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核电站工作原理及要点

核电站的结构

它是以核反应堆来代替火电站的锅炉,以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量,来加热水使之变成蒸汽。蒸汽通过管路进入汽轮机,推动汽轮发电机发电。一般说来,核电站的汽轮发电机及电器设备与普通火电站大同小异,其奥妙主要在于核反应堆。

核电站除了关键设备——核反应堆外,还有许多与之配合的重要设备。以压水堆核电站为例,它们是主泵,稳压器,蒸汽发生器,安全壳,汽轮发电机和危急冷却系统等。它们在核电站中有各自的特殊功能。

主泵如果把反应堆中的冷却剂比做人体血液的话,那主泵则是心脏。它的功用是把冷却剂送进堆内,然后流过蒸汽发生器,以保证裂变反应产生的热量及时传递出来。

稳压器又称压力平衡器,是用来控制反应堆系统压力变化的设备。在正常运行时,起保持压力的作用;在发生事故时,提供超压保护。稳压器里设有加热器和喷淋系统,当反应堆里压力过高时,喷洒冷水降压;当堆内压力太低时,加热器自动通电加热使水蒸发以增加压力。

蒸汽发生器它的作用是把通过反应堆的冷却剂的热量传给二次回路水,并使之变成蒸汽,再通入汽轮发电机的汽缸作功。

安全壳用来控制和限制放射性物质从反应堆扩散出去,以保护公众免遭放射性物质的伤害。万一发生罕见的反应堆一回路水外逸的失水事故时,安全壳是防止裂变产物释放到周围的最后一道屏障。安全壳一般是内衬钢板的预应力混凝土厚壁容器。

汽轮机核电站用的汽轮发电机在构造上与常规火电站用的大同小异,所不同的是由于蒸汽压力和温度都较低,所以同等功率机组的汽轮机体积比常规火电站的大。

危急冷却系统为了应付核电站一回路主管道破裂的极端失水事故的发生,近代核电站都设有危急冷却系统。它是由注射系统和安全壳喷淋系统组成。一旦接到极端失水事故的信号后,安全注射系统向反应堆内注射高压含硼水,喷淋系统向安全壳喷水和化学药剂。便可缓解事故后果,限制事故蔓延。

注:

核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化。只有一些质量非常大的原子核像铀(yóu)、钍(tǔ)等才能发生核裂变。这些原子的原子核在吸收一个中子以后会分裂成两个或更多个质量较小的原子核,同时放出二个到三个中子和很大的能量,又能使别的原子核接着发生核裂变……,使过程持续进行下去,这种过程称作链式反应。原子核在发生核裂变时,释放出巨大的能量称为原子核能,俗称原子能。1克铀-235完全发生核裂变后放出的能量相当于燃烧2.5吨煤所产生的能量。

核电站

核电站就是利用一座或若干座动力反应堆所产生的热能来发电或发电兼供热的动力设施。反应堆是核电站的关键设备,链式裂变反应就在其中进行。目前世界上核电站常用的反应堆有压水堆、沸水堆、重水堆和改进型气冷堆以及快堆等。但用的最广泛的是压水反应堆。压水反应堆是以普通水作冷却剂和慢化剂,它是从军用堆基础上发展起来的最成熟、最成功的动力堆堆型。

核电站工作原理

核电厂用的燃料是铀。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,蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转,电就源源不断地产生出来,并通过电网送到四面八方。

压水堆核电站

以压水堆为热源的核电站。它主要由核岛和常规岛组成。压水堆核电站核岛中的四大部件是蒸汽发生器、稳压器、主泵和堆芯。在核岛中的系统设备主要有压水堆本体,一回路系统,

以及为支持一回路系统正常运行和保证反应堆安全而设置的辅助系统。常规岛主要包括汽轮机组及二回等系统,其形式与常规火电厂类似。

沸水堆核电站

以沸水堆为热源的核电站。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。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。它们都需使用低富集铀作燃料。

沸水堆核电站系统有:主系统(包括反应堆);蒸汽给水系统;反应堆辅助系统等。

重水堆核电站

以重水堆为热源的核电站。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,重水堆分压力容器式和压力管式两类。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重水堆核电站。

快堆核电站

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。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。目前,世界上已商业运行的核电站堆型,如压水堆、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-239等易裂变材料,它对铀资源的利用率也只有1%—2%,但在快堆中,铀-238原则上都能转换成钚-239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60%—70%。

世界上目前建造核电站情况

到2007年中期,世界上共有439座发电用核反应堆在运行,正在建造的发电反应堆有30座。目前世界上有30多个国家和地区有核电厂发电,核发电量占世界总发电量的17%,其中有十几个国国家和地区核电发电量超过各种的总发电量的四分之一,有的国家超过70%。我国目前已经投运的核电机组有11台,总装机容量910万千瓦。2008年,核电占全国电力装机总容量的1.3%,核电年发电量683.94亿千瓦小时,占全国总发电量的2%左右。

核电站在设计上所采取的安全措施

为了确保压水反应堆核电厂的安全,从设计上采取了所能想到的最严密的纵深防御措施。

四重屏障:为防止放射性物质外逸设置了四道屏障:

裂变产生的放射性物质90%滞留于燃料芯块中;密封的燃料包壳;坚固的压力容器和密闭的回路系统;能承受内压的安全壳。多重保护:在出现可能危及设备和人身的情况时,进行正常停堆;因任何原因未能正常停堆时,控制棒自动落入堆内,实行自动紧急停堆;如任何原因控制棒未能插入,高浓度硼酸水自动喷入堆内,实现自动紧急停堆。

核电厂在管理方面采取的安全措施

核电厂有着严密的质量保证体系,对选址、设计、建造、调试和运行等各个阶段的每一项具体活动都有单项的质量保证大纲。

另外,还实行内部和外部监查制度,监督检查质量保证大纲的实施情况和是否起到应有的作用。另外对参加核电厂工作的人员的选择、培训、考核和任命有着严格的规定。领取操纵员执照,然后才能上岗,还要进行定期考核,不合格者将被取消上岗资格。

核电厂发生自然灾害时,它能安全停闭

在核电厂设计中,始终把安全放在第一位,在设计上考虑了当地可能出现的最严重的地震、海啸、热带风暴、洪水等自然灾害,即使发生了最严重的自然灾害,反应堆也能安全停闭,不会对当地居民和自然环境造成危害。

在核电厂设计中甚至还考虑了厂区附近的堤坝坍塌、飞机附毁、交通事故和化工厂事故之

类的事件,例如一架喷气式飞机在厂区上空坠毁,而且碰巧落到反应堆建筑物上,设计要求这时反应堆还是安全的。

核电站的纵深防御措施

核电站的设计、建造和运行,采用了纵深防御的原则,从设备上和措施上提供多层次的重叠保护,确保放射性物质能有效地包容起来不发生泄漏。纵深防御包括以下五道防线:第一道防线:精心设计,精心施工,确保核电站的设备精良。有严格的质量保证系统,建立周密的程序,严格的制度和必要的监督,加强对核电站工作人员的教育和培训,使人人关心安全,人人注意安全,防止发生故障。

第二道防线:加强运行管理和监督,及时正确处理不正常情况,排除故障。

第三道防线:设计提供的多层次的安全系统和保护系统,防止设备故障和人为差错酿成事故。

第四道防线:启用核电站安全系统,加强事故中的电站管理,防止事故扩大。

第五道防线:厂内外应急响应计划,努力减轻事故对居民的影响。

有了以上互相依赖相互支持的各道防线,核电站是非常安全的。

优点:

1.核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中,因此核能发电不会造成空气污染。

2.核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。

3.核能发电所使用的铀燃料,除了发电外,没有其他的用途。

4.核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍,故核能电厂所使用的燃料体积小,运输与储存都很方便,一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料,一航次的飞机就可以完成运送。

5.核能发电的成本中,燃料费用所占的比例较低,核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响,故发电成本较其他发电方法为稳定。

缺点:

1.核能电厂会产生高低阶放射性废料,或者是使用过之核燃料,虽然所占体积不大,但因具有放射线,故必须慎重处理,且需面对相当大的政治困扰。

2.核能发电厂热效率较低,因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境裏,故核能电厂的热污染较严重。

3.核能电厂投资成本太大,电力公司的财务风险较高。

4.核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。

5.兴建核电厂较易引发政治歧见纷争。

6.核电厂的反应器内有大量的放射性物质,如果在事故中释放到外界环境,会对生态及民众造成伤害。

核电站是利用原子核裂变所释放的的能量产生电能的发电站。

核电站一般分为两部分:

利用原子核裂变生产蒸汽的核岛(包括反应堆装置和一回路系统)和利用蒸汽发电的常规岛(包括汽轮发电机系统)。

核电站使用的燃料一般是放射性重金属:铀、钚。

现在使用最普遍的民用核电站大都是压水反应堆核电站,它的工作原理是:用铀制成的核燃料在反应堆内进行裂变并释放出大量热能;高压下的循环冷却水把热能带出,在蒸汽发生器内生成蒸汽,推动发电机旋转。

秦山核电站

浙江嘉兴的秦山核电站位于杭州湾畔,一期工程是中国第一座依靠自己的力量设计、建造和运营管理的30万千瓦压水堆核电站。1985年3月浇灌第一罐核岛底板混凝土,1991年12月首次并网发电,1994年4月设入商业运行,1995年7月通过国家验收。二期工程,是建设我国自主设计、自主建造、自主管理、自主运营的首座2× 60万千瓦商用压水堆核电站,于1996年6月2日开工,经过近6年的建设,第一台机组于2002年4月15日比计划提前47天投入商业运行。秦山三期(重水堆)核电站采用加拿大成熟的坎杜6重水堆核电技术,建造两台70万千瓦级核电机组。1号机组于2002年11月19日首次并网发电,并于2002年12月31日投入商业运行。2号机组于2003年6月12日首次并网发电,并于2003年7月24日投入商业运行。

大亚湾核电站

广东深圳的大亚湾核电站1987年8月7日工程正式开工,1994年2月1日和5月6日两台单机容量为984MWe压水堆反应堆机组先后投入商业营运。

田湾核电站

田湾核电站位于江苏省连云港市连云区田湾,厂区按4台百万千瓦级核电机组规划,并留有再建2至4台的余地。一期建设2台单机容量106万千瓦的俄罗斯AES-91型压水堆核电机组,设计寿命40年,年平均负荷因子不低于80%,年发电量为140亿千瓦时。工程于1999年10月20日正式开工,单台机组的建设工期为62个月,分别于2004年和2005年建成投产。

岭澳核电站

岭澳核电站一期工程于1997年5月开工建设。它位于广东大亚湾西海岸大鹏半岛东南侧。岭澳核电站是“九五”期间我国开工建设的基本建设项目中最大的能源项目之一。岭澳核电站(一期)拥有两台百万千瓦级压水堆核电机组,2003年1月全面建成投入商业运行,2004年7月16日通过国家竣工验收。目前正展开二期工程建设。

我国首个在海岛上建设核电站2008年2月18日正式动工被正式列入《国家核电中长期发展规划(2005—2020年)》中的福建宁德核电站2月18日正式动工。

项目位于福建省宁德市辖福鼎市秦屿镇的备湾村,濒临东海,南距福州143公里,北距温州113公里,是我国第一个在海岛上建设的核电站。

据介绍,宁德核电站一期四台百万千瓦级机组工程总投资为512亿元,是福建省有史以来最大的能源投资项目,由广东核电投资有限公司、大唐国际发电股份有限公司、福建煤炭工业(集团)有限责任公司共同投资建设。一期四台机组定位为核电第二代加改进,综合国产化率达到75%,具有国际同类型在役核电站的先进水平。

今年2月开工建设一、二号机组,一号机组2012年投产,二号机组2013年投产;计划三号机组2014年投产,四号机组2015年投产。

我国在建和规划中的核电站

1、2004年,经10多年筹备的广东的阳江核电站项目也有望在年底通过国家核准,这个规划投资达80亿美元、规划建设6台百万千瓦级机组的全国最大核电项目一期工程将于2006年正式动工。

2、2004年7月,位于浙江南部的三门核电站一期工程建设获得国务院批准。这是继中国第一座自行设计、建造的核电站——秦山核电站之后,获准在浙江省境内建设的第二座核电站。三门核电站总占地面积740万立方米,可分别安装6台100万千瓦核电机组。全面建成后,装机总容量将达到1200万千瓦以上,超过三峡电站总装机容量。一期工程总投资250亿元,将首先建设两台目前国内最先进的100万千瓦级压水堆技术机组。三门核电站最快将在2010年前后发挥作用。

3、2004年11月5日,辽宁核电瓦房店市东岗镇温坨子的一片工地上礼炮轰鸣。

随着专用道路工程的竣工,辽宁省第一座核电厂——辽宁红沿河核电厂的前期工程完成了“第一战役”。其中,一期工程计划投资260亿元,规划建设2台百万千瓦级核电机组。一期工程竣工投产后,年发电量可满足两个中等城市一年的用电需求。工程建设工期为6年。

4、江西省计划投资人民币400亿元建造一座发电能力约为400万千瓦的核电厂。根据规划,核电厂将建于九江市东部、长江南岸的彭泽县境内,该项目将于2008年开工。

5、四川重庆争建核电站(2003-9-18)

重庆市将在涪陵建设一座总装机容量为180万千瓦的核电站。而重庆市和四川省均已向国家有关部门提交了核电站的立项报告,双方都想让内陆首座核电站落户本地区。不过,结果尚未揭晓。

重庆市规划中的核电站将选址涪陵区白涛镇重庆建峰化工总厂(原816厂),初步规划总投资200亿元,年发电量达85亿千瓦小时。如果审批手续顺利,将于2007年动工建设,2013年首台机组并网发电,项目业主为中国电力投资集团。

来自四川方面的消息也称,建设核电站的优势包括:四川有丰富的铀矿资源;宜宾核燃料厂是我国惟一的核电站燃料组件生产基地;中国核动力研究院、西南电力设计院等科研单位都位于四川;

6,湖南省核电发展规划中的核电项目有望完成"破冰"之旅,目前,省政府已经委托湖南五凌水电开发有限责任公司就核电项目开展前期的研究规划选址等工作,岳阳的华容县和常德的桃源县有望成为规划中的核电站厂址。桃江核电站拟建的核电项目规划装机600万千瓦,一期装机200万千瓦,目前已完成水文等8个外围专题的合同谈判。预计明年可完成初步可行性研究工作,上报项目建议书。

7、2005年在中国最大的电力公司华能牵头组建下,一个合资能源企业集团已在山东的威海选定一座195兆瓦气冷式核电站的建造地点,这将是全球首个投入商业运营的“球床”核反应堆。烟台海阳核电厂位于胶东半岛上的海阳市东南部,总投资600亿元人民币,分三期实施,一期将建设2台100万千瓦级核电机组。该项目可行性研究报告显示,海阳核电站厂的规划容量为600万千瓦级核电机组,并留有扩建条件,拟于2010年开始发电。据相关资料显示,海阳核电站建成之后将成为迄今为止我国最大的核能发电项目。乳山核电站

8、浙西核电站,正在选址浙西的龙游、兰溪、建德等地。目前龙游可能比较大,浙西核电站是由中国核工业集团公司和浙江省能源集团有限公司投资建设的项目,规划建设4台100万千瓦级核电机组规模,一期工程拟建设2台100万千瓦级核电机组,全部建成后将成为浙江省继秦山、三门后第三大核电站。近日,浙西核电站项目初步可行性研究报告审查会在杭州召开。来自国家核安全局、中国民用航空华东地区管理局、水利部太湖流域管理局、国家环保总局核与辐射安全中心、国家电力规划设计总院、中国核工业集团公司、浙江省政府相关部门、华东电网有限公司、上海核工程研究设计院及相关单位的代表共120余人参加了审查,与会专家对初步可行性研究报告评审后,推荐龙游团石为该核电项目的优选厂址,建德市洋尾为备选厂址。

9、福建宁德核电站位于福建省宁德市辖福鼎市秦屿镇的备湾村,距福鼎市区南约32km,东临东海,北临晴川湾。规划建设六台百万千瓦级压水堆核电机组,一次规划,分期建设,一期工程拟采用中广核集团具有自主品牌的CPR1000技术,建设两台百万千瓦级压水堆核电机组。2006年9月1日,国家发展改革委同意宁德核电站一期工程开展前期工作。主体工程计划于2008年开工,两台机组预计于2013年左右建成投入商业运行。

宁德核电站的建设将进一步优化福建省能源结构,缓解福建省电力紧张局面,促进福建省经济、社会和环境可持续发展,为建设对外开放、协调发展、全面繁荣的海峡西岸经济区发挥积极作用。

核电站优点

1、核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中,因此核能发电不会造成空气污染。

2.、核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。

3.、核能发电所使用的铀燃料,除了发电外,没有其他的用途。

4、核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍,故核能电厂所使用的燃料体积小,运输与储存都很方便,一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料,一航次的飞机就可以完成运送。

5、核能发电的成本中,燃料费用所占的比例较低,核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响,故发电成本较其他发电方法为稳定。

核电站缺点

1、核能电厂会产生高低阶放射性废料,或者是使用过之核燃料,虽然所占体积不大,但因具有放射线,故必须慎重处理,且需面对相当大的政治困扰。

2、核能发电厂热效率较低,因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境裏,故核能电厂的热污染较严重。

3、核能电厂投资成本太大,电力公司的财务风险较高。

4、核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。

5、兴建核电厂较易引发政治歧见纷争。

6、核电厂的反应器内有大量的放射性物质,如果在事故中释放到外界环境,会对生态及民众造成伤害。

内陆核电厂发展情况

湖北大畈、湖南桃花江、江西彭泽作为中国首批内陆核电厂址,项目今年底或或明年初有望得到开展前期工作的批准文件,2011年可望浇注第一罐混凝土。

国家能源局负责人表示,中国内陆核电将采用以AP1000为主的三代核电技术,与此同时,全国所有新审批核电项目将实施向三代核电技术的过渡。

“内陆厂址采用AP1000三代技术的决策,不仅是对国家统一技术路线的果断落实,更是鉴于内陆核电站对安全、环保工作更为严格的要求。2013年之后,中国的内陆核电将进入批量化生产和建设阶段。”

这意味着,今后,中国新建核电站中采用二代技术的将越来越少,并将基本局限于沿海地区。

中国内陆AP1000技术的各项准备工作正加速推进。截至目前,中国内陆AP1000核电站已完成总体设计工作;超大型冷却塔设计工作于3月18日通过中国电力工程院审查。中国将在数年内全面完成世界最先进核电技术AP1000的消化、吸收和自主设计创新,形成具有自主知识产权的CAP1400核电技术,2017年可望建成示范机组。

如果按照中长期能源需求和结构来预测,到2030年全国核电装机将是亿千瓦级的,需要建成上百个百万级的核电机组。”

湖南桃花江核电有限公司成立于2008年5月21日,由中国核工业集团公司、华润电力工程服务有限公司、中国长江三峡工程开发总公司、湖南湘投控股集团有限公司共同出资组建,中国核工业集团公司控股。公司实行董事会领导下的总经理负责制,全面负责我国内陆首批核电项目——湖南桃花江核电项目的建设、运营和管理。

桃花江核电项目厂址位于湖南省益阳市桃江县沾溪乡荷叶山,资水右岸。这里地

质结构稳定,地震烈度低,居民稀少,是一个十分优越的内陆核电厂址。

桃花江核电项目于2006年5月开始启动,于2008年2月1日正式获得国家发展和改革委员会“同意开展前期工作”的批复,标志着项目前期工作取得了重要阶段性成果。

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