站内搜索: 资讯 企业 产品 供应 求购 招聘 图书
您的位置:中国核电信息网 >  > 核能是能源可持续发展的希望
 

        能源资源的可持续利用是社会经济可持续发展战略的基础之一。世界一次能源将在百年内面临供应危机的严竣威胁。改变能源结构、大力发展核电、逐步替代化石燃料是未来世界能源必然的发展趋势。核电发展将经历热堆—快堆—聚变堆三个阶段。随着科学技术的进步,聚变堆将在二十一世纪中、后期逐步成为商业化用堆,并将成为能源可持续发展的中坚。

        一、前言

       在世界经济迅速发展的今天,可持续发展(Sustainable development)已经成为世界各国政府和公众关注的焦点。可持续发展的概念可理解为:发展是目的,关键是可持续。实现可持续发展就是要寻求一条社会、经济、环境、资源和人口相互协调的、既能满足当代人的要求、又不对满足后代人需求构成危害的可持续发展的道路。不能吃祖宗饭,断子孙路。实现可持续发展已成为当今全世界紧迫而又艰巨的任务,它直接关系到人类的前途、命运,影响到每一个国家、每一个民族、甚至每一个人。19926月在巴西召开的联合国环境与发展大会上通过了《里约环境与发展宣言》、《21世纪议程》等公约、文件,充分体现了世界各国对可持续发展的新思想,反映了关于环境与发展领域合作的全球共识和最高级别的政治承诺。中国政府根据大会精神于1994年制定了《中国21世纪议程》,并已成为制定社会和国民经济发展长期计划的指导性文件。世界各国都在把可持续经济发展和环境协调发展战略作为一项基本国策。

    中国可持续发展战略的基本点有三:控制人口、节约资源、保护环境,以稳定社会。我们要保护和合理利用资源,促进持续发展。资源的可持续利用是可持续发展战略的基础之一。能源资源是国有资源的重要组成部分。能源工业作为国民经济的基础,对社会、经济发展和提高人民生活水平都极为重要。如何做到能源的可持续发展,世界各国对这一问题都极为关注。本文对此谈点粗浅看法。

    二、世界能源的危机感

    1994年末全球一次能源的可采储量为1427734亿吨标煤,其中煤占731%,石油占138%,天然气占131%,而当年的开采量为104481亿吨标煤。静态储采比为137年,亦即经过137年后,一次能源将被采尽。假定全球每年一次能源消耗量递增15%,则动态储采比为75年。按目前的开采量计算,全球煤炭、石油、天然气可供开采的年限分别为:

    煤:230年,如按年均12%开采速度递增,可开采112年;

    石油:45年,如按年均15%开采速度递增,可开采34年;

    天然气:67年,如按年均18%开采速度递增,可开采44年。

    可以预料,在21世纪末期,一次能源在可采储量方面将面临枯竭。即使考虑到今后科技的进步,在资源勘测和新的钻探开采技术的提高,能对不易开采的矿藏进行有效的开采,也不可能对储采比延长多久。一次能源的枯竭迟早要出现。除了一次能源有限,将要出现供应危机外,大量使用化石燃料所排放的S02导致酸雨越来越严重、所排放的C02引起温室效应、大量采煤导致土地严重退化和导致水体严重污染等、都将危害环境和破坏生态平衡,也构成危机。二者对人类的生存造成了日趋严重的威胁。因此,改变能源结构,大规模地发展利用核能替代化石燃料,并构成未来世界能源的支柱,将成为必然的发展趋势。

    三、中国严竣的能源问题

    1994年末,中国一次能源储量为:

    煤:探明储量约为1万亿吨,但按世界能源委员会定义的可采储量只有1145亿吨标煤;

    石油:探明储量为940亿吨,可采储量33亿吨,折合标煤为472亿吨;

    天然气:探明储量38万亿立方米,可采储量为17万亿立方米,折合标煤

226亿吨。

    总计可采储量为12148亿吨标煤。1994年我国一次能源总耗量为116232亿吨标煤,静态储采比为105年。假定年均消耗按3%速度递增,则动态储采比为48年。国内煤炭、石油、天然气可供开采的年限分别为:

    煤:93年,如年均按33%的开采速度递增,还可开采43年;

    石油:23年,如年均按15%的开采速度递增,还可开采20年;

    天然气:100年,如年均按6%的开采速度递增,还可开采33年。

    上述数据表明,我国一次能源的可采储量极不乐观,全球动态储采比是75年,而我国只有50年。为使我国经济能持续、高速、健康的发展,必须认真执行“开发与节约并重,把节约放在首位”的方针。当前我国能源的浪费相当严重:煤炭回采率全国平均只有32%;煤转化为电力的比重太低,发达国家一般在60%以上,而我国只有31%;能源效率只有30%左右,比国外先进水平低10%;单位国民生产总值能耗是发达国家的34倍;工业单位能耗,比发达国家高3090%;煤炭最大浪费是50万台中小锅炉和窑炉,如加以改造,每年可节约煤1亿吨,相当全国煤炭产量的112;钢生产单位能耗高60%等等。除励行节约外,还应积极开发利用水能资源。我国水能资源理论储量达6760亿千瓦,据估计,全国经济可开发装机容量为29亿千瓦。1994年水电装机容量已达4906万千瓦,占经济可开发装机容量169%。但水能资源分布不均,受自然条件制约更大,而且要与防洪、灌溉、航运等方面统筹规划。太阳能、地热、风能、湖汐等发电方式,也应积极开发利用。但这些发电装机容量都较小,而且受自然条件的严重制约,只能在个别局部地区供电,不可能做为重要骨干电源。因此,大力励行节约,改变能源生产与消费方式,实现能源、电力结构多样化,建立能用之不竭、对环境危害小甚至无害的能源系统是中国可持续发展战略的重要组成部分。在这些能源中核能是可持续发展的希望。

    四、核能:能源可持续发展的希望

    核能发电是安全可靠、清洁、对环境污染小、经济性好的能源。

核能分为核裂变能与核聚变能二大类。核裂变能又分为由热中子引起235U裂变和由快中子引起239p11裂变二类。完成这些过程的装置称为热中子反应堆(简称热堆)、快中子增殖堆(快堆)和核聚变堆。

1.热堆核电站

1994年世界一次能源消耗中,核电占72%,相当于815亿吨标煤。1996年全世界运行的核电机组共443座,装机容量达345亿千瓦,发电量为23万亿千瓦小时,占全世界电力生产的17%左右。在全世界运行的核电站中,美国最多(110),其次是法国(57)和日本(53)。就核电占电力生产的比例而言,立陶宛最高(856),其次是法国(774)、比利时(572)、瑞典(524)

中国核电起步较晚,目前装机容量仅210万千瓦,占我国一次能源总耗量的04%。据有关部门预测,我国核电的发展从现在起至2010年将达2000万千瓦,至2020年达4000万千瓦以上,约占当时总装机容量的6%以上。

目前世界上运行的核电机组绝大多数是热堆,这种堆所用的资源主要是天然铀。世界上天然铀资源较丰富,地质储量约为2500万吨。由于热堆仅能利用天然铀中含量极少的238U,而天然铀中含量99%以上的238U还没有得到充分利用,所以天然铀供热堆使用,相当于增加50%的一次能源可采储量。发展热堆不但可缓解一次能源的供应危机,而更重要的是积累工业Pu,为快堆发展作准备。1100万千瓦级的热堆核电站,假定发电量因子为70%,寿命40年,则共需消耗天然铀6500吨,可积累工业Pu64吨,供2100万千瓦级快堆的装料。

2.快堆核电站

目前在俄罗斯、法国、日本和印度已有8座快堆在正常运行。由法、德、意三国联合建造的超凤凰快堆核电站的装机容量已达120万千瓦,期望能在经济上同压水堆核电站相竞争。快堆核电站现正处在建造商用核电站阶段。我国正在建造2万千瓦电功率的试验性快堆,预计2003年投产。并以此为基础,于下世纪初建立商用快堆核电站。

发展快堆核电站可以将天然铀资源的利用率从热堆的1%提高到60%以上,相当于增加一次能源可采储量的30倍。这不但可以大大缓解化石燃料供应的危机,而且对环境保护、生态平衡、减轻运输压力、将化石燃料转化为化工原料等等都有极大好处。发展快堆还能解决热堆核电站运行时所产生的长寿命锕系元素,使其在快堆中烧成便于处置的裂变产物。

我国发展快堆,必须以加快发展热堆为基础,以便为快堆提供Pu装料。下面根据计算,提供热堆与快堆相互发展的2个方案,以供参考。

方案一:在20002020年的20年内,如果每年投运200万千瓦热堆机组,总共4000万千瓦,则共需提供天然铀67万吨,积累工业Pu可建100万千瓦级快堆21座,倍增快堆5座,共可建快堆26座,装机总容量共6600万千瓦。如2020年后热堆机组停建,到2040年快堆共有88座,热堆仍为40座,共有装机容量128亿千瓦,还需提供天然铀128万吨。此方案到2040年还达不到装机容量15亿千瓦。

方案二:在20002020年间,前10年每年投产200万千瓦热堆机组容量,后10年每年投产400万千瓦,至2020年共拥有热堆装机容量6000万千瓦。在这20年内由于热堆工业Pu的积累和快堆的倍增,还可建快堆机组4000万千瓦。故到2020年止,热堆与快堆的装机容量达1亿千瓦。从2020年后停止再建热堆,至2040年可建快堆2亿千瓦。在2040年,核电总装机容量达3亿千瓦。40年内共?肖耗天然铀约30万吨,此方案说明,只要增加2000万千瓦热堆的投入,就可等到24亿千瓦的快堆装机容量。

尽管随着快堆的商业化应用能较大地提高铀资源的利用率,然而铀资源同煤炭、石油一样,也是要耗尽的。所以,从长远看,最终解决能源供应问题,还得靠核聚变堆。

3.核聚变能:人类取之不尽,用之不竭的能源

与核裂变反应相反,核聚变反应是由2个轻的原子核如氘、氚聚合在一起而形成较重的原子核反应。发生聚变反应时放出的能量比裂变反应放出的能量大4倍。

核聚变所需的原料氘含在海水中。地球表面积约71%是被361亿平方公里的海洋面积覆盖着,其平均深度为38公里,即共有海水137亿亿m 3。每升海水中含氘0032,氘的总储量达40万亿吨以上。每升海水含氘的聚变能量相当于250石油。所以海水中的氘可供人类使用300亿年以上,确实是取之不尽,用之不竭的能源。

聚变反应的产物是惰性氦,不产生放射性废物,比裂变反应堆还要干净,即使产生的中于能使物质活化,其放射性水平也比裂变反应堆低得多。聚变过程中燃料的加入量不受临界质量的限制,可以通过注入燃料的多少直接控制其能量的释放。出现故障时,可停止加料和停堆,且不产生余热,绝不会出现堆芯熔化事故和放射性泄漏事故。所以其安全性大大高于裂变反应堆。因此,聚变堆核电站是安全、干净、对环境污染小、用之不竭的可持续发展能源的希望。

目前世界上还没有实现核聚变反应堆电站。其主要困难在于要使2个轻核融合在一起发生聚变反应,必须克服它们之间的静电斥力。这就需要将燃料加热到上亿度的高温,这时燃料变成正负电荷相等的混合气体,即等离子体。而且高温等离子体必须约束在一定体积内,使其有足够的密度、足够长的约束时间,以保证有足够大的反应几率,才能实现受控聚变反应。

目前按受控约束方法分为磁约束核聚变和惯性约束核聚变两大类。

磁约束核聚变采用的是托卡马克装置。在50年代,前苏联就建造了这种装置,美国、欧州、日本也相继研制。目前磁约束核聚变的研究已达到验证科学可行性阶段。1993年在美国的TFTR托卡马克装置上获得34亿度高温。199610月在日本的JT60托卡马克装置上得到了输出与输入能量比Q=105的好结果。我国自行设计研制的中国环流器新一号是一个性能优良的受控核聚变实验装置,19975月在实验中获得了长达4秒的长脉冲放电,表明运行主要参数达到了国际同规模装置的先进水平。但磁约束核聚变要达到真正商业化还需要经过建造工程实验堆到商用堆验证几个发展阶段,预计在21世纪中、后期可能实现聚变堆的商业化。

惯性约束核聚变,它是利用物质本身运动的特性即惯性达到约束的目的。按引发聚变的高功率能源(又称驱动器)分为激光聚变与粒子束聚变。

激光聚变的研究开始于60年代,美国研究的最早。最近在OMEGA激光器上取得了至今世界上最大激光聚变实验的好成果。该装置共有60路激光束,总能量达30KJ。平均每小时打氘一氚靶丸一次,每次出中子10131014。靶丸温度为1314Kev。激光聚变“点火”意味着惯性约束的科学可行性的验证,点火装置已从远景规划进入近期议事日程。法国、日本、俄国也积极开展研究。我国在60年代已开始了激光打氘冰靶观测中子的实验。80年代神光1号问世,目前正在安装神光2号,还在设计神光3号。

从国际发展趋势看,惯性约束核聚变电站的验证大致要到21世纪30年代。

可以预料,随着科学技术的进步和经济的发展,到21世纪中叶将是核聚变技术走向工程应用、进入开花结果的重要时期。一旦核聚变能的应用社会化,世界能源将根本改观。

应用核能从热堆到快堆再到聚变堆三步过程,核能将为人类能源的可持续发展做出越来越重要的贡献。

 
 
  我来说两句:网名
  您的联系方式: (电话、手机)
  验证码: 查看评论(0)
网友评论请注意:
遵守中华人民共和国有关法律、法规,尊重网上道德,承担一切因您的行为而直接或间接引起的法律责任。
中国核电信息网拥有管理留言的一切权利。
您在中国核电信息网留言板发表的言论,中国核电信息网有权在网站内转载或引用。
中国核电信息网留言板管理人员有权保留或删除其管辖留言中的任意内容。
如您对管理有意见请用意见反馈向网站管理员反映。
您是从哪里知道本网站的?
网络
报纸
朋友介绍