熱力發(fā)電廠課件01-4核能發(fā)電

第四節(jié)核能發(fā)電（一）核電站的一般工作原理:核電站一回路系統(tǒng)以反應堆為核心，核燃料在反應堆中進行可控鏈式裂變反應，將裂變產(chǎn)生的大量熱量帶出反應堆的物質(zhì)稱為冷卻劑(水或氣體)，再通過蒸汽發(fā)生器將熱量傳給水，水被加熱成蒸汽供汽輪機拖動發(fā)電機轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。冷卻劑釋熱后，通過冷卻劑循環(huán)主泵送回反應堆去吸熱，不斷地將反應堆中核裂變釋放熱能引導出來，其壓力靠穩(wěn)壓器維持穩(wěn)定。二回路系統(tǒng)是從蒸汽發(fā)生器引出5-7MPa的飽和蒸汽，用于驅(qū)動汽輪發(fā)電機，作功后蒸汽通過凝汽器、回熱系統(tǒng)在返回蒸汽發(fā)生器，與常規(guī)火電廠基本相同。核反應堆的堆型堆型燃料慢化劑冷卻劑熱中子堆輕水堆LWR壓水堆PWR濃縮鈾輕水輕水沸水堆BWR濃縮鈾輕水輕水重水堆HWR重水冷卻型天然鈾重水輕水輕水冷卻型天然鈾濃縮鈾钚重水輕水石墨–氣冷堆:一代天然鈾氣冷堆天然鈾石墨CO2二代改進型氣冷堆低濃縮鈾石墨CO2三代高溫氣冷堆濃縮鈾、鈦石墨氦快中子增殖堆濃縮鈾，钚無鈉核反應堆的堆型壓水堆沸水堆重水堆核電的優(yōu)越性化石燃料資源有限，核能資源豐富核能是安全清潔的能源核電經(jīng)濟上合算，特別是缺煤少油地區(qū)

項目火電汽輪機核電汽輪機主汽p0/t0MPa/℃16.18/5505.345/268.1干度%過熱99.5比容m3/kg0.021050.03656流量t/h9452015排汽壓力kPa5070.0490.33干度%9390.54比容，m3/kg25.4626.00體積流量相對值主汽13.764排汽11.873高壓缸排汽Prh

i/trhi

MPa/℃3.462/3280.817/171.3濕度%過熱87.73有效比焓降高壓缸kJ/kg382.7265.9中壓缸kJ/kg1317.2799.68級數(shù)高壓缸92×9中壓缸11–––低壓缸2×2×62×2×7濕蒸汽區(qū)級數(shù)214汽機保證熱耗率kJ/kg8189.410760核電廠二回路系統(tǒng)及其熱力設(shè)備的特點核電飽和蒸汽輪機的結(jié)構(gòu)特點

新汽為飽和蒸汽或微濕蒸汽，必須先行汽水分離。高壓缸排蒸汽濕度較大，必須再加熱再熱器的特點是用新蒸汽或抽汽來作為加熱蒸汽。在濕蒸汽區(qū)域的各級葉柵，應采取相應的去濕措施。核電汽輪機裝置熱力系統(tǒng)的特點

需有蒸汽母管需用整機旁路系統(tǒng)。給水系統(tǒng)也為母管式單元制系統(tǒng)。須有連續(xù)放射性監(jiān)測裝置

壓水堆核電站的發(fā)電效率一般為35.5%-38.5%；供電效率一般為31.5%-34.5%,核電站的廠用電率一般為6%-7%.

反應堆核燃料消耗率bas為：

1kg核燃料的發(fā)熱量qnu為6.8×1010kJ/kg。國外核電事業(yè)(一)國外核電概況1938年德國科學家首先發(fā)現(xiàn)了鈾的核裂變現(xiàn)象，1942年英國建成第一座核反應堆，1954年在原蘇聯(lián)建成世界上第一座核電站，它以低濃縮鈾為燃料，石墨為減速劑，容量為5MW，揭開了核電發(fā)展的歷史。接著美國研制成輕水反應堆，英、法研制了氣冷反應堆，加拿大研制了重水反應堆，并分別建成實用的核電站。2006年全球核電分布圖如圖3-6所示。第二代特征是標準化、系列化第三代是具有預防和緩解嚴重事故措施,經(jīng)濟上能與天然氣機組相競爭的核電機組。第四代是更經(jīng)濟、更安全性、廢物量極少、并具有防核擴散能力的核能利用系統(tǒng)。2006年全球核電分布情況國外核電發(fā)展的預測

今后核電的發(fā)展將以改進核電安全性為主，并在經(jīng)濟上更具有競爭性

發(fā)展方向：快中子增值反應堆型核聚變反應堆型我國的核電事業(yè)：

（一）我國的人口需要發(fā)展核電事業(yè)我國能源資源分布很不均勻我國經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)需求核電未來全國煤炭供不應求和環(huán)保要求全國電力需求要發(fā)展核電我國的核電建設(shè)

我國核電發(fā)展起步于上世紀80年代中期，核電設(shè)計工作從上世紀70年代就已開始，經(jīng)過了300MW、600MW和1000MW三個等級壓水堆核電機組建設(shè)，已具有較強的設(shè)備國產(chǎn)化能力。300MW國產(chǎn)化率達80%以上，年生產(chǎn)能力可達2套機組，并可出口創(chuàng)匯，600MW經(jīng)努力國產(chǎn)化率可達70%，年生產(chǎn)能力也可達2套機組，1000MW在“十一五”期間國產(chǎn)化率經(jīng)努力可達50%。國內(nèi)現(xiàn)有3個核基地，包括秦山5臺、大亞灣4臺、田灣2臺，共11臺機組。

注解：PWR:壓水堆;HWR:重水堆；LWR：輕水堆我國正在運行核電廠概況

1、秦山300MW核電站

浙江秦山300MW核電站是我國自行設(shè)計和建造的第一座工業(yè)示范性壓水堆核電站.于1991年12月并網(wǎng)發(fā)電調(diào)試成功，1994年4月投入商業(yè)運行，運行情況良好，環(huán)保監(jiān)測值符合國家限值規(guī)定。國產(chǎn)300MW核電，已出口2、5MW低溫供熱堆

我國已于1989年4月建成5MW低溫核供熱堆，共5萬余平方米建筑物采暖。我國200MW低溫核供熱堆已形成擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)體系，處于商用示范堆建設(shè)并進而實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的階段。我國在核供熱領(lǐng)域已跨入世界先進水平。我國核裂變實驗裝置歷時8年耗資2億，于2006年9月28日在合肥，EAST實驗裝置首次放電，是我國第一代核聚變實驗裝置。高溫氣冷堆示范工程我國核電的預測AP1000作為西屋公司開發(fā)的第三代先進壓水堆核電技術(shù)，是目前惟一得到美國核管會最終設(shè)計批準的新一代商用核電技術(shù)。中國第三代核反應堆的示范項目計劃2013年投入運營，預計到2020年成為國內(nèi)核電站的主流技術(shù)。2020年，核電裝機容量4000萬千瓦。比重從現(xiàn)在的不到2%提高到4%，核電年發(fā)電量達到2600～2800億千瓦時。AP1000技術(shù)引進已擬定國產(chǎn)化路徑：第一步，外方為主中方參與設(shè)計；第二步，以中方為主進行設(shè)計，外方提供技術(shù)咨詢；第三步，設(shè)計和建造自主品牌的大型壓水堆核電站。據(jù)悉，第五臺核電機組的建造就將實現(xiàn)AP1000的自我設(shè)計目標。地熱發(fā)電一、地熱資源中國地處歐亞板塊的東南邊緣，是地熱資源豐富的國家之一。據(jù)原地礦部統(tǒng)計，地熱資源的遠景儲量為1553.5×108t標準煤，推測儲量為116.6×108t標準煤，探明儲量為31.6×108t標準煤。我國的地熱資源地熱發(fā)電(一)蒸汽型地熱發(fā)電蒸汽型地熱發(fā)電是把蒸汽中的干蒸汽直接引入汽輪發(fā)電機組。干蒸汽地熱資源十分有限，多存于較深的地層，應用有限。(二)熱水型地熱發(fā)電1.閃蒸式地熱發(fā)電（擴容法）（如右圖所示）2.雙循環(huán)式地熱發(fā)電（中間介質(zhì)法）汽輪機發(fā)電機分離器減壓器凝汽器冷水去冷卻塔地熱井回灌井閃蒸式地熱發(fā)電系統(tǒng)汽水分離器

雙循環(huán)式地熱發(fā)電雙循環(huán)式地熱發(fā)電:可以采用井下?lián)Q熱的方法，即將換熱器做成適合置于地熱井中的形式(例如采用U形管或同軸管)，低沸點介質(zhì)在管內(nèi)流動，在井下吸熱，產(chǎn)生高壓蒸汽，通過汽輪機發(fā)電優(yōu)點：無排水污染環(huán)境的問題；有利于保護地熱資源；無過量開采影響地面沉降憂；可減輕地熱水的腐蝕問題。

雙循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)國內(nèi)外地熱發(fā)電

1904年，意大利在拉德瑞羅地熱田建立了世界上第一臺地熱發(fā)電機組。2002年底，世界上有21個國家利用地熱發(fā)電，總裝機容量達8438MW，生產(chǎn)電力約50000GWh，其中以美國、菲律賓、意大利、墨西哥、印度尼西亞、日本、新西蘭等國較多。估計全世界尚有地熱發(fā)電資源潛力97061MW。地熱資源1977年10月羊八井地熱田建起了第一臺1000kW的地熱發(fā)電試驗機組。1985年電站總裝機容量已達10000kW。我國從70年代初開始研究地熱發(fā)電，廣東豐順鄧屋386kW，江西宜春溫湯50kW等。地熱發(fā)電示意圖太陽能熱力發(fā)電太陽能發(fā)電能兩種基本途徑：一：熱發(fā)電：是把太陽輻射能變?yōu)闊崮?，然后將熱能再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。二：是光伏發(fā)電：通過光電器件，將太陽能直接變換為電能。熱發(fā)電兩種類型

1、將聚集的熱能按常規(guī)的方法（與一般熱機一樣）先轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，再由發(fā)電機轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，這種發(fā)電類型稱為太陽能熱力發(fā)電。

2、是將太陽能轉(zhuǎn)變的熱能直接變?yōu)殡娔?，如利用Seebeck效應發(fā)電，稱為太陽能溫差發(fā)電。太陽能發(fā)電示意圖分散型、集中型和中間型

（一）分散型發(fā)電系統(tǒng)將拋物柱面聚光鏡等構(gòu)成的許多個集熱器布置在場地上，再將這些集熱器加以串聯(lián)、并聯(lián)，從而收集一定溫度和數(shù)量的熱能，按這種方式組成的系統(tǒng)稱為分散型發(fā)電系統(tǒng)。功率較小，聚光比約50左右槽型拋物面鏡集熱系統(tǒng)

集中型發(fā)電系統(tǒng)助特征是：在寬廣場地的中心附近設(shè)有高大的豎塔，塔頂上面裝有吸熱器（太陽鍋爐）。以豎塔為中心，在其周圍布置大量的平面鏡，太陽輻射經(jīng)平面鏡反射，全部集中到塔頂吸熱器轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽患訜岬墓べ|(zhì)傳送到塔下的發(fā)電裝置，從而轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。如圖3-18所示聚光比大于分散型，熱輸送效率比分散型高。塔式聚光系統(tǒng)示意圖吸收器入射陽光平面反射鏡吸收塔平面反射鏡冷凝器泵蒸汽輪機發(fā)電機冷卻塔(a)太陽能吸收器(b)太陽能熱力發(fā)電系統(tǒng)（二）集中型發(fā)電系統(tǒng)（三）中間型發(fā)電系統(tǒng)原理：來白面積為曲面開口面積幾倍乃至幾十倍的多個平面鏡的反射光，再入射到曲面鏡上，由曲面鏡進一步聚光并在集熱管上形成焦線。優(yōu)點：聚光比為100左右。與分散則發(fā)電系統(tǒng)相比，這種方式適當?shù)靥岣吡司酃獗取Ｋ阅軌蚓奂譁責崮?。缺點：需要兩次反射太陽能熱力發(fā)電的國內(nèi)外發(fā)展情況塔式太陽能熱力發(fā)電的研究開始于20世紀70年代，至90年代中期，一些國家相繼建造了多座示范電站，研究主要方向轉(zhuǎn)向電站模型、大型定日鏡（平面反射鏡）和高效儲能系統(tǒng)。國家“十一五”科技攻關(guān)項目計劃在我國投資60.27億，5年建成第一座兆瓦級塔式太陽能熱力發(fā)電試驗示范電站（引自《發(fā)電設(shè)備2007年3期》）。目前的研究方向是：高精確太陽光跟蹤系統(tǒng)，經(jīng)濟且高效的蓄熱材料，具有高反射率的延展膜反射材料和適合沙漠缺水地區(qū)使用的閉循環(huán)發(fā)電裝置。

太陽能熱力發(fā)電電站名稱國別發(fā)電容量MW定日鏡數(shù)目塊定日鏡尺寸m2塔高m系統(tǒng)效率%傳熱流體儲熱介質(zhì)占地面積m2投運年份設(shè)計日照強度kW/m2年日照時數(shù)hSSPS-CRS西班牙0.59329.343液態(tài)鈉鈉300×30019810.923000Eurelios意大利118252.23555.3蒸汽熔鹽、水150×10019811.03000Sunshine日本180716695蒸汽熔鹽、水150×18019810.752200SolarOne美國10181839.39013.5蒸汽油、巖石579×67219820.93500CESA-I西班牙1300406011.3蒸汽熔硝酸鹽10000001983