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中国的核电站,为何大多在东部沿海?

添加时间:2024-01-16

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作者 包包| 排版 杳杳

2011年3月11日,日本东部海域发生大地震,由于地震和海啸,导致福岛核电站应急冷却系统故障,核反应堆温度持续升高,并发生爆炸,最终导致核泄漏。这次事件引起了国际社会的广泛关注,引发的很多问题,至今仍未解决。发生了这样的事情,核电还能用吗?

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答案是肯定的,其实在安全措施到位的前提下,核电还是有非常广阔的发展前景。希望今天的文章能帮你解答一些关于核电的疑惑。

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什么是核电站

我们知道核电站是利用核能来大规模生产电力的发电站。但它的发电过程是怎样的呢?

核电与火电的发电过程有相似之处,都是通过水蒸气驱动发电装置。使水燃烧变成水蒸气,驱动汽轮机,将热能转换为动能以生产电能。

不同的是,火电厂利用煤、石油、天然气等固体、液体燃料,使水燃烧变成水蒸气。核电站则是利用原子核的裂变反应,提供足够的热量,来推动蒸汽轮机发电。

核电机组通常包含两部分:核岛(安全壳内的第一回路)和常规岛(第二回路)。核岛主要设备是核反应堆、蒸汽发生器,常规岛主要包含汽轮机、发电机。要将核能转变为电能需要分四步,由四个主要设备实现的:

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①核反应堆:原子核裂变释放能量,将核能转化为热能;

②蒸汽发生器:将一回路高温高压水中的热量传递给二回路的水,使其变成饱和蒸汽;(一、二回路彼此封闭循环,避免了二回路接触辐射)

③汽轮机:饱和蒸汽驱动汽轮机转子高速旋转,将热能转换为机械能;

④发电机:将汽轮机传来的机械能转变为电能。

核电目前在我国的发电量占比为4%-5%,未来还有很大的增长空间,我国预计在十四五期间还将增加30-35台核电机组。核电到底有哪些特点呢?

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2021年全国发电量统计分布

来源 | 中国核能行业协会

①清洁能源

虽然核燃料具有强辐射,一旦泄露,危险很大。但在安全生产的前提下,相比于火力发电厂,核能发电不会排放巨量的污染物到大气中,而且发电过程也不产生任何温室气体,所以我们把它归到清洁能源的范畴。

②体积小、运输方便、能效高

核燃料能量密度大,1kg铀燃料裂变产生的能量,约等于燃烧2000吨煤产生的能量。所以相比煤炭发电,核电原料的体积小,运输成本较低,地区适应性强。

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6厘米的小球,能量相当于6吨煤

③发电的稳定性好

风力发电易受风向和风力变化的影响,太阳能易受气象条件和昼夜变化影响,两者稳定性相对较差。而核电具有明显的优势,基本不受气象条件、昼夜时间的影响。

虽然核电相比于其他发电方式,具有独特优势,但是它也面临着诸多挑战,在布局时必须慎重考虑:

①放射性物质

核电虽然是清洁能源,在发电过程中不会排放污染物,但却会留下废料,而且具有强烈的放射性。目前人类的科技水平还无法直接消除其辐射,只能经过处理后埋入地下,最长需要数万年,才能消除辐射。

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核废料处理示意图

②投资成本高

核燃料具有放射性,一旦失控后果严重,因此核电站的建设对技术要求非常高,需要前期大量的技术投入和科学论证,同时核电站的建设需要层层把关,将核反应堆与外界完全隔离开来。也需要准备一系列安全措施,应对突发状况可能导致的核泄漏,所以前期的资金投入很高。

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③废热多

出于安全考虑,核反应堆产生的热量不会直接用于发电装置,而是通过多个回路进行能量交换(如前图核电装置第一、二回路),间接将水加热成水蒸气驱动发电。相比一般的火电厂会排放更多的废热到环境里。需要用大量水对其进行冷却,再把温度升高的冷却水排出。在安全运行的前提下,冷却水是不会有辐射的。

但不久前日本打算排放福岛核电站冷却水,却遭到世界的谴责,这是因为福岛核电站泄漏,反应堆密封金属外壳融毁,冷却水直接与核燃料以及核污染固体废物接触,是具有辐射性的。

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中国核电站分布情况

中国核电的发展从秦山开始,1991年秦山核电站的建成,标志着中国的核工业迈上了一个新台阶。目前我国核电发展时间短,在能源消费结构中,核电占比较小,所以在我国还属于新能源的范畴。

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秦山核电站

而西方核电发展历史悠久,最早可以追溯到二战时期。目前美国核电装机量最多,占全球核能总发电量的30%以上。全球核电使用比例最高的国家是法国,供电设施中有70%是核电,所以核电在法国属于常规能源。

我国的核电发展,在现阶段与西方国家是否有很大差距呢?当然不是。

2015年我国自主研发的“华龙一号”诞生,标志着我国成为全球第四个掌握第三代核电技术的国家,核电技术已跻身世界前列。

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福清华龙一号核电站

目前,我国建设有17座核电站,共计52台机组,在中国大地上组成了一道特殊的能源“海岸线”,占全国累计发电量的5.02%。目前建成的核电站主要分布在广东、浙江、山东、江苏、辽宁、福建、广西等沿海省份。

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图源:中国核能行业协会

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核电站的建设

从上图可以看到,我国的核电站多分布在沿海地区,为何如此布局?

①我国沿海地区能源需求量大

东部沿海地区经济发达,人口稠密,用电需求大,电力消费市场广阔。

图源:城市进化论

②我国沿海地区常规能源较少

沿海地区是我国主要的能源消费地,但常规能源(大型水电站、火电站)不多。我国大型水电站主要分布在地势落大的阶梯交界处,煤炭资源主要分布在北方的中西部省份。

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③临海布局,靠近东部市场,输电距离短

布局在东部沿海,靠近主要的电力消费市场,输电距离短,输电成本较低。

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中国城市夜景卫星图

④清洁、能效高,地区适应性强

核电优点十分突出,清洁而且能量密度大,能效高,同时核原料体积小,运输压力小,地区适应性强。

⑤东部地区资金充足、技术发达

东部沿海地区经济发达,科技力量雄厚,地方财政对核电站建设的技术和资金支持力度大。根据国际上已建成核电机组平均造价衡量,通常每千瓦装机容量造价约为1500美元,而我国目前单台核电机组造价约为182亿元,核电项目投资巨大。

⑥临海,冷却水来源广

前面我们提到过,核电站在运行过程中会产生巨大热量,需要大量的水来冷却,所以核电站一般依水而建。

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国际上很多核电站会布局在河流附近,相比海水,河水温度会更稳定一些。

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法国核电站分布

值得注意的是,在安全运行的前提下,大量的冷却水经过处理会排放回自然水体中,虽然没有辐射威胁,但也可能造成热污染。

【热污染】现代生产、生活排放的废热造成的污染,火电厂、钢铁厂、核电站、石油化工等工厂均可能造成热污染。废热随着冷却水排放,会造成水体温度升高,有可能使含氧量减少,鱼类可能无法繁殖甚至死亡,破坏水生生态环境,进而引起水质恶化。

⑦海运条件好,方便运送大型设备

核电站的设备都是庞大物件,其蒸发器重达270多吨、压力容器重达300多吨、穹顶重达400多吨。海运运量大,沿海地区可以依靠海运,解决前期建设的大件设备运输问题。

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前面咱们说清楚了为何中国的核电站多布局在东部沿海,但这并不意味着沿海的所有地区都能建,在具体选址时,还要注意以下两个问题。

⑧需要寻找地质条件稳定的地方

核电站对厂址地质要求较高,附近不能有断层分布,数千米范围内地质稳定。厂址区及其附近100千米海域或50千米内陆,历史上没有发生过6级以上地震。

⑨安全问题

核电站选址还必须考虑到公众和环境的安全,避免万一发生核事故,可能带来的潜在辐射威胁,同时还要考虑到突发的自然事件(如地震、海啸等)或人为事件对核电厂的影响。所以,核电站必须选在人口密度低,一般是经济发达地区中相对偏远的地方。

关于核电站的相关知识点,小编已经帮你总结好啦~

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从长远来看,核电的发展仍然面临着经济性、核废料安全处置等诸多问题的挑战,但不可否认,它也是缓解能源紧张问题的重要突破口。在“碳达峰”和“碳中和”目标下,中国能源系统将向着多元、清洁的方向发展,核能在未来能源体系中的地位将越来越重要。

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