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加快快堆的建设是我国核电发展的唯一出路

2025-02-13 学习 评论 阅读

  

2008年11月25日,我国四万亿的经济刺激计划中的第一个获批的项目——福建福清核电站开建。随着该核电站的开建,我国核能发电进入快速发展期。  

  

据悉,此次四万亿元经济刺激计划中,有上千亿元投资在核电上。未来3年内,中国将开建9座核电站、16台核电机组,装机容量在1000万千瓦以上。这意味着未来3年的核电建设总量将超过过去23年的总和。而且从今年起至2020年止,中国每年将至少批准建设3个百万千瓦级核电机组,最终到2020年共新建30座核电站。到时中国核电运行装机容量将为5000万千瓦!  

  

众所周知,铀在核能发电中起着至关重要的作用,但是中国是个“贫铀”的国家。我国的铀矿矿体小(矿床规模以中小为主的占总储量的60%以上) ,分布广,且矿石品位偏低(即废物量大)。而且中国现在已探明的铀矿储量只够2020年铀用量1/3的。这正是我国发展核电的一个巨大隐忧!国际上只有加拿大、澳大利亚、和哈萨克斯坦三国是富铀国,但这三个富铀国已探明的铀矿几乎已被法国的阿海珐等大公司掌控,所以法国是世界上核能发电占总发电量比例最高的国家。(其核电占总发电量的比例为56.21%)当然我们的近邻朝鲜和韩国也拥有不少铀矿资源。但是在朝核问题没有解决之前,朝鲜的铀矿开采和出口都是不可能的。韩国作为世界上最仇视中国的国家之一,想要其向中国出口铀,恐怕也很难。  

  

同时,随着能源安全日益成为不少国家的头等大事,以及担心国际能源价格高企,再加上石油、煤炭发电带来的环境污染、温室效应和全球变暖等问题,全球正在掀起一场核电站的建设狂潮!目前全球在建的28个核电站中,就有17个位于亚洲。在亚太地区除了中国外,印度、韩国和日本最近都表示将大幅增加核电站的数目。尤其是核电站数目排美国和法国之后的日本,正打算在未来10年里,将核能发电量占总供电量的比例从目前的30%提高至40%。而越南、马来西亚和印尼也考虑拟建核电站。连二十年都没有再建核电站的美国,都已经同时批准了二十一家核电站的建设。据《亚洲时报》报道,作为拥有世界上近40%铀储量的仅次于加拿大的全球第二大铀出口国澳大利亚,也宣布愿意加入核能国家之列,其“核能源发展报告”提出了关于“在2050年前建成25座核电站,以便届时提供全国30%的电力供应”的目标设想。随着铀需求量的增加,全球铀行情已经开始上涨!而我国正着手建立天然铀国家战略储备、企业商用储备体系以及世界燃料储备库计划。这就意味着,中国将像在油价最高时建立战略石油储备一样,在铀价很高时建立天然铀国家战略储备……  

  

铀作为一种枯竭资源,能维持多久还很成问题。根据预测,全世界核电站在1996~2010年之间将消耗掉100万吨天然铀,按照这个速度,(不考虑新建的核电站)预计到2030年,世界上易开采的低成本铀资源的80%都将 被消耗掉。我国如果得不到足够的铀矿资源,不管建多少核电站,最终都将面临停产的困境,当然,快堆除外。(而我国现有的和在建的核电站中没有一座快堆。只有一座08年刚刚建成的6.5千瓦的试验用快堆。)  

  

所以,最好的解决办法,就是大力发展快堆!什么是快堆?我先来解释一下:尽管利用热中子反应堆可以得到巨大的核能。但是,在天然铀中,仅有0.714%的铀同位素——铀-235,能够在热中子的作用下发生裂变反应,而占天然铀绝大部分的铀同素——铀-238却不能在热中子的作用下发生裂变反应。但铀-238在吸收中子后,经过几次核衰变,可以变成另一种可裂变的核材料钚-239。在热中子反应堆中,产生的钚-239的数量不足以抵偿消耗的铀-235。只有利用快中子来维持链式反应,使新产生的可裂变材料多于消耗的裂变材料。这种主要由快中子来引起裂变链式反应的反应堆,叫做快中子反应堆(简称快堆)。快堆中常用的核燃料是钚—239,而钚—239发生裂变时放出来的快中子会被装在反应区周围的铀-238吸收,又变成钚—239。这就是说,在堆中一边消耗钚—239,又一边使铀-238转变成新的钚—239,而是新生的钚—239比消耗掉的还多,从而使堆中核燃料变多。简单来讲,快堆可以增殖核燃料,也就是说核燃料会越烧越多。由于只要不断添加铀-238,快堆中就有多余的钚-239能不断产生出来,这些新产生出来的核燃料,通过处理后可以不断被提取出来,所以快堆核电站每过一段时间,它所得到的钚-239,还可以装备一座相同规模的快堆,这段时间称为倍增时间。经过一段倍增时间,l座快堆会变成2座快堆,再经过一段倍增时间,这2座快堆就变成4座。按照目前的情况快堆使用的核燃料多为氧化物,它的倍增时间是30多年。也就是说,每过30多年,快堆核电站就可翻一番。而且,这种氧化物核燃料快堆稍加改进,倍增时间就可缩短到20年左右。如果我们将快堆的核燃料由氧化物改为碳化物,则快堆的倍增时间可以缩短到10多年;如果改为金属型核燃料,则倍增时间还可缩短到6~7年。  

  

由于热堆在铀资源的利用上极差,只有1~2%可以用来发电,而其余的98~99%的铀只能被作为废料-贫铀弃置。而快堆能使 60~70%的铀得到利用。快堆比目前热堆中的压水堆对铀的利用率高140倍,比重水堆高70倍以上。而且贫铀、乏燃料、低品位铀矿乃至海水里的铀,都是快堆 “燃料” 的来源。  

另外,快堆还可以用于大规模制氢、海水淡化等,也可以建造中小型低噪声的长寿命移动快堆,或用于建造大型紧凑型船只,如航母用核动力快堆等。  

  

快堆虽好,但是我国的原型快堆要到 2020年左右才能建成。按照国外经验一般都要经历从试验堆到原形堆再到经济型验证堆(示范堆)最后到商用堆这样一个过程。换句话说,根据规划要到2030年左右我国才能建成一些60万千瓦的快堆核电站,与商用压水堆配套使用,初步形成我国压水堆和快堆的闭式燃料循环系统。而到时我国的商用压水堆的规模已经超过了7000万千万时,按照百万千瓦级压水堆核电站初装料为天然铀360吨、年换料为140吨计算,对天然铀的年需求量是多少,我就不用说了。从2009年至2030年这20多年的时间里,这几千万千万时的商用压水堆所产生的核废料将是一个庞大的数量。在我国对长寿命核废物做地质贮存是不现实的,又不能通过快堆将其嬗变掉,也将直接影响我国核电的可持续发展。  

大批量的上马核电站能大力拉动国民经济,同时避免一煤独大和减少我国对石油的依赖,同时也兼顾了环保的需要。但是从长远的角度来看,只有加快快堆的研究与建设,以及大力发展新能源,(风能、潮汐能、沼气和二氧化碳燃料)才是我国能源使用方面的真正出路。  

  

备注:  

①大型水电的发电成本是火力发电的50%左右,核电的发电成本是火电的40-100%,小型水电发电成本与火电相当,风力发电成本是火力发电成本的100%-120%左右。  

②二氧化碳燃料即为将在热力厂和发电厂排出的废气中的二氧化碳通过还原剂转化为甲烷、甲酸或是甲醇。  

标签:核电站   我国

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