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核电:清洁 高效 经济——核电站是如何发电的?

        发布时间:2017-11-06        

近年来,面对环境污染和能源紧缺等问题,作为清洁能源之一的核电,越来越受到人们的关注与重视。那么,你了解核电吗?你知道核电站是如何发电的?和火电厂有什么不同?为什么说核电是清洁、安全、高效的能源?

1. 什么是核能?

世界上一切物质都是由原子构成的,原子又是由原子核和它周围的电子构成的。轻原子核的融合和重原子核的分裂都能放出能量,分别称为核聚变能和核裂变能,简称核能。

2. 核电站是如何发电的?


核电站就是利用一座或若干座动力反应堆所产生的热能来发电或兼供热的发电站。反应堆是核电站的关键设备,链式裂变反应就在其中进行。

核电站用的燃料是铀。用铀制成的核燃料在反应堆的设备内发生裂变而产生大量热能,再用处于高压力下的水把热能带出,在蒸汽发生器内产生蒸汽,蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转,电就源源不断地产生出来,并通过电网送到四面八方。

3. 核电站由哪些部分组成?和火电厂有什么不同?


核电站大体上可分为两部分:一部分是利用核能产生蒸汽的核岛,包括核反应堆和一回路系统;另一部分是利用蒸汽发电的常规岛,包括汽轮发电机系统。常规岛与普通火电厂大同小异,而核岛则截然不同。

核岛是看上去像一直立的圆筒部分,其一部分在地下,常规岛看上去和一般厂房的形状差不多。所有与核辐射有关的部件都装在核岛里。反应堆是一种特殊的锅炉,有人称它为原子反应炉。至于发电部分(也称常规岛),核电站与火电厂都用蒸汽推动汽轮机旋转,来带动发电机发电。核电站与火电厂主要的不同是蒸汽供给系统:火电厂依靠燃烧化石燃料释放的化学能制造蒸汽;核电站是依靠核燃料裂变反应释放的核能来制造蒸汽。

4. 核反应堆有哪些特点?

反应堆这个“原子锅炉”构造奇特、与众不同。提到燃烧,人们就会想起熊熊的烈火和滚滚的浓烟,但是“原子锅炉”的燃烧既见不到火,也见不到烟。走近核电站,人们也会看到一个高高的“烟囱”,但仔细看看,就会发现它从来不冒黑烟。这并不奇怪,因为它只是一个排风设备。

生炉子要用火柴和木材点火,反应堆的“点火”,是提供引发裂变反应的第一代中子,这是依靠反应堆内安装的点火中子源来实现的。反应堆的燃烧速率是靠控制棒来实现的。控制棒有很强的吸收中子的能力,它“吞吃”中子的胃口很大,提起控制棒,中子数量增加,反应堆功率就上升;插入控制棒,中子数量下降,反应堆功率就下降,甚至反应堆的裂变反应会停下来。

堆芯正如发电厂的锅炉一样,是反应堆的心脏,位于压力容器中间,是产生能量的场所。

5. 为什么说核电是清洁的能源?

火力发电厂在燃烧燃料时产生大量的灰尘,排放出大量的CO、CO2、SO2、NOX等有毒有害物质。化石燃料的燃烧污染了环境,危及人类的健康。核电站使用核燃料,不排放这些有害物质。核能属于低碳、密集性能源,以核能发电代替燃煤发电,对削减温室气体排放量的潜在贡献是非常明显的。因此,核电站与火电厂相比,更有利于保护环境。与燃煤电厂相比,一座百万千瓦电功率的核电站每年可以减少二氧化碳排放600多万吨,因此,核电是减排效应最大的能源之一。

近年来,我国部分地区出现严重雾霾天气,根据测算,如果在京津冀、长三角、珠三角周边地区分别建设1000万千瓦的核电装机,或者通过外送电方式将1000万千瓦核电输送至这些地区,可以将这些地区的PM2.5年均浓度分别下降3.4、1.7、4.0微克/立方米,相当于将这三个地区的PM2.5年均浓度在目前基础上分别降低3%、2.5%和9%。五年后,这些核电装机对当地PM2.5年均浓度下降目标的贡献度分别为12%、12.5%和60%。

与水电、风电、太阳能发电相比,在改善环境质量方面,核电具有明显的优势。核电单机容量大,运行稳定,利用小时数高,可以作为电网基荷运行,生产过程对环境基本上是零排放,改善环境的作用十分显著。

据测算,每建成4000万千瓦的核电,每年可替代标准煤消耗1亿吨。每100万千瓦的核电对标准煤的替代效应分别相当于200万千瓦水电、350万千瓦风电、470万千瓦光伏发电(按照核电年利用小时数7000、水电3500、风电2000、光伏发电1500测算)。

小知识:我国核电的发展历程

我国核电从上世纪70年代初开始起步。1984年第一座自主设计和建造的核电站——秦山核电站破土动工,至1991年12月15日并网成功,这标志着我国核电工业正式进入发展阶段。

随后,我国又分别建成了浙江秦山二期核电站、浙江秦山三期核电站、广东大亚湾核电站、广东岭澳一期核电站和江苏田湾一期核电站等,使我国核电设计、制造、运行和管理水平得到了很大提高,为我国核电加快发展奠定了良好的基础。

进入21世纪,我国核电迈入批量化、规模化发展阶段。目前我国核电技术已经具备了接近世界先进水平的研发能力,而核电站建设、运行、管理水平则已经达到世界先进水平;核电设备制造能力也不断提高,设备自主化水平不断增强。

2011年福岛核事故后,我国对于核电安全要求升级,我国核电的发展围绕三代和四代技术,以及走出去的战略进入安全高效、稳步发展的新阶段。

截至2015年8月,我国大陆地区在运或具备商运条件的核电机组增至26台,加上在建核电机组,总数51台,位居世界第三。

预计到2020年,我国核电运行装机容量将突破4000万千瓦,核电装机容量将占电力总装机容量的5%。

来源:《亮报》2015年8月26日科普版

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