核电站安全技术.docx
《核电站安全技术.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《核电站安全技术.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
核电站安全技术
核电站安全技术
第一章核能发展概况
1.1世界能源概况
能源是整个世界发展和经济增长的最基本的驱动力，是人类赖以生存的基础。
能源按基本形态和利用方式可分为一次能源和二次能源。
一次能源是指自然界中以天然形式存在并没有经过加工或转换的能量资源。
其中包括煤炭、石油和天然气在内的三种化石燃料是一次能源的核心，它们成为全球能源的基础；除此以外，水力、核能、太阳能、风能、地热能、海洋能以及生物质能等也在一次能源的范围内。
自19世纪70年代的产业革命以来，化石燃料消费量急剧增加。
初期主要是以煤炭为主，进入20世纪以后，特别是第二次世界大战以来，石油和天然气的生产与消费持续上升，石油于20世纪60年代首次超过煤炭，跃居一次能源的主导地位。
虽然20世纪70年代世界经历了两次石油危机，但世界石油消费量却没有丝毫减少的趋势。
此后，石油、煤炭所占比例缓慢下降，天然气的比例上升。
同时，水力、核能、太阳能、风能、地热能等其他形式的能源逐渐被开发和利用，形成了目前以化石燃料为主和可再生能源、新能源并存的能源结构格局。
二次能源则是指由一次能源直接或间接转换成其他种类和形式的能量资源，例如：
电力、煤气、汽油、柴油、焦炭、洁净煤和沼气等能源都属于二次能源。
其中，电力是人类利用二次能源最重要的形式，可以说没有电，就没有现代文明。
如今，核电作为核能和平利用的最主要的形式，与火电、水电并称为世界三大电力供应支柱。
目前核能发电约占全世界总发电量16﹪，火电占64﹪（其中煤炭发电占39﹪，天然气发电占15﹪，石油发电占10﹪），水电占19﹪，其他发电形式占1﹪。
各国核电装机容量的多少，很大程度上反映了各国经济、工业和科技的综合实力和水平。
1.2世界核电发展现状
1.2.1世界核电发展情况
煤炭、石油、天然气属于不可再生能源，根据世界各国专家的预测，按照目前人类消耗化石燃料的速度，地球上的石油和天然气资源只能继续供应几十年，煤炭资源稍微长一点，但也只能再供应一两百年。
水力属于可再生能源，但目前继续开发的潜力不大。
而太阳能、风能、地热能和生物质能都有其内在的缺点和局限性，大规模推广使用并不现实，只有核能是最现实的，可大规模利用的能源。
根据世界核协会的相关统计，截至2011年3月，世界上共有443台运行核电机组，装机容量37832.4万千瓦；在建63台，装机容量6545.4万千瓦。
详见下表。
核电在世界电力供应中约占16﹪。
美国、法国和日本三国的核电装机容量占全世界核电装机容量的57﹪。
有15个国家核能发电超过其本国总发电量的四分之一。
世界核电机组情况
国家或
地区
2011年在运核电机组
2011年在建核电机组
数量
总装机容量
（万千瓦）
数量
总装机容量
（万千瓦）
阿根廷
2
93.5
1
74.5
亚美尼亚
1
37.6
0
0
比利时
7
594.3
0
0
巴西
2
190.1
1
140.5
保加利亚
2
190.6
0
0
加拿大
18
1267.9
2
150.0
中国大陆
13
1080.8
28
3087.0
中国台湾
6
492.7
2
270.0
捷克
6
372.2
0
0
芬兰
4
272.1
1
170.0
法国
58
6313.0
1
172.0
德国
17
2033.9
0
0
匈牙利
4
188.0
0
0
印度
20
438.5
5
390.0
伊朗
0
0
1
100.0
日本
55
4734.8
2
275.6
韩国
21
1867.5
5
580.0
墨西哥
2
160.0
0
0
芬兰
1
48.5
0
0
巴基斯坦
2
40.0
1
30.0
罗马尼亚
2
131.0
0
0
俄罗斯
32
2308.4
10
896.0
斯洛伐克
4
181.6
2
88.0
斯洛文尼亚
1
69.6
0
0
南非
2
180.0
0
0
西班牙
8
744.8
0
0
瑞典
10
939.9
0
0
瑞士
5
325.2
0
0
乌克兰
15
1316.8
0
0
英国
19
1096.2
0
0
美国
104
10122.9
1
121.8
合计
443
37832.4
63
6545.4
1.2.2日本核电发展情况
日本是仅次于美国、法国的世界第三核电大国。
2010年，日本核电发电量约占全国总发电量的三分之一。
截至2011年3月，日本核电反应堆情况：
18座核电站55台核电机组运行，总装机容量4734.8万千瓦，其中沸水堆30台，压水堆24台，快堆1台（文殊核电站，于2012年5月重新启动，现又停堆检修）；2台反应堆（沸水堆）在建，总装机容量275.6万千瓦。
目前，日本受9.0级大地震和海啸影响发生核泄漏的为福岛第一核电站。
受地震影响的福岛第一核电站见下表。
受地震影响的福岛第一核电站的基本情况
反应堆
类型
额定功率（万千瓦）
安全壳设计
运营商/供应商
商业运行时间
1
BWR-3
46.0
马克∣结构
东京/通用电气
1971-03
2
BWR-4
78.4
马克∣∣结构
东京/通用电气
1974-07
3
BWR-4
78.4
马克∣∣结构
东京/东芝
1976-03
4
BWR-4
78.4
马克∣∣结构
东京/日立
1978-10
5
BWR-4
78.4
马克∣∣结构
东京/东芝
1978-04
6
BWR-5
110.0
马克∣∣∣结构
东京/通用电气
1979-10
1.3我国核电的发展现状
1.3.1我国核电的发展情况
截至2011年3月底，我国共有13台机组投入商业运行，装机容量为1080.8万千瓦；正在建造的共28台机组，装机容量为3087万千瓦。
我国已成为世界在建核电机组规模最大的国家。
我国已商业运行的核电站情况见下表。
我国已商业运行的核电站情况
核电站名称
堆型
额定功率（万千瓦）
开工日期
首次并网日期
商业运行日期
秦山核电站
压水堆
31
1985-03-20
1991-12-15
1994-04-01
大亚湾核电站
1号机组
压水堆
2×98.4
1987-08-07
1993-08-31
1994-02-01
2号机组
1988-04-07
1994-02-07
1994-05-06
秦山第二核电站
1号机组
压水堆
3×65
1996-06-02
2002-02-06
2002-04-15
2号机组
1997-04-01
2004-03-11
2004-05-03
3号机组
2006-04-28
2010-08-01
2010-10-21
岭澳核电站
1号机组
压水堆
99
1997-05-15
2002-02-26
2002-05-28
2号机组
99
1997-11-28
2002-09-14
2003-01-08
3号机组
108
2005-12-15
2010-07-15
2010-09-20
秦山第三核电站
1号机组
重水堆
2×70
1998-06-08
2002-11-19
2002-12-31
2号机组
1998-09-25
2003-06-12
2003-07-24
田湾核电站
1号机组
压水堆
2×106
1999-10-20
2006-05-12
2007-05-17
2号机组
2000-09-20
2007-05-14
2007-08-16
合计
1080.8
我国已开工建造的核电站情况见下表。
我国已开工建造的核电站情况
核电站名称
堆型
额定功率
（万千瓦）
开工日期
岭澳核电站
4号机组
压水堆
108
2006-06-15
秦山第二核电站
4号机组
压水堆
65
2007-01-28
红沿河核电站
1号机组
压水堆
4×108
2007-08-18
2号机组
2008-03-28
3号机组
2009-03-07
4号机组
2009-08-15
宁德核电站
1号机组
压水堆
4×108
2008-02-18
2号机组
2008-11-12
3号机组
2010-01-08
4号机组
2010-09-29
福清核电站
1号机组
压水堆
3×108
2008-11-21
2号机组
2009-06-17
3号机组
2010-12-31
阳江核电站
1号机组
压水堆
3×108
2008-12-16
2号机组
2009-06-04
3号机组
2010-11-15
秦山核电站扩建项目（方家山核电工程）
1号机组
压水堆
23×108
2008-12-26
2号机组
2009-07-17
三门核电站
1号机组
压水堆
2×125
2009-03-29
2号机组
2009-12-15
海洋核电站
1号机组
压水堆
2×125
2009-09-24
2号机组
2010-06-21
台山核电站
1号机组
压水堆
2×170
2009-11-18
2号机组
2010-04015
昌江核电站
1号机组
压水堆
2×65
2010-04-25
2010-11-21
防城港红沙核电站
1号机组
压水堆
108
2010-07-30
2号机组
2010-12-28
合计
3087
1.3.2核电机组及装机容量变化情况
我国投入商业运行的核电机组从2005年至2010年6年时间仅增加4台，装机容量仅增加395万千瓦；但我国在建核电机组2009年增加9台，2010年增加10台，仅两年时间就增加在建机组19台，装机容量增加1985万千瓦，呈高速发展态势。
1.3.3我国核电站运行情况
我国商业运行核电机组数达到13台，装机容量达到1080.8万千瓦，占全国电力总装机容量的1.1﹪。
2010年，我国商业运行核电机组继续保持安全稳定运行，年累计发电量747.4亿千瓦时，同比增加6.6﹪；年累计上网电量704.3亿千瓦时，同比增加6.5﹪。
“十一五”期间，我国核电累计发电量3318.1亿千瓦时，累计上网电量3129.4亿千瓦时，五年平均负荷因子达到85.7﹪。
没有发生国际核事件分级表界定的2级和2级以上运行事件；职业人员个人剂量和集体剂量均在较低水平；核电厂放射性流出物排放指标远低于国家标准限值。
按世界核电运营者协会（WANO）11类、13项性能指标对照，在全球400余台运行机组中，我国商业运行核电机组总体处于中等偏上水平，其中8台机组处于世界先进行列。
1.4与日本福岛第一核电站相比我国核电站的优势
日本福岛第一核电站建造于20世纪60年代，各台机组从70年代初陆续投入商业运行，均采用沸水堆技术。
目前，我国运行的核电机组大部分是上世纪八九十年代从国外引进的的二代改进型压水堆，大亚湾核电站一号机组最早于1994年2月1日投入商业运行，秦山第二核电站三号机组最晚于2010年10月21日投入商业运行。
我国所有已建和在建的核电站在建设过程中都充分汲取了1979年三哩岛事故和1986年切尔诺贝利事故的沉痛教训，核电安全得到了持续改进。
我国的核电站与日本福岛第一核电站相比主要有以下三个方面的区别：
（1）日本处于环太平洋火山带上，是一个地震高发国家。
福岛第一核电站就位于地震带上。
而我国核电站建设时已充分考虑了地质结构的稳定性要求，同时考虑了海啸的影响。
国内核电站选址的过程中，均对厂址的地震、地质、水文（包括地引发的海啸）、气象（特别是极端气象）等厂址自然条件、外部人为事件的影响以及核应急条件进行充分论证，以确认厂址适宜建设核电站。
从历史上看，我国沿海发生地震的强度和频度远低于日本，对于厂址地震和设计地震水平的确定留有裕量，在抗震设计上层层设防，核电站是安全的。
（2）福岛第一核电站在全部失去厂内外电源的情况下，就会失去堆芯冷却的全部功能。
而我国建设的压水堆核电站即使失去全部厂内外电源，也能通过自带的气动给水泵和蒸汽排放的形式维持对堆芯的冷却。
（3）压水堆技术安全壳设计有氢气消除系统和喷淋冷却降压系统，而福岛第一核电站的内层安全壳没有氢气消除系统和喷淋冷却降压系统，此次氢气爆炸与此设计上的不足有着直接的关系。
而针对可能出现的氢气爆炸情况，我国核电站均设置了多种可靠的监测方式监测主系统中的氢气浓度，并通过氢气复合器和氢气点火器等专设安全设施，可以控制事故情况下氢气水平，避免其浓度的上升，防止出现氢气爆炸的情况。
此外，福岛第一核电站的安全壳容量与我国核电站的安全壳相比要小得多，承受放射性物质释放的能力也要小得多。
日本福岛第一核电站发生的核泄漏事故，是继1979年美国三哩岛事故、1986年苏联切尔诺贝利事故之后，世界核工业历史上发生的最严重的核事故。
核安全再次引起全世界的广泛关注，将促进各国核电同行加强合作和交流。
我国政府高度重视核安全工作，核电界也一定会认真汲取日本福岛第一核电站事故的经验教训，针对薄弱环节采取有力措施，进一步提高安全意识、质量意识和风险意识，更加注重提升应对自然灾害的能力，更加注重对核安全的管理监督，更加注重对严重事故的预防，以最先进的安全标准确保在建核电站的建设质量，确保已建核电站的安全运行。
1.5核电发展面临的形势
＊面临日益紧迫的环境和气候问题
走向低碳经济，实现温室气体减排
＊调整能源结构，核能替代化石燃料
2009年9月22日联合国气候变化峰会上胡锦涛主席指出：
2020年非化石能源占一次能源消费比重达15﹪左右。
2009年11月25日温总理召开国务会议部署应对气候变化工作，到2020年，二氧化碳排放量比2005年下降40﹪～45﹪。
2020年核电装机比例达7﹪～8﹪，大规模发展新阶段。
面临的形势：
＊核电设备制造，自主化目标；
＊铀资源保障方面，国内国外两个市场，铀资源储备；
＊核燃料循环方面，燃料组件关键材料；
＊人才队伍方面，有经验管理技术人才。
1.6日本福岛第一核电站事故后我国采取的安全对策
2011年3月16日，温总理召开国务常务会议，作出决定：
我国将对核设施进行全面安全检查；
全面审核在建核电站；
严格审批新上核电项目；
在编制核安全规划并获批准前，暂停审批核电项目包括开展前期工作的项目。
1.7中国核电发展方针
＊中核集团
“以我为主、中外合资、统一堆型、推进国产”
＊国防科工委
核电以自主设计、自主建造、自主运行为目标，坚持以我为主，中外合作，引进技术，统一堆型，推进国产化的方针，以百万千瓦级压水堆核电机组为统一堆型，推动核电项目尽快开工建设。
＊胡主席指示
核电产业是高技术的战略产业，实践证明：
高技术特别是核心技术是买不来的，要继续坚持以我为主，这是发展核电的必由之路。
＊核电发展总目标
通过自主开发与引进技术相结合，达到能自主设计建造第三代百万千瓦的大型先进压水堆核电站的目标。
形成先进的、标准化的、能批量建造的产业规模，以加快核电发展。
开发出中国品牌的核电机组，向安全性、经济性更高，核废物量最小化的现代核电系统前进，在较短时间内与核先进大国并驾齐驱。
1.8中国核电的重要性及地位
国家战略产业；
肩负着保持中国核能的国际战略地位；
调整中国能源结构的重任，保障国家能源安全，改善大气环境；
提高装备制造水平，促进科技进步。
1.9中国核电技术发展路线
始终坚持压水堆核电技术；
推动二代和三代技术的有序衔接和平稳过渡；
积极开展三代AP1000技术引进、消化、吸收和再创新工作；
积极推进四代核电技术研究开发——实验堆与试验堆。
引进俄罗斯BN快堆示范工程；
解决乏燃料后处理问题。
第二章核能和核电基本知识
2.1核电发电基本原理
＊每一次核裂变产生2.43个中子，释放出的裂变能（
）为200Mev。
＊1gU-235完全裂变时可产生7.95×10
J能量，相当于7.8t优质煤燃烧时发出的热量。
U-235核裂变释放的能量：
能量形式能量（Mev）
裂变碎片的动能168
裂变中子的动能5
瞬发的γ射线7
裂变产物放出的缓慢γ射线7
裂变产物放出的缓慢β射线8
可利用的能量195
不可利用的中微子能量12
裂变释放的总能量207
1MW∕d耗U-2351.23g1.05g发生裂变
Pu-2391.45g1.07g发生裂变
U-2331.13g1.04g发生裂变
200Mev=200Mev×（1.602×10
MJ∕Mev）=3.024
MJ
1MW·d=86400MJ·d的热量
1MW·d热能需：
86400∕3.024
=
次裂变
由于一部分U-235消耗于辐射俘获，实际消耗
相当于
U-235核吸收中子后并不是每次都发生裂变，用α表示其辐射俘获截面与裂变截面之比。
U-235核裂变过程中放出的中子，99﹪以上都是在
s的裂变瞬间释放出来的，叫瞬发中子，其能量0.05∽10Mev范围，平均能量为2Mev，相当于20000km∕s的速度，另有0.65中子是随裂变碎片逐步衰变而放射出来的，裂变瞬间后将持续几分钟之久，叫缓冲中子，能量250∽560kev
核电站用U-235，第一运行周期装料富集
运行周期初﹪运行周期末﹪
内区中区外区内区中区外区
U-2351.62.43.10.71.31.9
U-23898.497.696.998.898.297.6
Pu-2390000.50.50.5
2.2核能原理
升级会员 