核電及其主要堆型介紹

1、核電及其主要堆型介紹 蘇州熱工研究院 陳連發(fā) 第一章第一章 世界核電發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀世界核電發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀 第一節(jié) 核裂變的發(fā)現(xiàn)和核電的早期開發(fā) 第二節(jié)第二節(jié) 世界主要核電國家核電發(fā)展概況世界主要核電國家核電發(fā)展概況 1.2.1 1.2.1 美國美國 雖然美國近雖然美國近2020年來核電發(fā)展基本處于停頓狀態(tài)，但一直沒年來核電發(fā)展基本處于停頓狀態(tài)，但一直沒 有停止核電新堆型和新技術(shù)的研究，仍然在核電發(fā)展中起有停止核電新堆型和新技術(shù)的研究，仍然在核電發(fā)展中起 著重要的作用。這段時期美國主要致力于以下方面工作：著重要的作用。這段時期美國主要致力于以下方面工作： q 20 20世紀(jì)世紀(jì)7070年代中

2、期以來，提出并不斷完善核電廠概率安全評價（年代中期以來，提出并不斷完善核電廠概率安全評價（PSAPSA） 方法，并將風(fēng)險(xiǎn)研究引入核安全和核設(shè)計(jì)的諸多領(lǐng)域。方法，并將風(fēng)險(xiǎn)研究引入核安全和核設(shè)計(jì)的諸多領(lǐng)域。 q 1983 1983年，美國電力研究所（年，美國電力研究所（EPRIEPRI）在美國核管會（）在美國核管會（NRCNRC）支持下，制）支持下，制 訂了一個被供應(yīng)商、投資方、業(yè)主、核安全管理當(dāng)局、用戶和公眾都能訂了一個被供應(yīng)商、投資方、業(yè)主、核安全管理當(dāng)局、用戶和公眾都能 接受的適用于第三代先進(jìn)輕水堆的接受的適用于第三代先進(jìn)輕水堆的“用戶要求文件（用戶要求文件（URDURD）”。 q 美國美國

3、ABB-CEABB-CE公司、公司、GEGE公司和西屋公司根據(jù)公司和西屋公司根據(jù)URDURD要求先后完成了新一代要求先后完成了新一代 核電廠系統(tǒng)核電廠系統(tǒng)8080 、 、ABWRABWR、AP600AP600和和AP1000AP1000等的開發(fā)和設(shè)計(jì)，其中等的開發(fā)和設(shè)計(jì)，其中2 2臺臺ABWRABWR機(jī)機(jī) 組已在日本成功運(yùn)行，而組已在日本成功運(yùn)行，而AP1000AP1000預(yù)計(jì)將成為第三代預(yù)計(jì)將成為第三代PWRPWR最具競爭力的堆型最具競爭力的堆型 之一。之一。 提出了提出了2121世紀(jì)世紀(jì)20203030年代將采用的第四代核電廠的概念、目標(biāo)和發(fā)展年代將采用的第四代核電廠的概念、目標(biāo)和發(fā)展 堆

4、型。堆型。 進(jìn)入進(jìn)入2121世紀(jì)以來，美國開始了全面復(fù)興核電的政世紀(jì)以來，美國開始了全面復(fù)興核電的政 策，主要措施有：策，主要措施有： 正在營運(yùn)的核電廠挖潛，包括延長運(yùn)行壽期（從正在營運(yùn)的核電廠挖潛，包括延長運(yùn)行壽期（從4040年年 延至延至6060年），提高核電廠可用率，提高電廠出力，對儀控年），提高核電廠可用率，提高電廠出力，對儀控 和保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化改造等。和保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化改造等。 準(zhǔn)備接受新建造核電廠的申請。準(zhǔn)備接受新建造核電廠的申請。 加快對第二代核電廠的改進(jìn)、第三代核電廠的審批和加快對第二代核電廠的改進(jìn)、第三代核電廠的審批和 推廣并積極啟動第四代核電廠的實(shí)質(zhì)性研究。推廣并積極

5、啟動第四代核電廠的實(shí)質(zhì)性研究。 1.2.2 1.2.2 前蘇聯(lián)（俄羅斯）前蘇聯(lián)（俄羅斯） 1.2.3 1.2.3 英國英國 1.2.4 1.2.4 法國法國 法國核電發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)是成功的，從中我們可以得法國核電發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)是成功的，從中我們可以得 到很多啟迪，如到很多啟迪，如 正確選擇合適的發(fā)展堆型，一旦確定堆型路線后就堅(jiān)持走下去不動搖。正確選擇合適的發(fā)展堆型，一旦確定堆型路線后就堅(jiān)持走下去不動搖。 不排斥引進(jìn)國外成功的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，但引進(jìn)的目的是為了實(shí)現(xiàn)自不排斥引進(jìn)國外成功的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，但引進(jìn)的目的是為了實(shí)現(xiàn)自 己自主、持續(xù)的發(fā)展己自主、持續(xù)的發(fā)展 q在消化了美國經(jīng)驗(yàn)后，盡快獨(dú)立承擔(dān)設(shè)計(jì)、建造和制

6、造任務(wù)，并不斷在消化了美國經(jīng)驗(yàn)后，盡快獨(dú)立承擔(dān)設(shè)計(jì)、建造和制造任務(wù)，并不斷 開發(fā)自己新的堆型。開發(fā)自己新的堆型。 q法國從第法國從第2 2臺與比利時合作的臺與比利時合作的PWRPWR機(jī)組建造起，就承擔(dān)機(jī)組建造起，就承擔(dān) 了大部分建造了大部分建造 和制造的任務(wù)。和制造的任務(wù)。 標(biāo)準(zhǔn)化、批量化是法國核電成功的重要經(jīng)驗(yàn)。有了批量訂單，設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化、批量化是法國核電成功的重要經(jīng)驗(yàn)。有了批量訂單，設(shè)備 制造就有長期發(fā)展目標(biāo)和相應(yīng)的開發(fā)投入，而標(biāo)準(zhǔn)化則有可能實(shí)現(xiàn)有制造就有長期發(fā)展目標(biāo)和相應(yīng)的開發(fā)投入，而標(biāo)準(zhǔn)化則有可能實(shí)現(xiàn)有 效的工程經(jīng)驗(yàn)反饋，不斷改進(jìn)、優(yōu)化和挖潛。效的工程經(jīng)驗(yàn)反饋，不斷改進(jìn)、優(yōu)化和挖潛。 1

7、.2.51.2.5其他主要核電國家其他主要核電國家 1.2.5.11.2.5.1加拿大加拿大 1.2.5.2 1.2.5.2 德國德國 1.2.5.3 1.2.5.3 日本日本 第三節(jié)第三節(jié) 中國核電發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀中國核電發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀 表表2 2 中國（大陸）核電機(jī)組基本情況中國（大陸）核電機(jī)組基本情況 機(jī)組名稱機(jī)組名稱所屬公司所屬公司堆型堆型設(shè)計(jì)單位或供應(yīng)商設(shè)計(jì)單位或供應(yīng)商開工時間開工時間運(yùn)行時間運(yùn)行時間 秦山秦山1 1秦山核電公司秦山核電公司PWRPWR 上海核工程設(shè)計(jì)院上海核工程設(shè)計(jì)院 華東電力設(shè)計(jì)院華東電力設(shè)計(jì)院 1985.03.1985.03. 2020 1991.121991

8、.12 秦山秦山2 2秦山核電公司秦山核電公司PWRPWR * *核二院，核一院，核二院，核一院， 華東電力設(shè)計(jì)院華東電力設(shè)計(jì)院 1996.06.1996.06. 0101 2002.042002.04 秦山秦山3 3秦山核電公司秦山核電公司PWRPWR 核二院，核一院，核二院，核一院， 華東電力設(shè)計(jì)院華東電力設(shè)計(jì)院 1997.03.1997.03. 1313 預(yù)計(jì)預(yù)計(jì)20042004 年年 秦山秦山4 4秦山核電公司秦山核電公司PHWRPHWRAECLAECL（加拿大）（加拿大） 1998.06.1998.06. 0808 2002.122002.12 秦山秦山5 5秦山核電公司秦山核電公司

9、PHWRPHWRAECLAECL（加拿大）（加拿大）1998.121998.122003.042003.04 大亞灣大亞灣1 1 廣東核電合營公廣東核電合營公 司司 PWRPWR FramatomeFramatome（法）（法） AlstomAlstom（英）（英） 1987.08.1987.08. 0707 1994.021994.02 大亞灣大亞灣2 2 廣東核電合營公廣東核電合營公 司司 PWRPWR FramatomeFramatome（法）（法） AlstomAlstom（英）（英） 1988.021988.021994.051994.05 嶺澳嶺澳1 1* *嶺澳核電公司嶺澳核電公

10、司PWRPWR FramatomeFramatome（法）（法） AlstomAlstom（英）（英） 1997.05.1997.05. 1515 2002.052002.05 嶺澳嶺澳2 2* * *嶺澳核電公司嶺澳核電公司PWRPWR FramatomeFramatome（法）（法） AlstomAlstom（英）（英） 1998.01.1998.01. 1515 2002.122002.12 田灣田灣1 1江蘇核電公司江蘇核電公司PWRPWRZAO ASEZAO ASE（俄）（俄） 1999.10.1999.10. 2828 田灣田灣2 2江蘇核電公司江蘇核電公司PWRPWRZAO AS

11、EZAO ASE（俄）（俄） 表表3 3 中國（大陸）核電機(jī)組主要參數(shù)中國（大陸）核電機(jī)組主要參數(shù) 機(jī)組名稱機(jī)組名稱 熱功熱功 率率 （MWtMWt） 電功率電功率 （MWeMWe） 一回路出一回路出 口溫度口溫度()() 一回路壓一回路壓 力力( (MPaMPa.a).a) 蒸汽溫度蒸汽溫度 ()() 蒸汽壓力蒸汽壓力 ( (MPaMPa.a).a) 蒸汽流蒸汽流 量量( (t/h)t/h) 秦山秦山1 19669663003003153152 215.215.2267.5267.55.25.218711871 秦山秦山2 2193619366436433273272 215.515.528

12、2.9282.96.716.7137733773 秦山秦山3 3193619366436433273272 215.515.5282.9282.96.716.7137733773 秦山秦山4 42063206372872831031011.211.2257.6257.64.514.5135703570 秦山秦山5 52063206372872831031011.211.2257.6257.64.514.5135703570 大亞灣大亞灣1 129052905983.8983.8327.6327.615.515.5282.9282.96.716.7158085808 大亞灣大亞灣2 229052

13、905983.8983.8327.6327.615.515.5282.9282.96.716.7158085808 嶺澳嶺澳1 129052905983.8983.8327.6327.615.515.5282.9282.96.716.7158085808 嶺澳嶺澳2 229052905983.8983.8327.6327.615.515.5282.9282.96.716.7158085808 田灣田灣1 1300030001000100032032015.715.72792796.286.2858805880 田灣田灣2 2300030001000100032032015.715.727927

14、96.286.2858805880 第四節(jié)第四節(jié) 世界核電發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)世界核電發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì) 表表4 4 世界核電機(jī)組狀況統(tǒng)計(jì)世界核電機(jī)組狀況統(tǒng)計(jì) 堆型堆型 運(yùn)運(yùn)行行在在建建退退役役總總計(jì)計(jì) 機(jī)組數(shù)機(jī)組數(shù) 容量容量 MWeMWe 機(jī)組數(shù)機(jī)組數(shù) 容量容量 MWeMWe 機(jī)組數(shù)機(jī)組數(shù) 容量容量 MWeMWe 機(jī)組數(shù)機(jī)組數(shù) 容量容量 MWeMWe PWRPWR2622622362362362363131279332793323231137911379316316275548275548 BWRBWR939381071810715 563966396151547934793113113922609226

15、0 重水堆重水堆444422614226141010520452045 574074059592855828558 氣冷堆氣冷堆303010614106140 00 023235531553153531614516145 石墨水冷石墨水冷 堆（堆（LGRLGR） 131312545125451 192592513135508550827271897818978 快堆快堆 （LMFBRLMFBR） 2 27937933 3178017804 4139613969 939693969 總計(jì)總計(jì)44444436387336387350504223842238838329347293475775774

16、35458435458 表表5 5 世界運(yùn)行核電機(jī)組容量前世界運(yùn)行核電機(jī)組容量前1010名國家統(tǒng)計(jì)名國家統(tǒng)計(jì) 排次排次國家國家 運(yùn)行機(jī)組運(yùn)行機(jī)組在建機(jī)組在建機(jī)組總計(jì)總計(jì) 機(jī)組數(shù)機(jī)組數(shù)容量容量MWeMWe機(jī)組數(shù)機(jī)組數(shù)容量容量MWeMWe機(jī)組數(shù)機(jī)組數(shù)容量容量MWeMWe 1 1美國美國10410499034990343 336063606107107102637102637 2 2法國法國595963203632030 00 059596320363203 3 3日本日本535344041440415 54842484258584888348883 4 4德國德國202022594225940 0

17、0 020202259422594 5 5俄羅斯俄羅斯272720799207996 65275527533332607426074 6 6加拿大加拿大222215113151130 00 022221511315113 7 7韓國韓國181814970149704 43820382022221897018970 8 8英國英國313111802118020 00 031311180211802 9 9烏克蘭烏克蘭131311195111955 54750475018181594515945 1010瑞典瑞典1111946094600 00 0111194609460 第二章第二章 核反應(yīng)堆和

18、核電廠核反應(yīng)堆和核電廠 第一節(jié)第一節(jié) 核反應(yīng)堆核反應(yīng)堆 2.1.12.1.1反應(yīng)堆工作原理反應(yīng)堆工作原理 2.1.22.1.2反應(yīng)堆燃料反應(yīng)堆燃料 2.1.3 2.1.3 反應(yīng)堆堆型反應(yīng)堆堆型 第二節(jié)第二節(jié) 核電廠核電廠 2.2.1 2.2.1 核電廠基本組成核電廠基本組成 2.2.2 2.2.2 核電廠與火電廠汽輪機(jī)系統(tǒng)的差異核電廠與火電廠汽輪機(jī)系統(tǒng)的差異 2.2.3 2.2.3 核電廠安全原理和方法核電廠安全原理和方法 表表6 PWR 6 PWR 核電廠與火電廠蒸汽參數(shù)比較核電廠與火電廠蒸汽參數(shù)比較 PWRPWR核電廠核電廠火電廠（國產(chǎn)）火電廠（國產(chǎn)） 300300MWeMWe （秦山一期

19、）（秦山一期） 600600MWeMWe （秦山二期）（秦山二期） 1000 1000 MWeMWe （大亞灣、（大亞灣、 嶺澳）嶺澳） 300300MWeMWe600600MWeMWe 蒸汽溫度蒸汽溫度 ()()267.5267.5282.9282.9282.9282.9555555540540 蒸汽壓力蒸汽壓力 ( (MPaMPa.a).a)5.25.26.716.716.716.7116.6716.6716.6716.67 蒸汽流量蒸汽流量 ( (t/h)t/h)1871187137733773580858081000100016671667 汽機(jī)熱效汽機(jī)熱效 率（率（% %）31.05

20、31.0533.333.333.8733.8740404040 核電廠核電廠PSAPSA分析程序分析程序 第三章第三章 第二代主要堆型核電廠分析第二代主要堆型核電廠分析 第二代核電廠主要有以下堆型：第二代核電廠主要有以下堆型： qPWRPWR qBWRBWR q加拿大加拿大AECLAECL開發(fā)的天然鈾壓力管式重水堆（開發(fā)的天然鈾壓力管式重水堆（CANDUCANDU堆）堆） q前蘇聯(lián)開發(fā)的石墨水冷堆（前蘇聯(lián)開發(fā)的石墨水冷堆（LGRLGR） q改進(jìn)型氣冷堆（改進(jìn)型氣冷堆（AGRAGR）和高溫氣冷堆（）和高溫氣冷堆（HTGRHTGR） q鈉冷快堆鈉冷快堆 第一節(jié)第一節(jié) 壓水堆（壓水堆（PWR）核電廠

21、）核電廠 3.1.1 3.1.1 工作原理和基本構(gòu)成工作原理和基本構(gòu)成 核電站原理流程圖核電站原理流程圖 3.1.2.1 3.1.2.1 主要設(shè)計(jì)性能特點(diǎn)主要設(shè)計(jì)性能特點(diǎn) 1)1)輕水作為慢化劑。輕水作為慢化劑。 2)2)采用低富集鈾（采用低富集鈾（2 25 5）做燃料，具有負(fù)的燃料溫度系數(shù)（多普）做燃料，具有負(fù)的燃料溫度系數(shù)（多普 勒系數(shù)）。勒系數(shù)）。 3)3)采用控制棒、可溶硼和可燃毒物三種反應(yīng)性控制手段采用控制棒、可溶硼和可燃毒物三種反應(yīng)性控制手段 4)4)一、二回路均為獨(dú)立的密閉回路，常規(guī)島中的蒸汽不帶有放射性，一、二回路均為獨(dú)立的密閉回路，常規(guī)島中的蒸汽不帶有放射性， 與沸水堆相比，

22、運(yùn)行時常規(guī)島不需要采取輻射防護(hù)措施。與沸水堆相比，運(yùn)行時常規(guī)島不需要采取輻射防護(hù)措施。 5)5)PWRPWR電廠是目前世界上運(yùn)行最多的核電廠，運(yùn)行機(jī)組數(shù)占總機(jī)組數(shù)的電廠是目前世界上運(yùn)行最多的核電廠，運(yùn)行機(jī)組數(shù)占總機(jī)組數(shù)的 5959，發(fā)電容量占總?cè)萘康?，發(fā)電容量占總?cè)萘康?565，因此運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富，經(jīng)驗(yàn)反饋系，因此運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富，經(jīng)驗(yàn)反饋系 統(tǒng)完善，設(shè)計(jì)改進(jìn)及時、充分，使得統(tǒng)完善，設(shè)計(jì)改進(jìn)及時、充分，使得 PWRPWR核電廠在技術(shù)成熟性、安核電廠在技術(shù)成熟性、安 全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性方面都占有一定的優(yōu)勢。全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性方面都占有一定的優(yōu)勢。 3.1.2.23.1.2.2重點(diǎn)關(guān)注的問題重點(diǎn)關(guān)注

23、的問題 （1 1）三道屏障的完整性）三道屏障的完整性 （2 2）電廠的可利用率）電廠的可利用率 （3 3）事故預(yù)防和緩解的能力）事故預(yù)防和緩解的能力 （4 4）經(jīng)濟(jì)性）經(jīng)濟(jì)性 3.1.3 3.1.3 第二代第二代PWRPWR核電廠的改進(jìn)和發(fā)展核電廠的改進(jìn)和發(fā)展 1 1、單機(jī)容量增加，從初期的、單機(jī)容量增加，從初期的300300MWeMWe左右，發(fā)展到左右，發(fā)展到600600，900900， 10001000，13001300以至以至15001500MWeMWe的的PWRPWR系列。系列。 2 2、燃料及燃料組件設(shè)計(jì)改進(jìn)、燃料及燃料組件設(shè)計(jì)改進(jìn) 3 3、燃料管理方案改進(jìn)、燃料管理方案改進(jìn) 4 4

24、、改進(jìn)核電廠的主要設(shè)備性能、改進(jìn)核電廠的主要設(shè)備性能 5 5、提高核電廠的安全性、提高核電廠的安全性 第二節(jié)第二節(jié) 沸水堆沸水堆(BWR)核電廠核電廠 3.2.13.2.1發(fā)展概況和工作原理發(fā)展概況和工作原理 1、發(fā)展概況 2、工作原理 3.2.2 BWR3.2.2 BWR核電廠特點(diǎn)核電廠特點(diǎn) 3.2.3 BWR3.2.3 BWR核電廠的設(shè)計(jì)改進(jìn)核電廠的設(shè)計(jì)改進(jìn) BWR BWR總體設(shè)計(jì)的改進(jìn)總體設(shè)計(jì)的改進(jìn) 沸水堆電廠流程原理圖沸水堆電廠流程原理圖 第三節(jié)第三節(jié) 重水堆核電廠重水堆核電廠 3.3.1 3.3.1 基本結(jié)構(gòu)和工作原理基本結(jié)構(gòu)和工作原理 3.3.23.3.2重水堆核電廠性能特點(diǎn)重水堆核電廠性能特點(diǎn) 重水堆核電廠工作流程示意圖重水堆核電廠工作流程示意圖 第四節(jié)第四節(jié) 其它堆型核電廠其