核电技术及其发展-3.

核电技术及其发展（三）哈尔滨工程大学核科学与技术学院彭敏俊2008年8月2019年12月24日2时40分22019年12月24日2时40分No.33.1核能发电的发展1951年12月，爱达荷的ARCO建成一个快堆发电装置1954年美国开始5个工业原型堆的计划1951年的ARCO快堆发电装置2019年12月24日2时40分No.4世界第一座核电站1954年6月，前苏联建成世界上第一个试验核电站反应堆采用石墨慢化，轻水冷却，电功率为5MW前苏联的奥勃宁斯克核电站2019年12月24日2时40分No.5美国早期的核电站沸水堆核电站，200MW1960年7月投入商业运行希平港核电站，60MW1957年12月发电2019年12月24日2时40分No.6英、法早期的核电站英国建世界第一个气冷堆核电站法国建的原型堆核电站2019年12月24日2时40分No.7核电发展的目标核电厂追求的目标1.辐射防护目标2.技术安全目标1.发电的经济性2.燃料的利用率2019年12月24日2时40分No.8核电发展的挫折与教训1979年，三哩岛核电事故1986年4月26，ChernobylAccident开始提出并研发更为安全可信、经济的核电站或核能利用技术又一重要启示：安全第一、质量第一URD的新目标要求提出1999年开始四代技术的研发，成立GIF论坛2019年12月24日2时40分No.9核电站分为四代2019年12月24日2时40分No.10第二代核电站1970年~1986年，第二次石油危机促进了核电的大规模发展，形成了第二代核电技术技术标志1.标准化2.大容量3.安全性4.批量化2019年12月24日2时40分No.11典型的第二代核电站岭澳核电站压水堆为主：法国的M310石墨水冷堆：1300~1500MWe重水堆：600~700MWe石墨气冷堆仅限于英国沸水堆减少2019年12月24日2时40分No.12第三代核电站——AP1000设计是依靠自然能力设计核电站以提高安全性的技术改进的自动安全特征非能动设计充分得以减少尺寸，设备和组件简单和小尺寸极大地减少了建设工期，比目前的美国核电站建设得更快（标准化、模块化），由于很多系统和子系统在工厂而不用到电站装配，它的建设时间只需要3-4年是一种简单、安全、经济的1000MWe压水堆，它具有更先进的安全功能和更简化的电厂结构，这有利于电厂的建造、运行和维修。2019年12月24日2时40分No.13AP1000核电站2019年12月24日2时40分No.14第四代反应堆概念2002年9月20日，在日本东京召开的第四代反应堆国际研讨会上，公布了6种第四代反应堆设计概念。这6种设计概念将成为美国和其他九个国家共同开发第四代反应堆的发展方向。1.气冷快堆系统（GFR）2.铅合金液态金属冷却快堆系统（LFR）3.熔盐反应堆系统（MSR）4.液态金属钠冷却快堆系统（SFR）5.超临界水冷反应堆系统（SCWR）6.超高温气冷反应堆系统（VHTR）2019年12月24日2时40分No.15快中子谱氦冷反应堆，采用闭式燃料循环，燃料可选择复合陶瓷燃料。采用直接循环氦气轮机发电，或采用其工艺热进行氢的热化学生产。通过综合利用快中子谱与锕系元素的完全再循环，GFR能将长寿命放射性废物的产生量降到最低。其快中子谱还能利用现有的裂变材料和可转换材料（包括贫铀）。参考反应堆是288兆瓦的氦冷系统，出口温度为850℃。1.气冷快堆系统（Gas-cooledFastReactor，GFR）2019年12月24日2时40分No.162019年12月24日2时40分No.17系统是快中子铅（铅/铋共晶）液态金属冷却堆，采用闭式燃料循环，以实现铀的有效转化，并控制锕系元素。燃料是含有可转换铀和超铀元素的金属或氮化物。LFR系统的特点是可在一系列电厂额定功率中进行选择，例如LFR系统可以是一个1200兆瓦的大型整体电厂，也可以选择额定功率在300~400兆瓦的模块系统与一个换料间隔很长（15~20年）的50~100兆瓦的电池组的组合。LFR电池组是一个小型的工厂制造的交钥匙电厂，可满足市场上对小电网发电的需求。2.铅合金液态金属冷却快堆（Lead-cooledFastReactor，LFR）2019年12月24日2时40分No.182019年12月24日2时40分No.193.熔盐反应堆（MoltenSaltReactor，MSR）是超热中子谱堆，燃料是钠、锆和氟化铀的循环液体混合物。熔盐燃料流过堆芯石墨通道，产生超热中子谱。MSR系统的液体燃料不需要制造燃料元件，并允许添加钚这样的锕系元素。锕系元素和大多数裂变产物在液态冷却剂中会形成氟化物。熔融的氟盐具有很好的传热特性，可降低对压力容器和管道的压力。参考电站的功率水平为1000兆瓦，冷却剂出口温度700~800℃，热效率高。2019年12月24日2时40分No.202019年12月24日2时40分No.21是快中子谱钠冷堆，它采用可有效控制锕系元素及可转换铀的转化的闭式燃料循环。SFR系统主要用于管理高放射性废弃物，尤其在管理钚和其他锕系元素方面。该系统有两个主要方案：中等规模核电站，功率为150～500兆瓦，燃料用铀-钚-次锕系元素-锆合金；中到大规模核电站，功率为500～1500兆瓦，使用铀-钚氧化物燃料。由于具有热响应时间长、冷却剂沸腾的裕度大、一回路系统在接近大气压下运行，该回路的放射性钠与电厂的水和蒸汽之间有中间钠系统等特点，因此安全性能好。4.液态钠冷却快堆（Sodium-cooledFastReactor，SFR）2019年12月24日2时40分No.222019年12月24日2时40分No.23是高温高压水冷堆，在水的热力学临界点（374℃，22.1兆帕）以上运行。超临界水冷却剂能使热效率提高到目前轻水堆的约1.3倍。冷却剂在反应堆中不改变状态，直接与能量转换设备相连接，可大大简化电厂配套设备。燃料为铀氧化物。堆芯设计有两个方案，即热中子谱和快中子谱。参考系统功率为1700兆瓦，运行压力是25兆帕，反应堆出口温度为510～550℃。5.超临界水冷堆（Super-CriticalWater-cooledReactor，SCWR）2019年12月24日2时40分No.242019年12月24日2时40分No.25是一次通过式铀燃料循环的石墨慢化氦冷堆。该反应堆堆芯可以是棱柱块状堆芯（如日本的高温工程试验反应器HTTR），也可以是球床堆芯（如中国的高温气冷试验堆HTR-10）。VHTR系统提供热量，堆芯出口温度为1000℃，可为石油化工或其他行业生产氢或工艺热。该系统中也可加入发电设备，以满足热电联供的需要。该系统在采用铀/钚燃料循环，使废物量最小化方面具有灵活性。参考堆采用600兆瓦堆芯。6.超高温气冷堆（VeryHighTemperatureReactor，VHTR）2019年12月24日2时40分No.262019年12月24日2时40分272019年12月24日2时40分No.284.1我国现有核电站概况电厂名称装机容量MW堆型开工时间发电时间秦山一期310压水堆1985.31991.12大亚湾2×984M310压水堆1987.81993.8秦山二期2×650压水堆1996.62002.2岭澳一期2×990压水堆1997.52002.2秦山三期2×728CANDU-6重水堆1998.62002.11田湾一期2×1060VVER-1000压水堆1999.102006.52019年12月24日2时40分No.29秦山第一核电站•位于杭州湾，是中国第一座自主设计、建造和运营管理的300MW压水堆核电站。•1985年3月浇灌第一罐核岛底板混凝土，1991年12月首次并网发电，1994年4月投入商业运行。2019年12月24日2时40分No.30秦山第二核电站•装备两台600MW压水堆机组•2002年4月15日，1号机组投入商业运行•2004年5月3日，2号机组正式投入商业运行•中国自主设计、自主建造、自主管理和自主运营的第一座大型商用核电站2019年12月24日2时40分No.31秦山第三核电站•是我国首座商用重水堆核电站，引进加拿大重水堆核电站技术•1998年6月8日开工，2002年12月31日和2003年7月24日，1号和2号机组相继投入商业运行•创造了国际33座重水堆核电站建设周期最短的纪录。2019年12月24日2时40分No.32大亚湾核电站•大亚湾核电站装备两套90万千瓦压水反应堆机组，第1号、第2号机组先后于1993年5月和11月开始装入核燃料，并于1994年2月5日投入商业运行•位于深圳东部大亚湾畔。1985年兴建，1994年正式投入商业运行。是我国引进外资、设备和技术建设的第一座大型商用核电站2019年12月24日2时40分No.33岭澳核电站一期•岭澳核电站一期是中国广东核电集团按照国务院确定的“以核养核，滚动发展”的方针在广东地区建设的第二座大型商用核电站，拥有两台装机容量为99万千瓦的压水堆核电机组岭澳核电站一期于1997年5月15日开工建设，2003年1月8日提前66天全面建成投产2019年12月24日2时40分No.34田湾核电站•是目前中国单机容量最大的核电站。1号机组于2005年10月18日开始首次装料，12月20日反应堆首次达到临界。2006年5月12日首次并网成功。•2007年1月9日反应堆功率首次达到100%额定功率•5月17日20时17分，1号机组正式投入商业运行2019年12月24日2时40分No.354.2中国必须发展核能核工业是国家安全的基石是国民经济发展和能源安全的需要环境保护的需要国家制定了第1个核能与核技术发展规划确定了核能发展战略：三步走，三个15年自主化，创新发展实施国家重大工程，确定核技术发展目标2019年12月24日2时40分No.36《国家核电发展专题规划(2005-2020年)核能已成为人类使用的重要能源之一，核电是电力工业的重要组成部分。核电不造成对大气的污染排放，在国际社会越来越重视温室气体排放、气候变暖的形势下，积极推进核电建设，是我国能源建设的一项重要政策。发展目标是：到2020年，核电运行装机容量争取达到4000万千瓦，并有1800万千瓦在建项目结转到2020年以后续建。核电占全部电力装机容量的比重从现在的不到2%提高到4%，核电年发电量达到2600～2800亿千瓦时。2019年12月24日2时40分No.37中国未来电力发展需求2019年12月24日2时40分No.382050年发电装机容量构成预测2019年12月24日2时40分No.39核电站大连北京海阳运行（11）在建（4）北京Shanghai秦山大亚湾田湾中国核电厂现状计划（14）阳江三门宁德海阳大连2019年12月24日2时40分402019年12月24日2时40分No.415.1核能开发与利用的产业链首先是核燃料循环：核燃料的勘探、开采、浓缩分离、燃料元件的生产、乏燃料的处理、核废物的处置等核能转换或利用系统的研究与技术开发核能转化与利用系统的设计核能转换系统、设备的制造、安装调试核能转换系统运行与管理核能转换系统的退役与处置2019年12月24日2时40分No.42核燃料循环2019年12月24日2时40分No.43谢谢各位!欢迎批评、指正