(元素的世界)全球核能電廠的問題與未來

劉公典 2023/12/17 11:38 點閱 1801 次
擁有多樣化能源的電力工業對一個國家的獨立非常重要。(網路截圖)
擁有多樣化能源的電力工業對一個國家的獨立非常重要。(網路截圖)

擁有多樣化能源的電力工業對一個國家的獨立非常重要。平均來說,目前電能主要來源是:(1)不可再生能源(佔總發電量75.5%),如煤炭(38.3%)、天然氣(23.1%)、核能(10.4%)和石油(3.7%);(2)再生能源(24.5%),如水力、生質能、風能、地熱能、太陽能和海洋能。不幸,因為2011年福島核電廠(NPP)嚴重事故,核電發電量已從14%下降至約10%。

所有發電廠有二個非常重要的參數是:(1)總效率或淨效率:在特定時間內產生的總電能與同一單位在同一時期內消耗之間的能量比值、(2)發電廠的容量係數:發電廠在一段時間內(一年)的實際輸出與其潛在輸出比率。

NPP可無限期使用

NPP(核能電廠)通常被認為是不可再生能源。然而,如果使用未使用或用過的鈾燃料、釷燃料資源和快中子能譜反應器進行回收,核資源的使用時間將比某些化石燃料的使用時間要長得多,在某些情況下幾乎可以無限期使用。

核電的優點是:(1)幾乎無限能源的集中且可靠的來源,不受天氣條件影響。(2)可實現高容量係數,通常超過 90%,運轉週期長,使機組適合連續基本負載運轉。(3)營運中二氧化碳排放量基本上可忽略不計。(4)產生的廢棄物量相對較少。(5)與化石燃料火力發電廠相比,所需燃料相對較少。(6) NPP可以在夜間為電動車充電提供相對便宜的電力。

各國紛建NPP

目前,世界各國新建中NPP的活動,包括(1)中國政府支持供應商、(2)俄羅斯原子能公司、(3)美國/西屋電氣/奇異、(4)韓國供應商、(5)印度供應商、(6)法國阿海琺、(7)日立東芝、(8)斯洛伐克斯柯達、(9)加拿大安大略省密西沙加坎杜能源公司、(10)德國發電廠聯合股份公司、 (11)阿根廷國家能源委員會。

預估未來10-15年,所有先進氣冷反應器(AGR)(二氧化碳冷卻)和輕水冷石墨慢化反應器(LGR)將永遠關閉。然而,氦冷卻反應器將取代二氧化碳冷卻AGR建造並投入運作。

當前世界核電工業存在的總體問題是:新堆(主要是第三代+)投運嚴重滯後。但是阿海琺計畫以裝置容量EPR(1660兆瓦)在世界上最大的汽輪機進口壓力達到7.8MPa (Tsat=293.7℃),這可以將NPP的總熱效率提高到37–38%。

電場低資本成本和高效率,會占未來20年主導地位的許多市場。這個時間框架足以讓有競爭力的非常規和創新核技術發展出現,挑戰過去的許多典範。

NPP第四化盼解決

核電是不可再生能源,除非採用燃料回收、釷燃料和/或快中子能譜反應器,這意味核資源的使用時間將比某些化石燃料要長得多。目前,這種能源被認為是未來50-100年基本負載發電最可行的能源。然而,目前所有的第二代、第三代及即將到來的第三代+核電站,特別是那些配備水冷堆的NPP,在熱效率方面與現代火電廠相比並不具有競爭力(30-36%)。

儘管核電目前取得了許多進展,但NPP仍存在以下主要缺陷:(1)難以處理的放射性廢棄物;(2)熱效率較低,尤其是水冷堆NPP(比現代先進火電廠低1.6倍);(3)嚴重事故時會釋放輻射物質;(4)生產核燃料不是一個環境友好的過程。 因此所有這些缺陷都應該在第四代NPP解決。