定义澄清如下:第一代核电(GenI)指早期建造的几座原型核电站;当前大量运行的核电机组属于第二代(GenII);第三代(GenIII)为改进型设计,如ABWR,System80+,另有几个型号设计改进步骤更大一些,如AP600/1000和PBMR称为GenIII+,这类堆型在美国没有建设;第四代(GenIV)是一种与现有核电有很大不同的、需要做大量研发工作的新一代核能系统,这些系统多数考虑能量的综合应用:采用先进的热循环生产电力,同时生产氢气、海水淡化和供应其他工业用热。目前世界正在运行的机组采用的基本是第2代(GenⅡ)核电技术。世界各国家正在开发先进反应堆和燃料循环技术,并在2代基础上进行了改进与创新,研发出“2代、3代或3代+”。目前,面向21世纪初期核电市场,各国推出改进型或革新型的新堆型有:1、ABWR,基本满足美国用户要求文件(URD)对3代安全性、先进性、可靠性和经济性的要求,已有建造、运行的经验,但经济竞争性不确定。2、AP-600/1000,采用非能动安全系统、简化设计,安全性高,据西屋公司预测,AP-1000的第3座双堆电厂基础造价1009美元/kW,发电成本3.6美分/kWh。3、System80+,设计简化,安全性、可靠性较高,已有建造、运行经验。4、CANDU9和ACR-1000,据美国原子能公司预计ACR双座700MWe可低至1000美元/kW。5、SWR1000,是一种沸水堆,具有BWR的特征和非能动安全的特性。6、ESBWR,采用自然循环方式和非能动安全的沸水堆,比ABWR更具经济性。7、IRIS,革新型小型压水堆,是一体化的主回路系统。8、PBMR,石墨慢化氦冷堆,采用模块化设计。9、GT-MHR,氦气透平-模块化高温气冷堆,用石墨做慢化剂的氦冷堆。美国有关专家对这些新堆型的技术路线,从设计认证、工业基础设施及能力、商业化计划、费用分担计划、经济竞争力和燃料循环工业结构等角度来评估(见表4)。由表4可见,这些新堆型在设计认证、工业基础设施与能力及燃料循环工业结构都能得到认可,经济竞争力也具有显著性。因此,采用了改进型和革新型设计的新堆型不仅提高了核电安全性、可靠性和经济性,而且将会推动新时代核电的发展。(五)加强事故风险的预防近年来,新的国际核安全标准已通过国际原子能机构(IAEA)连续颁布。新标准增加了“纵深防御”的层次;要求将核电站的“风险概率”在原要求的基