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科学网加快核电发展,有效降低碳排放

2017-07-19 16:04栏目:评测
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科学网加快核电发展,有效降低碳排放

 
徐銤,中国原子能科学研究院,北京102413)

快堆专家,中国工程院院士。现为中国核工业集团公司快堆首席专家、中国原子能科学研究院快堆工程部总工程师、国家能源工程快堆工程研发(实验)中心学术委员会副主任。中国快堆事业的开拓者和奠基人之一。

    中国目前已成为世界最大的能源消费国,碳排放总量居世界第一;虽然一直积极倡导并践行节能减排,但减排形势仍然严峻。中国的碳排放量高,主要原因在于煤炭一直是主要能源,当前中国国内煤炭消耗量占全球1/2 以上,2016 年国内煤炭消耗量占一次能源消费比重的63%,而且用于发电的耗煤量占煤炭消费总量的1/2 左右[1]。为了有效减少碳排放,中国需要大力发展清洁能源。在清洁能源中,核能的优点是能量密度大,单位能量机械设备体积小,制造消费少,占地面积小,从整个生产链看,核能每度电碳排放量是最小的,见图1。举一例:法国2014 年核电发电量为416.8×10kWh,占全国总发电量的77%,排放的碳当量低于所有经济体国家,仅为中国碳排放量的3.4%[2]。而中国电力生产中核电所占比例较低,2015 年仅占3.01%,因此需要大力加快核电的发展。

    早在1983 月,国务院科技领导小组就提出中国核能发展三步走战略:压水堆—快堆—聚变堆(除了以上种核能发电的不同堆型,实际上在核能发展中也需要发展其他堆型)。2010 年中国工程院和国家能源局向国务院提出核电的发展规划:2020 年,实现核电装机容量70 GWe2030 年,实现核电装机容量200 GWe2040 年,实现核电装机容量400 GWe 以上。

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    1 GWe 100 kW 电功率,大约可供应一个拥有100 万人口城市的全部民用电。据《中国核电年鉴(2016)》有关数据显示,2015 年中国大陆有28 台商业运行核电机组,装机容量为2642.7 kW,另有在建机组26 台,装机容量为2935.0 kW,除了运行的两座小的重水堆核电机组外,其余全是压水堆核电机组,合在一起核电总容量55.78 GWe,实际上,今后中国还会有超高温气冷堆等堆型发展起来,增加核电总容量。压水堆主要利用U-235 作裂变燃料,但它只占天然铀的0.7%,压水堆需要3%的加浓U-235,在加浓过程中U-235 有损耗,堆运行后,乏燃料中还有未裂变的U-235,在压水堆中燃料是一次通过的,如此压水堆对铀资源的利用率约为0.45%。如果燃料无限次再循环,压水堆对燃料利用率也只有1%左右。

    装机容量1 GWe 的核电厂运行60 年将消耗天然铀t,如果到2040 年,核电站都是压水堆,则全寿期需要400 天然铀。世界核协会总干事丽欣2016 15 日在世界核协会第41 届年会中提到:到2050 年核工业界能够达到1000 GWe 核电装机容量。如大部分利用压水堆,将来也需要1000 天然铀。但是2016 11 30 OECD/NEA IAEA 联合发布新版铀资源红皮书(2015 年),已查明铀资源总量(即合理确定铀资源量与推断铀资源量之和)仅有764.16 t,开采成本低于260 S/kgU,而目前的商业铀价只有20~40 S/kgU