核能是20世界人类的一项伟大发现,并已取得了十分重要的成果。1942年费米领导几十位科学家,在美国芝加哥大学成功启动了世界上第一座核反应堆芝加哥1号(CP-1),虽然功率仅为0.5W,但标志着人类从此进入核能时代。
此后经过60年的发展,核能已占世界总能耗的6%。根据国际原子能机构(IAEA)的最新统计,截至2007年6月,全世界共有438台核电机组运行,3l座反应堆在建。核电总装机容量近372GW,满足了世界约18%的电力需求。其中核能发电量占本国总发电量比例最高的国家是法国,达78.1%,中国占1.9%,见图1。
当前,世界主要能源为煤、石油、天然气。按照目前全世界对化石燃料的消耗速度计算,这些能源可供人类使用的时间:石油45~50年;天然气50~60年;煤炭200~220年。燃用化石燃料的同时向大气排放大量的“温室气体”CO2和形成酸雨的SO2和NOX,并排放大量的烟尘,对环境造成了严重破坏。而核能不产生有害物质。1987年,世界卫生组织总干事布伦特兰领导的世界环境和发展委员会提出了“可持续发展”的概念,就是“既满足当代人的需求,又不危及后代人满足其需求的发展”。为了实现可持续发展,人类迫切需要新的替代能源。目前,唯一达到工业应用、可以大规模替代化石燃料的能源就是核能。
1 世界核电的发展
1.1 四代核电技术划分
CP-1建成60年时间里,核电技术的应用和发展大致分为四代。
第一代核电机组是20世纪50~60年代建成的,证明核能发电技术可行性的实验性和原形堆核电机组。如1954年前苏联建成的电功率为5MW的实验性核电站及1957年美国建成的电功率为90MW的希平港原型核电站。
第二代核电机组是20世纪60~70年建成的,证明核能发电经济性(可与火电、水电相竞争)的压水堆、沸水堆、重水堆等核电机组,电功率一般在300MW以上。目前世界上商业运行的400多座核电机组绝大部分属于第二代核电机组。
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