核电站（Nuclear Power Plant），亦称核电厂，是通过核反应堆将核能转化为电能的设施。它利用原子核裂变反应释放出的巨大能量来发电，是当今世界重要的能源来源之一。

发展历史

技术起源

• 1942年12月：美国在芝加哥大学建成了世界上第一座核反应堆，证明了实现受控核裂变链式反应的可能性。
• 1948年9月3日：核反应堆首次在美国田纳西州橡树岭的X-10石墨反应堆发电，为灯泡供电，标志着核能开始应用于电力生产。
• 1951年：美国建成世界上第一座实验性核电站，首次利用核能发电，产生约18千瓦的电力。

第1代核电站

• 1954年1月：前苏联建成世界上第一座商用核电厂——奥布灵斯克核电厂，发电功率为5000千瓦，开启了核能应用于能源、工业、航天等广泛领域的先河。
• 1957年：美国第一个原型核电站希平港（Shippingport）原型核电厂投运，电功率为90兆瓦。
• 1954-1965年：世界共有38个机组投入运行，属于早期原型反应堆，包括英国的45兆瓦原型天然铀石墨气冷堆核电站、美国的60兆瓦原型压水堆核电站等。

第2代核电站

• 20世纪60年代后期：由于石油危机的爆发，全球开始大量建设压水堆、沸水堆、重水堆等核电机组，特点为商业化、批量化。
• 主要堆型：包括美国压水堆核电机型（PWR、系统80）、沸水堆核电机型（BWR）、法国压水堆核电机型（P4、M310）、俄罗斯轻水堆核电机型（VVER）及加拿大重水堆核电机型（CANDU）等。
• 发展高潮：20世纪70年代是发展核电的高潮时期，核电站进入商用推广阶段，堆型集中在压水堆和沸水堆，单堆电功率大多在1000兆瓦左右。

第3代核电站

• 背景：1979年美国三哩岛核电站熔堆事故和1986年前苏联切尔诺贝利核电站事故后，核电安全要求不断提高，推动了第3代核电站的发展。
• 特点：堆芯熔化概率和大规模放射性物质释放概率显著降低，反应堆寿命延长至约60年。
• 主要堆型：包括先进沸水堆（ABWR）、非能动先进压水堆（AP1000）、欧洲压水堆（EPR）以及中国的“华龙一号”“国和一号”和“玲龙一号”等。

第4代核电站

• 倡议：1999年6月，美国能源部首次提出第4代核电站的倡议，旨在开发更安全、更经济、更可持续的核能系统。
• 国际合作：2000年1月，美国、英国、瑞士、南非、日本、法国等国家联合组成“第四代国际核能论坛”（GIF），共同合作研究开发第四代核能系统。
• 特点：满足安全、经济、可持续发展、极少的废物生成、燃料增殖风险低、防止核扩散等基本要求。
• 主要堆型：包括3种快中子反应堆系统和3种热中子反应堆系统，以及中国自主研发的高温气冷堆、快堆等。

中国核电站发展

发展历程

• 起步阶段：中国核电站的建设始于20世纪80年代中期，首台核电机组装在秦山核电站，1985年开工，1994年商业运行，电功率为300兆瓦，为中国自行设计建造和运行的原型核电机组。
• 引进与吸收：1982年从法国引进大亚湾核电机组，1987年开工，1994年投运。此后，中国陆续建成秦山二期、三期、岭澳一期和田家湾等核电站。
• 自主发展：进入21世纪，中国核电技术不断进步，形成了具有自主知识产权的“华龙一号”“国和一号”等三代核电技术。

当前状况

• 装机容量：截至2023年7月，中国大陆地区共有77座核电机组，包括运行机组55座，在建机组22座，核电机组数量和总装机容量位居世界第三位。

• 分布情况：核电站主要分布在东部沿海8个省份，自北向南分别是辽宁、山东、江苏、浙江、福建、广东、广西、海南。

工作原理

核电站利用铀、钚等核燃料在裂变反应中释放出的能量来发电。一个铀-235原子核裂变时放出的能量约为200兆电子伏。裂变能在核岛中主要以热能形式产生，并通过冷却剂的载带和交换，把水加热为蒸汽，进入常规岛，推动蒸汽或气体驱动涡轮发电机组发电。

核心设备

• 核反应堆：加热水产生蒸汽，将原子核裂变能转化为热能。
• 汽轮机：蒸汽压力推动汽轮机旋转，将热能转化为机械能。
• 发电机：汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。

系统组成

• 一回路系统：核蒸气供应系统，将核反应堆放出的核能以热能方式放出，由冷却剂带到蒸汽发生器中产生蒸汽。
• 二回路系统：蒸汽驱动汽轮发电机组进行发电的系统，与常规火电厂汽轮发电机系统基本相同。

电站分类

按工作原理

• 压水堆核电站：采用压水堆设计，以加压的、未发生沸腾的轻水作为慢化剂和冷却剂。
• 沸水堆核电站：采用沸水堆设计，以沸腾的轻水作为慢化剂和冷却剂。
• 重水堆核电站：以重水作为慢化剂，以轻水或重水作冷却剂。
• 高温气冷堆核电站：以石墨作为慢化剂，氦气作为冷却剂。
• 快中子增殖堆核电站：利用快中子引起链式裂变反应，实现核燃料的增殖。

按功能或用途

• 实验研究堆核电站：主要用于中子物理、核物理、放射化学等学科的实验研究。
• 生产堆核电站：专门用来生产钚（239Pu）和氚（3H）等，为核武器提供原料。
• 动力堆核电站：以利用核能为目的，将堆芯核裂变产生的热量在堆外转换成电能、机械能或热能。

按中子能谱

• 热中子堆核电站：中子能量小于1电子伏，世界上绝大部分核反应堆属于此范畴。
• 中能中子堆核电站：中子能量在1电子伏～10千电子伏范围，此类核反应堆仅限于特殊用途的实验研究。

• 快中子堆核电站：中子能量在100千电子伏～15兆电子伏范围。

主要种类

轻水堆核电站

• 特点：以普通水（轻水）作冷却剂和慢化剂，结构和运行简单，尺寸较小，造价低廉，具有良好的安全性、可靠性与经济性。
• 分类：包括压水堆和沸水堆两类。

压水堆核电站

• 设计：采用压水堆设计，以加压的、未发生沸腾的轻水作为慢化剂和冷却剂。
• 组成：主要由核反应堆、一回路系统、二回路系统及其他辅助系统组成。
• 优势：技术成熟，投资较低，安全性好。

沸水堆核电站

• 设计：采用沸水堆设计，以沸腾的轻水作为慢化剂和冷却剂。
• 特点：无第二回路，水直接在反应堆内沸腾，省去蒸汽发生器，但事故时有将放射性物质带入汽轮机并逸出的危险性。

重水堆核电站

• 设计：以重水作为慢化剂，以轻水或重水作冷却剂。
• 特点：对中子慢化性能较好，吸收中子少，可用天然铀作燃料，适用于天然铀资源丰富、又缺乏铀浓缩能力的国家。

高温气冷堆核电站

• 设计：采用高温气冷堆设计，以石墨作为慢化剂，氦气作为冷却剂。
• 特点：具有固有安全、电热汽多用途、多模块灵活组合布置等独特优点。

快中子增殖堆核电站

• 设计：利用快中子引起链式裂变反应，实现核燃料的增殖。

• 特点：核资源利用率高，堆内无慢化剂，只有冷却剂。

组成部分

核岛

• 作用：在高温高压和带放射条件下工作，是核电站的核心，主要生产核蒸汽。
• 组成：包括压力壳、反应堆、燃料棒组件、堆芯安全应急冷却系统、蒸汽交换器、给泵和稳压器等。

常规岛

• 作用：进行电力生产，将核蒸汽供应系统提供的热能在汽轮机中转变成机械能，再带动发电机转动而转变成电能。
• 组成：包括二回路系统、蒸汽系统和循环冷却水系统等。

配套设施

• 作用：包括办公设施、维护设施、储藏设施、生活设施等，为核电站的正常运行提供支持。

发展趋势

三代核电技术成为主流

• 现状：世界上核电发达国家已经开工建设和已向核安全当局申请建设许可证的核电机组均为第三代。
• 优势：安全性、经济性更好，技术成熟可靠。

模块化小堆技术

• 特点：具有小堆芯、使用非能动安全机制以及设计集成等特点，采用模块化和工厂制造方法，能够缩短建设周期，降低投资风险和融资费用。
• 发展：全球主要核工业国家将模块化小堆技术视为未来核工业发展的一个重要技术制高点，支持本国企业开展相关技术研发。

电站分布

全球分布

• 现状：截至2022年12月，全球32个国家在运核电机组共计411座，装机容量371.0千兆瓦特；18个国家在建核电机组共计58座，装机容量为59.3千兆瓦特。
• 主要国家：美国、中国、法国、韩国、加拿大为在运核电机组最多的5个国家。

中国分布

• 现状：截至2023年7月，中国大陆地区共有77座核电机组，包括运行机组55座，在建机组22座。核电站分布在东部沿海8个省份。
• 未来规划：中国将继续推进核电建设，提高核电在总能源中的比重，为实现碳达峰、碳中和目标贡献力量。

著名电站

柏崎刈羽核电站

• 位置：日本西海岸新泻县柏崎市刈羽村。
• 特点：共有7台沸水堆核电机组，总装机容量821.2万千瓦，是目前世界上装机容量最大的核电站之一。

布鲁斯核电站

• 位置：加拿大安大略省布鲁斯镇休伦湖东岸。
• 特点：在运8台重水堆核电机组，总装机容量694.4万千瓦，是加拿大最大的核电站。

红沿河核电站

• 位置：中国东北地区首座核电站，原称辽宁温坨子核电站。
• 特点：是中国目前在运装机容量最大的核电站，共有6台机组，总装机容量超过671万千瓦。

标准规范

防止放射性泄漏的屏障

• 国际标准：国际原子能机构制定了有关核电站厂址选择、设计、运行和质量保证等安全规程。
• 中国标准：中国国家核安全局也发布了相应的核安全法规，对核电站设置了多道屏障以防止放射性裂变物质泄漏。

核电站安全防护

• 常规运行时的安全措施：包括燃料包壳、一回路压力边界和安全壳三道屏障，以及辐射屏蔽和辐射监测等。

• 事故防护的安全设施：包括快速停堆信号系统、堆芯危急冷却系统、紧急停堆系统等，确保在事故状态下能够迅速控制反应堆并防止放射性物质泄漏。

相关争议

核电与核弹

• 区别：核电站反应堆的结构和特性与核弹完全不同，无高浓度的裂变物质和复杂精密的引爆系统，不具备核爆炸所必需的条件。

放射性影响

• 影响：核电站在正常运行情况下产生的放射性物质被严密包裹在相应的核设备中，难以泄漏到环境中，对公众健康无影响。

特点

优点

• 经济效益：核电在总能源中占据较高比例，经济指标具有较强竞争力。核电站的燃料成本只占总发电成本的一小部分，具有成本竞争力。
• 社会效益：核能产生时不会像化石能源释放二氧化碳、碳氧化物、氮氧化物、颗粒物等大气污染物，可显著减少温室效应和酸雨效应。

缺点

• 核废料处理困难：核电站多采用铀作为燃料，反应过后会有一定的放射性物质残留，对环境污染极大，容易造成严重的安全问题。
• 重大事故后果严重：如切尔诺贝利核事故和福岛第一核电站事故等，给人类和环境带来了巨大灾难。