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核能发电
利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。它与火力发电极其相似。只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉，以核裂变能代替矿物燃料的化学能。除沸水堆外（见轻水堆），其他类型的动力堆都是一回路的冷却剂通过堆心加热，在蒸汽发生器中将热量传给二回路或三回路的水，然后形成蒸汽推动汽轮发电机。沸水堆则是一回路的冷却剂通过堆心加热变成70个大气压左右的饱和蒸汽，经汽水分离并干燥后直接推动汽轮发电机。
目录
简史
核能发电原理
经济性
核燃料资源
核电安全
热核聚变发电
全球核能产业发展概况
中国核能发电的发展
参考文献
简史
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核能发电
核能发电的历史与动力堆的发展历史密切相关。动力堆的发展最初是出于军事需要。1954年，苏联建成世界上第一座装机容量为5兆瓦(电)的核电站。英、美等国也相继建成各种类型的核电站。到1960年,有5个国家建成20座核电站，装机容量1279兆瓦（电）。由于核浓缩技术的发展，到1966年，核能发电的成本已低于火力发电的成本。核能发电真正迈入实用阶段。1978年全世界22个国家和地区正在运行的30兆瓦（电）以上的核电站反应堆已达200多座,总装机容量已达107776兆瓦（电）。80年代因化石能源短缺日益突出，核能发电的进展更快。到1991年，全世界近30个国家和地区建成的核电机组为423套，总容量为3.275亿千瓦，其发电量占全世界总发电量的约16％。
中国大陆的核电起步较晚，80年代才动工兴建核电站。中国自行设计建造的30万千瓦（电）秦山核电站在1991年底投入运行。大亚湾核电站正加紧施工。
核能发电原理
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核能发电
核能发电的能量来自核反应堆中可裂变材料(核燃料)进行裂变反应所释放的裂变能。裂变反应指铀-235、钚-239、铀-233等重元素在中子作用下分裂为两个碎片，同时放出中子和大量能量的过程。反应中，可裂变物的原子核吸收一个中子后发生裂变并放出两三个中子。若这些中子除去消耗，至少有一个中子能引起另一个原子核裂变，使裂变自持地进行，则这种反应称为链式裂变反应。实现链式反应是核能发电的前提。
要用反应堆产生核能,需要解决以下4个问题：
①为核裂变链式反应提供必要的条件，使之得以进行。
②链式反应必须能由人通过一定装置进行控制。失去控制的裂变能不仅不能用于发电，还会酿成灾害。
③裂变反应产生的能量要能从反应堆中安全取出。
④裂变反应中产生的中子和放射性物质对人体危害很大，必须设法避免它们对核电站工作人员和附近居民的伤害。
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核能发电
根据计算，以铀-235、钚-239、铀-233这些易裂变物质作核燃料时，每次裂变释放出的可利用能量大约都是200兆电了伏，每产生1兆瓦功率，铀-235的消耗率约为1.22克/天。1座百万千瓦级核电站年消耗铀-235约25吨。核能发电的核心装置是核反应堆。核反应堆按引起裂变的中子能量分为热中子反应堆和快中子反应堆。
快中子是指裂变反应释放的中子。热中子则是快中子慢化后的中子。目前，大量运行的是热中子反应堆，其中需要慢化剂，通过它的原子核与快中子弹性碰撞将快中子慢化成热中子.热中子堆使用的材料主要是天然铀(铀-235含量3%)和稍加浓缩铀(铀-236含量3%左右)。根据慢化剂、冷堆剂和燃料不同，热中子反应堆分为轻水堆(包括压水堆和沸水堆)、重水堆、石墨气冷堆和石墨水冷堆。目前已运行的核电站以轻水堆居多，我国已选定压水堆作为第一代核电站。
核反应堆的起动、停堆和功率控制依靠控制棒，它由强吸收中子能力的材料(如硼、镉)做成。为保证核反应堆安全，停堆用的安全棒也是由强吸收中子材料做成。
经济性
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核能发电
经济性以发电成本衡量。构成核能发电成本的因素很多，包括基建投资费用、安全防护费用、核燃料费用，以及核电站退役处理费用。核电发展初期，不仅基建投资费用昂贵，核燃料生产过程复杂，需要庞大的设备，加上特殊的安全措施需要，核能发电成本高于火电成本1倍以上。到60年代,核能发电成本已接近火电成本。到80年代，核电的成本已低于火电。据美国1984年统计,核电成本为2.7美分／千瓦时，而燃煤的发电成本为3.2美分／千瓦时，燃油发电成本为6.9美分／千瓦时。
核电成本随各国经济发展水平、科学技术水平而异，以上所列均为核电发展水平较高的国家的数据。核能发电的成本虽然有了很大降低，但近年来发现核电站退役处理的费用远比早先预计的为高。因此，核电的总成本还应有所增加。
核燃料资源
自然界存在的可裂变元素只有铀-235，而它只占天然铀中的0.7％,其余均为铀-238。但是，在核电站中可将一部分铀-238转变为钚-239；同样，也可以将自然界中大量存在的钍-232转变为可裂变的铀-233。因此，估计核燃料资源时，必须考虑核燃料增殖这一因素。这样，核燃料的储藏量远远超过化石燃料，能长期满足核能发电的需要。
核电安全
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核能发电
核能发电时存在大量放射性物质，需要特殊的防护设施。因此，核电站在设计、建造、运行时，要注意以下5个问题。
①实施纵深设防原则：
即在设计时就分三个层次进行安全设防：第一，通过设计逾度、质量管理、运行人员培训等措施提高可靠性，尽量减少事故。第二，设置安全系统，一旦事故发生，防止堆心损坏。第三，在发生概率极低的堆心损坏事故后，安全系统将尽量限制放射性物质向环境释放。
②设计基准事故(DBA)：
用于设计核电站工程安全设施的一些假设事故。不同类型的核电站其DBA不同。轻水堆的DBA包括：冷却剂丧失事故、弹棒事故、蒸汽管破裂事故等。它们中后果最严重的是失水事故。在压水堆中假设为主管道的双端断裂，也称为最大可信事故。
③概率安全评价(PSA)：
这是70年代后期发展起来的一种安全评价方法,核电站第一个完整的PSA报告是1975年美国正式发表的反应堆安全研究(WASH－1400)。该法分析轻水堆核电站中所有可能造成堆心损坏的事故，计算出各自发生的频率值,总和为一万七千堆年分之一;计算出核电站事故给公众带来的风险值。计算说明100座核电站的事故风险比人为的非核事故或自然灾害所造成的总风险约小1万倍。PSA一方面能给出风险值，使核电站安全有了定量化的描述，同时它系统地分析可能发生的各种故障模式，因而可给出事故的整体特性，成了安全研究方面的一个有力工具。
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核能发电
④制订应急计划：
预先规划和准备一旦核电站发生放射性泄漏事故时，为避免或减缓可能对电站工作人员和周围居民健康造成有害影响及其他放射性后果所采取的措施和行为。
⑤执行辐射防护三原则：
核能发电的辐射安全同样遵循国际上广泛采用的辐射防护三原则，即实践的正当性、辐射防护的最优化、个人所受的剂量当量不得超过国际辐射防护委员会对相应情况所建议的限值。
热核聚变发电
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核能发电
热核聚变是正在研究中的一种核能发电形式，它是利用氢的同位素氘-氚或氘-氘在极高温下发生核聚变反应释放出巨大能量而发电的。通过核聚变释放巨大能量已为人类掌握，例如氢弹爆炸。但这种能量释放是在瞬间完成的，人类无法控制，自然不能用于发电。正在研究的是如何实现对热核聚变反应的人工控制。由于核聚变燃料的热值相当高，1千克氘相当于4千克铀-235，8600吨汽油或11000吨煤;加之这种核聚变燃料的储量远比其他核燃料多,所以，在人类面临能源短缺的情况,美、苏、日、德、英、法、中等国都投入相当大的力量从事聚变发电的研究（见等离子体应用）。
全球核能产业发展概况
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核能发电
自1954年前苏联建成世界上首座5000KW试验性原子能电站以来，人类对核能的商业利用实践已经走过了半个多世纪。期间，经历了1970年代的快速发展时期，以及因三里岛和切尔诺贝利核电站事故所引发的1980年代的缓慢增长期。迄今，切尔诺贝利事故已经过去了整整20年，在这段时间里世界400多座核电站机组又积累了8000多堆年的运行经验，且无重大事故发生。这表明核电站改进措施已见成效，核电安全性和经济性均有所提高。但是，公众和用户对核电产业发展仍然心存余悸。世界核能产业就是在希望与疑虑的矛盾中缓慢但稳步发展。
一、全球核电稳步增长
核能是很多国家的主要电力来源。来自国际原子能机构的数据显示，到2007年1月，世界各地有435座动力堆在运行。在这些在役的反应堆中美国有103个、法国59个，日本55个、俄罗斯31个、英国19个，仅这5个国家就占全球在役反应堆的60%以上。
2005年的发电容量总计净增230万千瓦，全年发电量占世界发电量的19.28%，并与全球电力市场稳定增长保持同步。另外，截至2007年3月，全球在建的核反应堆有30个，发电容量将达到24.251亿瓦，其中大多数在亚洲，共有16个（印度7个，中国5个，朝鲜、伊朗、日本和巴基斯坦各1个）。
2005年，至少有15个国家核能发电量占本国发电总量的30%以上，占15～30%的国家有6个，其中法国核电生产量在其电力生产量的份额接近80%。2005年全球并入电网的核电机组有4台，其中日本两台，印度和韩国各一台；同年，加拿大一台闲置的机组重新并入电网。
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核能发电
二、全球核电反应堆以轻水堆为主
核反应堆是核电厂的心脏，核裂变链式反应在其中进行。反应堆的类型繁多，有不同的分类标准，如按中子能量、冷却剂和慢化剂、堆芯结构，以及用途进行分类。其中，在核电工业中更多地是按照冷却剂和慢化剂分类进行分类。轻水堆、重水堆、石墨堆是工业上成熟的主要发电堆。轻水反应堆是目前技术最成熟、应用最广泛的堆型。其优点是体积小，结构和运行都比较简单，功率密度高，单堆功率大，造价也低廉。建造周期短和安全可靠。它的缺点是轻水吸引中子的几率比重水和石墨大，因此仅用天然铀（天然铀浓度非常小）无法维持链式反应，需要将天然铀浓缩，浓缩度在3%左右，称作低浓铀。目前采用轻水堆的国家，在核燃料供应上大多依赖美国和独联体。此外，轻水堆对天然铀的利用率低，仅为33%，如果系列地发展轻水堆要比系列地发展重水堆多用天然铀50%以上。尽管如此，目前轻水堆在反应堆中仍占统治地位。目前，全球正在运行的以及在建的核反应堆中，大部分是轻水反应堆，占所有反应堆的85%以上。
三、核电站退役问题得到高度重视
随着核电站运行时间的增加，与核安全相关的核反应堆退役问题在许多国家表现得越来越重要。国际原子能机构就选择退役时间而不是进行许可证更新，以及就退役过程本身提供指导，此外，它还鼓励成员国逐渐交流最佳实践经验。到2007年3月初，在运行的435座反应堆中有100座的运行期已经超过30年。目前的两个基本退役方案是立即拆除和在拆除前长期安全封闭。截至2005年底，世界各地已有8座核电厂已经全部完成退役，17座核电厂已部分拆除并安全关闭，31座核电厂正在实施厂址最终解除监管之前的拆除，而30座核电厂正在进行长期封闭之前的最低程度拆除。而2006年间全球又有6个核电厂长期关闭。迄今，全球已经有119个反应堆关闭，与此相应的发电量为35.165亿瓦。在关闭的反应堆中，以压水堆、气冷堆等反应堆型为主。
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核能发电
四、核燃料铀价格持续上涨，但核资源不会成为制约核电开发的瓶颈
作为核能生产的主要燃料，天然铀的价格在上世纪80年代呈下降趋势，在90年代则起伏不定，但是自2001年开始，铀的价格持续上升，从2002年的25美元/kg上升到2005年的75美元/kg，5年间上涨三倍以上。铀价格的上涨一方面反映二次资源的耗竭，另一方面反映了核电原材料市场的供需现状。
燃料铀的需求主要取决于核电站的设备容量（核能发电量），同时核电站运行寿命的延长和热功率的增加、设备利用率、运行环境与燃耗、天然铀价格和浓缩劳务价格的差额也是重要因素。全球核电站设备容量将随着以中国为主的亚洲地区核电开发的进展，有增加的趋势。国际原子能机构（IEIA）和世界核协会（WNA）等机构根据对中、长期（2020年）核电设备容量的预测，对中、长期铀需求的预测是：73495～86070t(U)（IEAE对2020年的预测）和57700～102500tt(U)（WAN对2005年的预测）。
从燃料铀的供给方面来看，目前全球生产铀的国家约为21个，其中加拿大和澳大利亚的生产量几乎占全球的一半，而能够自己供给本国核电站需要的只有加拿大和南非。世界铀生产量（生产能力）从2003年的47260t(U)增加到2005年的51155t(U)。但是，由于现有的铀矿山枯竭而关闭以及铀市场前景不明，铀生产者控制新铀矿山的勘探与开发，预测到2010年，铀的产量将降至43059t(U)，2015年将上升到43612t(U)，2020年又将降到43005t(U)。另外，库存铀、俄罗斯解体核弹头的高浓铀、美国的军用剩余高浓铀、钚、回收铀、再浓缩铀等二次供给源的存在，也是对铀矿山、矿床等生产的铀形成价格上的压力。由此，进一步控制新铀矿山的勘探与开发，再结合核电开发增长的需求，从供需双方面逼迫铀市场价格上涨。
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核能发电
然而，从铀资源的角度来看，IAEA按资源存在的准确度将铀资源区分为：确认资源（RAR）、推算追加资源Ⅰ（EAR-Ⅰ）、推算追加资源Ⅱ（EAR-Ⅱ）和期待资源（SR）。而且，按照回收（生产）成本，将生产成本低于40美元/kg（U）的铀资源称为“低成本铀资源”，将低于130美元/kg（U）的铀资源称为“经济的可回收铀资源”。
按照2003版REDBOOK，世界已知的铀资源（RAR＋EAR-Ⅰ）中，回收成本低于130美元/kg（U）的铀资源合计为458.9万t(U)；世界未发现的铀资源（EAR-Ⅱ＋SR）合计为974.4万t(U)。而基于回收成本低于130美元/kg（U）的已知铀资源，按燃料循环，从铀资源的可开采年限看（铀资源量/年度铀需要量），（1）以一次通过（直接处置）的轻水堆利用，为85年；（2）仅一次循环钚的轻水堆利用，为100年；（3）轻水堆与快堆（FBR）组合利用，为130年；（4）全部FBR利用，为2550年。再者，如果已知铀资源加上未发现的铀资源（EAR-Ⅱ＋SR），则有：（1）以一次通过的轻水堆利用，为270年；（2）一次循环钚的轻水堆利用，为300年；（3）轻水堆与快堆组合利用，为410年；（4）全部FBR利用，为8500年。因此，可以说铀资源在本世纪不会成为制约核能发电的瓶颈。
中国核能发电的发展
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核能发电
2008年中国将开工建设福建宁德、福清和广东阳江三个核电项目。
在随后的几年中，随着各项设计工作陆续到位，各方将为这三个工程投下上千亿元人民币。不过，这所有的一切也仅仅是中国“核电强国”梦想的开端，因为根据中国核电产业发展规划，到2020年中国核电总装机容量要达到4000万千瓦，在建1800万千瓦。这意味着，在今后的十多年间，中国平均每年要开工建设3~4台百万千瓦级的核电机组，这在历史上绝无仅有。
而在此蓝图下，在未来十多年中，中国将投下至少4500亿元人民币。与此同时，中国在预计花费百亿元人民币把国外的第三代核电技术引进中国，并在此基础上自主创新。
其实，中国开描“核电蓝图”并不是一时的冲动。在能源紧缺的大背景下，核电成为了最现实的选择。在未来的中国，从沿海的广东、浙江、福建到内陆的湖北、湖南、江西，几十座核电站将拔地而起。
能源危机困扰中国
能源危机的紧迫性何在？中国科学院院士、核反应堆工程专家王大中曾用一组数据作出过说明：中国已成为世界第二大能源生产与消费国、第一大煤炭生产与消费国、第二大石油消费国及石油进口国、第二大电力生产国。
根据2020年中国GDP翻两番的发展目标估计，国内约需发电装机容量8亿~9亿千瓦，而已有装机容量仅为4亿千瓦。但在现有的发电结构中，单煤电就占了其中的74％。这也意味着若电力需求再翻一番，每年用煤就将超过16亿吨，而长距离的煤炭输送将加剧环境和运输压力。另外，在今年年初南方的冰灾中，光是因交通运输困难，电煤供应紧张，造成的缺煤停机超过3700万千瓦，19个省区拉闸限电。而如此大电煤消耗，二氧化硫和烟尘排放量每年分别新增500万吨和5326万吨以上。
另外，水电受到客观条件的限制，其开发难度相当大。而太阳能、生物能等可再生能源开发遇到核心技术的瓶颈，其使用成本极高。因此，在未来的30年内，这些新能源不具备成为我国主力能源的条件。所以，清洁、高效的核电成了备选。
1957年，人类开始建设核电站并利用核能发电，到现在，核电约占全世界电力的16%。
但自1986年前苏联发生切尔诺贝利核电站核燃料泄漏事件以来，核电成了许多人心中的恶魔，中国也不例外。全球核电业就开始进入低潮。根据国际原子能机构的统计，2000年年底，全球正在运行的核动力堆共有438座，到了2003年3月，增加至441座，仅增3座。
但现实的能源危机改变了这一切。
在能源危机的背景下，人们对生存的渴求战胜了对恐惧的担忧，欧美国家被冻结30多年的核电计划也纷纷解冻。而此间，受多种因素的影响，中国的核电发展战略也正在由“适度”转向“积极”。
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核能发电
核电工业战略性转向
“在过去的30多年中，虽然是采取单个安排、分散建设的形式进行，在筹建个别核电项目时从来没有放到全国电力规划的大框架下考量，但我国仍是世界上少数拥有比较完整核工业体系的国家之一”，在谈及我国核电发展历程时，唐红键说。不过，这一背景在当时切合了我国一直贯彻“适度发展”的战略。
这期间，中国核电工业历史上最具标志性的事情在广东电力设计研究院的参与下完成。2005年，在时任国务院副总理曾培炎的主持下，岭澳二期核电项目相关设计合同签署。“这标志着我国已具备了百万千瓦级大型核电站的设计能力。”这一次，在常规岛的设计项目上，广东电力设计研究院揽下了近3亿元人民币的设计合同，“要是交给外国人，光设计费起码就得12亿元”。
但在唐红键看来，中国核电发展战略的转型迹象早已显现。“在2003年11月，国家核电领导办公室就改成了国家核电自主化工作领导小组，大力发展核电的思路可以说已初见端倪。”
到了2004年9月1日，中国国防科工委副主任、国家原子能机构主任张华祝在国务院新闻办新闻发布会上透露，中国政府对进一步推动核电发展作出了新的决策，将加快核能发展，逐步提高核能在能源供应总量中的比例。
从“适当发展”到“加快发展”，此时，中国核电工业转向的明确性不言而喻。
从“适度发展”到“加快发展”，中国核电工业走过了30年。而在此期间法国核电发电量占到了其国内总发电量的78%，日本占国内总发电量的30%。相比之下，中国核电只占2%，实在是少得可怜。
截至目前，中国已建成投产4个核电站，11台机组，装机842万千瓦。此外，全国已经开工建设的有22台机组。而从20世纪50年代以来，世界各国共建造了440多个核电站，发电量已占世界总发电量的16%。因此，要想填平鸿沟，中国注定有许多路要走。
但随着2007年11月2日，国家发改委正式对外发布我国《核电发展专题规划(2005-2020年)》，我国核电产业发展目标逐渐清晰。
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核能发电
15年4500亿元大生意
《规划》确定，到2020年，我国核电运行装机容量争取达到4000万千瓦；核电年发电量达到2600亿~2800亿千瓦时。在目前在建和运行核电容量1696.8万千瓦的基础上，新投产核电装机容量约2300万千瓦。同时，考虑核电的后续发展，2020年末在建核电容量应保持1800万千瓦左右。
这就是说，如果规划得以实施，核电将占我国全部发电装机容量的4%左右，发电量占全国发电量的6%。这也意味着，在未来十几年间，将新开工建设30台以上的百万千瓦级核电机组。
其实，在此时，国际核电发展大环境已经降温，而中国新近宣布发展核电，在国外许多人看来扮演了“填空者”的角色，一跃成为未来10年全球最大的新增核电市场。国际原子能机构前总干事布利克斯认为，中国核电发展的形势对世界核电工业是个巨大的鼓舞。
既然不是纸上谈兵，那么规划了就意味着投入。与核能“高贵”的身份相衬，目前，核电厂的造价也同样“高高在上”。目前，火电每千瓦投资为4000元，而核电投资为1330~2000美元，约合人民币为1.1万~1.65万元，两者相差高达2.75~4.1倍。另外，核电建设周期相对较长，其建设周期一般为70个月(约6年)，如果控制不好，将达到80~90个月。与此相对，火电一般为30多个月。
因此有专家估计，为了完成这些投资将耗费至少5000亿元人民币。这个数目与规划中的估算大抵相当，“按照15年内新开工建设和投产的核电建设规模大致估算，核电项目建设资金需求总量约为4500亿元人民币”。不过，这只是核电站的建设费用，核燃料的采购和核废料处理等其他费用并不包括其中。
还有一个问题是，目前的形势下，“涨价”可能将是中国不得不面对的问题。俄罗斯核能建设与出口公司代表耶西波娃曾表示，“新的核电项目的合同价格已经不可能跟十年前签署的田湾一期项目一样了”。根据俄方专家的预测，未来5年，与核电建设相关的设备和主要原料等价格将上涨200%。
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核能发电
“内陆第一”暂无期
4500亿元！绝对是笔大生意！在无数看客注目的同时，各地政府首先动了凡心。
此间，内陆各省为了争上内陆第一核电站而拼得“头破血流”。毕竟，不管是从能源供应还是经济发展角度，核电的诱惑实在无法抵挡。相关资料显示，目前全国已有21个省、市提出要上马核电项目，据说很多省已为此努力了十多年。
在所有这些争上核电的内陆省份中，热情最高的莫过于湖北、湖南和江西。
有种说法是，湖南早在上世纪80年代就开始核电站的相关研究与申请，湖北在1988年已经开始核电的前期准备工作。
不过，这些省份真正表达要上马核电意图是2005年。在那年的全国两会期间，湖南、湖北、四川等省份的代表团都谈到了本省发展核电的迫切愿望。但当时，这些内陆省份的申请，国家发改委一个都没批。因此，为了建设“内陆第一个核电站”，各省份开始极力游说甚至“明争暗斗”。
“最冲动的首先是地方政府，一个核电站投资几百亿元，只要建在那，不管谁来投资，几百亿元投进去了，经济肯定发展起来了。”唐红键说。
按照唐红键的说法，过去我国的核电站之所以大多建在沿海地区，一是因为核电站需要大量的水进行冷却，而靠近大海水资源丰富，大型核电机组运输也比较便利，二是沿海地区经济发达，能够承受数百亿元的投资，以及适当的高电价。事实上，许多西方国家的核电项目，大部分都建在内陆河边。
因此，在我国积极发展核电的背景下，内陆一些水资源丰富、三面环山、一面是水的核电站选址也被提上了议事日程。在今年全国两会期间，时任国家发改委副主任的张国宝曾表示，国家已允许内陆地区的湖南、湖北、江西三省以三代核电技术为基础开展核电站建设的前期准备工作。
只是，就目前而言，要真正建立内陆第一座核电站，还需等待。因为按照去年制定的国家核电中长期发展规划，在未来的13年中，我国将新增投产的2300万千瓦核电站中，主要安排在浙江、江苏、广东、山东、辽宁和福建6个沿海省兴建，而且早先已经在这几个省确定了13个优先选择的厂址。《规划》甚至明确，中西部多个省份期待已久的中国首个内陆核电站开工建设时间被排在了2016年(“十三五”开始)以后。
参考文献
1．美国能源信息署编著（张军等译），2006，国际能源展望（InternationalEnergyOutlook2005）：未来国际能源市场分析与预测（至2025年）”，科学出版社
2．中国科学院，2006.“2006高技术发展报告”，科学出版社
3．EnergyInformationAdministration(EIA),2006.“TheAnnualEnergyOutlook2006(AEO2006)”(http://www.eia.doe.gov/)
4．http://www.iaea.org/