核電技術(shù)及其發(fā)展-3

1、2022-5-311核電技術(shù)及其發(fā)展（三）哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 彭敏俊彭敏俊2008年8月2022-5-3122022-5-31No.33.1 核能發(fā)電的發(fā)展核能發(fā)電的發(fā)展l1951年年12月，愛達(dá)荷的月，愛達(dá)荷的ARCO建建成成一個快堆發(fā)電一個快堆發(fā)電裝置裝置l1954年美國開始年美國開始5個工業(yè)原型堆的計劃個工業(yè)原型堆的計劃1951年的年的ARCO快堆發(fā)電裝置快堆發(fā)電裝置2022-5-31No.4世界第一座核電站世界第一座核電站l1954年年6月，前月，前蘇聯(lián)蘇聯(lián)建成世界上第一個建成世界上第一個試驗(yàn)核電站試驗(yàn)核電站l反應(yīng)堆采用石墨慢反應(yīng)堆采用石墨慢化

2、，輕水冷卻，電化，輕水冷卻，電功率為功率為5MW 前前蘇聯(lián)的奧勃寧斯克蘇聯(lián)的奧勃寧斯克核電站核電站 2022-5-31No.5美國早期的核電站美國早期的核電站沸水堆核電站，沸水堆核電站，200MW1960年年7月投入商業(yè)運(yùn)行月投入商業(yè)運(yùn)行希平港核電站希平港核電站，60MW1957年年12月發(fā)電月發(fā)電2022-5-31No.6英、法早期的核電站英、法早期的核電站英國建世界第一個氣冷堆核電站英國建世界第一個氣冷堆核電站法國建的原型堆核電站法國建的原型堆核電站2022-5-31No.7核電發(fā)展的目標(biāo)核電發(fā)展的目標(biāo)核電廠追求的目標(biāo)核電廠追求的目標(biāo)1.輻射防護(hù)目標(biāo)輻射防護(hù)目標(biāo)2.技術(shù)安全目標(biāo)技術(shù)安全目標(biāo)

3、1.發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性2.燃料的利用率燃料的利用率2022-5-31No.8核電發(fā)展的挫折與教訓(xùn)核電發(fā)展的挫折與教訓(xùn)l1979年年，三哩島核電事故三哩島核電事故l1986年年4月月26，Chernobyl Accidentl 開始提出并研發(fā)更為安全可信、經(jīng)濟(jì)的核電站或核能利開始提出并研發(fā)更為安全可信、經(jīng)濟(jì)的核電站或核能利用技術(shù)用技術(shù)l又一重要啟示：安全第一、質(zhì)量第一又一重要啟示：安全第一、質(zhì)量第一lURD的新目標(biāo)要求的新目標(biāo)要求 提出提出l1999年開始四代技術(shù)的研發(fā)，成立年開始四代技術(shù)的研發(fā)，成立GIF論壇論壇2022-5-31No.9核電站分為四代核電站分為四代2022-5-31No

4、.10第二代核電站第二代核電站l1970年年1986年年，第二次石油危機(jī)促進(jìn)了核電的大規(guī)模發(fā)第二次石油危機(jī)促進(jìn)了核電的大規(guī)模發(fā)展，形成了第二代核電技術(shù)展，形成了第二代核電技術(shù)l技術(shù)標(biāo)志技術(shù)標(biāo)志1.標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化2.大容量大容量3.安全性安全性4.批量化批量化2022-5-31No.11典型典型的第的第二代核電站二代核電站嶺澳核電站嶺澳核電站l壓水堆為主：法國的壓水堆為主：法國的M310l石墨水冷堆：石墨水冷堆：13001500MWel重水堆：重水堆：600700MWel石墨氣冷堆僅限于英國石墨氣冷堆僅限于英國l沸水堆減少沸水堆減少2022-5-31No.12第三代核電站第三代核電站AP1000l

5、設(shè)計是依靠設(shè)計是依靠自然能力自然能力設(shè)計核電站以提高安全性的技術(shù)設(shè)計核電站以提高安全性的技術(shù)l改進(jìn)的改進(jìn)的自動安全特征自動安全特征l非能動設(shè)計充分得以減少尺寸，設(shè)備和組件簡單和小尺寸非能動設(shè)計充分得以減少尺寸，設(shè)備和組件簡單和小尺寸極大地減少了建設(shè)工期，比目前的美國核電站建設(shè)得更快極大地減少了建設(shè)工期，比目前的美國核電站建設(shè)得更快（標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化模塊化），由于很多系統(tǒng)和子系統(tǒng)在工廠而不由于很多系統(tǒng)和子系統(tǒng)在工廠而不用到電站裝配，它的建設(shè)時間只需要用到電站裝配，它的建設(shè)時間只需要3-4年年l是一種是一種簡單、安全、經(jīng)濟(jì)簡單、安全、經(jīng)濟(jì)的的1000MWe壓水堆，它具有更壓水堆，它具有更先進(jìn)的

6、安全功能和更簡化的電廠結(jié)構(gòu)，這有利于電廠的建先進(jìn)的安全功能和更簡化的電廠結(jié)構(gòu)，這有利于電廠的建造、運(yùn)行和維修。造、運(yùn)行和維修。2022-5-31No.13AP1000核電站核電站2022-5-31No.14第四代反應(yīng)堆概念第四代反應(yīng)堆概念l2002 年年9 月月20 日日，在日本東京召開的第四代反應(yīng)堆國際研討會上，在日本東京召開的第四代反應(yīng)堆國際研討會上，公布了公布了6 種第四代反應(yīng)堆設(shè)計概念。這種第四代反應(yīng)堆設(shè)計概念。這6 種設(shè)計概念將成為美國和其種設(shè)計概念將成為美國和其他九個國家共同開發(fā)第四代反應(yīng)堆的發(fā)展方向。他九個國家共同開發(fā)第四代反應(yīng)堆的發(fā)展方向。l 氣冷快堆系統(tǒng)（氣冷快堆系統(tǒng)（GFR

7、）l 鉛合金液態(tài)金屬冷卻快堆系統(tǒng)（鉛合金液態(tài)金屬冷卻快堆系統(tǒng)（LFR）l 熔鹽反應(yīng)堆系統(tǒng)（熔鹽反應(yīng)堆系統(tǒng)（MSR）l 液態(tài)金屬鈉冷卻快堆系統(tǒng)（液態(tài)金屬鈉冷卻快堆系統(tǒng)（SFR）l 超臨界水冷反應(yīng)堆系統(tǒng)（超臨界水冷反應(yīng)堆系統(tǒng)（SCWR）l 超高溫氣冷反應(yīng)堆系統(tǒng)（超高溫氣冷反應(yīng)堆系統(tǒng)（VHTR）2022-5-31No.15l快中子譜氦冷反應(yīng)堆，采用閉式燃料循環(huán)，燃料可選擇復(fù)快中子譜氦冷反應(yīng)堆，采用閉式燃料循環(huán)，燃料可選擇復(fù)合陶瓷燃料。合陶瓷燃料。l采用直接循環(huán)氦氣輪機(jī)發(fā)電，或采用其工藝熱進(jìn)行氫的熱采用直接循環(huán)氦氣輪機(jī)發(fā)電，或采用其工藝熱進(jìn)行氫的熱化學(xué)生產(chǎn)?；瘜W(xué)生產(chǎn)。l通過綜合利用快中子譜與錒系元素的

8、完全再循環(huán)，通過綜合利用快中子譜與錒系元素的完全再循環(huán)，GFR能能將長壽命放射性廢物的產(chǎn)生量降到最低。將長壽命放射性廢物的產(chǎn)生量降到最低。l其快中子譜還能利用現(xiàn)有的裂變材料和可轉(zhuǎn)換材料（包括其快中子譜還能利用現(xiàn)有的裂變材料和可轉(zhuǎn)換材料（包括貧鈾）。貧鈾）。l參考反應(yīng)堆是參考反應(yīng)堆是288兆瓦的氦冷系統(tǒng)，出口溫度為兆瓦的氦冷系統(tǒng)，出口溫度為850。 1.氣冷快堆系統(tǒng)氣冷快堆系統(tǒng)（Gas-cooled Fast Reactor，GFR）2022-5-31No.162022-5-31No.17l系統(tǒng)是快中子鉛（鉛系統(tǒng)是快中子鉛（鉛/鉍共晶）液態(tài)金屬冷卻堆，采用閉鉍共晶）液態(tài)金屬冷卻堆，采用閉式燃料循

9、環(huán)，以實(shí)現(xiàn)鈾的有效轉(zhuǎn)化，并控制錒系元素。式燃料循環(huán)，以實(shí)現(xiàn)鈾的有效轉(zhuǎn)化，并控制錒系元素。燃料是含有可轉(zhuǎn)換鈾和超鈾元素的金屬或氮化物。燃料是含有可轉(zhuǎn)換鈾和超鈾元素的金屬或氮化物。lLFR系統(tǒng)的特點(diǎn)是可在一系列電廠額定功率中進(jìn)行選擇系統(tǒng)的特點(diǎn)是可在一系列電廠額定功率中進(jìn)行選擇，例如，例如LFR系統(tǒng)可以是一個系統(tǒng)可以是一個1200兆瓦的大型整體電廠，兆瓦的大型整體電廠，也可以選擇額定功率在也可以選擇額定功率在300400兆瓦的模塊系統(tǒng)與一個換兆瓦的模塊系統(tǒng)與一個換料間隔很長（料間隔很長（1520年）的年）的50100兆瓦的電池組的組合。兆瓦的電池組的組合。lLFR電池組是一個小型的工廠制造的交鑰匙電

10、廠，可滿電池組是一個小型的工廠制造的交鑰匙電廠，可滿足市場上對小電網(wǎng)發(fā)電的需求。足市場上對小電網(wǎng)發(fā)電的需求。2.鉛合金液態(tài)金屬冷卻快堆鉛合金液態(tài)金屬冷卻快堆（Lead-cooled Fast Reactor，LFR） 2022-5-31No.182022-5-31No.193.熔鹽反應(yīng)堆熔鹽反應(yīng)堆（Molten Salt Reactor，MSR）l是超熱中子譜堆，燃料是鈉、鋯和氟化鈾的循環(huán)液體混是超熱中子譜堆，燃料是鈉、鋯和氟化鈾的循環(huán)液體混合物。熔鹽燃料流過堆芯石墨通道，產(chǎn)生超熱中子譜。合物。熔鹽燃料流過堆芯石墨通道，產(chǎn)生超熱中子譜。lMSR系統(tǒng)的液體燃料不需要制造燃料元件，并允許添加系統(tǒng)的

11、液體燃料不需要制造燃料元件，并允許添加钚這樣的錒系元素。錒系元素和大多數(shù)裂變產(chǎn)物在液態(tài)钚這樣的錒系元素。錒系元素和大多數(shù)裂變產(chǎn)物在液態(tài)冷卻劑中會形成氟化物。冷卻劑中會形成氟化物。l熔融的氟鹽具有很好的傳熱特性，可降低對壓力容器和熔融的氟鹽具有很好的傳熱特性，可降低對壓力容器和管道的壓力。管道的壓力。l參考電站的功率水平為參考電站的功率水平為1000兆瓦，冷卻劑出口溫度兆瓦，冷卻劑出口溫度700800，熱效率高。，熱效率高。2022-5-31No.202022-5-31No.21l是快中子譜鈉冷堆，它采用可有效控制錒系元素及可轉(zhuǎn)是快中子譜鈉冷堆，它采用可有效控制錒系元素及可轉(zhuǎn)換鈾的轉(zhuǎn)化的閉式燃料

12、循環(huán)。換鈾的轉(zhuǎn)化的閉式燃料循環(huán)。SFR系統(tǒng)主要用于管理高系統(tǒng)主要用于管理高放射性廢棄物，尤其在管理钚和其他錒系元素方面。該放射性廢棄物，尤其在管理钚和其他錒系元素方面。該系統(tǒng)有兩個主要方案：中等規(guī)模核電站，功率為系統(tǒng)有兩個主要方案：中等規(guī)模核電站，功率為150500兆瓦，燃料用鈾兆瓦，燃料用鈾-钚钚-次錒系元素次錒系元素-鋯合金；中到大規(guī)模鋯合金；中到大規(guī)模核電站，功率為核電站，功率為5001 500兆瓦，使用鈾兆瓦，使用鈾-钚氧化物燃料钚氧化物燃料。l由于具有熱響應(yīng)時間長、冷卻劑沸騰的裕度大、一回路由于具有熱響應(yīng)時間長、冷卻劑沸騰的裕度大、一回路系統(tǒng)在接近大氣壓下運(yùn)行，該回路的放射性鈉與電廠

13、的系統(tǒng)在接近大氣壓下運(yùn)行，該回路的放射性鈉與電廠的水和蒸汽之間有中間鈉系統(tǒng)等特點(diǎn)，因此安全性能好。水和蒸汽之間有中間鈉系統(tǒng)等特點(diǎn)，因此安全性能好。4.液態(tài)鈉冷卻快堆液態(tài)鈉冷卻快堆（Sodium-cooled Fast Reactor，SFR）2022-5-31No.222022-5-31No.23l是高溫高壓水冷堆，在水的熱力學(xué)臨界點(diǎn)（是高溫高壓水冷堆，在水的熱力學(xué)臨界點(diǎn)（374，22.1兆帕）以上運(yùn)行。超臨界水冷卻劑能使熱效率提高到目兆帕）以上運(yùn)行。超臨界水冷卻劑能使熱效率提高到目前輕水堆的約前輕水堆的約1.3倍。倍。l冷卻劑在反應(yīng)堆中不改變狀態(tài)，直接與能量轉(zhuǎn)換設(shè)備相冷卻劑在反應(yīng)堆中不改變狀

14、態(tài)，直接與能量轉(zhuǎn)換設(shè)備相連接，可大大簡化電廠配套設(shè)備。燃料為鈾氧化物。連接，可大大簡化電廠配套設(shè)備。燃料為鈾氧化物。l堆芯設(shè)計有兩個方案，即熱中子譜和快中子譜。堆芯設(shè)計有兩個方案，即熱中子譜和快中子譜。l參考系統(tǒng)功率為參考系統(tǒng)功率為1 700兆瓦，運(yùn)行壓力是兆瓦，運(yùn)行壓力是25兆帕，反應(yīng)堆兆帕，反應(yīng)堆出口溫度為出口溫度為510550。5.超臨界水冷堆超臨界水冷堆（Super-Critical Water-cooled Reactor，SCWR）2022-5-31No.242022-5-31No.25l是一次通過式鈾燃料循環(huán)的石墨慢化氦冷堆。該反應(yīng)堆是一次通過式鈾燃料循環(huán)的石墨慢化氦冷堆。該反應(yīng)

15、堆堆芯可以是棱柱塊狀堆芯（如日本的高溫工程試驗(yàn)反應(yīng)堆芯可以是棱柱塊狀堆芯（如日本的高溫工程試驗(yàn)反應(yīng)器器HTTR），也可以是球床堆芯（如中國的高溫氣冷試驗(yàn)），也可以是球床堆芯（如中國的高溫氣冷試驗(yàn)堆堆HTR-10）。）。lVHTR系統(tǒng)提供熱量，堆芯出口溫度為系統(tǒng)提供熱量，堆芯出口溫度為1 000，可為石，可為石油化工或其他行業(yè)生產(chǎn)氫或工藝熱。該系統(tǒng)中也可加入油化工或其他行業(yè)生產(chǎn)氫或工藝熱。該系統(tǒng)中也可加入發(fā)電設(shè)備，以滿足熱電聯(lián)供的需要。發(fā)電設(shè)備，以滿足熱電聯(lián)供的需要。l該系統(tǒng)在采用鈾該系統(tǒng)在采用鈾/钚燃料循環(huán)，使廢物量最小化方面具有钚燃料循環(huán)，使廢物量最小化方面具有靈活性。參考堆采用靈活性。參考

16、堆采用600兆瓦堆芯。兆瓦堆芯。6.超高溫氣冷堆超高溫氣冷堆（Very High Temperature Reactor，VHTR）2022-5-31No.262022-5-31272022-5-31No.284.1 我國現(xiàn)有核電站概況我國現(xiàn)有核電站概況電廠名稱電廠名稱裝機(jī)容量裝機(jī)容量MW堆型堆型開工時間開工時間發(fā)電時間發(fā)電時間秦山一期秦山一期310壓水堆壓水堆1985.31991.12大亞灣大亞灣2984M310壓水堆壓水堆1987.81993.8秦山二期秦山二期2650壓水堆壓水堆1996.62002.2嶺澳一期嶺澳一期2990壓水堆壓水堆1997.52002.2秦山三期秦山三期2728C

17、ANDU-6重水堆重水堆1998.62002.11田灣一期田灣一期21060VVER-1000壓水堆壓水堆1999.102006.52022-5-31No.29秦山第一核電站秦山第一核電站位于杭州灣，位于杭州灣，是中國第一座是中國第一座自主設(shè)計、建自主設(shè)計、建造和運(yùn)營管理造和運(yùn)營管理的的300MW300MW壓水堆壓水堆核電站。核電站。19851985年年3 3月澆灌月澆灌第一罐核島底第一罐核島底板 混 凝 土 ，板 混 凝 土 ，19911991年年1212月首月首次并網(wǎng)發(fā)電，次并網(wǎng)發(fā)電，19941994年年4 4月投入月投入商業(yè)運(yùn)行。商業(yè)運(yùn)行。2022-5-31No.30秦山第二核電站秦山第

18、二核電站裝備兩臺裝備兩臺600MW600MW壓水堆機(jī)組壓水堆機(jī)組20022002年年4 4月月1515日，日，1 1號機(jī)組投入商業(yè)號機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行運(yùn)行 20042004年年5 5月月3 3日，日，2 2號機(jī)組正式投入商號機(jī)組正式投入商業(yè)運(yùn)行業(yè)運(yùn)行中國自主設(shè)計、自主中國自主設(shè)計、自主建造、自主管理和自建造、自主管理和自主運(yùn)營的第一座大型主運(yùn)營的第一座大型商用核電站商用核電站2022-5-31No.31秦山第三核電站秦山第三核電站是我國首座商用重水堆核電站，是我國首座商用重水堆核電站，引進(jìn)加拿大重水堆核電站技術(shù)引進(jìn)加拿大重水堆核電站技術(shù)19981998年年6 6月月8 8日開工，日開工，2002

19、2002年年1212月月3131日和日和20032003年年7 7月月2424日，日，1 1號和號和2 2號機(jī)組相繼投入商業(yè)運(yùn)行號機(jī)組相繼投入商業(yè)運(yùn)行創(chuàng)造了國際創(chuàng)造了國際3333座重水堆核電站建座重水堆核電站建設(shè)周期最短的紀(jì)錄。設(shè)周期最短的紀(jì)錄。 2022-5-31No.32大亞灣核電站大亞灣核電站大亞灣核電站裝備兩套大亞灣核電站裝備兩套9090萬千瓦壓水萬千瓦壓水反應(yīng)堆機(jī)組，第反應(yīng)堆機(jī)組，第1 1號、第號、第2 2號機(jī)組先后號機(jī)組先后于于19931993年年5 5月和月和1111月開始裝入核燃料，月開始裝入核燃料，并于并于19941994年年2 2月月5 5日投入商業(yè)運(yùn)行日投入商業(yè)運(yùn)行 位于

20、深圳東部大亞灣畔。位于深圳東部大亞灣畔。19851985年年興建，興建，19941994年正式投入商業(yè)運(yùn)行。年正式投入商業(yè)運(yùn)行。是我國引進(jìn)外資、設(shè)備和技術(shù)建是我國引進(jìn)外資、設(shè)備和技術(shù)建設(shè)的第一座大型商用核電站設(shè)的第一座大型商用核電站2022-5-31No.33嶺澳核電站一期嶺澳核電站一期嶺澳核電站一期是中國嶺澳核電站一期是中國廣東核電集團(tuán)按照國務(wù)廣東核電集團(tuán)按照國務(wù)院確定的院確定的“以核養(yǎng)核，以核養(yǎng)核，滾動發(fā)展?jié)L動發(fā)展”的方針在廣的方針在廣東地區(qū)建設(shè)的第二座大東地區(qū)建設(shè)的第二座大型商用核電站，擁有兩型商用核電站，擁有兩臺裝機(jī)容量為臺裝機(jī)容量為9999萬千瓦萬千瓦的壓水堆核電機(jī)組的壓水堆核電機(jī)組

21、 l嶺澳核電站一期于嶺澳核電站一期于19971997年年5 5月月1515日開日開工建設(shè)，工建設(shè)，20032003年年1 1月月8 8日提前日提前6666天全天全面建成投產(chǎn)面建成投產(chǎn) 2022-5-31No.34田灣核電站田灣核電站是目前中國單機(jī)容量最大的核電站。是目前中國單機(jī)容量最大的核電站。1 1號機(jī)組于號機(jī)組于20052005年年1010月月1818日開始首次日開始首次裝料，裝料，1212月月2020日反應(yīng)堆首次達(dá)到臨界。日反應(yīng)堆首次達(dá)到臨界。20062006年年5 5月月1212日首次并網(wǎng)成功。日首次并網(wǎng)成功。20072007年年1 1月月9 9日反應(yīng)堆功率首次達(dá)日反應(yīng)堆功率首次達(dá)到到

22、100%100%額定功率額定功率5 5月月1717日日2020時時1717分，分，1 1號機(jī)組正式號機(jī)組正式投入商業(yè)運(yùn)行投入商業(yè)運(yùn)行2022-5-31No.354.2 中國必須發(fā)展核能中國必須發(fā)展核能 l核工業(yè)是國家安全的基石核工業(yè)是國家安全的基石l是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源安全的需要是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源安全的需要l環(huán)境保護(hù)的需要環(huán)境保護(hù)的需要l國家制定了第國家制定了第1個核能與核技術(shù)發(fā)展規(guī)劃個核能與核技術(shù)發(fā)展規(guī)劃l確定了核能發(fā)展戰(zhàn)略：三步走，三個確定了核能發(fā)展戰(zhàn)略：三步走，三個15年年l 自主化，創(chuàng)新發(fā)展自主化，創(chuàng)新發(fā)展l實(shí)施國家重大工程，確定核技術(shù)發(fā)展目標(biāo)實(shí)施國家重大工程，確定核技術(shù)發(fā)展目標(biāo)2022-5-31No.36國家核電發(fā)展專題規(guī)劃國家核電發(fā)展專題規(guī)劃(2005-2020年年)l核能已成為人類使用的重要能源之一，核電是電力工業(yè)核能已成為人類使用的重要能源之一，核電是電力工業(yè)的重要組成部分。核電不造成對大氣的污染排放，在國的重要組成部分。核電不造成對大氣的污染排放，在國際社會越來越重視溫室氣體排放、氣候變暖的形勢下，際社會越來越重視溫室氣體排放、氣候變暖的形勢下，積極推進(jìn)核電建設(shè)，是