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2013年世界核電建設及技術發展:開發先進技術

2014-01-06 11:00:50 國家能源局

2013年多數國家仍將繼續按原計劃建造核電站,并將進一步加強核安全監管,檢查核設施防災能力,調整核應急措施,積極開發先進核電技術。

·日本

日本計劃建造更多核電站。1月2日日本新首相安倍晉三表示,他將批準建造更多的核反應堆。

這與野田佳彥領導的民主黨前政府的政策完全相反,上屆政府曾于去年9月份宣布,到本世紀30年代實現“零核”目標。

自2011年3月福島核電站事故后,日本關閉了全部50座反應堆,當前僅有兩座恢復運行。

在自民黨去年12月16日贏得大選后,安倍表示,支持重新考慮日本核能政策。

共同社援引安倍的話報道說,“新反應堆將與東電公司福島第一核電站導致核危機的反應堆完全不同。我們將在日本人民的贊同下建造反應堆。”作為后福島時代的措施之一,野田政府禁止建造規劃中的9臺機組。

日本開展輕水堆新設計概念,提高钚增殖率。日本研究人員成功開發出世界首個钚增殖率高、輕水冷卻的概念反應堆設計。該設計采用新型燃料組件,燃料棒緊密排列以減少反應堆冷卻劑與燃料體積的比例,從而提高增殖率。

研究人員通過計算分析,成功獲得輕水冷卻情況下的高钚增殖率。這項研究將開啟快堆商業化,以及成熟的輕水冷卻技術為基礎、和平利用核能為目的的核燃料循環方式。該研究結果已發表在日本原子能學會(AESJ)核科學與技術雜志。

快中子增殖反應堆(FBR)除了發電,產生的裂變產物多于消耗的。FBR主要的發展路線是液態金屬冷卻的快中子增殖反應堆。然而,由于采用液態納做為冷卻劑使反應堆工藝復雜,快堆還未實現商業運行。核燃料循環商業化與快中子增殖反應堆可有效減少輕水堆的乏燃料,并提高鈾資源利用率。

輕水為冷卻劑、提高钚增殖率的反應堆研究已歷經多年,但還未實現。核電站將水作為冷卻劑。水冷技術為快堆發展提供了很好的基礎。

日本開始組裝核聚變發電試驗裝置。日本原子能機構開始組裝有助于實現核聚變發電的JT-60SA試驗裝置,該裝置由日本和歐洲國家聯合制造。該裝置座落于東京東北部茨城縣那珂核聚變研究所,安裝工期為6年。

該實驗室計劃在2019年3月開展實驗,將燃料轉變成為高壓等離子態,通過再現太陽內部的核聚變反應發電。該裝置內的超導線圈和真空容器將分布強磁場和強電流,能夠控制等離子體。1克氘氚燃料發生核聚變反應,產生相當于8噸石油燃燒的能量。

通過國際熱核實驗反應堆(ITER)項目,日本和歐洲國家向該實驗投資7.18億美元。參與該項目的國家都希望最早在本世紀中葉這種新型發電方式能夠商業運行。核聚變發電只會產生少量核廢物。

日本開發世界上首個輕水冷卻高钚增殖堆概念設計。日本早稻田大學Yoshiaki Oka教授領導的研究小組已經成功開發了世界上首個輕水冷卻高钚增殖堆概念設計。他的團隊設計了一種新的燃料組件,使燃料棒緊密結合在一起,從而減少反應堆冷卻劑,達到高增殖。通過計算分析,Yoshiaki Oka教授的輕水冷卻高钚增殖堆概念設計取得了成功。

快中子增殖反應堆(FBRs) 能在消耗易裂變核素的同時生產易裂變核素,且所產多于所耗,是一種“理想的核能”。FBR的主要發展方向一直是液態金屬冷卻快增殖反應堆(LMFBRs)。然而, 由于使用液態鈉作為冷卻劑對核電站來說非常復雜,因此沒有得到商業化應用。

FBRs對減少輕水反應堆的乏燃料(LWRs)和實現鈾資源的有效利用非常重要。發展中國家正在積極的發展核能,發達國家乏燃料后處理的商業化可以增強世界的核安全。

日本關閉最后一座核反應堆。日本唯一在運行的核電機組將于9月16日前關閉以接受維護。自此,日本40年來第二次喪失核能供電。

關西電力公司將關閉位于日本西部福井縣的大飯核電站四號反應堆機組。該機組關閉后,日本所有50座核反應堆全部停運。

日本政府未就任何一座核反應堆的恢復運行給出說法。全部核反應堆停運也是意料之中的事。

2012年5月,位于北海道的泊核電站3號機組關閉,日本因此全國沒有運行的反應堆。

·比利時

1月,比利時重新運行兩座核電廠。雖然比利時的Tihange-2 and Doel-3核電廠反應堆容器被發現存在裂痕,但科學家仍為反應堆重新運行打開了放行綠燈。

比利時核安全管理局(AFCN)尚未對此消息給予確認。《晚訊報》援引沒有確認來源的消息報道說,“應要求,材料方面的專家為這兩座核電站的今后命運提交了肯定性的報告。”

AFCN表示,將向政府提交一份有關是否在一月中旬重新開始運行反應堆的報告。AFCN已收到來自比利時電力公司的一份肯定性的報告。《晚訊報》說,專家仍要求加強檢查。

去年初在對靠近安特衛普市北部的Doel-3核電廠反應堆容器底部進行檢查中,發現有很多“潛在的裂痕”,該核電廠已在六月份關閉,此外在列日市南部附近的Tihange-2核電廠也發現有同樣問題。在發現Doel-3的問題很輕微后,檢查在八月份停止了。 安裝反應堆堆芯的容器,由現已沒有業務往來的荷蘭RDM公司在70年代建造的。RDM公司為約20座核電廠提供了設備,一半提供給歐洲。

·印度

印度努力提高核電水平。經歷過日本福島核事故之后,全球核能市場陷入蕭條。然而,2011年7月18日,能源匱乏的印度繼續開始在拉賈斯坦邦Rawatbhata地區建造該國第25座核電站。

隨著未來二十年常規能源大幅減少的前景,核能作為一種可行的能源,其應用將更普遍。印度是全球第六大核能生產國(注:指機組數量,不是總裝機容量),核電裝機容量為4780MW。隨著未來5年內6座新反應堆建設,總裝機容量將增至9580 MW。

目前,印度總能源需求中核能僅占2.6%。該國政府正計劃到2020年將核能份額增至10%,到2050年增至25%。這意味著到2020年,核能發電能力將從現有的水平大幅提高到20000MW。為達成這一目標,該國政府已宣布從2010年到2020年,投資770億美元新建核電站。

印度原型快堆將在2014年9月以前臨界。位于卡爾帕卡姆核場址附近正在建設中的印度國家核計劃中第一個500兆瓦快中子增殖反應堆,將于2014年9月之前達到臨界狀態。

印度Nabhikiya Vidyut Nigam有限公司(BHAVINI)董事長兼總經理庫馬爾稱,“原型快中子增殖反應堆 (PFBR)的實際進度已經完成超過了95%,工廠在2014年9月之前一定能達到臨界狀態。”臨界狀態是指一個核反應堆達到自持連鎖反應的狀態。

當被問及工程現狀時,庫馬爾稱,他預計一些位于卡爾帕卡姆核場址的設備到位后,今年10月將完成工程。霍米·巴巴博士曾制定了印度國家核電計劃的三個階段- 首先是加壓重水堆( PHWR),第二階段是快中子增殖反應堆,最后階段是先進的重水反應堆(AHWR)。

2013年7月印度最大核電站開始發電。印度最大的核電站Kudankulam在經歷了強烈抗議和多次推遲后,于2013年7月13日達到臨界狀態,意味著核裂變鏈式反應鏈進入自持狀態。該核電站所發電將用于印度南部四個州的電力供應,最大受益者為核電站所在泰米爾德州。

Kudankulam核電站于1988年開始籌劃,由俄羅斯建設,是印度最大的核電站,其目的是為滿足印度這個經常停電的亞洲第三大經濟體日益增長的電力需求。該核電站最初計劃于2011年開始運營,由于受到當地擔心核輻射的民眾的激烈反對而被迫屢屢推遲。有反對者稱該核電站所處地域為地震敏感區,可能導致類似日本福島核電站核事故傷及千萬人。Kudankulam核電站附近主要居住的是漁民,他們也十分擔心核電站會影響到海洋生物。直至2013年年初印度最高法院以核電站建設是“為民眾謀福利”的說法給予核電站建設予以通行。

Kudankulam核電站是印度為實現到本國2030年核能發電量達63 GW目標的組成部分,而此目標發電量相比當前水平而言增長近15倍。

·阿聯酋

阿聯酋國家通訊社WAM2013年1月14日報道報道,阿根廷總統克里斯蒂娜?基什內爾在訪問阿聯酋期間,兩國簽署了一項有關和平利用核能的協議。阿聯酋外交部長謝赫阿卜杜拉與阿根廷外交部長Timerman簽署了諒解備忘錄。

阿聯酋在去年7月中旬宣布,該國計劃與韓國公司合作建造4座核電反應堆,將先建造2座,每座裝機容量為1400MW,計劃從2017年開始發電。

盡管是一個主要的石油出口國,阿聯酋還選擇發展核能,將其作為一種成熟、有環境前途和商業競爭力的能源,并通過核能進行海水淡化。

到2020年這4座核電反應堆開始運營時,阿聯酋希望核能能夠提供該國四分之一的電力需求,預計其總發電量從現在的15.5GW快速提升到40GW。

·西班牙

西班牙研究人員設計新型核聚變反應堆。西班牙馬德里科技大學(UPM)的一位研究人員已申請了慣性約束聚變反應堆的專利,除了可以用來發電,還可以用于艦船動力推進。

UPM海軍工程高技術學院教授岡薩雷斯?迭斯發明了這項技術,有助于解決核電帶來污染風險的問題。該設計是激光點火的聚變反應堆,功率為1000MWe。該反應堆的氫同位素燃料從水中提取,可極大節省燃料。

多年來,因為其在安全和資金等問題上的顯著優勢,研究人員研究核聚變代替核裂變發電。然而,時至今日也沒有任何聚變反應堆發電。

岡薩雷斯?迭斯的聚變發電項目,設計出了可將燃料全部轉換為能量的慣性約束聚變反應堆原型。該項目還帶動了一個模塊化結構設計,實現不同種類聚變反應堆的連接,能夠最大限度發電,解決目前高能源需求的問題。此外,該發明還可確定核動力船舶應用聚變反應堆的特性。

·美國

福島事故后,美國尋求開發先進小型反應堆。兩年前,一些人認為核能發展將會陷入窘境。但是最近有公司通過了監管部門批準,得到美國政府資金支持的4座小型反應堆獲得建造許可證。

這個100MW模塊反應堆的創造者想將該設計先推向美國,然后才是沒有大型輸電基礎設施的欠發達國家。

美國能源部長朱棣文稱,“重啟美國核工業和先進小型模塊式反應堆技術,將有助于創造新的就業和出口機會,并確保我們繼續采取上述所有方法進行能源生產。”

為此,奧巴馬政府正在與Babcock &Wilcox公司、Bechtel公司合作開發小型堆。能源部預計為該項目投資4.5億美元,相當于總成本的一半,上述公司將投資另一半。

Bechtel公司制造出100MW的小型堆,該堆可串聯使用,達到1000MW的功率。該公司總裁巴布科克稱,預計這些機組可在2020年前運行。

美能源部鼓勵創新型小型模塊化反應堆盡快實現應用。作為奧巴馬政府加速推進可持續能源戰略的一部分,美國能源部今天發布了一項新的科研資金資助計劃來幫助美國工業界設計和驗證創新型小型模塊化核反應堆。與2012年11月公布的成本共享協議一起,該項后續計劃將面向其他公司和制造商,重點是提升小型模塊化反應堆的效率、操作和設計。

能源部長朱棣文說:“奧巴馬總統在國情咨文中表示,政府致力于加速過渡到更可持續的能源。創新能源技術,包括小型模塊化反應堆,將幫助為美國家庭和企業提供低碳能源,也給我們國家在全球清潔能源競賽中提供一個關鍵的競爭優勢。今天宣布的科研資金資助計劃專注于把創新型小型模塊化反應堆推向市場,在美國創造新的就業機會和企業。”

目前,美國已計劃建造2座小型模塊化反應堆。美國田納西谷管理局(TVA)的下一代核反應堆可能在一座工廠建造后,通過卡車或火車運至田納西河流域。超過30年建造越來越大、越來越貴核電站的歷程之后,TVA的官員都在思考下一代更小型的反應堆。TVA正與世界上最大的兩家核電承包商——巴威公司和柏克德公司合作,測試名為mPower的小型模塊堆。

TVA尚未決定是否最終制造新型反應堆,但已獲得聯邦政府提供的1.5億美元的資金支持。TVA與上述公司已同意首先測試mPower設計,并于明年提交方案使監管機構批準在橡樹嶺克林奇河建造2座新反應堆。如果監管機構和TVA董事會批準,到2020年該180兆瓦反應堆發的電足夠橡樹嶺地區使用。開發人員希望更小、更簡單的設計允許工廠能夠生產大多數核電站部件。簡單的被動冷卻設計也允許反應堆埋于地下,建造工期更短,成本更低。

已有三家公司向美國能源部提交小型模塊化反應堆研究資助申請。美國能源部(DOE)計劃通過成本共擔,資助兩種小型模塊化反應堆(SMR)設計,支持SMR的工程設計、設計驗證和許可證申請工作。2012年11月,Babcock &Wilcox (B&W) mPower reactor公司贏得第一輪SMR資助,獲得7900萬美元,目標是在2022年前對其SMR設計進行商業驗證。

DOE在2013年3月宣布將進行第二輪資助,申請期限設定為7月1日。在第一輪資助中失敗的3家公司——西屋公司、NuScale Power公司和Holtec國際公司分別確認,已經提交了有關第二輪資助的申請書。

DOE預計將于2014年1月中旬授予這些資助。第一輪和第二輪中,每輪可以獲得的最高資助額度為2.26億美元。

美國能源部投資進一步研究高溫氣冷堆。美國能源部(DOE)已投資100萬美元繼續研究高溫氣冷堆(HTGR)。

下一代核電站(NGNP)產業聯盟稱,已獲得費用平攤的注資合同,繼續進行使用HTGR技術的商業和經濟分析。除了發電外,該反應堆還可用來制氫、提煉石油和生物燃料、海水淡化、化肥生產、頁巖油回收,以及熱電聯供。

2005年美國能源政策法確立了NGNP項目并建造HTGR原型堆,發電和制氫設施在2021年開始運行。美國愛達荷國家實驗室(INL)負責該項目,并與私營企業簽訂成本分攤合同。目前該項目總成本估計約為40億美元。

NGNP產業聯盟由14家公司組成,涉及主要的反應堆供應商和可能的最終用戶。反應堆供應商包括阿海琺集團、西屋公司、Entergy公用事業公司。最終用戶包括陶氏化學公司和康菲石油公司。

美國研究新型熔鹽反應堆。隸屬麻省理工學院的美國原子能轉換公司(TransAtomic)正在開發一種新型核反應堆,它預計將使核電站的總體成本減少一半。這是一種高度耐熔毀的新型熔鹽反應堆。

在60年代,熔鹽反應堆技術已經在美國橡樹嶺國家實驗室得到了驗證,在那里,有一座試驗性熔鹽反應堆運行了6年,但這項技術一直沒有投入商業使用。

最新的反應堆設計目前為止仍處于理論階段,按照橡樹嶺的技術參數,能生產同等體積的核反應堆20倍的發電量。

這意味著反應堆相對體積小,但功率大,可以以較為低廉的價格在工廠生產,并可通過鐵路運輸到場址,而不是像傳統反應堆那樣必須在現場建造。

Transatomic修改了原始熔鹽反應堆的設計,允許它運行核廢物。

由于核電站建設的高成本,加上對核電安全和廢物處置的關切,美國和其他一些國家已經基本停滯建設新的核電站。

一些公司正試圖解決核電站的成本問題,發展小型模塊化反應堆。但小型堆通常功率為200兆瓦,而傳統反應堆功率超過1000兆瓦。

美國計劃于2016年運行新核電機組。美國核管會批準在佐治亞州建造兩座新的核電機組,并分別于2016年和2017年運行,此舉無疑是對美國核科技發展極大的鼓舞。

美國運行的104個核電機組有一半運行期已經超過30年,而自1978年以來美國便不曾發放新核電站建造許可證。1979年三哩島核事故使得美國對新建核電站的態度更為謹慎。

美國目前18%的電力供應源自核電,考慮到核電站的新舊替代及增建,至2035年該份額有望增至20%。盡管如此,核能發電的經濟優勢及環境影響仍存爭議。

美國總統奧巴馬批準能源部提供83億美元貸款,用于扶持新核電站的建設融資。

新的核電站將采用西屋公司的AP1000設計,該設計使用的是非能動冷卻系統,該系統通過重力和冷凝來冷卻燃料棒,這種設計有效杜絕了類似日本福島核電站的核事故發生。


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責任編輯: 江曉蓓

標簽:世界核電