世界核電發(fā)展現狀及新趨勢

世界核電發(fā)展現狀及新趨勢

一能-能-發(fā)電1954年，前蘇聯(lián)奧布寧斯克核電站通過了電網。人們進入了平利用核的時代，開始了用原子能發(fā)電的進程。半個世紀以來,核電經歷了20世紀60年代的起步階段,20世紀70～80年代的快速發(fā)展階段和20世紀80年代一直到本世紀初的緩慢發(fā)展階段以及本世紀以來的復蘇階段。(一)國外核電機組和設備20世紀50年代和60年代是核能用于發(fā)電的試驗和選型階段。1954年6月,前蘇聯(lián)建成世界上第一座核電機組——5000kW石墨水冷堆奧布寧斯克核電站。美國于1956年投入運行了第一臺核電機組,電功率為4500kW的沸水堆機組,1957年l2月建成了希平港(ShippingPort)壓水堆核電站,1960年7月建成了德累斯頓(Dresden-1)沸水堆核電站。法國和英國在1956年也各建成一臺石墨氣冷堆機組。到了20世紀60年代,德國、日本、加拿大等國的核電工業(yè)相繼發(fā)展起來,總裝機1223萬kW,最大單機容量60.8萬kW。此時,發(fā)電成本有的已低于常規(guī)火電站。(二)國外電力系統(tǒng)的發(fā)展這一階段核電技術趨于成熟,擁有核電站的國家逐年增多。特別是1973～1974年的石油危機,將世界核電的發(fā)展推向高潮。1970～1982年,美國的核電從218億度增加到3000億度,增加12.8倍,其比例在電力生產中從1.3%提高到16%;法國核電增加了20.4倍,比例從3.7%增加到40%以上;日本增加了21.8倍,比例從1.3%增加到20%。印度、巴西、阿根廷等發(fā)展中國家也建成了一批核電站。(三)經營相對較快的煤炭國統(tǒng)對堆場的安全性要求不斷提高進入20世紀80年代以后,各國采取大力節(jié)約能源以及能源結構調整的措施,世界經濟特別是發(fā)達國家的經濟增長緩慢,因而對電力需求增長不快甚至下降。核電發(fā)展遇到重重困難。1979年3月美國發(fā)生了三哩島核電廠事故,雖然未造成人身傷亡,卻對世界核電發(fā)展產生了重大影響,特別是公眾對核安全的疑慮難以消除。1986年4月,蘇聯(lián)又發(fā)生了切爾諾貝利核電廠事故,影響更為深遠。這兩次大的核電事故使有些人對核電產生了恐懼心理,形成了反對建核電站的一股強大勢力。在這種情況下,公眾和政府對核電的安全性要求不斷提高,致使核電設計更復雜、政府審批時間加長、建造周期加長、建設成本上升,以致核電的經濟競爭性下降。1978～1983年,單美國就取消了67座核電站的定貨,凈減少發(fā)電能力約7800萬kW。另一些國家如瑞典、奧地利、荷蘭、意大利等國放慢了甚至停止發(fā)展核電,蘇聯(lián)也做出了不再建造石墨水冷堆核電廠的決定。(四)歐共體和亞洲國家進入21世紀,由于核電安全技術的快速發(fā)展,高漲的天然氣和煤炭價格使得核電顯得便宜以及燃燒化石能源導致的嚴重環(huán)境污染和氣候變暖現實,許多國家都將核能列入本國中長期能源政策中。歐共體發(fā)表了關于能源供應安全的綠皮書,并重申必須依靠核能減少溫室氣體排放;美國表示將考慮建造新核電廠并放棄不后處理乏燃料的卡特理論。一些亞洲國家如日本、中國和韓國都制定了重大的核計劃。一些歐洲國家也在繼續(xù)實施核計劃或重新考慮核問題,如目前芬蘭正在建設一座新的核電站,這是自1991年以來,在歐洲是首例。瑞典曾于1980年決定逐步放棄核能,但現已決定推遲關閉核反應堆,民意測驗表明大部分瑞典人贊成繼續(xù)實施核電計劃。二世界改革開放和建設單位數量據國際原子能機構統(tǒng)計,截至2005年底,全球發(fā)電裝機比例:核電占16%,煤電占39%,水電占19%,氣電占15%,天然氣占15%(如圖1所示)。核電與水電、煤電一起構成世界電源的三大支柱,在世界能源結構中有著重要的地位。截至2006年1月已經擁有在役、在建、或擬建反應堆的國家共有37個,其中有31個國家或地區(qū)運行著441座核反應堆、總凈裝機容量達368386MWe,有6個國家將跨入擁有核反應堆的國家行列(見表1)。11個國家正在建設24座反應堆,裝機容量為18816MWe;11個國家已制定了共計41座反應堆42707MWe的建設計劃;共有l(wèi)7個國家擬建造113座共82220MWe。在建的、規(guī)劃中的、擬建的核電站主要集中在遠東、亞洲、東歐和南美,美國有1座在建及13座規(guī)劃中的核電機組,法國也有建1座機組的計劃。全世界共有16個國家的核電在國家電力生產中的比例超過25%,其中比例較高的國家是:法國(78%)、立陶宛(72%)、斯洛伐克(55%)、比利時(55%)、瑞典(52%)、烏克蘭(51%)、保加利亞(42%)、瑞士(40%)。按照正在運行的核電機組數目來排列依次是:美國(103)、法國(59)、日本(55)、俄羅斯(31)、英國(23)、韓國(20)、德國(18)、加拿大(18)。世界運行的441座反應堆堆型(見表2)有壓水堆(PWR)、沸水堆(BWR)、重水堆(PHWR)、氣冷堆(Magnox&AGR)、石墨水冷堆(RBMK)和快堆。其中PWR268座、裝機容量約為249GWe;BWR94座、約為85GWe;PHWR40座、約為22GWe;Magnox&AGR23座、約為12GWe;快堆4座、約為1GWe。當前,世界大多數國家都在或計劃積極發(fā)展核電,但也有個別歐洲國家計劃逐步取消核電。在亞洲,中國、日本和韓國都重申繼續(xù)發(fā)展核電的方針。美國經過20多年的徘徊后,布什總統(tǒng)宣布核能將作為美國能源結構中的重要成分,用美國能源部代表的話來說,“美國核電又重新回到議事桌上來了”。美國正積極推進新一代核電的研發(fā)、審批和建設計劃。歐洲出現分化趨勢:芬蘭在多年爭論后終于宣布著手建設第五核電站;英國和意大利有了重新啟動核能的計劃;法國將建設改進型壓水堆EPR1400;德國、瑞典、比利時宣布停止發(fā)展核電,現有核電站運行到壽命終了,但這些國家在取消核電后將面臨著如何解決關閉核反應堆——滿足電力需求——減少溫室氣體排放之間的矛盾的共同問題。南美洲的巴西在核電發(fā)展計劃停頓多年后批準了安卡拉3號建造計劃;墨西哥宣布繼續(xù)使用核電的計劃。三世界能源發(fā)展的新趨勢(一)新建基地和新建發(fā)酵企業(yè)世界核電運行中的反應堆裝機容量逐漸增加(見圖2)。這主要因為:一是美、法、日、德等國家延長核電機組壽期,減少退役機組數量;二是核電發(fā)達國家進行機組擴容;三是新建核電站的投產。目前在建、規(guī)劃和擬建的規(guī)模龐大,其裝機容量共計143743MWe,約占運行機組裝機容量的39%。國際原子能機構(IEAE)預測,為了滿足世界人民基本電力需求,到2030年電力需求增長雙倍,屆時電力裝機容量達4700GWe。據此,世界核運營者協(xié)議提出了未來25年內核電發(fā)展的三種方案(見表3)。這三種方案中高兩種方案的核電裝機容量在未來25年內是擴張的,而低方案則是縮減的。一般來說,中方案比較具有可行性。(二)世界改革開放和經濟互助委員會cmea的世界資源整合過去將近90%以上的核電裝機容量分布于主要集中在OECD(經合組織)或前經濟互助委員會(CMEA)的國家內。近幾年來,世界核電發(fā)展重心向東亞和東南亞轉移。過去核電集中地區(qū)的核電人力資源、技術資源都要進行遷移。核電產業(yè)出現壟斷加劇現象:1、國外堆場堆場的堆場1989年,美國共有54家核電營運商營運著113臺核電機組;到2001年,核電營運商數量降至24家,營運核電機組也減少到103臺;1999年和2000年,核能工業(yè)界先后發(fā)生了幾宗大的聯(lián)合和兼并。英國核燃料公司(BNFL)收購西屋公司和ABB的核電業(yè)務,法馬通和西門子公司合并核電業(yè)務,美國通用電氣、日本東芝和日立公司聯(lián)合經營核燃料的全方位業(yè)務。這些公司通過兼并聯(lián)合進行優(yōu)勢互補,主要表現在以下幾個方面:一是,在世界核電市場十分低迷的背景下,各主要核電供應商都把資產重組、兼并組合視為保存自身技術力量的一種手段。二是,各主要核電供應商均強調強強聯(lián)合,通過聯(lián)合把各自的傳統(tǒng)優(yōu)勢緊緊結合起來,以便在核電市場上最大限度地發(fā)揮聯(lián)合財團的整體競爭力?？杀苊赓Y源的重復投入,從而減少各自所承擔的風險。三是,兼并聯(lián)合給供應商創(chuàng)造了更多的機遇,有的借機進一步開拓業(yè)務領域,甚至涉足以前從未從事過的業(yè)務范圍。2、加強供應商管理在不影響核電的安全性和可靠性的前提下,核電站業(yè)主和核電主要供應商各自拿出自身的有競爭優(yōu)勢的項目參與合作,形成優(yōu)勢互補;另外,核電站的營運者在更新改造、物資管理的核燃料管理等領域加強供應商可取得較大的綜合效益。如2000年成立的美國資源共享戰(zhàn)略聯(lián)盟STARS(StrategicTeamingandResourceSharing),其宗旨就是確保核電站的安全和穩(wěn)定運行,提高電站的運行業(yè)績,使資源利用更有效,擴大核電產業(yè)的影響,并為將來的核電提供一個不斷學習的環(huán)境。3、歐洲專利產品基地的研究與合作世界核能工業(yè)在全球范圍內合理安排科研、制造、試驗、生產與后處理等全過程產業(yè)鏈的趨勢將更加明顯。例如GE、東芝、日立聯(lián)合開發(fā)出新一代核電改進型沸水堆(ABWR);日本5家電力公司、三菱重工和美國西屋公司聯(lián)合研發(fā)改進型壓水堆(APWR)。由法馬通公司與德國西門子公司合作開發(fā)出歐洲壓水堆(EPR),是歐洲最先進的核電堆型;由西屋公司、國內外工業(yè)界、能源部下屬機構組成的精英團隊采取自帶“糧票”的集資方式所研發(fā)的AP600。目前,美、法、日、英和加就新一代核電技術即“第四代”核系統(tǒng)的長期研發(fā)合作計劃簽訂了協(xié)議。這說明核電技術的聯(lián)合與兼并不僅僅是在國內,更多的聯(lián)盟是跨國進行。發(fā)展中國家如果能在這次全球核能工業(yè)調整與整合中成為跨國公司全球產業(yè)鏈中的一環(huán),那么對發(fā)展中國家基礎技術水平的提高、產業(yè)能力的加強將起到重要的推動作用。(三)美國核管公司成立nmc核電站的業(yè)主越來越傾向于關注運行管理效率以及技術創(chuàng)新,而通常將其設備管理、維修管理、庫存管理、日常服務管理以及后勤工作通過合同方式委托給專業(yè)公司。據美國有關統(tǒng)計,美國核電站每年總計99億美元運行維護費用的支出中,有55億美元可以以更有效的方式外包給有經驗的專業(yè)公司。為了降低運行成本和提高運營效率,美國于2000年成立了美國核管理公司(NMC),NMC是由核管會(NRC)批準成立的核運營公司,它接手了位于6處場址的8座核電站,負責運行、燃料采購和維護、乏燃料和退役。核電管理的專業(yè)化不僅提高運行業(yè)績,有利于降低運行成本;而且有利于核電企業(yè)集中力量培育自身的核心競爭力,提升核電的經濟競爭性。(四)新堆型核水劑由于受三哩島和切爾諾貝利兩大核事故的影響,為了滿足更高的安全性與經濟性,核電技術必須尋求新的突破。世界整個核能界對新一代核電都給予了很大的關注。關于新一代核電的概念在會議報告中應用比較廣泛,美國能源部的一篇報告對其定義澄清如下:第一代核電(GenI)指早期建造的幾座原型核電站;當前大量運行的核電機組屬于第二代(GenII);第三代(GenIII)為改進型設計,如ABWR,System80+,另有幾個型號設計改進步驟更大一些,如AP600/1000和PBMR稱為GenIII+,這類堆型在美國沒有建設;第四代(GenIV)是一種與現有核電有很大不同的、需要做大量研發(fā)工作的新一代核能系統(tǒng),這些系統(tǒng)多數考慮能量的綜合應用:采用先進的熱循環(huán)生產電力,同時生產氫氣、海水淡化和供應其他工業(yè)用熱。目前世界正在運行的機組采用的基本是第2代(GenⅡ)核電技術。世界各國家正在開發(fā)先進反應堆和燃料循環(huán)技術,并在2代基礎上進行了改進與創(chuàng)新,研發(fā)出“2代、3代或3代+”。目前,面向21世紀初期核電市場,各國推出改進型或革新型的新堆型有:1、ABWR,基本滿足美國用戶要求文件(URD)對3代安全性、先進性、可靠性和經濟性的要求,已有建造、運行的經驗,但經濟競爭性不確定。2、AP-600/1000,采用非能動安全系統(tǒng)、簡化設計,安全性高,據西屋公司預測,AP-1000的第3座雙堆電廠基礎造價1009美元/kW,發(fā)電成本3.6美分/kWh。3、System80+,設計簡化,安全性、可靠性較高,已有建造、運行經驗。4、CANDU9和ACR-1000,據美國原子能公司預計ACR雙座700MWe可低至1000美元/kW。5、SWR1000,是一種沸水堆,具有BWR的特征和非能動安全的特性。6、ESBWR,采用自然循環(huán)方式和非能動安全的沸水堆,比ABWR更具經濟性。7、IRIS,革新型小型壓水堆,是一體化的主回路系統(tǒng)。8、PBMR,石墨慢化氦冷堆,采用模塊化設計。9、GT-MHR,氦氣透平-模塊化高溫氣冷堆,用石墨做慢化劑的氦冷堆。美國有關專家對這些新堆型的技術路線,從設計認證、工業(yè)基礎設施及能力、商業(yè)化計劃、費用分擔計劃、經濟競爭力和燃料循環(huán)工業(yè)結構等角度來評估(見表4)。由表4可見,這些新堆型在設計認證、工業(yè)基礎設施與能力及燃料循環(huán)工業(yè)結構都能得到認可,經濟競爭力也具有顯著性。因此,采用了改進型和革新型設計的新堆型不僅提高了核電安全性、可靠性和經濟性,而且將會推動新時代核電的發(fā)展。(五)加強事故風險的預防近年來,新的國際核安全標準已通過國際原子能機構(IAEA)連續(xù)頒布。新標準增加了“縱深防御”的層次;要求將核電站的“風險概率”在原要求的基