2021年全球核能发电报告

2021-07-27 16:37  来源:中国电力网  浏览:  

核能发电是用铀制成的核燃料在“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能,再用处于高压力下的水把热能带出,在蒸汽发生器内产生蒸汽,蒸汽推动汽轮机带动发电机一起旋转而发电,并通过电网输送给消费者。

核能发电是解决2050年全球达到二氧化碳排放为零的重要支柱。根据世界银行集团和维基百科的数据制成“世界各国核能发电进展排序”,请点击下面网页:

https://www.bilibili.com/video/BV1n64y1m7xw/?spm_id_from=333.788.videocard.11

20世纪60年代中国核能发电量为零,到1993年中国核能发电才开始有1.6TWh,占全球总量的0.007%;根据BP2021年报告,到2020年中国核能发电量达到366.2 TWh,占全球总量的13.6%。2020年中国居世界第二位,仅次于美国30.8%。但是中国运行、在建和拟建反应堆数将超过美国。

2020年核能发电量前三位国家

核能反应堆发展已经进入第四代,中国已经有自己研制的反应堆。

核电站反应堆类型进程

根据世界核能协会(World Nuclear Association,WNA)2021年6月的报告,美国是世界上核能发电量最多的国家,2021年6月有93座核反应堆,生产95523TWh,占全球核能发电量总量的95523/394282=24.2%;而德国、英国则处于停滞发展阶段。

表中“%e”表示核能发电占发电总量的百分率。全球核能发电占全球发电总量的10.1%,其中法国高达70.6%。本数据是世界核能协会WNA 2021年1月份提供的数据。

2021年6月全球核反应堆及铀需求

单位换算:68240tU=80472tU3O8 ; 1 tU3O8=80472/68240=1.179

中国核能发电进展较快,2020年已经跃居全球第二位,但是与美国相比较差距仍然很大。论核能发电的发展速度,中国发展最快,在建的核反应堆最多,达17座。拟建的有38座。这是其他国家无法相比的。

中国核能发电量及占中国发电总量的份额

世界上最大的核电站是日本柏崎刈羽核电站,装机容量为7965MW,但2011年已经停工。值得注意的是韩国核电站进展很快,前十位核电站就占有3席,把美国和日本都甩到后面。

全球十大核电站

铀的来源

铀在土壤、岩石及河流、海洋都可发现;甚至在人体和食品中都有痕迹量存在。但是浓缩的铀矿却只在很少的地方发现,一般是在坚硬的岩石中,如在地壳中占60%的花岗岩中,其铀含量可达百万分之四。

自然界中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。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,核燃料的储量远远超过化石燃料,能长期满足核能发电的需要。

天然铀的典型浓度

各国的铀储量

铀储备量是指可供开采的铀资源储备,不计同位素。即使不考虑增殖反应堆所产生的副产品(例如钚),铀储备量中所蕴含的核裂变能量远大于地球上所有化石燃料(甚至包括甲烷气水包合物)的能量之和。有一些元素例如钍可以用来生成铀,并且副产品可以用于热发电。很多加拿大、格陵兰、西伯利亚和南极洲的地区因为永久冻土而没有进行勘探,其中可能含有大量未被发现的储备。

2011年铀可采资源量为5327200吨U,2017年增加到6142600吨U。中国铀资源勘探从2011年的166100吨U增加到2017年的290 400吨U。

本数据是OECD NEA & IAEA于2017年发布的。此储量包括可采储量和推断储量。

2017年世界各国铀储量

1945-2018年铀累积产量

1945-2016年期间的铀生产可分为四个不同阶段:

⑴ 1945年至1960年代中期的军事时代,核燃料发电是核军备竞赛的附带条件。上世纪50年代,为了满足高浓缩铀和钚的需求,生产迅速增长。铀需求在1960年代急剧下降,作为回应,到1960年代中期产量减半。

⑵ 1960年代中期至1980年代中期。随着反应堆订单的扩大,民用核能快速扩张的时期见证了铀产量的回升。许多新矿山投产,通常由与北美、日本和西欧电力公司签订的长期合同承保。西方的生产在1980年达到顶峰,直到1985年都保持在年度反应堆需求之上。

⑶ 1980年代中期至2002年左右。到1985年,核建设计划被严重削减。为了建造更多的核电站,许多公用事业公司已经签署了铀合同。尊重这些创造了一个重要的悬置。随着矿山的枯竭,许多矿山减产或关闭。公用事业公司在不依赖新产品的情况下,通过减少大量库存来满足要求。由于1993年前苏联的铀进入西方市场,供应过剩的时间延长了。

⑷ 21世纪初至今。市场对需要新的初级生产以促进预期的核增长复兴的看法作出了强烈反应。这是在多年来一直面临不利经济条件、需要抵消不断减少和有限的二次供应的铀矿部门的背景下发生的。这一反应始于2003年,当时世界铀价格强劲上涨,一直持续到2007年(2003年初至2007年年中,现货市场价格上涨了13倍),但随后进入了向下调整,2011年福岛核事故更是加剧了这一趋势。自事故发生以来,铀价格已跌至有史以来经通胀调整的最低水平之一。

1945-2018年铀累积产量

 

2009-2019年期间各国铀矿生产

本数据是世界核能协会(WNA)于 2020年12月份提供的从铀矿生产(公吨U)的数据。

▲ 世界上三分之二以上的铀产量来自哈萨克斯坦、加拿大和澳大利亚。

▲ 由于采取原地溶浸采铀法(In situ leach,ISL),目前铀产量增加了50%。

世界约66%从铀矿生产的铀是来自哈萨克斯坦、加拿大、澳大利亚和纳米比亚。其中哈萨克斯坦铀生产占世界的比例最大,2019年供应世界的41.6%,其次是加拿大(12.7%)和澳大利亚(12.1%)。中国铀产量较少,铀生产居世界第8位,占世界总量的3.4%。

2009-2019年铀矿生产(公吨U)

单位换算:68240tU=80472 tU3O8 ; 1 tU3O8=80472/68240=1.179 tU

铀矿开采法

铀矿开采方式一直在改变。1990 年,世界铀产量的有55% 来自地下矿山,但到 1999 年这一比例急剧下降,当时只有 33%。从 2000 年开始,加拿大新矿山采用原位浸出(ISL,也称为原位回收,ISR),采矿在总量中的份额一直在稳步上升,主要是由于哈萨克斯坦,2019年占产量的一半以上:

铀矿开采方法主要有露天开采、地下开采和原地浸出采铀三种方法。

⑴ 露天开采法。按一定程序先剥离表土和覆盖岩石,使矿石出露,然后进行采矿。此法仅用于埋藏较浅的矿体。

⑵ 地下开采法。通过掘进联系地表与矿体的一系列井巷,从矿体中采出矿石。此工艺过程比较复杂,在矿床离地表较深的条件下采用这种方法。

⑶ 原地溶浸采铀法(In situ leach,ISL)。通过地表钻孔将化学药剂注入矿带,通过化学反应选择性地溶解矿石中的有用成分—铀,并将浸出液提取出地表,而不使矿石绕围岩产生位移。这种采铀的方法与常规采矿相比,生产成本低,劳动强度小,但其应用有一定的局限性,只适用于具有一定地质、水文地质条件的矿床。

2019年铀矿开采法

传统的铀矿山有一个磨矿机,将矿石粉碎、研磨,然后用硫酸浸出,以溶解铀氧化物。在常规矿山的选矿厂或ISL操作的处理厂,铀在干燥和包装之前,通常用离子交换以U3O8形式分离。一些磨坊和ISL操作(尤其是在美国)使用碳酸盐浸出,而不是硫酸,这取决于矿体。用副产品法当铀作为副产品被回收时,铜或磷酸盐处理过程可能会更复杂。

铀生产公司

20世纪90年代 ,铀生产行业通过收购、兼并和关闭得到了巩固,但随着哈萨克斯坦的跨国所有权结构,这一行业再次多样化。超过一半的铀矿生产来自国有矿业公司,其中一些公司将安全供应置于市场考虑之上。2018年,全球前十大铀生产公司销售了全球87%的铀产量:

2013~2015年世界铀生产主要公司

随着哈萨克斯坦的跨国所有权结构再次多元化。超过一半的铀矿生产来自国有矿业公司,其中一些公司将安全供应置于市场考虑之上,全球总产量约有下降。2018年,全球前十大铀生产公司销售了全球80%的铀产量:

2018年世界铀生产主要公司

2018年最大的铀矿山

2018年世界十大铀矿占据了全球总产量的51%。虽然加拿大雪茄湖居产量之首,但哈萨克斯坦占了4席。

2018年世界十大铀矿

值得关注的核能发电网络

国际组织

国际原子能机构International Atomic Energy Agency(IAEA)〖http://www.iaea.org〗

世界核能协会World Nuclear Association(WNA)〖http://www.world-nuclear.org〗

核供应国集团Nuclear Suppliers Group (NSG)〖http://www.nuclearsuppliersgroup.org〗

经济合作与发展组织核能署OECD Nuclear Energy Agency (NEA)〖http://www.oecd-nea.org〗

世界核能操作者协会World Association of Nuclear Operators (WANO)〖https://www.wano.org.uk〗

国际热核实验反应堆International Thermonuclear Experimental Reactor(ITER)〖https://www.iter.org〗

国际冷聚变科学学会International Society for Condensed Matter Nuclear Science(ISCMNS)〖http://www.iscmns.org〗

欧洲原子能论坛European Atomic Forum (FORATOM)〖https://www.foratom.org〗

欧洲原子能共同体European Atomic Energy Community (EURATOM)〖https://ec.europa.eu/energy/topics/nuclear-energy_en〗

欧洲核学会European Nuclear Society (ENS) 〖https://www.euronuclear.org〗

欧洲核能研究组织European Organization for Nuclear Research(CERN)〖http://public.web.cern.ch/〗

管理机构

美国能源部核能科学技术局Office of Nuclear Energy〖https://www.ne.doe.gov〗

英国原子能机构UK Atomic Energy Agency(UKAEA)〖https://www.gov.uk/government/organisations/uk-atomic-energy-authority〗

法国原子能委员会French Atomic Energy Commission(CEA)〖https://www.cea.fr〗

中国国家原子能机构 China Atomic Energy Authority〖http://www.caea.gov.cn〗

国家实验室

阿贡国家实验室Argonne National Laboratory (ANL)〖https://www.anl.gov〗

费米国家加速器实验室Fermi National Accelerator Laboratory(Fermilab)〖https://www.fnal.gov〗

劳伦斯—伯克利国家实验室Lawrence Berkeley National Laboratory〖http://www.lbl.gov〗

洛斯—阿拉莫斯国家实验室Los Alamos National Laboratory〖https://www.lanl.gov/〗

桑地亚国家实验室Sandia National Laboratories(SANL)〖https://www.sandia.gov/〗

西北太平洋国家实验室Pacific Northwest National Laboratory〖https://www.pnnl.gov/〗

橡树岭国家实验室Oak Ridge National Laboratory(ORNL)〖http://www.ornl.gov〗

布洛克海文国家实验室Brookhaven National Laboratory(BNL)〖http://www.bnl.gov/world〗

劳伦斯—利弗莫尔国家实验室Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL)〖http://www.llnl.gov〗

爱达荷国家实验室Idaho National Laboratory(INL)〖https://inl.gov/〗

普林斯顿大学等离子体物理实验室Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL)〖https://www.pppl.gov/〗

美国核能研究所Nuclear Energy Institute(NEI)〖https://www.nei.org/home〗

俄罗斯联合核研究所Joint Institute for Nuclear Research (JINR)〖http://www.jinr.ru/〗

高能物理研究所Государственный научный центр Российской Федерации·Институт физики высоких энергий (ГНЦ ИФВЭ)〖http://www.ihep.su/〗

圣彼得堡核物理研究所Petersburg Nuclear Physics Institute〖http://www.pnpi.spb.ru/〗

俄罗斯科学院核研究所Institute for Nuclear Research of the Russian Academy of Sciences〖http://www.inr.ac.ru〗

俄罗斯联邦核中心Russian Federal Nuclear Center (VNIIEF)〖http://www.vniief.ru/〗

日本原子力研究开发机构Japan Atomic Energy Agency (JAEA) 〖https://www.jaea.go.jp〗

国家聚变科学研究所 National Institute for Fusion Science (NIFS) 〖https://www.nifs.ac.jp〗

京都大学复合原子力科学研究所Kyoto University Research Reactor Institute(KURRI)

〖https://www.rri.kyoto-u.ac.jp〗

美国核学会American Nuclear Society(ANS)〖https://www.ans.org〗

加拿大核协会Canadian Nuclear Association (CNA)〖https://cna.ca〗

英国核工业协会Nuclear Industry Association(NIA)〖https://www.niauk.org〗

比利时核能协会Association Vinçotte Nuclear (AVN)〖https://www.avn.be〗

意大利核协会Italian Nuclear Association(AIN)〖https://www.assonucleare.it/〗

罗马尼亚核能协会Romanian "Nuclear Energy" Association(AREN)〖https://aren.ro/〗

澳大利亚核协会Australian Nuclear Association Inc (ANA)〖https://www.nuclearaustralia.org.au/〗

铀情报中心Uranium Information Centre 〖http://www.uic.com.au〗

INIS中心·中国核情报中心〖http://inis-china.atominfo.com.cn〗

贸 易

铀出口国Uranium Exports by Country 〖http://www.worldstopexports.com/uranium-exports-by-country〗


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