什么是核能發(fā)電?

核能發(fā)電是指將核能轉(zhuǎn)換為電能的一種發(fā)電方式，其能量釋放的主要形式為核聚變反應(yīng)以及核裂變反應(yīng)。

核聚變反應(yīng)的技術(shù)要求極高，對(duì)核反應(yīng)過程的控制難度也較大，目前對(duì)其應(yīng)用于發(fā)電的技術(shù)還在研發(fā)當(dāng)中。相較于核聚變，核裂變的技術(shù)就更加成熟，并且已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用于商用發(fā)電，目前所有的商用核電站均是采用核裂變發(fā)電。

核能發(fā)電是利用核燃料在反應(yīng)堆中發(fā)生鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)加熱一回路中的冷卻劑，冷卻劑進(jìn)入蒸汽發(fā)生器將熱量傳遞給二回路，從而產(chǎn)生蒸汽推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電的過程。

注：部分反應(yīng)堆(如沸水堆)的發(fā)電過程略有差異

核能發(fā)電原理圖

選址

核能發(fā)電需要有非常穩(wěn)定的環(huán)境、地質(zhì)及人文條件，需要在核電站建設(shè)前選擇一個(gè)合理的廠址，確保核電站不受到自然災(zāi)害或外部人為因素等的影響，并且在萬一發(fā)生事故時(shí)，也能夠有效降低對(duì)周圍環(huán)境以及居民生產(chǎn)生活的影響，所以核電站的選址要求十分嚴(yán)格。

早在1991年，國(guó)家核安全局便發(fā)布了《核電廠廠址選擇安全規(guī)定》，其中規(guī)定了核電站廠址選擇在核安全方面應(yīng)該遵循的準(zhǔn)則及程序。1998年，國(guó)家核安全局出版《中華人民共和國(guó)核安全法規(guī)匯編》，為核電建設(shè)等多個(gè)方面制定了基本的規(guī)范要求。2002年，國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì)制定了《核電廠廠址選擇基本程序》，規(guī)定了核電站廠址選擇各階段的基本要求和工作程序。將核電站的選址工作制度化、標(biāo)準(zhǔn)化，極大地提高了核電站建設(shè)及運(yùn)行期間的安全穩(wěn)定，同時(shí)也展現(xiàn)出我國(guó)對(duì)于核安全的重視。

核電站選址的基本程序

核電站的選址需要考慮什么?

1、充足的水源供應(yīng)

有人可能曾經(jīng)猜想：核電站是否可以建設(shè)在遠(yuǎn)離人煙的沙漠戈壁當(dāng)中呢?

答案是否定的，這個(gè)猜想以目前的技術(shù)條件暫時(shí)還無法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楹肆炎兎磻?yīng)過程會(huì)產(chǎn)生巨大的熱量，所以需要大量的水來吸收熱能，給反應(yīng)堆降溫。即使遠(yuǎn)離居民區(qū)，不用過多考慮輻射對(duì)環(huán)境造成的影響，但沙漠戈壁中水源缺乏，依舊無法滿足核電站的運(yùn)行條件。

核電站的選址需要靠近水源，目前全球400多座核電站幾乎都是沿海或者靠近河流湖泊修建的。沿海核電站冷卻水直接取自海洋，可滿足無限供應(yīng)，而內(nèi)陸核電站在設(shè)計(jì)之初即考慮取水問題，所以一般采用二次循環(huán)冷卻，其用水量明顯小于沿海核電站，我國(guó)目前確定的內(nèi)陸核電站廠址均臨靠大型湖泊、江河等，即使在枯水期也能完全滿足用水需求。

值得注意的是，我國(guó)在建以及運(yùn)行中的核電站基本都是沿海而建，但是沿海地區(qū)可用于核電站建設(shè)的廠址儲(chǔ)備十分有限，核電作為目前解決能源與環(huán)境矛盾問題的主力軍，必須加緊研究解決內(nèi)陸核電建設(shè)中的關(guān)鍵難點(diǎn)問題。

從“世界核電站分布圖”中我們可以看出，發(fā)達(dá)國(guó)家有大量核電站修建于內(nèi)陸地區(qū)，據(jù)相關(guān)資料顯示：在全球已運(yùn)行的核電站中，廠址位于內(nèi)陸地區(qū)的占總裝機(jī)容量的三分之二以上。并且通過對(duì)已運(yùn)行的內(nèi)陸核電站的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)來看，內(nèi)陸核電與沿海核電同樣安全，環(huán)保，在技術(shù)上也已經(jīng)完全成熟，只要在選址階段對(duì)這些關(guān)鍵難點(diǎn)問題進(jìn)行深入分析研究，并采取適當(dāng)?shù)墓芾泶胧┖图夹g(shù)措施，內(nèi)陸廠址完全能夠滿足有關(guān)法規(guī)和建廠條件的要求。

世界核電站分布圖

2、較低的人口密度

核電站廠址需要盡量選擇人口密度相對(duì)較低且離城市中心較遠(yuǎn)的地點(diǎn)，一般要求半徑5千米范圍內(nèi)不宜有1萬人以上的鄉(xiāng)鎮(zhèn);半徑10千米范圍內(nèi)不宜有10萬人以上城鎮(zhèn)，半徑40千米范圍內(nèi)不宜有100萬人以上的大城市。核電站離城市近，電能輸送時(shí)的損耗就小，電能輸送成本就比較低，所以核電站廠址還應(yīng)考慮盡量選擇距離電力負(fù)荷中心較近的區(qū)域，也就是說不能離城市太遠(yuǎn)。

不過，隨著技術(shù)進(jìn)步，核電站的安全性得到有效提升，部分國(guó)家和地區(qū)的核電站也已經(jīng)距離城市比較近了，例如：美國(guó)帕洛·弗迪核電站距離亞利桑那州首府菲尼克斯約54公里，韓國(guó)靈光核電站離韓國(guó)第三大城市光州市直線距離約40公里，法國(guó)的布熱站離里晶市30公里;德國(guó)的史達(dá)特核電站離漢堡只有20公里。

由中核集團(tuán)自主研發(fā)并具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多功能模塊化小型壓水堆——“玲龍一號(hào)”更是依靠其小型化、模塊化、一體化、非能動(dòng)等先進(jìn)技術(shù)特點(diǎn)，擁有安全性高、靈活性好、用途廣泛等優(yōu)勢(shì)。小堆的輻射應(yīng)急計(jì)劃區(qū)范圍由大堆的10公里左右縮小到了300米左右，并且從技術(shù)上來講可不需要場(chǎng)外應(yīng)急，所以完全可以作為分布式電源建立在接近工業(yè)區(qū)和人口密集的區(qū)域。

“玲龍一號(hào)”建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)

3、穩(wěn)定的低質(zhì)結(jié)構(gòu)

核電站選址同樣需要重點(diǎn)考慮的則是相對(duì)穩(wěn)定的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。核電站廠址附近不能存在能動(dòng)斷層(指在地表或接近地表處有可能引起明顯錯(cuò)動(dòng)的斷層)，保證核電站在其設(shè)計(jì)使用壽命內(nèi)不能受火山活動(dòng)或嚴(yán)重地震的威脅。2011年3月，日本福島第一核電站就因?yàn)楦浇Ｓ虬l(fā)生大地震，同時(shí)引發(fā)海嘯，且該核電站設(shè)計(jì)之初并未考慮會(huì)同時(shí)遭受地震和海嘯的雙重影響，最終導(dǎo)致該核電站應(yīng)急冷卻系統(tǒng)故障，核反應(yīng)堆溫度持續(xù)升高并發(fā)生爆炸，導(dǎo)致核泄漏，造成七級(jí)核事故，成為21世紀(jì)以來最大的核事故。

日本福島第一核電站

4、便捷的交通運(yùn)輸

核電站雖然選址相對(duì)偏僻，但同樣也需要有便捷的交通，因?yàn)楹穗娬镜慕ㄔO(shè)和運(yùn)行過程都需要運(yùn)輸超重、超限的大件設(shè)備或重型機(jī)械，如：反應(yīng)堆壓力容器、蒸發(fā)器、發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)等。一般超重、超限的大件設(shè)備運(yùn)輸首先考慮海運(yùn)或內(nèi)河航運(yùn)，其次才會(huì)考慮公路、鐵路運(yùn)輸，所以無論是沿海核電還是內(nèi)陸核電，均需要考慮在臨近運(yùn)載能力強(qiáng)的水運(yùn)航線或公路、鐵路區(qū)域選址。同時(shí)，還應(yīng)該考慮在進(jìn)入應(yīng)急狀態(tài)時(shí)，站區(qū)及周邊居民的有序撤離。

核電站主要大件設(shè)備尺寸參數(shù)

5、無潛在危險(xiǎn)源

核電站還需要與空中及水上航線保持安全距離，周圍也不應(yīng)有對(duì)核電站運(yùn)行安全可能造成威脅的軍事設(shè)施、機(jī)場(chǎng)、爆炸危險(xiǎn)源等。《核電廠廠址選擇的外部人為事件》(HAD101/04)中給出的篩選距離值分別為：(1)固定爆炸源的篩選距離值為5-10公里;(2)火源影響的篩選距離值為1-2公里;(3)危險(xiǎn)氣云源的篩選距離值為8-10公里;(4)飛機(jī)航道或起落通道的篩選距離值為核電站半徑4公里范圍;(5)一般飛機(jī)場(chǎng)的篩選距離值為10公里;(6)機(jī)場(chǎng)(設(shè)計(jì)年起落大于193d²)的篩選距離值為16公里內(nèi);(7)機(jī)場(chǎng)(設(shè)計(jì)年起落大于386d²)的篩選距離值為16公里外;(8)軍事設(shè)施或空域篩選距離值為30公里。

我國(guó)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第三代核電——“華龍一號(hào)”雖然已經(jīng)采用了雙層安全殼設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)甚至已經(jīng)可以有效抵御大型飛機(jī)的撞擊，但是在核電站的選址中，依舊考慮避開飛機(jī)航線、機(jī)場(chǎng)、爆炸危險(xiǎn)源等潛在風(fēng)險(xiǎn)。

除以上列舉的選址條件外，核電站的選址還需要綜合考慮運(yùn)行條件、氣象條件、地形、供水以及其他社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件等各種因素，并且在初步確定的若干個(gè)候選廠址中再經(jīng)過系統(tǒng)的篩選和比較，最終確定優(yōu)先候選廠址。例如海南省核電站的選址工作從1994年便開始，共挑選了6個(gè)廠址作為資料儲(chǔ)備，直到2007年以后經(jīng)過各種論證才最終確定將海南昌江作為核電站廠址。

在了解完核電站的選址條件后，是不是感覺要找到一塊適合建設(shè)核電站的區(qū)域確實(shí)非常困難?

不過也正因?yàn)檫x址的嚴(yán)格要求，核電站才能始終保持安全穩(wěn)定運(yùn)行，所以符合建設(shè)核電的廠址也是寶貴的資源，應(yīng)該受到多方面的支持和保護(hù)。由于高估了核能的危害性以及核電站運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)，一部分民眾心中對(duì)核的負(fù)面認(rèn)知根深蒂固，要改善公眾對(duì)于核能的認(rèn)知和態(tài)度，就需要在核能發(fā)展的過程中不斷普及核科普知識(shí)，讓公眾對(duì)核的認(rèn)知從感性回歸理性。

廠址儲(chǔ)備充足!

即使核電站廠址選擇困難重重，但是經(jīng)過多年持續(xù)開展的選址工作，我國(guó)核電站的廠址積累已經(jīng)取得了顯著成績(jī)，初步勘查選擇的核電站廠址容量可以支撐未來4億千瓦的裝機(jī)規(guī)模。從核電布局看，核電站廠址資源主要分布在我國(guó)東部沿海和中部?jī)?nèi)陸地區(qū)，主要包括吉林、河北、浙江、安徽、河南、福建、江蘇、浙江、山東、湖北、湖南、江西、四川、重慶、廣西、甘肅、黑龍江、云南等省份。

中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)及有關(guān)機(jī)構(gòu)的研究成果顯示，預(yù)計(jì)到2025年，我國(guó)核電在運(yùn)裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到7000萬千瓦左右，在建裝機(jī)規(guī)模接近4000萬千瓦;到2035年，我國(guó)核電在運(yùn)和在建裝機(jī)容量將達(dá)2億千瓦左右，發(fā)電量約占全國(guó)發(fā)電量的10%左右。