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(yīng)堆為核心，核燃料在反應(yīng)堆中進(jìn)行可控鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)，將裂變產(chǎn)生的大量熱量帶出反應(yīng)堆的物質(zhì)稱(chēng)為冷卻劑(水或氣體)，再通過(guò)蒸汽發(fā)生器將熱量傳給水，水被加熱成蒸汽供汽輪機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。冷卻劑釋熱后，通過(guò)冷卻劑循環(huán)主泵送回反應(yīng)堆去吸熱，不斷地將反應(yīng)堆中核裂變釋放熱能引導(dǎo)出來(lái)，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(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)，作功后蒸汽通過(guò)凝汽器、回?zé)嵯到y(tǒng)在返回蒸汽發(fā)生器，與常規(guī)火電廠基本相同。核反應(yīng)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(jìn)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(wú)鈉核反應(yīng)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(jì)上合算，特別是缺煤少油地區(qū)

項(xiàng)目火電汽輪機(jī)核電汽輪機(jī)主汽p0/t0MPa/℃16.18/5505.345/268.1干度%過(guò)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(duì)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(guò)熱87.73有效比焓降高壓缸kJ/kg382.7265.9中壓缸kJ/kg1317.2799.68級(jí)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(jí)數(shù)214汽機(jī)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(diǎn)核電飽和蒸汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

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(diǎn)是用新蒸汽或抽汽來(lái)作為加熱蒸汽。在濕蒸汽區(qū)域的各級(jí)葉柵，應(yīng)采取相應(yīng)的去濕措施。核電汽輪機(jī)裝置熱力系統(tǒng)的特點(diǎn)

需有蒸汽母管需用整機(jī)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(cè)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(yīng)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(guó)外核電事業(yè)(一)國(guó)外核電概況1938年德國(guó)科學(xué)家首先發(fā)現(xiàn)了鈾的核裂變現(xiàn)象，1942年英國(guó)建成第一座核反應(yīng)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(kāi)了核電發(fā)展的歷史。接著美國(guó)研制成輕水反應(yīng)堆，英、法研制了氣冷反應(yīng)堆，加拿大研制了重水反應(yīng)堆，并分別建成實(shí)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(biāo)準(zhǔn)化、系列化第三代是具有預(yù)防和緩解嚴(yán)重事故措施,經(jīng)濟(jì)上能與天然氣機(jī)組相競(jìng)爭(zhēng)的核電機(jī)組。第四代是更經(jīng)濟(jì)、更安全性、廢物量極少、并具有防核擴(kuò)散能力的核能利用系統(tǒng)。2006年全球核電分布情況國(guó)外核電發(fā)展的預(yù)測(cè)

今后核電的發(fā)展將以改進(jìn)核電安全性為主，并在經(jīng)濟(jì)上更具有競(jìng)爭(zhēng)性

發(fā)展方向：快中子增值反應(yīng)堆型核聚變反應(yīng)堆型我國(guó)的核電事業(yè)：

（一）我國(guó)的人口需要發(fā)展核電事業(yè)我國(guó)能源資源分布很不均勻我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)需求核電未來(lái)全國(guó)煤炭供不應(yīng)求和環(huán)保要求全國(guó)電力需求要發(fā)展核電我國(guó)的核電建設(shè)

我國(guó)核電發(fā)展起步于上世紀(jì)80年代中期，核電設(shè)計(jì)工作從上世紀(jì)70年代就已開(kāi)始，經(jīng)過(guò)了300MW、600MW和1000MW三個(gè)等級(jí)壓水堆核電機(jī)組建設(shè)，已具有較強(qiáng)的設(shè)備國(guó)產(chǎn)化能力。300MW國(guó)產(chǎn)化率達(dá)80%以上，年生產(chǎn)能力可達(dá)2套機(jī)組，并可出口創(chuàng)匯，600MW經(jīng)努力國(guó)產(chǎn)化率可達(dá)70%，年生產(chǎn)能力也可達(dá)2套機(jī)組，1000MW在“十一五”期間國(guó)產(chǎn)化率經(jīng)努力可達(dá)50%。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有3個(gè)核基地，包括秦山5臺(tái)、大亞灣4臺(tái)、田灣2臺(tái)，共11臺(tái)機(jī)組。

注解：PWR:壓水堆;HWR:重水堆；LWR：輕水堆我國(guó)正在運(yùn)行核電廠概況

1、秦山300MW核電站

浙江秦山300MW核電站是我國(guó)自行設(shè)計(jì)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(yùn)行，運(yùn)行情況良好，環(huán)保監(jiān)測(cè)值符合國(guó)家限值規(guī)定。國(guó)產(chǎn)300MW核電，已出口2、5MW低溫供熱堆

我國(guó)已于1989年4月建成5MW低溫核供熱堆，共5萬(wàn)余平方米建筑物采暖。我國(guó)200MW低溫核供熱堆已形成擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)體系，處于商用示范堆建設(shè)并進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的階段。我國(guó)在核供熱領(lǐng)域已跨入世界先進(jìn)水平。我國(guó)核裂變實(shí)驗(yàn)裝置歷時(shí)8年耗資2億，于2006年9月28日在合肥，EAST實(shí)驗(yàn)裝置首次放電，是我國(guó)第一代核聚變實(shí)驗(yàn)裝置。高溫氣冷堆示范工程我國(guó)核電的預(yù)測(cè)AP1000作為西屋公司開(kāi)發(fā)的第三代先進(jìn)壓水堆核電技術(shù)，是目前惟一得到美國(guó)核管會(huì)最終設(shè)計(jì)批準(zhǔn)的新一代商用核電技術(shù)。中國(guó)第三代核反應(yīng)堆的示范項(xiàng)目計(jì)劃2013年投入運(yùn)營(yíng)，預(yù)計(jì)到2020年成為國(guó)內(nèi)核電站的主流技術(shù)。2020年，核電裝機(jī)容量4000萬(wàn)千瓦。比重從現(xiàn)在的不到2%提高到4%，核電年發(fā)電量達(dá)到2600～2800億千瓦時(shí)。AP1000技術(shù)引進(jìn)已擬定國(guó)產(chǎn)化路徑：第一步，外方為主中方參與設(shè)計(jì)；第二步，以中方為主進(jìn)行設(shè)計(jì)，外方提供技術(shù)咨詢(xún)；第三步，設(shè)計(jì)和建造自主品牌的大型壓水堆核電站。據(jù)悉，第五臺(tái)核電機(jī)組的建造就將實(shí)現(xiàn)AP1000的自我設(shè)計(jì)目標(biāo)。地?zé)岚l(fā)電一、地?zé)豳Y源中國(guó)地處歐亞板塊的東南邊緣，是地?zé)豳Y源豐富的國(guó)家之一。據(jù)原地礦部統(tǒng)計(jì)，地?zé)豳Y源的遠(yuǎn)景儲(chǔ)量為1553.5×108t標(biāo)準(zhǔn)煤，推測(cè)儲(chǔ)量為116.6×108t標(biāo)準(zhǔn)煤，探明儲(chǔ)量為31.6×108t標(biāo)準(zhǔn)煤。我國(guó)的地?zé)豳Y源地?zé)岚l(fā)電(一)蒸汽型地?zé)岚l(fā)電蒸汽型地?zé)岚l(fā)電是把蒸汽中的干蒸汽直接引入汽輪發(fā)電機(jī)組。干蒸汽地?zé)豳Y源十分有限，多存于較深的地層，應(yīng)用有限。(二)熱水型地?zé)岚l(fā)電1.閃蒸式地?zé)岚l(fā)電（擴(kuò)容法）（如右圖所示）2.雙循環(huán)式地?zé)岚l(fā)電（中間介質(zhì)法）汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)分離器減壓器凝汽器冷水去冷卻塔地?zé)峋毓嗑W蒸式地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)汽水分離器

雙循環(huán)式地?zé)岚l(fā)電雙循環(huán)式地?zé)岚l(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?zé)峋械男问?例如采用U形管或同軸管)，低沸點(diǎn)介質(zhì)在管內(nèi)流動(dòng)，在井下吸熱，產(chǎn)生高壓蒸汽，通過(guò)汽輪機(jī)發(fā)電優(yōu)點(diǎn)：無(wú)排水污染環(huán)境的問(wèn)題；有利于保護(hù)地?zé)豳Y源；無(wú)過(guò)量開(kāi)采影響地面沉降憂；可減輕地?zé)崴母g問(wèn)題。

雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外地?zé)岚l(fā)電

1904年，意大利在拉德瑞羅地?zé)崽锝⒘耸澜缟系谝慌_(tái)地?zé)岚l(fā)電機(jī)組。2002年底，世界上有21個(gè)國(guó)家利用地?zé)岚l(fā)電，總裝機(jī)容量達(dá)8438MW，生產(chǎn)電力約50000GWh，其中以美國(guó)、菲律賓、意大利、墨西哥、印度尼西亞、日本、新西蘭等國(guó)較多。估計(jì)全世界尚有地?zé)岚l(fā)電資源潛力97061MW。地?zé)豳Y源1977年10月羊八井地?zé)崽锝ㄆ鹆说谝慌_(tái)1000kW的地?zé)岚l(fā)電試驗(yàn)機(jī)組。1985年電站總裝機(jī)容量已達(dá)10000kW。我國(guó)從70年代初開(kāi)始研究地?zé)岚l(fā)電，廣東豐順鄧屋386kW，江西宜春溫湯50kW等。地?zé)岚l(fā)電示意圖太陽(yáng)能熱力發(fā)電太陽(yáng)能發(fā)電能兩種基本途徑：一：熱發(fā)電：是把太陽(yáng)輻射能變?yōu)闊崮埽缓髮崮茉俎D(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。二：是光伏發(fā)電：通過(guò)光電器件，將太陽(yáng)能直接變換為電能。熱發(fā)電兩種類(lèi)型

1、將聚集的熱能按常規(guī)的方法（與一般熱機(jī)一樣）先轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，再由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽@種發(fā)電類(lèi)型稱(chēng)為太陽(yáng)能熱力發(fā)電。

2、是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變的熱能直接變?yōu)殡娔?，如利用Seebeck效應(yīng)發(fā)電，稱(chēng)為太陽(yáng)能溫差發(fā)電。太陽(yáng)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(gè)集熱器布置在場(chǎng)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(chēng)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(chǎng)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(yáng)鍋爐）。以豎塔為中心，在其周?chē)贾么罅康钠矫骁R，太陽(yáng)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(yáng)光平面反射鏡吸收塔平面反射鏡冷凝器泵蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)冷卻塔(a)太陽(yáng)能吸收器(b)太陽(yáng)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(lái)白面積為曲面開(kāi)口面積幾倍乃至幾十倍的多個(gè)平面鏡的反射光，再入射到曲面鏡上，由曲面鏡進(jìn)一步聚光并在集熱管上形成焦線。優(yōu)點(diǎn)：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(dāng)?shù)靥岣吡司酃獗?。所以能夠聚集局溫?zé)崮堋Ｈ秉c(diǎn)：需要兩次反射太陽(yáng)能熱力發(fā)電的國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況塔式太陽(yáng)能熱力發(fā)電的研究開(kāi)始于20世紀(jì)70年代，至90年代中期，一些國(guó)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(chǔ)能系統(tǒng)。國(guó)家“十一五”科技攻關(guān)項(xiàng)目計(jì)劃在我國(guó)投資60.27億，5年建成第一座兆瓦級(jí)塔式太陽(yáng)能熱力發(fā)電試驗(yàn)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(yáng)光跟蹤系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)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(yáng)能熱力發(fā)電電站名稱(chēng)國(guó)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(chǔ)熱介質(zhì)占地面積m2投運(yùn)年份設(shè)計(jì)日照強(qiáng)度kW/m2年日照時(shí)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(guó)10181839.39013.5蒸汽油、巖石579×67219820.93500CESA-I西班牙1300406011.3蒸汽熔硝酸鹽10000001983