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中国核电网:核电行业深度解析

2021-06-07 10:27    核电技术  核电原理  核电工业

中国核电网讯:核电属于可再生能源,轻原子核的融合和重原子核的分裂都能放出能量,分别称为核聚变能和核裂变能,在聚变或者裂变时释放大量热量,能量按照:核能—机械能—电能进行转换,这种电力即可称为核电。


核电属于可再生能源,轻原子核的融合和重原子核的分裂都能放出能量,分别称为核聚变能和核裂变能,在聚变或者裂变时释放大量热量,能量按照:核能—机械能—电能进行转换,这种电力即可称为核电。

核电的基本原理核

核能来自核聚变或核裂变两类核反应原理,但全球核反应堆主要采用核裂变反应原理,主要是因为核裂变可控而核聚变控制难度大。

自1951年12月美国实验增殖堆1号(EBR-1)首次利用核能发电以来,世界核电至今已有70多年的发展历史。

根据计算,1千克U-235完全裂变产生的能量相当于2500吨标准煤燃烧所释放的热量。

铀、钍和钚等质量较大的原子的原子核在吸收一个中子以后会分裂成两个或更多个质量较小的原子核,同时放出二个到三个中子和很大的能量,又能使别的原子核接着发生核裂变,使过程持续进行下去,这种过程称作链式反应。

原子核在发生核裂变时,释放出巨大的能量就称之为原子核能。核电机组利用其产生的热能并生产蒸汽,推动汽轮发电机组运转,产生电力。

裂变与核聚变优劣势对比

与核裂变原理不同,核聚变是指由质量小的原子(主要是氘)在一定条件下(如超高温和高压),只有在极高的温度和压力下才能让核外电子摆脱原子核的束缚,让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起,发生原子核互相聚合作用。相较于核聚变,核裂变优点是原材料比较好获取(铀矿、沥青中提取等),可控核裂变的反应条件比较能达到,如不需要太高的初始温度,中子吸收棒控制反应速率较易操作等,其技术条件较为成熟、已经大规模商业化。



 
 

核电技术发展历程

从核电站技术演变来看,主要可划分四代核电技术。其中,第一代是实验性的核电站,目前已经基本全部退役;第二代是以压水堆/沸水堆为主标准化、系列化和批量化建设的商业堆,是目前在运机组的主力;第三代是安全性更高的核电站,是目前在建机组的主力,处于加速推广期;第四代目前仍处于在研发阶段。

第一代核电站:开发与建设开始于二十世纪50年代,主要目的是通过试验示范形式验证核电站工程实施的可能性。

第二代核电站:主要以轻水堆(包括压水堆和沸水堆)和重水堆为主。二代压水堆典型代表为美国西屋公司推出的Model212、312、314、414系列压水堆;二代沸水堆典型代表为美国通用电气、日本日立以及东芝推出的BWR沸水堆;而二代重水堆商用代表堆型是加拿大原子能有限公司和安大略水电公司研制的CANDU堆。

第三代核电站:为了解决核电站严重事故,世界核电业界集中力量对严重事故的预防和缓解进行了研究和攻关,并制定出相关行业要求。国际上通常把满足URD文件或EUR文件的核电机组称为第三代核电机组。第三代核电技术以美国西屋公司非能动先进压水堆AP1000和欧洲先进压水堆EPR为典型代表。

第四代核电站:安全性和经济性将更加优越,废物量极少,无需厂外应急,并具备固有的防止核扩散的能力。高温气冷堆、熔盐堆、钠冷快堆就是具有第四代特点的反应堆。

1983年6月,国务院科技领导小组主持召开专家论证会,提出了中国核能发展“三步(压水堆—快堆—聚变堆)走”的战略,以及“坚持核燃料闭式循环”的方针。我国核电技术在第一、第二代核电时期,主要以引进、模仿、吸收为主。

第三代核电国电投首先是引进了美国西屋AP1000全套技术,全球首座AP1000核反应堆有望在今年在中国建成并投入商运。在AP1000的技术基础上,中核集团和中广核分别研发出自己的三代核电技术,为促进我国第三代核电技术的健康发展,在国家能源局的主导之下,由中核集团和中广核合作开发出具备完全自主知识产权的“华龙一号”。


核电设备系统

核电站的组成设备中,各系统的设备约有48000多套件,其中机械设备约6000套件,电器设备5000多套件,仪器仪表25000余套件,总重约6.7万吨。一座2*600MW的压水堆核电站约有290个系统,分别归属核岛(NI)、常规岛(CI)和电站辅助设施(BOP)。

核岛设备是承担热核反应的主要部分,技术含量最高。常规岛是指核电装置中汽轮发电机组及其配套设施和它们所在厂房的总称。常规岛的主要功能是将核岛产生的蒸汽的热能转换成汽轮机的机械能,再通过发电机转变成电能。


 

核电商业模式

核电盈利能力主要由装机容量决定。由于核电设备利用小时数有政策保证,基本维持在7000小时左右,所以核电的上网电量主要由装机容量确定。在计算度电利润则由上网电价和成本确定。在计算核电站生命周期时除了运用LCC全生命周期成本理论,即包括产品设计成本、制造成本、采购成本、使用成本、维修保养成本、废弃处置成本等方面分析外,还要综合考虑生命周期内的平准化度电成本(LCOE)。即对项目生命周期内的成本和发电量先进行平准化,再计算得到的发电成本,即生命周期内的成本现值/生命周期内发电量现值。

核电站项目的投融资建设可采用BOT模式,即“建设-经营-转让”模式。核电项目通常由政府部门与企业签订特许权协议,授予签约方的企业来承担该项目的投资、融资、建设和维护,并准许其通过向用户收取费用或出售产品以清偿贷款,回收投资并赚取利润。核电站的运营成本主要由折旧、维护和燃料成本构成。燃料成本包括废料管理和废料处理。虽然这些成本对于其他技术而言多为外部成本,它们却是核能发电的内部成本。

核电公司的盈利模式主要由上网电量和度电利润决定。由于核电设备利用小时数有政策保证,基本维持在7000小时左右,所以核电的上网电量主要由装机容量确定。度电利润则由上网电价和成本确定。核电参与市场交易的占比很小,根据中国核电和中广核电力公告显示,2017-2018,核电市场交易电量占上网电量的15%-20%左右。

我国核电定价三大阶段

①1991年-2013年:一站一价自1991年我国大陆首台核电机组—秦山核电并网发电开始,我国开启了开发利用核电能源时代,因其“核”的特殊属性,以及核电站“科技含量高、投入大、技术路线不同”,核电的上网电价很长一段时间都是采用“一站一价”。

②2013年-2015年:标杆电价2013年,《核电上网电价机制有关问题的通知》出台,部署完善核电上网电价机制,将“个别定价”改为“标杆电价”,打破了长期以来核电“温室成长”状态,促使中国核电步入成本控制时代,核电标杆电价的出台,促使核电在电力市场竞争中不断提升自身竞争力。

③2016年至今:标杆电价+市场化交易定价2015年新电改提出“管住中间、放开两头”的思路,打破旧有的电力市场格局和交易秩序,培育多样化的交易主体,《保障核电安全消纳暂行办法》指明“保障外的发电量,鼓励通过电力直接交易等市场化方式促进消纳”,逐步推进“竞价上网”改革步伐。目前参与地方电力直接交易的核电机组,其上网电价分为两部分,即:原核准上网电价(保障内电量)和市场化上网电价(保障外电量)。

 

核电工业是现代高科技密集型的国家战略性产业,其发展不仅扩大了我国在核燃料循环、核电装备、核技术应用等高新技术领域的产业规模,同时有效带动了我国高技术产业(涉及材料、机电、电子、仪表、冶金、化工、建筑)整体发展,而且先进的核科学技术可实现对传统产业的改造升级。

发展核电对保障能源供应与安全,保护环境,实现电力工业结构优化和可持续发展都具有十分重要的意义。相比于火电,核电具有低碳环保的特点;相比于水电,核电对生态没有破坏;而相对于风能、太阳能,核电技术成熟,发电成本低,机组有效利用小时数高,是真正实用的能源形式。

发展核电是保持和提高我国核工业实力,稳定和壮大核科学技术人才队伍的重要依托,也是建设我国强大国防、进一步提升核大国地位、和平建设现代化强国的重要途径,是推进现代化建设、走强国之路、提升综合国力的重要战略举措。



图为技术

深圳核博会

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