第四代反應(yīng)堆簡介課件

1、1第四代反應(yīng)堆第十章2第四代反應(yīng)堆為什么要發(fā)展第四代核電站？GFR LFR SFR MSR SCWR VHTR第四代核電站的主要任務(wù)的技術(shù)目標(biāo)第四代核電站 第四代核電站的燃料循環(huán)燃料處理方式（一） 典型第四代核電站氣冷快堆（GFR）鉛冷快堆（LFR）鈉冷快堆（SFR）非常高溫氣冷堆（VHTR）超臨界水堆（SCWR）熔鹽堆（MSR） 氣冷快堆（GFR） 冷卻劑：He或 CO2出口溫度：850熱功率：600MW電功率：288MWU-TRU陶瓷彌散燃料安全系統(tǒng)：能動系統(tǒng)和非能動系統(tǒng)相結(jié)合熱效率50% 氣冷快堆（GFR）的主要參數(shù)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值反應(yīng)堆功率600MWth凈效率（直接氦氣循環(huán)）48%

2、冷卻劑入口溫度490冷卻劑出口溫度850一回路壓力90 bar平均功率密度100 MWth/m3燃料組成UPuC/SiC(70%/30%)和約20%Pu體積百分比，燃料/氣體/SiC50、40、10%轉(zhuǎn)換比自給自足燃耗5% FIMA 氣冷快GFR堆芯設(shè)計鉛冷快堆（LFR）冷卻劑：Pb或者Pb/Bi合金出口溫度：550850功率：50-1200MW燃料：Multi-TRU堆芯壽命：15-30年堆芯部件可移動 可用于發(fā)電和制氫高非能動安全性鉛冷快堆（LFR）的主要參數(shù)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值Pb-Bi合金（近期）Pb（近期）Pb（長期）冷卻劑Pb-BiPbPb出口溫度550550750-800壓力（大

3、氣壓）111熱功率125-4003600400燃料金屬合金或氮化物金屬合金金屬合金平均燃耗（GWD/MTHM）100100-150100轉(zhuǎn)換比1.01.0-1.021.0主要流動情況自然循環(huán)強迫循環(huán)自然循環(huán)鉛冷快堆（LFR）的主要特點Pb（或Pb-Bi合金）冷卻劑 低中子吸收率 功率釋放緩慢 常壓下高沸點（1700） 與空氣、水低反應(yīng)性自然循環(huán)、非能動安全簡化的傳熱裝置簡化的燃料循環(huán)方式堆芯出口溫度高（800），可用于制氫鈉冷快堆（SFR）冷卻劑：鈉出口溫度：550功率：150-1500MW燃料：MOX、U-TRU氧化物或者金屬合金冷卻方式：池式冷卻或者回路冷卻低廢物產(chǎn)量高燃料利用率鈉冷快堆（

4、SFR）的主要參數(shù)及特點反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值出口溫度530-550壓力1個大氣壓熱功率1000-5000MWth燃料氧化物或金屬合金包殼材料鐵素體或ODS鐵素體平均功率密度100 MWth/m3轉(zhuǎn)換比0.5-1.30燃耗150-200 GWD/MTHM增殖堆，可使用可裂變物質(zhì)能處理錒系元素和長壽命放射性物質(zhì)高安全性全裕量大 主系統(tǒng)壓力接近大氣壓力低廢物產(chǎn)量高燃料利用率非常高溫氣冷堆（VHTR）冷卻劑：He出口溫度：1000熱功率：600MW燃料：燃料顆粒彌散在石墨高非能動安全性高熱效率制氫或熱量利用非常高溫氣冷堆（VHTR）主要參數(shù)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值冷卻劑入口溫度640冷卻劑出口溫度1000

5、壓力根據(jù)工藝而定反應(yīng)堆功率600MWth燃料塊狀、釘狀、球狀ZrC燃料平均功率密度6-10 MWth/m3電廠效率50%非常高溫氣冷堆（VHTR）的主要特點先進的燃料材料（碳化物、氮化物、金屬陶瓷合金等）高可用性和運行靈活性重要安全改進高經(jīng)濟性直接循環(huán)的能量轉(zhuǎn)換 He作為冷卻劑，出口溫度900 發(fā)電效率高（50%）熱化學(xué)水裂解出口溫度高，制氫、熱量直接利用（原油精練和石油化學(xué)工藝）VHTR超臨界水堆（SCWR） SCWR的技術(shù)發(fā)展超臨界水的概念超臨界水冷堆（SCWR）一回路壓力22.1MPa出口溫度：510-550熱效率：45%發(fā)電功率：1700MWe，運行壓力為25Mpa超臨界水冷堆（SCW

6、R）主要參數(shù)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值電站投資成本900/kW冷卻劑入口溫度280冷卻劑出口溫度510壓力25MPa反應(yīng)堆功率1700MWth燃料UO2、鐵素體-馬氏體不銹鋼或者鎳合金包殼燃料平均功率密度100 MWth/m3電廠效率44%燃耗45 GWD/MTHM超臨界水冷堆（SCWR）的主要特點燃料元件設(shè)計先進高熱效率電站結(jié)構(gòu)簡單經(jīng)濟性高高安全性、運行穩(wěn)定SCWR的堆芯設(shè)計日本SCWR的堆芯設(shè)計USA SCWR 堆內(nèi)結(jié)構(gòu)布置 SCWR的安全殼改進SCWR的安全改進SCWR系統(tǒng)改進熔鹽堆（MSR）冷卻劑：熔融氟化物出口溫：700800功率：1000MW一回路壓力：0.5MPa燃料：Na、Zr、U、

7、Pu的液體氟化物，錒系燃料彌散在石墨中燃耗深度高、廢物產(chǎn)量非常的制氫熔鹽堆（MSR）主要參數(shù)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值冷卻劑入口溫度565冷卻劑出口溫度700（制氫則850）壓力0.5 MPa反應(yīng)堆功率1000MWth燃料Na、Zr、U、Pu的液體氟化物，錒系燃料彌散在石墨中平均功率密度22 MWth/m3功率循環(huán)方式多重反饋再熱氦氣循環(huán)可用中子頻譜熱中子-錒系燃燒室熔鹽堆（MSR）的主要特點快中子閉式燃料循環(huán) 廢物低余熱、低放射性 廢物儲藏能力的最優(yōu)化使用 乏燃料再利用引入多項安全理念，安全性高、運行可靠經(jīng)濟性高 高熱效率 電站結(jié)構(gòu)簡單 可根據(jù)需要設(shè)計成大型或小型高溫、可用于制氫Internati

8、onal Reactor Innovative and Secure (IRIS)Integral Pressurized WaterReactor (335 Mwe)Safety by Design ApproachInnovative small high pressure containmentStarting pre-applicationreview by US NRCIRIS INTEGRAL PRIMARY SYSTEM CONFIGURATION Enables compact containment and small plant sizeIntegral configura

9、tion eliminates loop piping and external componentsEnhances safety and economicsIRIS Innovative Containment Spherical steel 25 meter Diameter Design pressure 220 psig Small elevated suppressionpool (150 m3 water) limits peakpressure to 130 psig andprovides gravity driven coreMakeup External air cool

10、ing of steel shell典型第四代核電站的比較 特點堆型中子類型燃料循環(huán)反應(yīng)堆尺寸應(yīng)用R&D氣冷快堆（GFR）快中子閉式中發(fā)電、錒系、制氫燃料、材料、安全鉛冷快堆（LFR）快中子閉式小/中/大發(fā)電、錒系、制氫燃料、材料兼容性鈉冷快堆（SFR）快中子閉式中/大發(fā)電、錒系再利用改進非常高溫氣冷堆（VHTR）熱中子開式中發(fā)電、制氫、供熱燃料、材料、氫氣產(chǎn)物超臨界水堆（SCWR）熱中子/快中子開式/閉式大發(fā)電材料、安全熔鹽堆（MSR）熱中子閉式大發(fā)電、錒系燃料、燃料處理、材料、安全和可靠性第四代核電站面臨的技術(shù)課題降低建造成本（尤其是資本費）；改善安全性（尤其是公眾的安全）；為減少因廢物處置政策的變更而出現(xiàn)的長期性經(jīng)濟脆弱性，實現(xiàn)廢物量的最少化；減少核物質(zhì)擴