核电技术及其发展-2

1、2021-12-261核电技术及其发展（二）哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学核科学与技术学院核科学与技术学院 彭敏俊彭敏俊2008年8月2021-12-2622021-12-26No.32.1 发展核能发电的必要性发展核能发电的必要性 l能源需求矛盾能源需求矛盾l环境污染环境污染l可持续发展的需要可持续发展的需要2021-12-26No.4人类获取电能的方式人类获取电能的方式火力发电火力发电风力发电风力发电水力发电水力发电潮汐发电潮汐发电核能发电核能发电太阳能发电太阳能发电2021-12-26No.5我国能源消费结构我国能源消费结构2006年年2003年年2021-12-26No.6世界化石能源行

2、将用尽世界化石能源行将用尽 资源类型资源类型煤炭煤炭石油石油天然气天然气探明储量探明储量98421.1亿吨亿吨1661.48亿吨亿吨155.78万亿立方米万亿立方米统计截止日统计截止日期期2002年年1月月1日日2003年年1月月1日日2003年年1月月1日日可开采年限可开采年限21848672021-12-26No.7常规能源应用带来的污染常规能源应用带来的污染2021-12-26No.8核电是清洁的能源核电是清洁的能源 2021-12-26No.9核电站与常规电站对环境的污染比较核电站与常规电站对环境的污染比较 2021-12-26No.10核能是不可或缺的替代能源核能是不可或缺的替代能源

3、2021-12-26No.11核能发电的特点核能发电的特点l高能量密度高能量密度容量容量1000MW的电厂满功率运行的电厂满功率运行300天，压水堆核电厂天，压水堆核电厂消耗低浓缩铀消耗低浓缩铀2530吨，吨，燃煤火电厂消耗煤炭燃煤火电厂消耗煤炭310万吨左右。万吨左右。l堆内大量放射性物质堆内大量放射性物质l停堆后停堆后有衰变热有衰变热2021-12-26No.12核能核能可持续发展可持续发展，安全性高安全性高2021-12-26No.132.2 核能发电的原理核能发电的原理l核能开发的本质问题是可控的将核裂变或聚变产生的能核能开发的本质问题是可控的将核裂变或聚变产生的能量转变为热能，进而转

4、化为电能等其它形式量转变为热能，进而转化为电能等其它形式的能量。的能量。与与化石燃料能源的直观比较是将燃烧锅炉等化学能装换设化石燃料能源的直观比较是将燃烧锅炉等化学能装换设施换成了反应堆或聚变装置。施换成了反应堆或聚变装置。2021-12-26No.14核能发电与常规火力发电的区别核能发电与常规火力发电的区别2021-12-26No.152.2.1 不同堆型核电站的比较不同堆型核电站的比较l压水堆压水堆核电站：慢化剂核电站：慢化剂轻水，冷却剂轻水，冷却剂轻水轻水l沸水堆沸水堆核电站：慢化剂核电站：慢化剂轻水，冷却剂轻水，冷却剂轻水轻水l重水堆重水堆核电站：慢化剂核电站：慢化剂重水，冷却剂重水，

5、冷却剂重水或轻水重水或轻水l石墨水冷堆石墨水冷堆核电站：慢化剂核电站：慢化剂石墨，冷却剂石墨，冷却剂轻水轻水l石墨气冷堆石墨气冷堆核电站：慢化剂核电站：慢化剂石墨，冷却剂石墨，冷却剂CO2 或或Hel高温气冷堆高温气冷堆核电站：慢化剂核电站：慢化剂石墨，冷却剂石墨，冷却剂CO2 或或Hel液态金属冷却快中子堆液态金属冷却快中子堆核电站：冷却剂核电站：冷却剂液态金属（钠、液态金属（钠、钠钠-钾合金、铅钾合金、铅-铋合金）铋合金）2021-12-26No.16A.压水堆压水堆核电站核电站l压水堆是核电站中使用最多的堆型，技术成熟，安全性好，压水堆是核电站中使用最多的堆型，技术成熟，安全性好，易于控

6、制易于控制l压水堆使用轻水作为慢化剂和冷却剂，运行过程中以高压压水堆使用轻水作为慢化剂和冷却剂，运行过程中以高压保持流经堆芯的水为液相保持流经堆芯的水为液相l使用使用UO2陶瓷燃料，陶瓷燃料，U-235富集度为富集度为34%左右左右l采用控制棒和硼酸控制反应性采用控制棒和硼酸控制反应性l反应堆运行压力为反应堆运行压力为15.5MPa左右，反应堆冷却剂平均温度左右，反应堆冷却剂平均温度为为300330左右，蒸汽压力为左右，蒸汽压力为57MPal核电站热效率为核电站热效率为31%34%左右左右2021-12-26No.17B.沸水堆核电站沸水堆核电站l以沸水堆为热源的核电站。以沸水堆为热源的核电站

7、。l沸水堆是以沸腾轻水为慢化剂和冷却剂，并在反应堆压力沸水堆是以沸腾轻水为慢化剂和冷却剂，并在反应堆压力容器内直接产生饱和蒸汽的动力堆。容器内直接产生饱和蒸汽的动力堆。l沸水堆与压水堆同属轻水堆，都具有结构紧凑、安全可靠沸水堆与压水堆同属轻水堆，都具有结构紧凑、安全可靠、建造费用低和负荷跟随能力强等优点。它们都需使用低、建造费用低和负荷跟随能力强等优点。它们都需使用低富集铀作燃料。富集铀作燃料。l沸水堆核电站系统有：主系统沸水堆核电站系统有：主系统、蒸汽系统、给水系统、反蒸汽系统、给水系统、反应堆辅助系统等。应堆辅助系统等。2021-12-26No.18B-1.沸水堆的特点沸水堆的特点l不需要

8、专门的蒸汽发生器，不需要专门的蒸汽发生器，运行参数较压水堆低运行参数较压水堆低; ;l具有很强的自然循环能力，具有很强的自然循环能力，可达可达4050%FP，甚至，甚至100%FP;l反应堆压力容器底部有较反应堆压力容器底部有较大数量的孔洞大数量的孔洞; ;（控制棒）（控制棒）l具有强烈的空泡负反馈，具有强烈的空泡负反馈，对丧失热阱非常敏感。对丧失热阱非常敏感。2021-12-26No.19B-2.沸水堆核电站强迫循环直接回路沸水堆核电站强迫循环直接回路2021-12-26No.20C.重水堆核电站重水堆核电站l以重水堆为热源的核电站。以重水堆为热源的核电站。l重水堆是以重水作慢化剂的反应堆，

9、可以直接利用天然铀重水堆是以重水作慢化剂的反应堆，可以直接利用天然铀作为核燃料。重水堆可用轻水或重水作冷却剂，重水堆分作为核燃料。重水堆可用轻水或重水作冷却剂，重水堆分压力容器式和压力管式两类。压力容器式和压力管式两类。l重水堆核电站是发展较早的核电站，有各种类别，但已实重水堆核电站是发展较早的核电站，有各种类别，但已实现工业规模推广的只有加拿大发展起来的坎杜型压力管式现工业规模推广的只有加拿大发展起来的坎杜型压力管式重水堆核电站。重水堆核电站。2021-12-26No.21C-1.重水堆的核蒸汽供应系统重水堆的核蒸汽供应系统2021-12-26No.22D.快堆核电站快堆核电站l由快中子引起

10、链式裂变反应所释放出来的热能转换为电由快中子引起链式裂变反应所释放出来的热能转换为电能的核电站。能的核电站。l快堆在运行中既消耗裂变材料，又生产新裂变材料，而快堆在运行中既消耗裂变材料，又生产新裂变材料，而且所产可多于所耗，能实现核裂变材料的增殖。且所产可多于所耗，能实现核裂变材料的增殖。l压水堆、沸水堆、重水堆、石墨气冷堆等都是非增殖堆压水堆、沸水堆、重水堆、石墨气冷堆等都是非增殖堆型，主要利用核裂变燃料，即使再利用转换出来的钚型，主要利用核裂变燃料，即使再利用转换出来的钚-239等易裂变材料，对铀资源的利用率只有等易裂变材料，对铀资源的利用率只有12；l在快堆中，铀在快堆中，铀-238原则

11、上都能转换成钚原则上都能转换成钚-239而得以使用，而得以使用，但考虑到各种损耗，快堆可将铀资源的利用率提高到但考虑到各种损耗，快堆可将铀资源的利用率提高到6070。2021-12-26No.23D-1.回路式快堆系统回路式快堆系统2021-12-26No.24D-2.池式快堆系统池式快堆系统2021-12-26No.252.2.2 压水堆核电站原理压水堆核电站原理2021-12-26No.26A.核电站能量转换过程核电站能量转换过程核裂变能核裂变能热能热能机械能机械能电能电能反应堆冷却剂系统汽轮机组发电机组2021-12-26No.27B.压水堆核电站系统组成压水堆核电站系统组成PWR核电站

12、核电站核岛核岛常规岛常规岛电站配套设施电站配套设施反应堆冷却剂系统反应堆冷却剂系统专设安全系统专设安全系统核辅助系统核辅助系统三废处理系统三废处理系统汽轮机回路汽轮机回路循环冷却水系统循环冷却水系统电气系统电气系统2021-12-26No.28a.专设安全系统专设安全系统专设安全系统专设安全系统安全注入系统安全注入系统安全壳喷淋系统安全壳喷淋系统辅助给水系统辅助给水系统安全壳隔离系统安全壳隔离系统反应堆发生失水事故时自动反应堆发生失水事故时自动投入，阻止事故的进一步扩投入，阻止事故的进一步扩大，保护反应堆不烧毁，同大，保护反应堆不烧毁，同时防止放射性物质向大气环时防止放射性物质向大气环境扩散。

13、境扩散。2021-12-26No.29b.核辅助系统核辅助系统核辅助系统核辅助系统化学和容积控制系统化学和容积控制系统硼和水补给系统硼和水补给系统余热排出系统余热排出系统反应堆和乏燃料水池冷却和处理系统反应堆和乏燃料水池冷却和处理系统设备冷却水系统设备冷却水系统保证反应堆和一回路正常保证反应堆和一回路正常启动、运行和停堆。启动、运行和停堆。2021-12-26No.30c.三废处理系统三废处理系统三废处理系统三废处理系统废液处理系统废液处理系统废气处理系统废气处理系统固体废物处理系统固体废物处理系统回收和处理放射性废物以保护回收和处理放射性废物以保护和监视环境。和监视环境。2021-12-26

14、No.31常规岛系统常规岛系统l汽轮机回路汽轮机回路 通过汽水循环通过汽水循环, ,将蒸汽的热能转换为机械能将蒸汽的热能转换为机械能, ,最后最后在发电机内转换为电能在发电机内转换为电能l循环冷却水系统循环冷却水系统 为蒸汽循环提供冷源为蒸汽循环提供冷源l电气系统电气系统 完成电能的产生和输出完成电能的产生和输出2021-12-26No.32a.汽轮机回路汽轮机回路l主蒸汽系统主蒸汽系统l汽轮机旁路排放系统汽轮机旁路排放系统l汽水分离再热器系统汽水分离再热器系统l汽轮机轴封系统汽轮机轴封系统l汽轮机蒸汽和疏水系统汽轮机蒸汽和疏水系统l蒸汽转换器系统蒸汽转换器系统l辅助蒸汽分配系统辅助蒸汽分配系

15、统l凝结水抽取系统凝结水抽取系统l低压给水加热器系统低压给水加热器系统l给水除氧器系统给水除氧器系统l主给水泵系统主给水泵系统l高压给水加热器系统高压给水加热器系统l主给水流量控制系统主给水流量控制系统l汽轮机调节油系统汽轮机调节油系统l汽轮机保护系统汽轮机保护系统l汽轮机排汽口喷淋系统汽轮机排汽口喷淋系统l蒸汽发生器排污系统蒸汽发生器排污系统l冷凝器真空系统冷凝器真空系统2021-12-26No.33b.循环冷却水系统循环冷却水系统l循环水系统及循环水过滤系统循环水系统及循环水过滤系统l循环水处理系统循环水处理系统l辅助冷却水系统辅助冷却水系统l常规岛闭路冷却水系统常规岛闭路冷却水系统202

16、1-12-26No.34c.电气系统电气系统l发电机及其辅助系统发电机及其辅助系统l输配电及保护系统输配电及保护系统l厂用电系统厂用电系统2021-12-26No.35电厂配套设施电厂配套设施l核岛和常规岛以外的配套建筑物、构筑物及其设施的统称核岛和常规岛以外的配套建筑物、构筑物及其设施的统称l辅助核厂房：辅助核厂房：废物处理辅助厂房等废物处理辅助厂房等l生产辅助厂房：生产辅助厂房：机加工车间、仪修车间、除盐水厂房机加工车间、仪修车间、除盐水厂房l厂前区建筑物：厂前区建筑物：厂区警卫室、办公楼、食堂等厂区警卫室、办公楼、食堂等l厂区附近建筑物：厂区附近建筑物：淡水厂、厂区污水处理站等淡水厂、厂

17、区污水处理站等l厂区工程设施：厂区工程设施：厂区道路、停车场、室外管线和管沟厂区道路、停车场、室外管线和管沟l厂外工程设施：厂外工程设施：淡水取水泵房、淡水输水管线等淡水取水泵房、淡水输水管线等l环境监测工程设施：环境监测工程设施：气象站、辐射监测站等气象站、辐射监测站等l生活区及其他有关建筑项目生活区及其他有关建筑项目2021-12-26No.36大亚湾核电站厂房布置大亚湾核电站厂房布置2021-12-26No.37核电站主要厂房核电站主要厂房2021-12-26No.38A.核岛主要厂房核岛主要厂房核岛主要厂房核岛主要厂房燃料厂房燃料厂房核辅助厂房核辅助厂房电气厂房电气厂房反应堆厂房反应堆厂房布置一回路系统设备、布置一回路系统设备、部分专设安全系统、核部分专设安全系统、核辅助系统辅助系统布置乏燃料水池，厂房布置乏燃料水池，厂房背面紧邻换料水箱背面紧邻换料水箱布置核辅助系统、废物布置核辅助系统、废物处理系统、部分专设安处理系统、部分专设安全系统设备全系统设备布置主控室、