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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
1 M0 D9 E2 s7 ~. `& [6 o+ D2 F
; [7 [: i1 M" O% |* M1 f) `: `BBC刊登了一篇核电现状与未来的问题,有点意思。3 p1 U- l. l) G* ~" Q! d
http://www.bbc.com/news/business-30919045" ]+ L1 Z' D8 U: R; m
& k( x1 F' E  h
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%。
! G- s- Q3 r% x8 F& D6 @9 D/ I* F$ [+ @4 {+ _: V4 E/ \

$ I/ z9 O/ X2 E' m5 N0 \6 z! B/ k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( k# Y% @0 P/ Y* K" Q$ ?! o

6 U% Z% q. i" W' d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。+ Z' l: ^6 w7 N9 A' h; n

+ c1 d# _  W  o, R& a) f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。) Y3 K# Q$ s6 b( X
2 ^8 ~: [7 Z3 F- X; k$ }
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。- A4 a6 K# o1 @! N- ?/ j
6 e# s, }3 _" F! Y) S, X% S) Z& C
排名  国家    2014发电量MW   2013核电比例
  q' y8 h4 @* A' J, C1         United States          99,081         19.4%
$ k1 M( u3 w$ E+ a4 }3 r2         France         63,130         73.3%4 Y* T  h+ p* X* D5 d- y* x' e7 f
3         Japan         42,388         1.7%
* h! {4 y5 I; n: M* i. Z4         Russia         23,643         17.5%$ D: [8 [* f5 S& N/ B( @; T+ v
5         South Korea         20,721         27.6%
0 m2 \0 }5 Q2 U, e, I+ r6         China         17,978         2.1%
( e* K- ^4 o; j4 O; g  ~2 M7         Canada         13,538         16.0%
( o6 c/ W, }7 Q: E0 T; X( \* ]8         Ukraine         13,107         43.6%
& v  Z' g% }* w3 a' v9         Germany         12,068         15.4%
3 u) B4 k) l# B' s6 J10         Sweden         9,474         42.7%1 s9 d( b- m: y2 W
11         United Kingdom         9,243         18.3%' e" R* b- s6 T. |3 t
12         Spain        7,121         19.7%1 C) V8 ~  y2 C2 F
13         Belgium        5,927         52.1%4 ?1 j1 C( \, |: b* W' ~; y& T) m' R' g
14         India         5,308         3.5%4 \. u# w; E- G+ Q" d
15         Taiwan         5,032         19.1%
' p2 V; [7 g+ f/ S' P$ J16         Czech Republic         3,884         35.9%+ x$ M' A9 |: S  {5 P
17         Switzerland         3,308         36.4%, C7 f6 k7 j1 l6 I- Q" ]+ z0 p
18         Finland         2,752         33.3%. |5 g; j0 r( x: v# N- C9 Y
19         Bulgaria         1,906         30.7%
( i# p% P5 {9 B, P/ A# |1 k* I& ^20         Hungary         1,889         50.7%
6 O: [2 E, n2 D- ^3 z& x6 [  x; A8 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。& V3 h  }# V: _8 c3 I

+ b' w, P. u6 Q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。
( o0 `) L% i/ O9 K4 @  t& q; l& l% `. `# P( z" S+ G, x
6 C1 S7 e( X) r7 h
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; I% g/ l/ V& X' l9 `: k7 N6 s% y
* b2 d, X% F: `) i
, m4 K0 W+ W: o  u
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?
: K2 p/ v: h: d- J
: \$ l) {! R+ f* z8 {8 e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。
, C3 F0 ]3 ?' @- Q5 t* m1 f: x$ L* ]- D& s4 \, L
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。
  G) x/ q# g) ]1 V+ L0 X2 e) n9 F' V( i
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。% E3 g: P  f1 ?7 l, n* m6 @: w

+ l4 V6 o4 r" G$ [! G# {8 ]' I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。- Z5 L0 T( K0 h! {* H/ o+ J
2 J9 |2 R. w% r9 z! Q" _. D- }

/ ^  O# q$ Y& k/ T% a& `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
! M2 N% _# S; H$ F
& l4 F; E# s0 ?9 Z2 o" D8 V: v: w, M& _+ M
这是世界各国核电依赖度分布,中国和印度同属浅度依赖
* |  |6 ?, q! {) O
- ]+ C; e0 b) E6 A
: ?2 p# p/ q# H* ?欧洲各国反应堆分布,圆点大小表示发电量的大小
7 O& B# {3 [5 Q% Q# m+ z1 v/ e  K7 Z  {" Y

- v  y* M  `; Z' j5 n& z世界风电装机容量,2014年比10年前增加接近8倍
) U( F- ?" q0 c; B
( l% K: N9 M6 P9 Z  b/ y; j

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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
4 }6 r/ \9 V1 i8 d+ L7 N: M8 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?; n) g- x. C0 r) _$ {9 U! L. G. M8 c
太阳能、风电只 ...

/ _  x* u- l; E/ o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 11:409 ^4 ^- l5 E( B) {8 I: A
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 ...
/ B4 ~+ J! I8 e. N; \6 k5 _
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 13:149 J0 i) L; ]6 G( g$ s- C
最根本的区别就是,开环是内燃机,闭环是外燃机。
8 w8 v1 ]5 R: L* r1 W
7 z4 g6 M2 Q) s/ B* S开环燃气轮机就是空气压缩以后,注入燃料,燃烧,依靠 ...

) _: b2 @& s  [' i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, P8 x* r8 A* o) {% b
乌拉圭奥地利核电也非法,估计水电资源都挺丰富的
, X" o7 }' C! e1 y- U
没错,漏掉了这两个。

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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/ }. P; F# x5 J2 q" Z
巴基斯坦在建核电站, 兔子帮着建的;
3 D& H* m! p: {+ T2 T
+ U6 z' }) x( N% G芬兰也要上核电站了, 北极熊的反应堆 ...

6 a2 r% e0 }- D2 v9 N( 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?2 W" g- G- E, W. Q$ C- g- c
& J1 g2 N3 y( L+ a
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 22:570 y1 s2 K( g) k( U
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 ...
7 ]" p, n( E3 n/ B2 O
“用命令而不是设备的真实状态做逻辑”
8 J) B/ e7 F0 i1 l9 v9 r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 k/ {2 N7 L: v. t, G( u
% C" F# ^. e3 I2 m# E: K/ y+ E
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& z: v' z' A5 |  F) J. ~% a
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。
/ w$ C8 {% Y' Y- z- a1 l( I2 t% E5 F
" `% l. Z. j, z) ?那个命令做逻辑真不是once thr ...
. Z+ w" F; y5 s
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
7 s4 T. B$ w+ B2 @
马鹿 发表于 2015-3-1 10:16, ]7 H6 t- M+ J/ Y
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 ...

; b5 R  j2 B1 R4 y. l0 \: E0 u4 u6 W
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。
$ }. u9 Q1 Y( r# H- Y, H) U7 k. Q1 ~- |" I3 R3 d' l
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
/ W: @3 C* S9 J
马鹿 发表于 2015-3-1 10:40
8 t& p2 v' V# ?# M; X+ ?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。+ ^7 C/ m9 v) M& f( f2 _4 p+ {8 \; U

3 i1 V& \' \0 b你说这种我猜测是PID 在 ...

9 m, p5 {4 o5 A2 Z. M. c6 s
, s1 x( e4 j1 U2 Y! _% R7 h( b" @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。
" g/ N/ M1 G6 v0 r* T4 y
; \1 h( Y; t# M! C, \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。$ n# e. ^6 B: r& K: e1 w

& g0 ?8 |- _2 G2 [  }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, C' `& v/ ^  C7 m' g5 w
感觉是你们在用两套控制系统分别对应两种情况。2 t4 X; L3 s! S' @  `
DCS是用于正常状态,或者非紧急状态,优先级较低。3 d3 c1 t1 K1 ~' T3 C
PLC用 ...

1 k2 O; E% z9 B1 f' Y1 M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  E8 U, _+ b2 g. n* q6 h6 j3 L3 s3 C
我们这里叫生产系统和关断系统
  R6 C7 O2 w7 k) n/ G" T' `7 q& q: e, \5 w( a1 {' {/ x) q
关断还要区分一级至四级关断

5 k& o2 J3 f- ^" d+ Q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
6 L5 A4 \* r: |$ `$ ?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 ...

. @/ ~+ z3 |8 g: w$ W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 09:321 ]* U0 {/ y; u4 Y7 H
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 ...
9 F% n, L# k+ o; @
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
" K8 W# @; k- C% \% n/ V: @難道不能魚和熊掌兼得?
. _/ i! q9 F* k2 u" y5 i5 i/ V" F
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
6 n, z, _5 t/ |# _: m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?
3 Q  k0 ^0 D9 M0 V  k
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  L# `, `- @% v
那就是强大、工程师、美丽、淑女全部都是恰当的形容词。9 }! p1 E! n- M+ N9 ]/ s( n- L
. ]" p" e0 i. }& {
@马鹿

- {4 b) V# g8 g- J5 z9 v本来就是这样嘛。你才知道啊?

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