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[工程技术] 关于核电

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发表于 2015-3-1 01:04:16 | 显示全部楼层 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 晨枫 于 2015-2-28 12:23 编辑
# B$ f6 h, v8 \$ a$ e9 |/ \
* q/ H5 }3 Z1 G0 F6 Z; TBBC刊登了一篇核电现状与未来的问题,有点意思。
, k  D( o0 F7 Ihttp://www.bbc.com/news/business-30919045( W3 v  P; p8 b6 \
  B$ h0 t- f$ u- P! e
德国宣布了发电无核化计划,现在还有9个发电堆,计划在2022年前全部关闭。比利时也将跟进。意大利索性规定核电非法。法国一直是核电的急先锋,2013年核电比例还是高达73%,但现在也将逐步减少对核电的依赖,在过去15年里只新建了一座核反应堆。福岛核电站事故后,日本的54座反应堆统统停堆,其中6座永久性关闭,其余48座“怠速”运转,其中只有2座容许重新启动。过去20年里,全世界的核电比例从17%下降到11%。+ T9 D' a* `5 k. t' |
& S7 \6 l* ~4 T% ?/ G$ j9 j7 n6 J
2 {4 J0 E$ R. _* d% F% P5 l+ d
这是世界主要国家已经投运、在建、计划确认和筹划中的反应堆: b: r* ^) c  w! f  z
7 \8 q0 b2 ~) C8 w# z& G4 H
但核电正在迎来新高潮。中国的核电建设计划自然引人注目,已经投运的反应堆有22座(集中在秦山、大亚、田岛,还有哪里?),在建的高达27座,计划确认的有64座,远景筹划的更是高达123座。筹划数当然不能太当真,但肯定有参考价值。有意思的是,法国保持低速发展,但美国的核电建设速度相当不俗,在发达国家中遥遥领先。这可能和美国的发电布局有关,近些年缺点呼声时有所闻。在页岩油气爆发性发展之前,核电是明显的候选。不知道现在页岩气的发展会对美国核电计划有什么影响,估计17座筹划中有不少会打上问号。( ~! _/ w% }2 Z+ _8 a7 J

* O' P6 W& ]9 k) ^& T1 c俄罗斯的核电一向比较发达,在建反应堆数仅次于中国,计划确认数也是一样。俄罗斯天寒地冻,核电不仅可以发电,还可以供暖,或许这是俄罗斯的核电考虑之一。另外,俄罗斯虽然油气资源丰富,继续依赖油气有诸多缺点:1、电力价格受世界油气价格影响太大,2、油气不能用于出口换汇,3、不利于减排,皮厚死猪也只能撑那么久。有意思的是,油气资源丰富的中东国家也在发展核电,沙特、阿联酋甚至伊朗都在发展核电,可能也是出于同样的考虑。
0 p& D* j1 @& n1 j  E6 ?" K5 P" M  Z: t; s" V; f
加拿大、英国都在考虑重新开始核电建设,但这要等到真金白银拍下来才算数。乌克兰一直高度依赖核电,2013年核电比例还高达43%。切尔诺贝利关闭对乌克兰的影响很大,现在试图恢复核电建设,但内战和高度经济困难可能打断这一切。印度的核电发展值得高度重视,雄心大,速度快,不过希望不要出博帕尔那样的事情。
( d- j  {1 ?4 V; u6 X5 |; s9 _8 f. y  K- f
排名  国家    2014发电量MW   2013核电比例
" T  o7 ~+ R, D4 j1         United States          99,081         19.4%
+ ~6 [6 Z. N' n' j  f' {3 H6 }& a2         France         63,130         73.3%5 f/ Z' `. B, S) w& |
3         Japan         42,388         1.7%
! N, Y% Y, g8 X: g4         Russia         23,643         17.5%
( O( j( g$ h7 u* o& A( N3 p" Z5         South Korea         20,721         27.6%
" ~( Z# s2 ]; A7 [& E6         China         17,978         2.1%3 E% g% F" x9 o2 ~; M
7         Canada         13,538         16.0%' r+ l3 _8 A. E  m( O& b
8         Ukraine         13,107         43.6%- @9 y# f8 @5 w$ U' A% {
9         Germany         12,068         15.4%, V- l5 s$ x: N: c0 z' z: C" E
10         Sweden         9,474         42.7%
4 n5 i) E& t9 E, \( M% j2 u11         United Kingdom         9,243         18.3%
" ?3 j- e" z- L4 ?' H, a7 R1 G. {12         Spain        7,121         19.7%
7 j$ g8 b5 g7 e0 G- a4 i7 E4 c13         Belgium        5,927         52.1%0 }4 E( e  G: `
14         India         5,308         3.5%: b6 s6 p7 k* F- {$ R
15         Taiwan         5,032         19.1%& g7 r* j+ o# i; z
16         Czech Republic         3,884         35.9%
" ^+ p5 |# j' R. j2 B17         Switzerland         3,308         36.4%3 L) I6 [6 r+ X0 n: ~8 l- ?7 k1 u
18         Finland         2,752         33.3%. V1 V; A6 y! I$ i' Z8 V, C
19         Bulgaria         1,906         30.7%4 T0 m% p; P5 e6 _
20         Hungary         1,889         50.7%
/ |* K+ I: q* k3 m$ v5 h- h  B% K/ v0 _& A  n1 `7 f
这是维基上世界各国核电情况。有意思的是,中国的核电发电量占俄罗斯2/3,但核电比例只有2.1%,而俄罗斯高达17.5%。换句话说,中国的总发电量至少超过俄罗斯5倍。要是老毛、老周、老陈、老邓在世,回想一五的时候,怕是要老泪纵横。( Y, O; T" h# F* u* O; Q

9 s- ]0 Q7 H# S! H+ j6 ?# f% M在西欧,法国、比利时、瑞典、芬兰的核电比例很高。在东欧,乌克兰、捷克、匈牙利、保加利亚的核电比例也很高。波兰不在此列,没有核电,或许是产煤的原因?乌克兰也是产煤的,为什么核电比例那么高?不过匈牙利、罗马尼亚和乌克兰都在计划增加核电比例。捷克、匈牙利没有油气资源,只有搞核电;罗马尼亚的那点油气可能也要用来换汇,乌克兰上面已经提到过了。有意思的是,波兰和土耳其也想开始发展核电,估计是发电需求和减少碳排两方面的合成原因。3 }8 A2 w) u  s" L8 Q+ B

0 P) k( b# ?7 L6 @
& m: w+ p6 p* j& z  U4 G2 s不过世界发电的大图景在变化,干净的天然气发电比例在上升,“肮脏”的煤电和重油发电的比例在下降,核电比例下降后持平,水电变化不大,但引人注目的可再生能源的比例在迅速上升,现在大约5%,2020年可望达到10%,2040年可望达到18%左右。注意这只是比例,考虑到总发电量的增长,可再生能源的增长更加令人瞩目
6 Q$ z- \+ m: [+ `# r8 Y6 T! J$ h( S! D1 _
9 B) _- w; F7 q
各种能源的成本结构,不清楚这是世界平均值,还是某个地区的特定数据。看不懂为什么开环天然气的固定投资比闭环还高,甚至比煤电还高,不是应该反过来吗?) R) h) R9 ~# M* t8 X* p7 i9 a

5 `# j8 Y8 j. Y, ~( Z0 I% w$ |可再生能源的发展有望进一步加速。可再生能源以风电、太阳能、潮汐/波浪能为主,尤其是风电和太阳能。就风能而言,岸上风电(onshore wind)和海上风电(offshore wind)的投资依然巨大,但岸上风电在投资上已经和核电相当,而运营成本更低。海上风电则有避免生态和环境压力的好处,在北海和波罗的海十分流行。随着风电规模的进一步扩大,单位投资还有继续下降的空间。上图中没有列入太阳能,这也是发展非常迅速的一块,形势同样喜人。核电的最大优点是没有碳排,但可再生能源的大力发展会在很大程度上抵消核电的这个优点,影响核电的发展。
% e4 x: B* D; r8 |% u% D. ?
' c9 v; M9 e& Q! h* d核电还有安全和核废物处理问题。核电站的安全实际上是一个过度曝光的问题。三里岛、切尔诺贝利、福岛当然都是核灾难,但把同期空难人数加起来,肯定超过核灾难的死亡人数;要是把同期汽车事故的死亡人数加起来,那超过核灾难死亡人数就是多少倍的问题了。但禁核呼声不断,禁航、禁车倒是不大听到有人提起。这在一定程度上是一个心理问题。开车多了,总会遇到意外(不一定是事故,只是意外),通常坐在旁边的人远比开车人更加紧张,很大的原因在于旁边的人只能看着,没有干预能力。坐飞机当然也没有干预能力,但至少可以选择不坐。核电站就不一样了,就在那里,没有办法选择,更没有办法控制,这个心理阴影就难以消除。1 w* k7 K% F1 |. G

7 \: \" j1 u& h& `5 E- F核废物处理是另一个难题。核电站的90%核废物是低放射性的,其中只有1%具有放射性,这些废物不难处理,甚至不需要屏蔽,只要当作工业废物隔离存放就可以了。但有3%的核废物是高放射性的,其中95%的成分是放射性物质,这些东西较难处理,半衰期很长,要几千年才能回到自然辐射水平。一个典型核电站60年全寿命周期里,大概能产生相当于一个奥运游泳池那么多的高放射性废物。这些东西都要在严密屏蔽的环境下存放,现在还没有更好的办法。不过钍堆据说能“消化”这些放射性废物,如果工业化,这将大大降低核电的门槛。# e, I4 F$ ?( k0 P6 @3 ^

6 Y7 J. v% M6 C; p$ l2 ]可再生能源也有回收问题,不过那就是一般的工业废物回收。但就发电而言,可再生能源有不易实现峰谷调节的问题。风力和太阳的时间是不受用电高峰、低峰影响的。如果全电汽车大面积推广,而充电时间不能大幅度降低的话,傍晚到午夜的用电高峰可能会进一步推高,否则午夜以后开始充电可能时间来不及,尤其对需要赶早的人来说。天然气发电当然可以用来削峰填谷,但这就偏离减少碳排的大方向了。天然气发电的清洁是相对燃煤、燃油而言的,还是有碳排的。: F9 D! ^( O# [
9 P5 S: {5 c6 z5 m

& }; ~: X9 H& S* g: g4 O这是全世界核电分布,深蓝为核电发达国家,还在继续核电建设;浅蓝为核电发达但建设减速国家;深绿为目前没有核电但计划大力发展核电的国家(只有白俄罗斯);浅绿为目前没有核电但计划发展的国家;橙色为有核电但发展停滞国家;红色为有核电但正在取消核电国家(德国、比利时);黑色为核电为非法的国家(意大利、丹麦);灰色为没有任何现有或者核电计划的国家0 q8 W& P6 S- _1 o, M% `% F

" e& L& G! b5 u" l! E6 _9 r3 ]; {$ G( I* O7 d
这是世界各国核电依赖度分布,中国和印度同属浅度依赖
3 j5 K, D& Z7 i5 R3 m
$ \6 W. b9 X; w7 y5 z2 M$ d& O3 X, a
欧洲各国反应堆分布,圆点大小表示发电量的大小
; J0 M) J3 H. @' a" q+ r0 W6 H, C4 _- M7 O3 v, F
* T# h, Z. D+ Q7 z
世界风电装机容量,2014年比10年前增加接近8倍
7 ?5 U6 z4 c5 A& m! [
& F& ^7 D) Y$ X6 B6 z

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沙发
 楼主| 发表于 2015-3-1 02:24:34 | 显示全部楼层
njyd 发表于 2015-2-28 12:19
3 Y9 I  T2 F# U4 O0 y“深蓝为目前没有核电但计划大力发展核电的国家(只有白俄罗斯);”,这个蓝应该是绿吧?6 x6 m# I  a4 ?* {
太阳能、风电只 ...
  v) i6 l/ ~$ f5 h2 X& t
对,是深绿,已改。抽水蓄电有非常多的问题,问题不比水电小多少。

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板凳
 楼主| 发表于 2015-3-1 02:25:09 | 显示全部楼层
橡树村 发表于 2015-2-28 11:408 n5 l0 H0 q+ s. W* r0 f9 K
目前常见的燃气轮机几乎都是开环的,烧天然气的也有烧油的。因为开启关闭都非常迅速,很多时候用于用电峰值 ...

/ J$ C  n) {/ J开环和闭环到底是怎么区分的?我以为明白了,现在又糊涂了。

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地板
 楼主| 发表于 2015-3-1 03:50:27 | 显示全部楼层
橡树村 发表于 2015-2-28 13:14( |5 J7 w- c) i8 d0 D1 q) E
最根本的区别就是,开环是内燃机,闭环是外燃机。
" r' L$ Q' R1 G% j  F" P. y$ T6 ?0 p& J. g( S
开环燃气轮机就是空气压缩以后,注入燃料,燃烧,依靠 ...

" ~$ Y9 J  ?4 X4 `9 p+ R原来是这么回事。明白了。谢谢村长。

该用户从未签到

5#
 楼主| 发表于 2015-3-1 05:47:36 | 显示全部楼层
大鹏翔宇 发表于 2015-2-28 15:23
9 n7 i& t/ o" k: u  U) X7 @8 V6 @乌拉圭奥地利核电也非法,估计水电资源都挺丰富的

1 c: m, h' `$ q! f% A5 k! H: f没错,漏掉了这两个。

该用户从未签到

6#
 楼主| 发表于 2015-3-1 12:13:24 | 显示全部楼层
马鹿 发表于 2015-2-28 18:47- J3 f1 d% L% H5 K% W
巴基斯坦在建核电站, 兔子帮着建的;" }: n2 S/ Y( ], M4 Q
  g0 s2 Y* _) A$ V+ n. f* A
芬兰也要上核电站了, 北极熊的反应堆 ...
+ O, ?# M1 l8 q* ~& C
哈哈,总算把你这个专家等来了。巴基斯坦也在建核电啦!兔子的技术现在是哪一路的?& `( q0 d" y& L1 s8 Q: k: t# @

  p) n8 R2 D! H. U. ^/ b芬兰竟然用俄罗斯的技术,这很不符合芬兰的“性格”啊。俄罗斯的核电站技术怎么样?

该用户从未签到

7#
 楼主| 发表于 2015-3-1 14:42:26 | 显示全部楼层
马鹿 发表于 2015-2-28 22:57
8 Z& Z6 f+ Z: P! I! r兔子技术是公鸡的底子加鹰的三代技术,但是三代还没成型的应用,属于理论上通了,但是硬件还不通,其实是 ...

+ _2 |# x* Y3 o' k“用命令而不是设备的真实状态做逻辑”
5 d5 b' q1 c# J; I" H这是犯忌的啊!不过要看逻辑,如果是once through,问题还不太大;但要是要根据当前逻辑状态决定下一步,我是绝对不敢用命令而不是真实状态做逻辑的。
0 c: `$ w  G+ S7 V' `" J# ?' W
; M! q$ U+ R% f( {俄罗斯的火电和燃气热电水平怎么样?

该用户从未签到

8#
 楼主| 发表于 2015-3-1 22:47:58 | 显示全部楼层
马鹿 发表于 2015-3-1 06:07# ?! Y! \: D" ]0 j; [1 P  u
俄罗斯的东西自成系统,底子比中国强,但最近20年开始用西方的控制系统。
! n6 m4 n7 z1 J. c+ ~% v8 ^. X! w# W' }) A# H+ ^
那个命令做逻辑真不是once thr ...

7 W  D( ~# ?6 r& k- N; i+ j既然是两套系统同时控制,用命令而不是状态座位逻辑trigger,如何保证另一套系统没有故障而不是误命令呢?

该用户从未签到

9#
 楼主| 发表于 2015-3-2 00:30:06 | 显示全部楼层
本帖最后由 晨枫 于 2015-3-1 10:31 编辑
6 X+ Q! T. H2 a
马鹿 发表于 2015-3-1 10:16
. U' t; G5 S( O- r没做过其他国家的核电, 不知道其他国家会不会也是多套系统控制一个设备, 这多套系统还是不同的DCS。 有 ...
$ e$ m7 A$ e( Q& P; _

8 p, X- d& G1 o5 ^化工上常有DCS和PLC控制同一个控制阀的情况,但DCS是通过4-20mA线路,PLC直接控制solenoid,后者永远优先。不过我们在PLC动作的时候,向DCS发一个信号,要求同步。如果同步失败,也只是在PLC解除控制(或者说危险已经过去)的时候,才可能发生冲突。这会对过程带来一个bump,但不影响安全。
3 H5 g" I5 e, Q+ O9 ]7 p0 t% |" s4 |0 b" Q! x3 j6 g
显示由非工控公司做,莫非是IT公司?这是大忌呀。IT的思维与工控有极大不同,这好比把时装设计师拉去设计军装一样不和谐。

该用户从未签到

10#
 楼主| 发表于 2015-3-2 00:54:24 | 显示全部楼层
本帖最后由 晨枫 于 2015-3-1 10:56 编辑 / x% d0 ]" [0 e" U- f6 N6 k
马鹿 发表于 2015-3-1 10:40
4 \" S" M. M0 w# g没错, 被IT公司拿去了, 哎呀, 别提多困难了, 我开会都跟那家公司吵起来了。
8 d" a2 I6 V/ b, O' R8 _5 J* F! t4 `; G0 c6 t) w4 X
你说这种我猜测是PID 在 ...
7 c+ I3 G' y2 o+ g% J) K- R

+ u: m9 h! B) a  r( m3 c7 S' U# fPLC有单独的线路,直接驱动solenoid,给气动控制阀放气,阀门回到fail safe position。DCS的4-20信号通过电气转换控制阀门,但一旦放气了,DCS的控制信号就没用了。我们的PID只做relay control,不做PID,尽管功能上是可以做的。PID统统放到DCS。
1 ~) N) }1 G7 ]* l7 X3 O/ n% j! ^6 y5 n* X
DCS可以做relay,但只有在特殊情况下用这个功能,而且肯定不是safety rated action。+ w. I$ }, t+ |4 `  l
4 M7 e- e/ v/ }' J! p
同步失败是指这样的情况:PLC放气了,阀门回到fail safe position,比如全闭;DCS信号应该同步到4mA,但同步失败,还是留在trip前的16,也就是50%开度。这样在trip reset时,PLC输出回位,阀门立刻从全闭打开到50%,而不是停留在全闭,由DCS有控制地打开的需要的开度。除非PLC到DCS的link故障,或者DCS没有编入同步的逻辑,不会出现这样的事情。我们N套装置几十年来还没有出现过这样的事情。当然,对于核电来说,这属于不值一提的安全记录。

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11#
 楼主| 发表于 2015-3-2 06:53:51 | 显示全部楼层
隧道 发表于 2015-3-1 15:18* m' @9 n) Y3 J4 q+ t+ w# K# o6 D
感觉是你们在用两套控制系统分别对应两种情况。
4 m, l' r9 J, ]- R; C- P1 YDCS是用于正常状态,或者非紧急状态,优先级较低。
  D- c8 v4 ~( r; \3 vPLC用 ...

0 Z! O1 t$ ^* K' F! J正是这样。这就是控制系统的分层概念。

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12#
 楼主| 发表于 2015-3-2 08:30:51 | 显示全部楼层
sneer 发表于 2015-3-1 18:28( r# P* z+ ]: T
我们这里叫生产系统和关断系统
8 S! M0 }2 }* A0 c" ?# W; Z$ I# n5 k0 F5 }6 K& n0 s6 A% D# }9 l% S0 e
关断还要区分一级至四级关断
" o# z& Q  O' B: H) Y! @" S# L
你是指SIL1到4吗?DCS就是SIL1。

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13#
 楼主| 发表于 2015-3-4 22:45:33 | 显示全部楼层
flyrathabu 发表于 2015-3-4 07:34: l, F: }' R! B
德国核电其实挺有意思的。以前闹核电不好,核废料运输沿途和核电站周围居民反对声音很大(其实个人看法是因 ...
6 u# W2 c8 B! a8 ]5 W6 o. R
德国核电关停要是逆转,这事情就好玩了!

该用户从未签到

14#
 楼主| 发表于 2015-3-4 23:46:44 | 显示全部楼层
flyrathabu 发表于 2015-3-4 09:32
1 o( a4 c% a7 `5 u" D* d6 [) s: n暂时看可能还不怎么大,毕竟当年禁止核电各种纪录片新闻等等闹得那么大,现在也有法国核电撑着,不过如果 ...
: U% v( X: L0 ^& }5 X; V
丹麦风电已经达到30%还是一半?那年在北德(Lubek、Warnemund、Kiel那一带)旅游的时候,看到很多风车啊。去年在巴伐利亚,也看到很多solar farm。不过这些东西的问题还是一个:需要火电或者核电调节峰谷。

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15#
 楼主| 发表于 2015-4-9 21:26:06 | 显示全部楼层
马鹿 发表于 2015-3-16 13:03+ B" J; a! v4 [7 [
難道不能魚和熊掌兼得?
' H: E# d7 J1 I
赞很强大很淑女的马鹿!

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16#
 楼主| 发表于 2015-4-11 13:13:12 | 显示全部楼层
燕庐敕 发表于 2015-4-10 21:07
, B4 J+ I2 j# {7 c强大的工程师加美丽的淑女,还是美丽的工程师加强大的淑女?
' ?( |7 A# Q% b" D
没有差别嘛。这个一个事务的两个方面嘛。

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17#
 楼主| 发表于 2015-4-11 22:43:23 | 显示全部楼层
燕庐敕 发表于 2015-4-11 08:24
# i( A) g% u7 d: y: _" |那就是强大、工程师、美丽、淑女全部都是恰当的形容词。
/ Y( `5 Y, `/ M" ~$ r5 S% {4 ]5 X1 Z- e3 \! I, U7 U
@马鹿
6 T7 Z9 o6 G* `. G
本来就是这样嘛。你才知道啊?

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