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核工程与核技术专业的前景浅析

2015-08-26 16:00:26来源:论文网浏览: 评论:0

  在福岛事故之后核能的安全性及核电的发展引起了社会上的普遍关注,我国的核电产业也经历停顿检查到重启的过程。从核能的利用前景和核电技术发展等角度综合分析核电发展的客观需要,明确三峡大学核专业发展迎合市场需求,是有较强发展潜力的专业学科。

  2012年2月教育部公布《教育部关于公布2011年度高等学校本科专业设置备案或审批结果的通知》,批准三峡大学核工程与核技术专业自2012年9月开始招生。自此,全国开设核类本科专业的高等院校达到了37所,开设核工程与核技术专业的有28所。后福岛时代中国核电的发展何去何从,核电专业发展面临怎样的挑战和机遇,这是值得进一步深入探讨的问题。

  一、发展核电的重要意义

  从1954年前苏联建成第一座核电站至今,人类利用核能的历史还不足60年。为应对全球气候变化和保持可持续发展,人们对发展核能的需求日益增加。传统能源常指煤、石油、天然气等,与之相比,核电无污染、碳排放几乎为零,利于减排和能源结构调整的实施,因此成为我国实现减排目标的必然选择。现提倡“低碳社会”,对环境保护来说核电的清洁性可以说优势明显。与传统能源相比,核电的另一优势是能耗少,1千克铀裂变时释放的能量相当于燃烧2500吨标准煤。核电有着传统能源无法比拟的巨大经济价值。一座100万千瓦的火电站每年耗煤300万~400万吨,而相同功率的核电站每年仅需铀燃料30~40吨,还能在很大程度上缓解交通紧张等问题。

  正如所有的稳态系统,人类发展必将走向一个可持续的能源结构,其中核能和可再生能源将占据相当大的比重。对全球能源结构预测,未来30年综合各类能源的原料成本、运行和维护成本以及收益将是三分之一的化石燃料发电、三分之一的可再生能源(风、太阳能、生物质、水电)和三分之一的核能发电。

  二、世界核电发展介绍

  1.核电技术

  自1954年前苏联建成世界上第一座核电站到目前,核电的发展历经近60年的历程。核电技术越来越先进,安全设施也愈加完备。根据反应堆所使用的慢化剂和冷却剂不同,目前各国所使用的核反应堆可归纳为轻水堆、重水堆、石墨堆和快堆等。其中轻水反应堆根据冷却剂的工作状态又分为压水堆和沸水堆。我国以浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站为代表的绝大多数核电所采用的核反应堆都是压水堆。大家熟知的美国三厘岛核电站也是压水堆,苏联切尔诺贝利核电站是石墨水冷堆,日本福岛核电站属于沸水反应堆。

  从时间上看核电的发展历程:20世纪50年代建造的原理型机组结构简单,功率小,安全设施薄弱,称为第一代核电站;20世纪60年代和70年代建造的商业运行机组功率大,安全设施完备,称为第二代核电站。目前世界上商业运行的400多座核电机组大部分是第二代核电机组;第三代核电技术的概念始于20世纪90年代,在第二代核电技术基础上增加了先进的设计理念和安全设施,又被称为先进型核电厂;进入21世纪后,从经济性、安全性、减少核废物和防止核扩散的角度出发,西方国家提出新一代核电厂研究开发计划,推出第四代核电厂潜在堆型,有超高温堆、气冷快堆、超临界水冷堆、钠冷快堆和熔盐堆等六种反应堆。第四代堆的安全性和经济性将更加优越,废物量极少,无需厂外应急,并具备固有的防止核扩散的能力。

  2.核电站建设

  根据国际原子能机构的统计,截至2010年10月底全球共有441台核电机组运行,总装机容量约为3.7亿千瓦,核电发电量占全球总发电量的16%,其中法国核电占全国发电总量的75.2%,日本为29.2%,美国为20.2%,中国核电比例只有2.57%,全世界有18个国家和地区核电发电量占总发电量的比例超过了20%。

  2011年3月,日本发生的福岛核事故几乎让全球核电行业陷入奄奄一息的状态之中。日本在灾后关闭了所有的核电站;德国、意大利、瑞士等国家宣布放弃发展核电;美国、英国、俄罗斯等国家表示不放弃发展核电;印度、韩国、印度尼西亚、菲律宾、马来西亚等国纷纷规划自己的新核电项目;部分无核国家包括捷克、白俄罗斯、阿联酋等也启动或开始建设一批核电站项目。国际原子能机构预测,全球有60多个国家计划发展核能,包括30个无核国家,今后20年全球的核能发电量将会提高一倍。[1]

  今年3月,在日本福岛核泄漏事故发生两年后,法国核能巨头阿海珐集团将重新向日本运送混合氧化物核燃料,接收核燃料表明日本政府或有意重启更多核反应堆。包括原本主张弃核的德国,在逐步发展新能源的同时却在吞噬着德国的自然环境。风能、太阳能、生物能源等的利用要以付出自然储备为代价,使其备受国内核能界的问责。

  在美国,五家新核电厂有望于2019年年底之前并网发电;英国正式批准建设英国近20年来第一座新核电站的计划,在2025年前在英国建设新一代核电站的计划。在全球范围内,70家核电厂已列入建设规划。种种迹象表明核行业正在重获增长的动力。

  3.国内核电发展现状

  日本福岛核电站事故之后,中国政府作出积极反应,全面组织核设施安全检查,抓紧编制核安全规划,调整完善核电长期发展中长期规划,并暂停审批核电项目。但中国发展核电的决心和安排不变。[2]目前国内在建机组24台,在建规模世界第一。至2012年12月28日福建宁德核电站一期1号机组首次并网发电,中国目前已运行的核电机组达到18台,核发电量占我国总发电量不足3%,这与核电占电力总量16%的世界平均水平相比仍有很大差距。

  只有最大限度地防范核安全风险,提高核电站的安全性和可靠性,我国核电产业才能实现持续、安全、高效发展。[3]目前我国运行的核电站均是二代改进型反应堆,核电技术水平和安全性显着提高;引进的三代核电技术在安全问题上具有更高的水准,中国未来发展核电的政策着力于第三代核电站的设计和建设。   最近国家核电技术公司宣布,全球第一台AP1000三代核电机组将于2014年10月份在我国浙江三门正式发电。目前三代核电设备供应链体系已形成,正在由设备国产化向设备自主化迈进,国家重大专项CAP1400设计研发取得新的重要进展,我国三代核电技术自主化工作取得积极进展。

  三、核专业人才培养

  核能产业的蓬勃发展离不开核电专业技术和相关辅助学科的发展,在各大高等院校核专业及相关专业的发展就是一面镜子。专业发展除了会受到该学科对应的科学发展的影响之外,还受到社会发展需要的影响以及国家的学科政策和大学的学术管理体系制度等等一系列外在因素影响。鉴于核电的特殊性,专业方向除了包括核电技术研发、统筹设计、设备制造、工程建设、人员培训、电站管理、核燃料生产和制造和乏燃料后处理等多方面问题外,还要考虑其经济性、安全性、防止核的扩散及环境保护等。

  纵观全国各大高校近年来开设核学科相关专业的高校越来越多,开设的专业有核科学与技术、核工程与核技术、核反应堆工程、核化工与核燃料循环、辐射防护与环境工程等。福岛事故之后,国际社会对核安全问题的重视程度不断提高,中国也高度重视核安全问题,不断提高自身核安全能力,确保核材料、核设施安全。小概率事件的严重事故,例如堆芯熔化事故,往往发生概率非常非常低。在福岛事故之前,包括国际上大部分核专家在内,认为低概率事故是不太可能发生的事件。通过福岛第一核电站堆芯熔化最后导致核泄漏事件的发生明确了低概率事故是可能发生的事件。所以严重事故的预防和缓解将是核科研中一个非常重要的研究方向,目前还没有设置该方面的专业。

  部分高校还成立了核工程与技术学院。特别地,清华大学专设核能与新能源技术研究院(简称“核研院”)。核研院不仅是科研基地,也是人才培养基地,是清华大学下属的最大研究实体,涉及自然、科学、技术、工程多个领域,并努力实现科技成果的产业化,致力于通过高水平的科技创新协助应对国家在能源、环境和资源领域所面临的挑战和发展。

  四、三峡大学核工程与核技术专业建设

  三峡大学是一所水电特色与优势比较明显的省属综合性大学,是国家水利部和湖北省共建高校。长期以来,学校积极进行学科调整以适应国家能源产业发展方向,在新能源学科方向目前已涉足太阳能、风能、生物质能等多个领域。“十二五”期间,根据国家新能源发展现状和发展趋势,学校计划组建水利与能源工程学科群,设立新能源关键技术(风电、太阳能光伏发电、生物质能发电、核电等)研究及利用研究方向。因此在符合学校专业发展规划和学科发展方向的前提下开办核工程与核技术专业,旨在培养适应我国核工业建设的需要、具有坚实的数理基础、具备热能与动力工程及核反应堆工程技术等专业知识、具有较强的实践能力和良好发展潜力的高级核工程与核技术专门人才。

  目前该专业下设两个培养方向:核反应堆工程、辐射防护与环境保护。课程体系设置分为三大板块,即学科平台课程、工科平台课程、专业方向课程。学科平台课程包括高等数学(含概率统计、线性代数)、大学物理(实验)、微机原理与技口技术、原子核物理学、核辐射物理与防护、核物理实验等课程。工科平台课程包括工程力学、电工学、机械制图、机械设计基础、自动控制原理、工程基础训练等课程。专业方向课程为专业核心课程,包括传热学、工程热力学、工程流体力学、核反应堆物理分析、核反应堆热工分析、核电厂系统与设备、核电站综合仿真实验、核反应堆热工水力综合实验。另外,还为该专业学生开设一系列专业选修课程,包括核反应堆安全分析、核反应堆的控制与保护、核电站运行、泵与阀门、汽轮机原理、专业英语、核放射化学、专业课程设计等课程。

  课程体系为人才培养方案服务,培养目标要求核工程与核技术专业学生不仅具备扎实的自然科学基础、专业工程技术理论知识,还要熟悉和掌握本专业领域中的热能与动力工程、核反应堆工程方向的专业知识,了解其学科前沿和发展趋势,并获得核工程的实践训练,使毕业生能胜任核电厂的运行、维护、管理及技术支持、辐射防护和核环境治理工作,也能胜任核电工程公司的技术咨询与管理、核电设备制造企业的技术开发工作以及国家相关规划部门、经济管理部门的规划管理等工作。

  “十二五”规划纲要明确提出“十二五”期间实现非化石能源占一次能源消费的11.4%,到2020年中国非化石能源将占一次能源的15%,其中核电不少于4%。根据中国发展核电产业、建设核电的需求,核工程方向技术人员的需求存在缺口。虽然福岛事故发生后,核专业招生和就业稍显遇冷,但是应对核电的复苏,人才储备特别是高层次的人才将推动另一波就业高潮。确定的“在确保安全的基础上高效发展核电”的方针同样给了核电专业发展的方向和目标,因此核工程与核技术专业迎合社会需求具有较强的发展潜力。

 

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