关于核电

晨枫

: b4 Q) U. w# I! _7 v; U( G% CBBC刊登了一篇核电现状与未来的问题，有点意思。
$ N  L+ e$ U3 U  y& o' X/ fhttp://www.bbc.com/news/business-30919045
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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%。


$ z3 _* B, E& 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
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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。
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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。

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。
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排名  国家    2014发电量MW   2013核电比例
' `" o# o% M3 }# ]5 y3 J1         United States          99,081         19.4%
' r1 \! D3 c2 h+ N$ ^3 ^2         France         63,130         73.3%
% \  T8 @9 w7 O$ K3         Japan         42,388         1.7%
4         Russia         23,643         17.5%
& X; n  p$ r- y3 Y( i6 A) f: T5         South Korea         20,721         27.6%
6         China         17,978         2.1%
. S9 x+ r* R, n% b+ e3 w7         Canada         13,538         16.0%
2 s" L8 L$ ^0 _# F8 s8         Ukraine         13,107         43.6%
+ Q+ _5 M* Z7 V/ M" w8 y9         Germany         12,068         15.4%
, Y/ D* ^8 o% @10         Sweden         9,474         42.7%
" V* G* K; {$ x/ F3 {' o11         United Kingdom         9,243         18.3%
& K% `6 F# i9 S, X12         Spain        7,121         19.7%
13         Belgium        5,927         52.1%
14         India         5,308         3.5%
15         Taiwan         5,032         19.1%
" _3 v! O% Z0 U) [2 g- U16         Czech Republic         3,884         35.9%
/ e) t* E. K6 t17         Switzerland         3,308         36.4%
18         Finland         2,752         33.3%
19         Bulgaria         1,906         30.7%
20         Hungary         1,889         50.7%
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' f. o! L- w+ k; R7 ]% _  w- u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。

% K4 L; M9 i3 g4 W( T2 o) b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。


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


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？
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! x1 _  ^1 W5 u" a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。
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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。
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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。
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& Z+ Y9 S9 d2 ~6 _- y- l6 F/ b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。


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


& h2 w" L8 J0 [2 `这是世界各国核电依赖度分布，中国和印度同属浅度依赖
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& y: i- D9 s; H) Q欧洲各国反应堆分布，圆点大小表示发电量的大小


% L* Q0 C- q4 a世界风电装机容量，2014年比10年前增加接近8倍
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橡树村

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的时候的补充，所谓的峰值电厂，峰值电厂烧油的就比较多了，油的储运方便么。开环在单独运行的时候效率不大好，辅助蒸汽发电以后会好一些。不过弄不清楚这里面的成本怎么计算的，如果把烧油的峰值电厂也平均近来，那个成本可真要高不少。

0 M6 S; `2 h' c" V: W; U# S- y( ^7 v和煤电比，燃气轮机的确要贵一些。煤电只有在强迫破要求各种环保措施都上的时候投资才会上去。

) g' \) ^( d* z5 I闭环的应该现在比较少见吧，老式的早就被开环的淘汰了，新式的效率高，不过还没见到几个。
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njyd

“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？
太阳能、风电只要能解决蓄电问题就很好，现在蓄电最好的应该是抽水蓄能，可惜好的库址不如找。

晨枫

njyd 发表于 2015-2-28 12:19
“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？
; x1 O' p  D' F  Z% L  L1 X太阳能、风电只 ...

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。

晨枫

橡树村 发表于 2015-2-28 11:40
! f) L& r3 Y0 e2 Y+ s1 @/ R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 ...

1 N4 \- n; {3 Y% ~2 O) Y1 O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。

橡树村

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晨枫 发表于 2015-3-1 02:25
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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最根本的区别就是，开环是内燃机，闭环是外燃机。

开环燃气轮机就是空气压缩以后，注入燃料，燃烧，依靠热膨胀做功推动轮机，然后废气排出。整个过程介质不循环，所以叫开环。现在各个地方能见到的燃气轮机几乎都是开环的，实际上除非在发电行业还使用OCCT这个说法，其他应用领域根本就不提开环这两个字，默认燃气轮机就是这一种了。
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闭环燃气轮机是热源（可以是任何热源，包括太阳能，核能，燃料燃烧等等）加热高压的惰性气体介质（比如氦）或者空气，然后高压热介质推动轮机做功，然后冷却降压后的介质（需要进一步冷却）经过与轮机同轴的压缩机压缩再与热源接触完成闭路循环。

; B, t  Z3 S8 h7 t3 I闭环的工业应用要比开环早，但是逐渐被使用清洁燃料的开环替代。最近闭环又热门了，因为一些可以几乎任何可以提供高温的能源形式，比如聚热式的太阳能，核能里面PBMR使用闭环的氦，核聚变选用的也是闭环。
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但是闭环加热气体一般需要很大的热交换器，为了减少热交换器体积就需要使用高压，而为了温度不太高导致找不到能用的材料，轮机和压缩之间还需要进一步冷却，再加上热源提供需要有另外的装置，所以同样是燃烧天然气或者油的话，闭环整个工艺比开环要复杂很多，造价应该高才对。

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晨枫

橡树村 发表于 2015-2-28 13:14
最根本的区别就是，开环是内燃机，闭环是外燃机。

开环燃气轮机就是空气压缩以后，注入燃料，燃烧，依靠 ...

原来是这么回事。明白了。谢谢村长。

大鹏翔宇

乌拉圭奥地利核电也非法，估计水电资源都挺丰富的

晨枫

大鹏翔宇 发表于 2015-2-28 15:23
乌拉圭奥地利核电也非法，估计水电资源都挺丰富的

没错，漏掉了这两个。

马鹿

巴基斯坦在建核电站， 兔子帮着建的；
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芬兰也要上核电站了， 北极熊的反应堆

晨枫

马鹿 发表于 2015-2-28 18:47
6 m  f$ x& }5 r# z4 q巴基斯坦在建核电站， 兔子帮着建的；

5 {: p2 {1 s9 p3 [/ l' B# u芬兰也要上核电站了， 北极熊的反应堆 ...

/ d# m+ g( t7 ?% ?; I2 l1 N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？

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？

马鹿

晨枫 发表于 2015-2-28 23:13
( w) C* B9 ]- z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？

6 w4 g2 Y1 o7 a/ i& z芬兰竟然用俄罗斯的 ...

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，其实是兔子决策有问题。公鸡的设计不咋地，经常用命令而不是设备的真实状态做逻辑。
4 Q: [! T' G9 |. r4 S# G% D
不熟悉熊的核电，我只见过熊的火电和燃气热电。

晨枫

马鹿 发表于 2015-2-28 22:57
' f% H& u/ F$ [) B# p% g2 M. a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 ...

“用命令而不是设备的真实状态做逻辑”
* w4 ]7 Y' o! u' m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。
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俄罗斯的火电和燃气热电水平怎么样？

马鹿

晨枫 发表于 2015-3-1 01:42
! v, y# u- @' w( N8 o$ I“用命令而不是设备的真实状态做逻辑”
" h! H) _* w5 v1 n这是犯忌的啊！不过要看逻辑，如果是once through，问题还不太大 ...

  Q+ ]- m8 ?( Q% w) Q0 D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。

8 P+ e; Z) N/ n7 j, b; M那个命令做逻辑真不是once through，而且还是两套系统同时在控制这个设备，只是控制的优先权不同。
) F1 n# D6 l4 N( l* N* e

晨枫

马鹿 发表于 2015-3-1 06:07
8 u8 T' o9 ]+ W( ?: |8 ?! |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。
5 u/ i8 h1 ~& A  p& ?
那个命令做逻辑真不是once thr ...

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？

马鹿

晨枫 发表于 2015-3-1 09:47
7 ], W" y6 l& E0 s2 \( ^$ i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 ...

哎， 纸上得来还是浅呀

马鹿

晨枫 发表于 2015-3-1 09:47
2 n" e/ @' j: x4 T: y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 ...

你看过 我就把内容删了。 不想长期留在版面上。

马鹿

晨枫 发表于 2015-3-1 09:47
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 ...

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。 有时候一个控制上下游还被放到不同的CPU里。

1 U0 w" p' i- h% W- j显示还被做非工业控制的公司拿去了。

. j+ H! `$ C2 s总而言之一片的不和谐。

晨枫

马鹿 发表于 2015-3-1 10:16
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 ...

1 q2 s0 D2 A! ?: b/ p
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 m% I/ g# z8 g& Q! y1 [8 F
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。

马鹿

晨枫 发表于 2015-3-1 11:30
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 ...

6 t9 y9 F6 D, B1 f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。
$ J7 \9 }$ P$ I5 ~, e, [
你说这种我猜测是PID 在 DCS侧， 全开或者全关在PLC侧。
" z) K4 A) w9 J0 C; h
核电的PLC也做一点PID控制， 但更多是全开或全关。
7 |* o5 }/ @$ N) x
纯粹数字控制的那些逻辑，DCS侧接收PLC的全开或全关信号变成自己侧的保护开/关，同时 PLC的命令和DCS的命令一起被去做优先权选择。
0 p% ^  Y+ m5 O* s: u# z5 L
7 ~8 i  w% r8 w0 T( i( _* J
我有个疑问你那个同步失败失败以后干啥？