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1、1,核專業(yè)知識講座 第四代核能系統(tǒng),2,一、第四代核能系統(tǒng)簡述,六種第四代核能系統(tǒng),3,1.氣體冷卻快堆系統(tǒng)(GFR),系統(tǒng)描述:氣體冷卻快堆是一種快中子能譜的氦氣冷卻反應(yīng)堆,具有封閉的燃料循環(huán)。堆芯布局可以基于菱形的塊狀、柱狀或板狀燃料組件進(jìn)行布置。GFR采用直接循環(huán)的布朗循環(huán)氣輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電,或者可以隨時利用其為生產(chǎn)氫的熱化工產(chǎn)品供熱。,4,優(yōu)點:快中子跟錒系元素結(jié)合將放射性廢物減到最少。能更有效利用易裂變和可轉(zhuǎn)換的材料。 發(fā)展情況:GFR的技術(shù)主要來源于大量的熱中子氣體反應(yīng)堆和少量的快中子氣體冷卻反應(yīng)堆的設(shè)計。英、德、美、日、中、南非、俄。,5,2.鉛冷卻快堆系統(tǒng)(LFR),系統(tǒng)描述:鉛冷
2、卻快堆是一種快中子能譜的鉛或鉛/鉍合金液態(tài)金屬冷卻的反應(yīng)堆,并且具有封閉的燃料循環(huán),便于可轉(zhuǎn)換鈾的有效轉(zhuǎn)化和錒系元素的管理。,6,優(yōu)點:裝置具有較長的壽期,整個堆芯可以在工廠制造組裝完全、不需要任何電氣化學(xué)方面的能量轉(zhuǎn)換。 發(fā)展情況:俄羅斯?jié)撏в玫你U-鉍合金冷卻反應(yīng)堆技術(shù)、一體化快堆金屬合金燃料重復(fù)利用和再加工技術(shù)的開發(fā)。,7,3.熔鹽反應(yīng)堆系統(tǒng)(MSR),系統(tǒng)描述:熔鹽反應(yīng)堆是在超熱能中子譜反應(yīng)堆和完全重復(fù)利用錒系元素的燃料循環(huán),以及在熔鹽燃料混合物的循環(huán)流動中產(chǎn)生裂變能。熔鹽燃料流經(jīng)石墨堆芯通道,產(chǎn)生超熱能中子。在熔鹽中產(chǎn)生的熱量通過一臺中間熱交換器傳遞到二回路冷卻系統(tǒng),然后通過一臺三級熱
3、交換器傳遞到能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 。,8,優(yōu)點:采用封閉的燃料循環(huán)特別能夠提高钚和微量錒系元素的燃耗。熔化的氟化鹽具有優(yōu)良的熱傳遞性能,并且蒸發(fā)壓力非常低,降低了壓力容器和管系的應(yīng)力。 發(fā)展情況:主要是用于航天器推動。1954年的航天器反應(yīng)堆試驗對堆能否達(dá)到的最高溫度(850)進(jìn)行了驗證。以及溶鹽燃料的穩(wěn)定性問題及與石墨鎳基材料的兼容性問題。,9,4.鈉冷卻快堆系統(tǒng)(SFR),系統(tǒng)描述:鈉冷卻快堆是一種快中子能譜的鈉冷卻反應(yīng)堆,具有封閉的燃料循環(huán),有利于錒系元素的有效管理和可轉(zhuǎn)換鈾的有效轉(zhuǎn)化。該系統(tǒng)重要的安全特征是較長的熱響應(yīng)時間、較寬的冷卻劑沸騰范圍、主回路系統(tǒng)在接近大氣壓的條件下運行、在一回路系統(tǒng)
4、中的放射性鈉與電廠的水和蒸汽之間有一個中間的鈉系統(tǒng)。,10,優(yōu)點:SFR 可用于電力市場,同時由于SFR是快中子能譜反應(yīng)堆,SFR更能夠有效的利用那些可再利用的易裂變和可轉(zhuǎn)換的材料。 發(fā)展情況:法國、日本、德國、英國、俄羅斯和美國等國家已建造和運行了鈉冷液態(tài)金屬反應(yīng)堆,功率范圍從1.1MWt到1200MWt不等。,11,5.超臨界水冷卻反應(yīng)堆系統(tǒng)(SCWR),系統(tǒng)描述:超臨界水冷卻反應(yīng)堆系統(tǒng)是一種高溫高壓的水冷反應(yīng)堆,它可以在高于水的熱力學(xué)臨界點的工況下運行。反應(yīng)堆所采用的燃料為氧化鈾。SCWR系統(tǒng)設(shè)計的主要目的是為了生產(chǎn)高效的電力產(chǎn)品。,12,優(yōu)點:系統(tǒng)的熱效率比目前的輕水反應(yīng)堆高大約三分之
5、一,同時也可以簡化裝置的配置。 發(fā)展情況:其中許多技術(shù)可以在現(xiàn)有的輕水堆和超臨界水冷化石燃料商用電站中找到,目前還沒有SCWR的原型堆。,13,6.超高溫反應(yīng)堆系統(tǒng)(VHTR),系統(tǒng)描述:超高溫反應(yīng)堆系統(tǒng)是一種石墨慢化氦氣冷卻的、具有一次性鈾燃料循環(huán)的反應(yīng)堆。反應(yīng)堆是一個600MWt的堆芯,它與一臺中間熱交換器相連進(jìn)行熱量的傳遞可以用于生產(chǎn)氫產(chǎn)品、或為石化工業(yè)或其它工業(yè)用途供熱。,14,優(yōu)點:高效率,可以用于供熱、發(fā)電。同時,靈活地采用鈾/钚燃料循環(huán)并有助于廢物的最小化。 發(fā)展情況:基本技術(shù)已經(jīng)在先前的高溫氣冷堆項目中形成了,在中國的HTR-10中也準(zhǔn)備驗證在10MWt的功率水平上進(jìn)行發(fā)電和熱
6、電聯(lián)供的可行性。,15,二、第四代核能系統(tǒng)的研究開發(fā)計劃,第四代核能系統(tǒng)的目標(biāo)是使這些系統(tǒng)能夠在2030年之前得到廣泛的應(yīng)用下表列出了六種第四代核能系統(tǒng)研究開發(fā)的主要時間節(jié)點及其研究開發(fā)所需的經(jīng)費初步預(yù)算。,在可行性研究和論證階段,要證明一些關(guān)鍵技術(shù)是可行的如果上述兩個階段的研究工作進(jìn)展順利的話,至少還需要用6年的時問開展實際驗證 工作,估計需要幾十億美元的資金。,16,中國核電的未來,目前,中國核電發(fā)展已經(jīng)走過了20年的路程,運行與在建的核電機(jī)組總?cè)萘恳呀咏?0GW,核電發(fā)電量約占全國總發(fā)電量的2%左右,已形成了浙江秦山、廣東大亞灣、江蘇田灣三大核電基地,因此已具備了穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)。 第四代核電中,達(dá)成共識的六種新型核電堆型中至少三種是快堆,由此可見由熱堆電站向快堆電站過渡的態(tài)勢。中國已開始快堆技術(shù)的開發(fā)研究,在國家“863計劃”的支持下,中國的實驗快堆正在加緊建設(shè),預(yù)計在“十一五”初期即可建成并投入運行。目前我國加快大型快堆電站的開
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