電力生產(chǎn)概論 11 核電站

電力生產(chǎn)概論核電站概述核電站工作原理一二核電站

核電站的安全措施三典型核電站簡介四核電站概述核能發(fā)電自上世紀五十年代中期問世，我國從1993年起有了核電。從我國能源結(jié)構(gòu)看，我國的能源資源雖然比較豐富，但分布不均，沿海地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達、電力供應(yīng)負荷集中，但水電資源和煤炭資源匱乏、環(huán)保要求高，因此在這些地區(qū)發(fā)展核電，是解決能源供應(yīng)的有效途徑和必由之路。同時，我國電源結(jié)構(gòu)也不盡合理，電源裝機容量中火電比例過大。大量使用煤炭，勢必造成環(huán)境污染嚴重，能源利用效率低等問題，以煤電為主的電源結(jié)構(gòu)必須盡快加以調(diào)整。水電的發(fā)展也受到自然環(huán)境、自然條件的諸多限制。因此，發(fā)展核電已越來越顯示出了其重要性和必要性。核能的概念核能有兩種，一種是由一些重金屬元素如鈾、钚等的原子核發(fā)生分裂時放出的巨大能量，這一分裂過程稱為裂變反應(yīng)，原子彈就是根據(jù)這個原理制造出來的。另一種是由一些輕元素如氫的同位素氘和氚等原子核聚合成較重的原子核時，放出巨大的能量，這一聚合過程稱為聚變反應(yīng)(又稱熱核反應(yīng))，氫彈就是根據(jù)這個原理制造出來的。

核電廠的燃料是鈾，1千克鈾全部裂變放出的能量相當(dāng)于2700噸標準煤燃燒放出的能量。核能發(fā)電就是利用原子核裂變產(chǎn)生的核能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，再用處于高壓力下的水把熱能帶出，在蒸汽發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，蒸汽推動汽輪機帶著發(fā)電機一起旋轉(zhuǎn)。核電站與火電站在構(gòu)成上的最主要區(qū)別，是前者用核蒸汽發(fā)生系統(tǒng)(反應(yīng)堆、蒸汽發(fā)生器、泵和管道等)代替后者的蒸汽鍋爐機組。核電站工作原理（一）核反應(yīng)堆原理：核反應(yīng)堆是一個能維持和控制核裂變鏈式反應(yīng)，從而實現(xiàn)核能與熱能轉(zhuǎn)換的裝置。1942年美國芝加哥大學(xué)建成了世界上第一座鏈式反應(yīng)裝置。

反應(yīng)堆由堆芯、冷卻系統(tǒng)、慢化系統(tǒng)、反射層、控制與保護系統(tǒng)、屏蔽系統(tǒng)、輻射監(jiān)測系統(tǒng)等組成。（1）燃料包殼：為了防止裂變產(chǎn)物逸出，一般燃料都需用包殼包起來，包殼材料有鋁、鋯合金和不銹鋼等。（2）控制棒和安全棒：控制棒用來補償燃料消耗和調(diào)節(jié)反應(yīng)速率；安全棒用來快速停止鏈式反應(yīng)。吸收體材料一般是硼、碳化硼、鎘、銀銦鎘等。（3）冷卻劑：常用的冷卻劑有輕水、重水、氦和液態(tài)金屬鈉等。（4）慢化劑：有些反應(yīng)堆中要放入能使中子速度減慢的材料，就叫慢化劑，一般慢化劑有水、重水、石墨等。（5）反射層：反射層設(shè)在活性區(qū)四周，它可以是重水、輕水、鈹、石墨或其它材料。它能把活性區(qū)內(nèi)逃出的中子反射回去，減少中子的泄漏量。（6）屏蔽系統(tǒng)：反應(yīng)堆周圍設(shè)屏蔽層，減弱中子及γ劑量。（7）輻射監(jiān)測系統(tǒng)：該系統(tǒng)能監(jiān)測并及早發(fā)現(xiàn)放射性泄漏情況。核電站工作原理（二）反應(yīng)堆的分類：按能普分有由熱能中子和快速中子引起裂變的熱堆、快堆；按冷卻劑分有輕水堆，即普通水堆（又分為壓水堆和沸水堆）、重水堆、氣冷堆和鈉冷堆。按用途分有：研究試驗堆、生產(chǎn)堆、動力堆。世界上動力反應(yīng)堆可分為潛艇動力堆和商用發(fā)電反應(yīng)堆。應(yīng)用最廣泛的是壓水反應(yīng)堆。壓水反應(yīng)堆是以普通水作冷卻劑和慢化劑，

壓水堆的工作過程：壓水堆以水作為冷卻劑在主泵的推動下流過燃料組件，吸收了核裂變產(chǎn)生的熱能以后流出反應(yīng)堆，進入蒸汽發(fā)生器，在那里把熱量傳給二次側(cè)的水，使它們變成蒸汽送去發(fā)電，而主冷卻劑本身的溫度就降低了。從蒸汽發(fā)生器出來的主冷卻劑再由主泵送回反應(yīng)堆去加熱。冷卻劑的這一循環(huán)通道稱為一回路，一回路高壓由穩(wěn)壓器來維持和調(diào)節(jié)。

由于用2％一3％的低濃縮鈾作燃料，及用傳熱效率較高的水作介質(zhì)，所以反應(yīng)堆體積小，造價低，技術(shù)上也比較容易掌握。壓水堆核電站原理流程圖核電站的安全措施（一）設(shè)計方面安全措施（1）四重屏障防止放射性物質(zhì)外逸：裂變產(chǎn)生的放射性物質(zhì)90％滯留于燃料芯塊中；密封的燃料包殼；堅固的壓力容器和密閉的回路系統(tǒng)；能承受內(nèi)壓的安全殼。（2）多重保護：因任何原因未能正常停堆時，控制棒自動落入堆內(nèi)，實行自動緊急停堆；如任何原因控制棒未能插入，高濃度硼酸水自動噴入堆內(nèi)，實現(xiàn)自動緊急停堆。

（3）發(fā)生自然災(zāi)害時安全停閉核電廠：在核電廠設(shè)計中甚至還考慮了廠區(qū)附近的堤壩坍塌、飛機附毀、交通事故和化工廠事故之類的事件。管理方面的安全措施：核電廠有著嚴密的質(zhì)量保證體系，還實行內(nèi)部和外部監(jiān)查制度，對參加核電廠工作的人員的選擇、培訓(xùn)、考核和任命有著嚴格的規(guī)定。核電站的安全措施（二）縱深防御措施包括以下五道防線：（1）第一道防線：精心設(shè)計，精心施工，確保核電站的設(shè)備精良。

（2）第二道防線：加強運行管理和監(jiān)督，及時正確處理不正常情況，排除故障。

（3）第三道防線：設(shè)計提供的多層次的安全系統(tǒng)和保護系統(tǒng)，防止設(shè)備故障和人為差錯釀成事故。（4）第四道防線：啟用核電站安全系統(tǒng)，加強事故中的電站管理，防止事故擴大。（5）第五道防線：廠內(nèi)外應(yīng)急響應(yīng)計劃，努力減輕事故對居民的影響。

核電站廢物處理：核電廠的三廢治理設(shè)施與主體工程同時設(shè)計，同時施工，同時投產(chǎn)，其原則是盡量回收，把排放量減至最小，核電廠的固體廢物完全不向環(huán)境排放，放射性液體廢物轉(zhuǎn)化為固體也不排放；像工作人員淋浴水、洗滌水之類的低放射性廢水經(jīng)過處理、檢測合格后排放；氣體廢物經(jīng)過滯留衰變和吸附，過濾后向高空排放。

典型核電站秦山核電站：秦山核電站位于東海之濱美麗富饒的杭州灣畔，是中國第一座依靠自己的力量設(shè)計、建造和運營管理的30萬千瓦壓水堆核電站。大亞灣核電站：廣東大亞灣核電站位于深圳市東部大亞灣畔，是我國引進國外資金、設(shè)備和技術(shù)建設(shè)的第一座大型商用核電站，其中七成電力供應(yīng)香港