核电技术及其发展-3

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1、2022-5-311核电技术及其发展（三）哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学核科学与技术学院核科学与技术学院 彭敏俊彭敏俊2008年8月2022-5-3122022-5-31No.33.1 核能发电的发展核能发电的发展l1951年年12月，爱达荷的月，爱达荷的ARCO建建成成一个快堆发电一个快堆发电装置装置l1954年美国开始年美国开始5个工业原型堆的计划个工业原型堆的计划1951年的年的ARCO快堆发电装置快堆发电装置2022-5-31No.4世界第一座核电站世界第一座核电站l1954年年6月，前月，前苏联苏联建成世界上第一个建成世界上第一个试验核电站试验核电站l反应堆采用石墨慢反应堆采用石墨慢化

2、，轻水冷却，电化，轻水冷却，电功率为功率为5MW 前前苏联的奥勃宁斯克苏联的奥勃宁斯克核电站核电站 2022-5-31No.5美国早期的核电站美国早期的核电站沸水堆核电站，沸水堆核电站，200MW1960年年7月投入商业运行月投入商业运行希平港核电站希平港核电站，60MW1957年年12月发电月发电2022-5-31No.6英、法早期的核电站英、法早期的核电站英国建世界第一个气冷堆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法国建的原型堆核电站2022-5-31No.7核电发展的目标核电发展的目标核电厂追求的目标核电厂追求的目标1.辐射防护目标辐射防护目标2.技术安全目标技术安全目标

3、1.发电的经济性发电的经济性2.燃料的利用率燃料的利用率2022-5-31No.8核电发展的挫折与教训核电发展的挫折与教训l1979年年，三哩岛核电事故三哩岛核电事故l1986年年4月月26，Chernobyl Accidentl 开始提出并研发更为安全可信、经济的核电站或核能利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用技术l又一重要启示：安全第一、质量第一又一重要启示：安全第一、质量第一lURD的新目标要求的新目标要求 提出提出l1999年开始四代技术的研发，成立年开始四代技术的研发，成立GIF论坛论坛2022-5-31No.9核电站分为四代核电站分为四代2022-5-31No

4、.10第二代核电站第二代核电站l1970年年1986年年，第二次石油危机促进了核电的大规模发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展，形成了第二代核电技术l技术标志技术标志1.标准化标准化2.大容量大容量3.安全性安全性4.批量化批量化2022-5-31No.11典型典型的第的第二代核电站二代核电站岭澳核电站岭澳核电站l压水堆为主：法国的压水堆为主：法国的M310l石墨水冷堆：石墨水冷堆：13001500MWel重水堆：重水堆：600700MWel石墨气冷堆仅限于英国石墨气冷堆仅限于英国l沸水堆减少沸水堆减少2022-5-31No.12第三代核电站第三代核电站AP1000l

5、设计是依靠设计是依靠自然能力自然能力设计核电站以提高安全性的技术设计核电站以提高安全性的技术l改进的改进的自动安全特征自动安全特征l非能动设计充分得以减少尺寸，设备和组件简单和小尺寸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（标准化标准化、模块化模块化），由于很多系统和子系统在工厂而不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用到电站装配，它的建设时间只需要3-4年年l是一种是一种简单、安全、经济简单、安全、经济的的1000MWe压水堆，它具有更压水堆，它具有更先进的

6、安全功能和更简化的电厂结构，这有利于电厂的建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。造、运行和维修。2022-5-31No.13AP1000核电站核电站2022-5-31No.14第四代反应堆概念第四代反应堆概念l2002 年年9 月月20 日日，在日本东京召开的第四代反应堆国际研讨会上，在日本东京召开的第四代反应堆国际研讨会上，公布了公布了6 种第四代反应堆设计概念。这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。他九个国家共同开发第四代反应堆的发展方向。l 气冷快堆系统（气冷快堆系统（GFR

7、）l 铅合金液态金属冷却快堆系统（铅合金液态金属冷却快堆系统（LFR）l 熔盐反应堆系统（熔盐反应堆系统（MSR）l 液态金属钠冷却快堆系统（液态金属钠冷却快堆系统（SFR）l 超临界水冷反应堆系统（超临界水冷反应堆系统（SCWR）l 超高温气冷反应堆系统（超高温气冷反应堆系统（VHTR）2022-5-31No.15l快中子谱氦冷反应堆，采用闭式燃料循环，燃料可选择复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。合陶瓷燃料。l采用直接循环氦气轮机发电，或采用其工艺热进行氢的热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。化学生产。l通过综合利用快中子谱与锕系元素的

8、完全再循环，通过综合利用快中子谱与锕系元素的完全再循环，GFR能能将长寿命放射性废物的产生量降到最低。将长寿命放射性废物的产生量降到最低。l其快中子谱还能利用现有的裂变材料和可转换材料（包括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）。贫铀）。l参考反应堆是参考反应堆是288兆瓦的氦冷系统，出口温度为兆瓦的氦冷系统，出口温度为850。 1.气冷快堆系统气冷快堆系统（Gas-cooled Fast Reactor，GFR）2022-5-31No.162022-5-31No.17l系统是快中子铅（铅系统是快中子铅（铅/铋共晶）液态金属冷却堆，采用闭铋共晶）液态金属冷却堆，采用闭式燃料循

9、环，以实现铀的有效转化，并控制锕系元素。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。燃料是含有可转换铀和超铀元素的金属或氮化物。lLFR系统的特点是可在一系列电厂额定功率中进行选择系统的特点是可在一系列电厂额定功率中进行选择，例如，例如LFR系统可以是一个系统可以是一个1200兆瓦的大型整体电厂，兆瓦的大型整体电厂，也可以选择额定功率在也可以选择额定功率在300400兆瓦的模块系统与一个换兆瓦的模块系统与一个换料间隔很长（料间隔很长（1520年）的年）的50100兆瓦的电池组的组合。兆瓦的电池组的组合。lLFR电池组是一个小型的工厂制造的交钥匙电

10、厂，可满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。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铅合金液态金属冷却快堆（Lead-cooled Fast Reactor，LFR） 2022-5-31No.182022-5-31No.193.熔盐反应堆熔盐反应堆（Molten Salt Reactor，MSR）l是超热中子谱堆，燃料是钠、锆和氟化铀的循环液体混是超热中子谱堆，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。合物。熔盐燃料流过堆芯石墨通道，产生超热中子谱。lMSR系统的液体燃料不需要制造燃料元件，并允许添加系统的

11、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。冷却剂中会形成氟化物。l熔融的氟盐具有很好的传热特性，可降低对压力容器和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。管道的压力。l参考电站的功率水平为参考电站的功率水平为1000兆瓦，冷却剂出口温度兆瓦，冷却剂出口温度700800，热效率高。，热效率高。2022-5-31No.202022-5-31No.21l是快中子谱钠冷堆，它采用可有效控制锕系元素及可转是快中子谱钠冷堆，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