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        1. 2021年全球核能發電報告

          2021-07-27 16:37  來源:中國電力網  瀏覽:  

          核能發電是用鈾制成的核燃料在“反應堆”的設備內發生裂變而產生大量熱能,再用處于高壓力下的水把熱能帶出,在蒸汽發生器內產生蒸汽,蒸汽推動汽輪機帶動發電機一起旋轉而發電,并通過電網輸送給消費者。

          核能發電是解決2050年全球達到二氧化碳排放為零的重要支柱。根據世界銀行集團和維基百科的數據制成“世界各國核能發電進展排序”,請點擊下面網頁:

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

          20世紀60年代中國核能發電量為零,到1993年中國核能發電才開始有1.6TWh,占全球總量的0.007%;根據BP2021年報告,到2020年中國核能發電量達到366.2 TWh,占全球總量的13.6%。2020年中國居世界第二位,僅次于美國30.8%。但是中國運行、在建和擬建反應堆數將超過美國。

          2020年核能發電量前三位國家

          核能反應堆發展已經進入第四代,中國已經有自己研制的反應堆。

          核電站反應堆類型進程

          根據世界核能協會(World Nuclear Association,WNA)2021年6月的報告,美國是世界上核能發電量最多的國家,2021年6月有93座核反應堆,生產95523TWh,占全球核能發電量總量的95523/394282=24.2%;而德國、英國則處于停滯發展階段。

          表中“%e”表示核能發電占發電總量的百分率。全球核能發電占全球發電總量的10.1%,其中法國高達70.6%。本數據是世界核能協會WNA 2021年1月份提供的數據。

          2021年6月全球核反應堆及鈾需求

          單位換算:68240tU=80472tU3O8 ; 1 tU3O8=80472/68240=1.179

          中國核能發電進展較快,2020年已經躍居全球第二位,但是與美國相比較差距仍然很大。論核能發電的發展速度,中國發展最快,在建的核反應堆最多,達17座。擬建的有38座。這是其他國家無法相比的。

          中國核能發電量及占中國發電總量的份額

          世界上最大的核電站是日本柏崎刈羽核電站,裝機容量為7965MW,但2011年已經停工。值得注意的是韓國核電站進展很快,前十位核電站就占有3席,把美國和日本都甩到后面。

          全球十大核電站

          鈾的來源

          鈾在土壤、巖石及河流、海洋都可發現;甚至在人體和食品中都有痕跡量存在。但是濃縮的鈾礦卻只在很少的地方發現,一般是在堅硬的巖石中,如在地殼中占60%的花崗巖中,其鈾含量可達百萬分之四。

          自然界中存在的可裂變元素只有鈾-235,而它只占天然鈾中的0.7%,其余均為鈾-238。在核電站中可將一部分鈾-238轉變為钚-239,同樣,也可以將自然界中大量存在的釷-232轉變為可裂變的鈾-233,因此,估計核燃料資源時,必須考慮核燃料增殖這一因素。這樣,核燃料的儲量遠遠超過化石燃料,能長期滿足核能發電的需要。

          天然鈾的典型濃度

          各國的鈾儲量

          鈾儲備量是指可供開采的鈾資源儲備,不計同位素。即使不考慮增殖反應堆所產生的副產品(例如钚),鈾儲備量中所蘊含的核裂變能量遠大于地球上所有化石燃料(甚至包括甲烷氣水包合物)的能量之和。有一些元素例如釷可以用來生成鈾,并且副產品可以用于熱發電。很多加拿大、格陵蘭、西伯利亞和南極洲的地區因為永久凍土而沒有進行勘探,其中可能含有大量未被發現的儲備。

          2011年鈾可采資源量為5327200噸U,2017年增加到6142600噸U。中國鈾資源勘探從2011年的166100噸U增加到2017年的290 400噸U。

          本數據是OECD NEA & IAEA于2017年發布的。此儲量包括可采儲量和推斷儲量。

          2017年世界各國鈾儲量

          1945-2018年鈾累積產量

          1945-2016年期間的鈾生產可分為四個不同階段:

          ⑴ 1945年至1960年代中期的軍事時代,核燃料發電是核軍備競賽的附帶條件。上世紀50年代,為了滿足高濃縮鈾和钚的需求,生產迅速增長。鈾需求在1960年代急劇下降,作為回應,到1960年代中期產量減半。

          ⑵ 1960年代中期至1980年代中期。隨著反應堆訂單的擴大,民用核能快速擴張的時期見證了鈾產量的回升。許多新礦山投產,通常由與北美、日本和西歐電力公司簽訂的長期合同承保。西方的生產在1980年達到頂峰,直到1985年都保持在年度反應堆需求之上。

          ⑶ 1980年代中期至2002年左右。到1985年,核建設計劃被嚴重削減。為了建造更多的核電站,許多公用事業公司已經簽署了鈾合同。尊重這些創造了一個重要的懸置。隨著礦山的枯竭,許多礦山減產或關閉。公用事業公司在不依賴新產品的情況下,通過減少大量庫存來滿足要求。由于1993年前蘇聯的鈾進入西方市場,供應過剩的時間延長了。

          ⑷ 21世紀初至今。市場對需要新的初級生產以促進預期的核增長復興的看法作出了強烈反應。這是在多年來一直面臨不利經濟條件、需要抵消不斷減少和有限的二次供應的鈾礦部門的背景下發生的。這一反應始于2003年,當時世界鈾價格強勁上漲,一直持續到2007年(2003年初至2007年年中,現貨市場價格上漲了13倍),但隨后進入了向下調整,2011年福島核事故更是加劇了這一趨勢。自事故發生以來,鈾價格已跌至有史以來經通脹調整的最低水平之一。

          1945-2018年鈾累積產量

           

          2009-2019年期間各國鈾礦生產

          本數據是世界核能協會(WNA)于 2020年12月份提供的從鈾礦生產(公噸U)的數據。

          ▲ 世界上三分之二以上的鈾產量來自哈薩克斯坦、加拿大和澳大利亞。

          ▲ 由于采取原地溶浸采鈾法(In situ leach,ISL),目前鈾產量增加了50%。

          世界約66%從鈾礦生產的鈾是來自哈薩克斯坦、加拿大、澳大利亞和納米比亞。其中哈薩克斯坦鈾生產占世界的比例最大,2019年供應世界的41.6%,其次是加拿大(12.7%)和澳大利亞(12.1%)。中國鈾產量較少,鈾生產居世界第8位,占世界總量的3.4%。

          2009-2019年鈾礦生產(公噸U)

          單位換算:68240tU=80472 tU3O8 ; 1 tU3O8=80472/68240=1.179 tU

          鈾礦開采法

          鈾礦開采方式一直在改變。1990 年,世界鈾產量的有55% 來自地下礦山,但到 1999 年這一比例急劇下降,當時只有 33%。從 2000 年開始,加拿大新礦山采用原位浸出(ISL,也稱為原位回收,ISR),采礦在總量中的份額一直在穩步上升,主要是由于哈薩克斯坦,2019年占產量的一半以上:

          鈾礦開采方法主要有露天開采、地下開采和原地浸出采鈾三種方法。

          ⑴ 露天開采法。按一定程序先剝離表土和覆蓋巖石,使礦石出露,然后進行采礦。此法僅用于埋藏較淺的礦體。

          ⑵ 地下開采法。通過掘進聯系地表與礦體的一系列井巷,從礦體中采出礦石。此工藝過程比較復雜,在礦床離地表較深的條件下采用這種方法。

          ⑶ 原地溶浸采鈾法(In situ leach,ISL)。通過地表鉆孔將化學藥劑注入礦帶,通過化學反應選擇性地溶解礦石中的有用成分—鈾,并將浸出液提取出地表,而不使礦石繞圍巖產生位移。這種采鈾的方法與常規采礦相比,生產成本低,勞動強度小,但其應用有一定的局限性,只適用于具有一定地質、水文地質條件的礦床。

          2019年鈾礦開采法

          傳統的鈾礦山有一個磨礦機,將礦石粉碎、研磨,然后用硫酸浸出,以溶解鈾氧化物。在常規礦山的選礦廠或ISL操作的處理廠,鈾在干燥和包裝之前,通常用離子交換以U3O8形式分離。一些磨坊和ISL操作(尤其是在美國)使用碳酸鹽浸出,而不是硫酸,這取決于礦體。用副產品法當鈾作為副產品被回收時,銅或磷酸鹽處理過程可能會更復雜。

          鈾生產公司

          20世紀90年代 ,鈾生產行業通過收購、兼并和關閉得到了鞏固,但隨著哈薩克斯坦的跨國所有權結構,這一行業再次多樣化。超過一半的鈾礦生產來自國有礦業公司,其中一些公司將安全供應置于市場考慮之上。2018年,全球前十大鈾生產公司銷售了全球87%的鈾產量:

          2013~2015年世界鈾生產主要公司

          隨著哈薩克斯坦的跨國所有權結構再次多元化。超過一半的鈾礦生產來自國有礦業公司,其中一些公司將安全供應置于市場考慮之上,全球總產量約有下降。2018年,全球前十大鈾生產公司銷售了全球80%的鈾產量:

          2018年世界鈾生產主要公司

          2018年最大的鈾礦山

          2018年世界十大鈾礦占據了全球總產量的51%。雖然加拿大雪茄湖居產量之首,但哈薩克斯坦占了4席。

          2018年世界十大鈾礦

          值得關注的核能發電網絡

          國際組織

          國際原子能機構International Atomic Energy Agency(IAEA)〖http://www.iaea.org〗

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

          核供應國集團Nuclear Suppliers Group (NSG)〖http://www.nuclearsuppliersgroup.org〗

          經濟合作與發展組織核能署OECD Nuclear Energy Agency (NEA)〖http://www.oecd-nea.org〗

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

          國際熱核實驗反應堆International Thermonuclear Experimental Reactor(ITER)〖https://www.iter.org〗

          國際冷聚變科學學會International Society for Condensed Matter Nuclear Science(ISCMNS)〖http://www.iscmns.org〗

          歐洲原子能論壇European Atomic Forum (FORATOM)〖https://www.foratom.org〗

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

          歐洲核學會European Nuclear Society (ENS) 〖https://www.euronuclear.org〗

          歐洲核能研究組織European Organization for Nuclear Research(CERN)〖http://public.web.cern.ch/〗

          管理機構

          美國能源部核能科學技術局Office of Nuclear Energy〖https://www.ne.doe.gov〗

          英國原子能機構UK Atomic Energy Agency(UKAEA)〖https://www.gov.uk/government/organisations/uk-atomic-energy-authority〗

          法國原子能委員會French Atomic Energy Commission(CEA)〖https://www.cea.fr〗

          中國國家原子能機構 China Atomic Energy Authority〖http://www.caea.gov.cn〗

          國家實驗室

          阿貢國家實驗室Argonne National Laboratory (ANL)〖https://www.anl.gov〗

          費米國家加速器實驗室Fermi National Accelerator Laboratory(Fermilab)〖https://www.fnal.gov〗

          勞倫斯—伯克利國家實驗室Lawrence Berkeley National Laboratory〖http://www.lbl.gov〗

          洛斯—阿拉莫斯國家實驗室Los Alamos National Laboratory〖https://www.lanl.gov/〗

          桑地亞國家實驗室Sandia National Laboratories(SANL)〖https://www.sandia.gov/〗

          西北太平洋國家實驗室Pacific Northwest National Laboratory〖https://www.pnnl.gov/〗

          橡樹嶺國家實驗室Oak Ridge National Laboratory(ORNL)〖http://www.ornl.gov〗

          布洛克海文國家實驗室Brookhaven National Laboratory(BNL)〖http://www.bnl.gov/world〗

          勞倫斯—利弗莫爾國家實驗室Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL)〖http://www.llnl.gov〗

          愛達荷國家實驗室Idaho National Laboratory(INL)〖https://inl.gov/〗

          普林斯頓大學等離子體物理實驗室Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL)〖https://www.pppl.gov/〗

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

          俄羅斯聯合核研究所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/〗

          俄羅斯科學院核研究所Institute for Nuclear Research of the Russian Academy of Sciences〖http://www.inr.ac.ru〗

          俄羅斯聯邦核中心Russian Federal Nuclear Center (VNIIEF)〖http://www.vniief.ru/〗

          日本原子力研究開發機構Japan Atomic Energy Agency (JAEA) 〖https://www.jaea.go.jp〗

          國家聚變科學研究所 National Institute for Fusion Science (NIFS) 〖https://www.nifs.ac.jp〗

          京都大學復合原子力科學研究所Kyoto University Research Reactor Institute(KURRI)

          〖https://www.rri.kyoto-u.ac.jp〗

          美國核學會American Nuclear Society(ANS)〖https://www.ans.org〗

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

          英國核工業協會Nuclear Industry Association(NIA)〖https://www.niauk.org〗

          比利時核能協會Association Vinçotte Nuclear (AVN)〖https://www.avn.be〗

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

          羅馬尼亞核能協會Romanian "Nuclear Energy" Association(AREN)〖https://aren.ro/〗

          澳大利亞核協會Australian Nuclear Association Inc (ANA)〖https://www.nuclearaustralia.org.au/〗

          鈾情報中心Uranium Information Centre 〖http://www.uic.com.au〗

          INIS中心·中國核情報中心〖http://inis-china.atominfo.com.cn〗

          貿 易

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


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