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楼主: 晨枫
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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
( P( s0 c. }( l0 B) g. d7 H: L2 ^. M: C2 n2 G2 B
BBC刊登了一篇核电现状与未来的问题,有点意思。
" i/ _1 Y0 A4 g* S3 V4 b0 _http://www.bbc.com/news/business-30919045) N2 i3 Y, t' z2 a  k

( J9 G5 X( a  F+ B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%。
) q8 z; s6 w% D4 H' e
0 Z, u! r+ M: c3 @% ~# Y
1 b% f! B* j% ?" y3 {' T; V- X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
, V9 y+ K# `4 O( w8 ^* j1 f! u% X7 i( y9 S* B, `! b* y, Q* V
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。
" b  E3 ~3 \4 w2 K7 B. W: C
# q$ |. W8 q( j2 m: W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 Q. O# c6 T$ J  ^1 y7 d3 l

  w. J& Y  W+ g4 ^2 x* i  r6 C- F2 n3 ^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。2 H7 U" x/ l+ H4 p' e1 f
1 s! d$ [0 A1 N4 a
排名  国家    2014发电量MW   2013核电比例
" p0 M$ m1 z0 H& M1         United States          99,081         19.4%
/ f; K' N& k: Z' Y2 I2         France         63,130         73.3%4 I( O6 ~9 ?- Y
3         Japan         42,388         1.7%
6 g% O0 C8 U" B' ]4         Russia         23,643         17.5%* M8 y, p0 h1 z$ J1 m; Z2 B2 v( {
5         South Korea         20,721         27.6%
+ p- B% M& L9 H* b' G) \3 {6 L' b, D* H6         China         17,978         2.1%$ }+ Q3 X" b% A" a$ w* F
7         Canada         13,538         16.0%
4 H6 C9 X( ]9 n6 K8         Ukraine         13,107         43.6%# d/ m% j- H8 ^5 f' w
9         Germany         12,068         15.4%
6 l; H  B+ f. G! |7 A) C10         Sweden         9,474         42.7%
; I, i, {' h1 }* T11         United Kingdom         9,243         18.3%" P1 K; M: p! a- |8 D9 T
12         Spain        7,121         19.7%. c) I& Z, J- ~
13         Belgium        5,927         52.1%& G0 i1 @# n" B0 B3 z+ h  _
14         India         5,308         3.5%
* L* ~: ^3 @5 _* w9 c! R2 ]9 K15         Taiwan         5,032         19.1%
" X! U  C1 D. {9 T& H4 O/ g16         Czech Republic         3,884         35.9%
! h8 R( [8 z9 l# e17         Switzerland         3,308         36.4%/ O' H3 R1 o* e( h9 [
18         Finland         2,752         33.3%" V, x  T1 Y2 M4 c
19         Bulgaria         1,906         30.7%
. O' }, q: H  _# M20         Hungary         1,889         50.7%! L& k, n8 O8 k6 L/ V/ x; s+ f6 y

) F- J8 q( G& M3 H# n# 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。! [; a/ ]; g- {
( Y; z8 o6 M) o
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。2 W, d6 C9 ?4 J- ?5 e& m2 E8 N" E

7 q: @7 \2 N: ?  S1 ~$ K$ O- ]- K7 `+ ^% @1 @
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
' a# I1 m! w4 o# B) Y! m) L/ F& B5 G/ R/ t2 F7 z

9 S0 Q+ O' R2 M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?
% T; K  E9 B4 Z0 ^4 ?
5 Y" e: g3 m$ S/ W6 g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。9 u9 Q+ E. r* Q
! b( w. H/ y/ b- Q  L/ S6 f) [& _
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。
+ \' s  t! ]) w9 k
9 y1 A4 g; `2 Q2 \& v: G0 S8 p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。  r& R) |" s3 F0 k0 g
' Q! A: N7 d6 D5 z
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。# A$ G- u) _6 Q" [$ f1 T  a

  h) p3 C8 X* C2 x" e/ A' }0 t0 [& H7 _8 M
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9 `7 v' `! N# K- f$ y
/ h$ G+ Z- E+ _8 J* C0 {+ [

% K5 t- G! O8 P/ q这是世界各国核电依赖度分布,中国和印度同属浅度依赖
7 m, @- ]3 ^) z5 y# p& h7 O! L
5 J! Y0 P- v, [3 a$ T4 ]5 X$ I+ r& \. r* B7 g7 i, F
欧洲各国反应堆分布,圆点大小表示发电量的大小. Q' t6 u% }8 @' C" z
0 P! w+ t) Y7 k* W( l* v
; W1 r1 R" C  ^( u$ w. A. R) \8 g' B
世界风电装机容量,2014年比10年前增加接近8倍
9 U, Y) b8 V2 _* n6 A1 v6 v- c
9 d' |- T5 n6 [' v# l$ V/ w

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该用户从未签到

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
  ~# |5 u: b" d“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?0 R" O/ d% }& I1 W5 l& B
太阳能、风电只 ...
/ B7 F4 \- q! U+ e/ L
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。

该用户从未签到

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 11:40# C  k& o2 h# q* o5 }$ I
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 ...
! e0 n* q) q$ t5 s
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。

该用户从未签到

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' ^- F" g9 g1 X" e! \
最根本的区别就是,开环是内燃机,闭环是外燃机。
, l$ z% \6 Y* Q) {% d7 v& c, W" a8 F" p( N- |
开环燃气轮机就是空气压缩以后,注入燃料,燃烧,依靠 ...

0 Z4 \5 M/ S% M) p# F1 [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
: e* J7 n; H2 S# m* }乌拉圭奥地利核电也非法,估计水电资源都挺丰富的
7 [$ |& e' S* a* G4 ~
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
0 u: U5 i6 U" |2 o8 h巴基斯坦在建核电站, 兔子帮着建的;$ i4 d8 s  B9 F

# q. s" n# f* |, w( C0 g- d芬兰也要上核电站了, 北极熊的反应堆 ...
7 Z+ R6 V& H: X/ l8 _0 T; P9 b
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?; Z( S- o$ I+ N+ Q& W1 Z8 P7 s

' H0 Z# v0 x9 |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
4 \: G0 Q+ p/ x5 O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 ...

$ E: I" f- C6 ?  y) b- L“用命令而不是设备的真实状态做逻辑”+ p! P4 c% P: A8 S3 X4 x
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。
- _4 r: S5 q6 \& W) }* C
! O3 c( x5 [; g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
2 K8 i; j% Y) i' Y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。
3 b  I$ F. K+ J8 q3 }4 M
6 k8 \! |+ x% B那个命令做逻辑真不是once thr ...

) S" Z+ \. Z+ f; E3 `5 Z' P) x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 K1 |1 M* C% O* ?* k' T) E
马鹿 发表于 2015-3-1 10:161 K5 u$ [0 T3 n" j* ]& \/ a
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 ...
% ?! t9 k% U- p" h: `. }9 B

- B$ {4 h  W, `* u8 u! @( ~; C7 M1 x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。/ i' r! @2 e7 Y! }: z% T
$ S( F8 {' ^% Q
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 3 m9 d1 c% S( {3 r# C* o. q  `
马鹿 发表于 2015-3-1 10:40
0 N9 m4 D# [6 U  `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。) v% ~1 }1 O& w' K; W* p. w

& r* z/ D+ F" t8 @/ D你说这种我猜测是PID 在 ...
/ p6 u5 ]# A. L/ H& b0 t- Y
6 P! o3 w4 V) J1 P
PLC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。0 j0 K+ o" @5 Z  N
: N  @7 J; b& [% q
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。5 s' W" T. V0 W" b
4 c" r# [, i6 V
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* t3 R: \. r! Y) N6 e- T
感觉是你们在用两套控制系统分别对应两种情况。
* Y! x/ ?  `! |! \6 a+ W! L9 k7 J1 zDCS是用于正常状态,或者非紧急状态,优先级较低。
3 ~6 Z( A2 [, S2 l2 T0 BPLC用 ...
3 d* H0 r/ D/ {% ?! 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 18:285 X) e* l! o) T1 t2 [* R4 y
我们这里叫生产系统和关断系统
* Q' A  [9 N0 c2 b. A8 `2 N7 L3 A: ?+ o! b
关断还要区分一级至四级关断
1 {( u4 j& ]% 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 07:340 {3 h/ K9 f$ L9 C4 z6 w
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 ...
7 H) o8 \' ?8 O/ Q9 z) y0 M6 s
德国核电关停要是逆转,这事情就好玩了!

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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
. u$ w0 E" [0 m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 ...

, }7 z) ?, f  E, d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
% E1 E- e  @/ M' Z" ?3 ~( x& R難道不能魚和熊掌兼得?
4 {" i5 X( j6 c2 l0 Z9 y
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
, m. a2 V8 N# r3 |& c0 D6 y3 K7 }2 R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?
% v* Y8 }, ?6 X3 e# T: ?
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
9 b: z: _& `7 u  v* E" o: \5 b那就是强大、工程师、美丽、淑女全部都是恰当的形容词。
# l# n4 C- ?4 m
( ^. i" M9 E$ j" h. U( S7 {# z@马鹿

& F5 ~  @! R' P本来就是这样嘛。你才知道啊?

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