核能發(fā)電是利用核反應(yīng)堆中核裂變所釋放出的熱能進(jìn)行發(fā)電，它是實現(xiàn)低碳發(fā)電的一種重要方式。國際原子能機(jī)構(gòu)2011年1月公布的數(shù)據(jù)顯示，全球正在運(yùn)行的核電機(jī)組共442座，核電發(fā)電量約占全球發(fā)電總量的16%。擁有核電機(jī)組最多的國家依次為：美國、法國、日本和俄羅斯。
核能發(fā)電利用鈾燃料進(jìn)行核分裂連鎖反應(yīng)所產(chǎn)生的熱，將水加 熱成高溫高壓，核反應(yīng)所放出的熱量較燃燒化石燃料所放出的能量要高很多（相差約百萬倍），而所需要的燃料體積與火力電廠相比少很多。核能發(fā)電所使用的的鈾235純度只約占3%－4%，其余皆為無法產(chǎn)生核分裂的鈾238。
熱核聚變是正在研究中的一種核能發(fā)電形式，它是利用氫的同位素氘-氚或氘-氘在極高溫下發(fā)生核聚變反應(yīng)釋放出巨大能量而發(fā)電的。通過核聚變釋放巨大能量已為人類掌握，例如氫彈爆炸。但這種能量釋放是在瞬間完成的，人類無法控制，自然不能用于發(fā)電。正在研究的是如何實現(xiàn)對熱核聚變反應(yīng)的人工控制。由于核聚變?nèi)剂系臒嶂迪喈?dāng)高，1千克氘相當(dāng)于4千克鈾-235，8600噸汽油或11000噸煤;加之這種核聚變?nèi)剂系膬α窟h(yuǎn)比其他核燃料多,所以，在人類面臨能源短缺的情況,美、蘇、日、德、英、法、中等國都投入相當(dāng)大的力量從事聚變發(fā)電的研究。
舉例而言，核電廠每年要用掉50噸的核燃料，只要2支標(biāo)準(zhǔn)貨柜就可以運(yùn)載。如果換成燃煤，則需要515萬噸，每天要用20噸的大卡車運(yùn)705車才夠。如果使用天然氣，需要143萬噸，相當(dāng)于每天燒掉20萬桶家用瓦斯。換算起來，剛好接近全臺灣692萬戶的瓦斯用量。
1960年,有5個國家建成20座核電站，裝機(jī)容量1279兆瓦（電）。
1966年，由于核濃縮技術(shù)的發(fā)展，核能發(fā)電的成本已低于火力發(fā)電的成本。核能發(fā)電真正邁入實用階段。
1978年全世界22個國家和地區(qū)正在運(yùn)行的30兆瓦（電）以上的核電站反應(yīng)堆已達(dá)200多座,總裝機(jī)容量已達(dá)107776兆瓦（電）。
1980年代因化石能源短缺日益突出，核能發(fā)電的進(jìn)展更快。
1991年，全世界近30個國家和地區(qū)建成的核電機(jī)組為423套，總?cè)萘繛?.275億千瓦，其發(fā)電量占全世界總發(fā)電量的約16％。
80年代才動工興建核電站。中國自行設(shè)計建造的30萬千瓦（電）秦山核電站在1991年底投入運(yùn)行。大亞灣核電站正加緊施工。
要用反應(yīng)堆產(chǎn)生核能,需要解決以下4個問題：
①為核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)提供必要的條件，使之得以進(jìn)行。
②鏈?zhǔn)椒磻?yīng)必須能由人通過一定裝置進(jìn)行控制。失去控制的裂變能不僅不能用于發(fā)電，還會釀成災(zāi)害。
③裂變反應(yīng)產(chǎn)生的能量要能從反應(yīng)堆中安全取出。
④裂變反應(yīng)中產(chǎn)生的中子和放射性物質(zhì)對人體危害很大，必須設(shè)法避免它們對核電站工作人員和附近居民的傷害。
根據(jù)計算，以鈾-235、钚-239、鈾-233這些易裂變物質(zhì)作核燃料時，每次裂變釋放出的可利用能量大約都是200兆電了伏，每產(chǎn)生1兆瓦功率，鈾-235的消耗率約為1.22克/天。1座百萬千瓦級核電站年消耗鈾-235約25噸。核能發(fā)電的核心裝置是核反應(yīng)堆。核反應(yīng)堆按引起裂變的中子能量分為熱中子反應(yīng)堆和快中子反應(yīng)堆。快中子是指裂變反應(yīng)釋放的中子。熱中子則是快中子慢化后的中子。大量運(yùn)行的是熱中子反應(yīng)堆，其中需要慢化劑，通過它的原子核與快中子彈性碰撞將快中子慢化成熱中子.熱中子堆使用的材料主要是天然鈾(鈾-235含量3%)和稍加濃縮鈾(鈾-236含量3%左右)。根據(jù)慢化劑、冷堆劑和燃料不同，熱中子反應(yīng)堆分為輕水堆(包括壓水堆和沸水堆)、重水堆、石墨氣冷堆和石墨水冷堆。目前已運(yùn)行的核電站以輕水堆居多，我國已選定壓水堆作為第一代核電站。
核反應(yīng)堆的起動、停堆和功率控制依靠控制棒，它由強(qiáng)吸收中子能力的材料(如硼、鎘)做成。為保證核反應(yīng)堆安全，停堆用的安全棒也是由強(qiáng)吸收中子材料做成。
自然界存在的可裂變元素只有鈾-235，而它只占天然鈾中的0.7％,其余均為鈾-238。
但是，在核電站中可將一部分鈾-238轉(zhuǎn)變?yōu)轭?239；同樣，也可以將自然界中大量存在的釷-232轉(zhuǎn)變?yōu)榭闪炎兊拟?233。
因此，估計核燃料資源時，必須考慮核燃料增殖這一因素。
這樣，核燃料的儲藏量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過化石燃料，能長期滿足核能發(fā)電的需要。
①實施縱深設(shè)防原則：
即在設(shè)計時就分三個層次進(jìn)行安全設(shè)防：第一，通過設(shè)計逾度、質(zhì)量管理、運(yùn)行人員培訓(xùn)等措施提高可靠性，盡量減少事故。第二，設(shè)置安全系統(tǒng)，一旦事故發(fā)生，防止堆心損壞。第三，在發(fā)生概率極低的堆心損壞事故后，安全系統(tǒng)將盡量限制放射性物質(zhì)向環(huán)境釋放。
②設(shè)計基準(zhǔn)事故(DBA)：
用于設(shè)計核電站工程安全設(shè)施的一些假設(shè)事故。不同類型的核電站其DBA不同。輕水堆的DBA包括：冷卻劑喪失事故、彈棒事故、蒸汽管破裂事故等。它們中后果最嚴(yán)重的是失水事故。在壓水堆中假設(shè)為主管道的雙端斷裂，也稱為最大可信事故。
③概率安全評價(PSA)：
這是70年代后期發(fā)展起來的一種安全評價方法,核電站第一個完整的PSA報告是1975年美國正式發(fā)表的反應(yīng)堆安全研究(WASH－1400)。該法分析輕水堆核電站中所有可能造成堆心損壞的事故，計算出各自發(fā)生的頻率值,總和為一萬七千堆年分之一;計算出核電站事故給公眾帶來的風(fēng)險值。計算說明100座核電站的事故風(fēng)險比人為的非核事故或自然災(zāi)害所造成的總風(fēng)險約小1萬倍。PSA一方面能給出風(fēng)險值，使核電站安全有了定量化的描述，同時它系統(tǒng)地分析可能發(fā)生的各種故障模式，因而可給出事故的整體特性，成了安全研究方面的一個有力工具。
④制訂應(yīng)急計劃：預(yù)先規(guī)劃和準(zhǔn)備一旦核電站發(fā)生放射性泄漏事故時，為避免或減緩可能對電站工作人員和周圍居民健康造成有害影響及其他放射性后果所采取的措施和行為。
⑤執(zhí)行輻射防護(hù)三原則：
核能發(fā)電的輻射安全同樣遵循國際上廣泛采用的輻射防護(hù)三原則，即實踐的正當(dāng)性、輻射防護(hù)的最優(yōu)化、個人所受的劑量當(dāng)量不得超過國際輻射防護(hù)委員會對相應(yīng)情況所建議的限值。
經(jīng)濟(jì)性以發(fā)電成本衡量。構(gòu)成核能發(fā)電成本的因素很多，包括基建投資費(fèi)用、安全防護(hù)費(fèi)用、核燃料費(fèi)用，以及核電站退役處理費(fèi)用。核電發(fā)展初期，不僅基建投資費(fèi)用昂貴，核燃料生產(chǎn)過程復(fù)雜，需要龐大的設(shè)備，加上特殊的安全措施需要，核能發(fā)電成本高于火電成本1倍以上。
到60年代,核能發(fā)電成本已接近火電成本。到80年代，核電的成本已低于火電。據(jù)美國1984年統(tǒng)計,核電成本為2.7美分／千瓦時，而燃煤的發(fā)電成本為3.2美分／千瓦時，燃油發(fā)電成本為6.9美分／千瓦時。
核電成本隨各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、科學(xué)技術(shù)水平而異，以上所列均為核電發(fā)展水平較高的國家的數(shù)據(jù)。核能發(fā)電的成本雖然有了很大降低，但近年來發(fā)現(xiàn)核電站退役處理的費(fèi)用遠(yuǎn)比早先預(yù)計的為高。因此，核電的總成本還應(yīng)有所增加。
1.核能發(fā)電不像化石燃料發(fā)電那樣排放巨量的污染物質(zhì)到大氣中，因此核能發(fā)電不會造成空氣污染。
2.核能發(fā)電不會產(chǎn)生加重地球溫室效應(yīng)的二氧化碳。3.核燃料能量密度比起化石燃料高上幾百萬倍，故核能電廠所使用的燃料體積小，運(yùn)輸與儲存都很方便，一座1000百萬瓦的核能電廠一年只需30公噸的鈾燃料，一航次的飛機(jī)就可以完成運(yùn)送。
4.核能發(fā)電的成本中，燃料費(fèi)用所占的比例較低，核能發(fā)電的成本較不易受到國際經(jīng)濟(jì)情勢影響，故發(fā)電成本較其他發(fā)電方法為穩(wěn)定。
要用反應(yīng)堆產(chǎn)生核能，需要解決以下10個問題：
1.為核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)提供必要的條件，使之得以進(jìn)行。2.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)必須能由人通過一定裝置進(jìn)行控制。失去控制的裂變能不僅不能用于發(fā)電，還會釀成災(zāi)害。（如切爾諾貝利核電站和福島核電站等等）3.裂變反應(yīng)產(chǎn)生的能量要能從反應(yīng)堆中安全取出。
4.裂變反應(yīng)中產(chǎn)生的中子和放射性物質(zhì)對人體危害很大，必須設(shè)法避免它們對核電站工作人員和附近居民的傷害。
5.核能電廠會產(chǎn)生高低階放射性廢料，或者是使用過之核燃料，雖然所占體積不大，但因具有放射線，故必須慎重處理，且需面對相當(dāng)大的政治困擾。
6.核能發(fā)電廠熱效率較低，因而比一般化石燃料電廠排放更多廢熱到環(huán)境裏，故核能電廠的熱污染較嚴(yán)重。
7.核能電廠投資成本太大，電力公司的財務(wù)風(fēng)險較高。8.核能電廠較不適宜做尖峰、離峰之隨載運(yùn)轉(zhuǎn)。
9.興建核電廠較易引發(fā)政治歧見紛爭。
10.核電廠的反應(yīng)器內(nèi)有大量的放射性物質(zhì)，如果在事故中釋放到外界環(huán)境，會對生態(tài)及民眾造成傷害。[1]
核能是很多國家的主要電力來源。來自國際原子能機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)顯示，到2007年1月，世界各地有435座動力堆在運(yùn)行。在這些在役的反應(yīng)堆中美國有103個、法國59個，日本55個、俄羅斯31個、英國19個，僅這5個國家就占全球在役反應(yīng)堆的60%以上。一、全球核電穩(wěn)步增長
2005年的發(fā)電容量總計凈增230萬千瓦，全年發(fā)電量占世界發(fā)電量的19.28%，并與全球電力市場穩(wěn)定增長保持同步。另外，截至2007年3月，全球在建的核反應(yīng)堆有30個，發(fā)電容量將達(dá)到24.251億瓦，其中大多數(shù)在亞洲，共有16個（印度7個，中國5個，朝鮮、伊朗、日本和巴基斯坦各1個）。
2005年，至少有15個國家核能發(fā)電量占本國發(fā)電總量的30%以上，占15～30%的國家有6個，其中法國核電生產(chǎn)量在其電力生產(chǎn)量的份額接近80%。2005年全球并入電網(wǎng)的核電機(jī)組有4臺，其中日本兩臺，印度和韓國各一臺；同年，加拿大一臺閑置的機(jī)組重新并入電網(wǎng)。
二、全球核電反應(yīng)堆以輕水堆為主核反應(yīng)堆是核電廠的心臟，核裂變鏈?zhǔn)椒?/a>應(yīng)在其中進(jìn)行。反應(yīng)堆的類型繁多，有不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，如按中子能量、冷卻劑和慢化劑、堆芯結(jié)構(gòu)，以及用途進(jìn)行分類。其中，在核電工業(yè)中更多地是按照冷卻劑和慢化劑分類進(jìn)行分類。輕水堆、重水堆、石墨堆是工業(yè)上成熟的主要發(fā)電堆。輕水反應(yīng)堆是目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的堆型。其優(yōu)點(diǎn)是體積小，結(jié)構(gòu)和運(yùn)行都比較簡單，功率密度高，單堆功率大，造價也低廉。建造周期短和安全可靠。它的缺點(diǎn)是輕水吸引中子的幾率比重水和石墨大，因此僅用天然鈾（天然鈾濃度非常?。o法維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，需要將天然鈾濃縮，濃縮度在3%左右，稱作低濃鈾。采用輕水堆的國家，在核燃料供應(yīng)上大多依賴美國和獨(dú)聯(lián)體。此外，輕水堆對天然鈾的利用率低，僅為33%，如果系列地發(fā)展輕水堆要比系列地發(fā)展重水堆多用天然鈾50%以上。全球正在運(yùn)行的以及在建的核反應(yīng)堆中，大部分是輕水反應(yīng)堆，占所有反應(yīng)堆的85%以上。
三、核電站退役問題得到高度重視
到2007年3月初，在運(yùn)行的435座反應(yīng)堆中有100座的運(yùn)行期已經(jīng)超過30年。目前的兩個基本退役方案是立即拆除和在拆除前長期安全封閉。截至2005年底，世界各地已有8座核電廠已經(jīng)全部完成退役，17座核電廠已部分拆除并安全關(guān)閉，31座核電廠正在實施廠址最終解除監(jiān)管之前的拆除，而30座核電廠正在進(jìn)行長期封閉之前的最低程度拆除。而2006年間全球又有6個核電廠長期關(guān)閉。迄今，全球已經(jīng)有119個反應(yīng)堆關(guān)閉，與此相應(yīng)的發(fā)電量為35.165億瓦。在關(guān)閉的反應(yīng)堆中，以壓水堆、氣冷堆等反應(yīng)堆型為主。
四、核燃料鈾價格持續(xù)上漲，但核資源不會成為制約核電開發(fā)的瓶頸作為核能生產(chǎn)的主要燃料，天然鈾的價格在上世紀(jì)80年代呈下降趨勢，在90年代則起伏不定，但是自2001年開始，鈾的價格持續(xù)上升，從2002年的25美元/kg上升到2005年的75美元/kg，5年間上漲三倍以上。鈾價格的上漲一方面反映二次資源的耗竭，另一方面反映了核電原材料市場的供需現(xiàn)狀。
燃料鈾的需求主要取決于核電站的設(shè)備容量（核能發(fā)電量），同時核電站運(yùn)行壽命的延長和熱功率的增加、設(shè)備利用率、運(yùn)行環(huán)境與燃耗、天然鈾價格和濃縮勞務(wù)價格的差額也是重要因素。全球核電站設(shè)備容量將隨著以中國為主的亞洲地區(qū)核電開發(fā)的進(jìn)展，有增加的趨勢。國際原子能機(jī)構(gòu)（IEIA）和世界核協(xié)會（WNA）等機(jī)構(gòu)根據(jù)對中、長期（2020年）核電設(shè)備容量的預(yù)測，對中、長期鈾需求的預(yù)測是：73495～86070t(U)（IEAE對2020年的預(yù)測）和57700～102500tt(U)（WAN對2005年的預(yù)測）。
從燃料鈾的供給方面來看，全球生產(chǎn)鈾的國家約為21個，其中加拿大和澳大利亞的生產(chǎn)量幾乎占全球的一半，而能夠自己供給本國核電站需要的只有加拿大和南非。世界鈾生產(chǎn)量（生產(chǎn)能力）從2003年的47260t(U)增加到2005年的51155t(U)。但是，由于現(xiàn)有的鈾礦山枯竭而關(guān)閉以及鈾市場前景不明，鈾生產(chǎn)者控制新鈾礦山的勘探與開發(fā)，預(yù)測到2010年，鈾的產(chǎn)量將降至43059t(U)，2015年將上升到43612t(U)，2020年又將降到43005t(U)。另外，庫存鈾、俄羅斯解體核彈頭的高濃鈾、美國的軍用剩余高濃鈾、钚、回收鈾、再濃縮鈾等二次供給源的存在，也是對鈾礦山、礦床等生產(chǎn)的鈾形成價格上的壓力。由此，進(jìn)一步控制新鈾礦山的勘探與開發(fā)，再結(jié)合核電開發(fā)增長的需求，從供需雙方面逼迫鈾市場價格上漲。
按照2003版REDBOOK，世界已知的鈾資源（RAR＋EAR-Ⅰ）中，回收成本低于130美元/kg（U）的鈾資源合計為458.9萬t(U)；世界未發(fā)現(xiàn)的鈾資源（EAR-Ⅱ＋SR）合計為974.4萬t(U)。而基于回收成本低于130美元/kg（U）的已知鈾資源，按燃料循環(huán)，從鈾資源的可開采年限看（鈾資源量/年度鈾需要量），（1）以一次通過（直接處置）的輕水堆利用，為85年；（2）僅一次循環(huán)钚的輕水堆利用，為100年；（3）輕水堆與快堆（FBR）組合利用，為130年；（4）全部FBR利用，為2550年。再者，如果已知鈾資源加上未發(fā)現(xiàn)的鈾資源（EAR-Ⅱ＋SR），則有：（1）以一次通過的輕水堆利用，為270年；（2）一次循環(huán)钚的輕水堆利用，為300年；（3）輕水堆與快堆組合利用，為410年；（4）全部FBR利用，為8500年。因此，可以說鈾資源在本世紀(jì)不會成為制約核能發(fā)電的瓶頸。
根據(jù)2020年中國GDP翻兩番的發(fā)展目標(biāo)估計，國內(nèi)約需發(fā)電裝機(jī)容量8億~9億千瓦，而已有裝機(jī)容量僅為4億千瓦。但在現(xiàn)有的發(fā)電結(jié)構(gòu)中，單煤電就占了其中的74％。這也意味著若電力需求再翻一番，每年用煤就將超過16億噸，而長距離的煤炭輸送將加劇環(huán)境和運(yùn)輸壓力。另外，在今年年初南方的冰災(zāi)中，光是因交通運(yùn)輸困難，電煤供應(yīng)緊張，造成的缺煤停機(jī)超過3700萬千瓦，19個省區(qū)拉閘限電。而如此大電煤消耗，二氧化硫和煙塵排放量每年分別新增500萬噸和5326萬噸以上。
1957年，人類開始建設(shè)核電站并利用核能發(fā)電，到現(xiàn)在，核電約占全世界電力的16%。
自1986年前蘇聯(lián)發(fā)生切爾諾貝利核電站核燃料泄漏事件以來，核電成了許多人心中的惡魔，中國也不例外。全球核電業(yè)就開始進(jìn)入低潮。根據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計，2000年年底，全球正在運(yùn)行的核動力堆共有438座，到了2003年3月，增加至441座，僅增3座。
2004年9月1日，中國國防科工委副主任、國家原子能機(jī)構(gòu)主任張華祝在國務(wù)院新聞辦新聞發(fā)布會上透露，中國政府對進(jìn)一步推動核電發(fā)展作出了新的決策，將加快核能發(fā)展，逐步提高核能在能源供應(yīng)總量中的比例。
中國已建成投產(chǎn)4個核電站，11臺機(jī)組，裝機(jī)842萬千瓦。此外，全國已經(jīng)開工建設(shè)的有22臺機(jī)組。而從20世紀(jì)50年代以來，世界各國共建造了440多個核電站，發(fā)電量已占世界總發(fā)電量的16%。
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