常用的核电站反应堆有那些

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压水堆(pressurizedwaterreactor):全称“加压水慢化冷却反应堆”,简称PWR。以加压的、未发生沸腾的轻水(即普通水)作为慢化剂和冷却剂的反应堆。由燃料组件、慢化剂(兼作冷却剂)、控制棒组件、可燃毒物组件、中子源组件、堆芯吊篮和压力壳等组成。是核电站中应用数量最多、容量最大的堆型。

使用加压轻水(即普通水)作冷却剂和慢化剂,并且水在堆内不沸腾的核反应堆。燃料为加浓铀(约含30%235U)。80年代,是世界上公认技术最成熟、运行安全、经济实用的反应堆堆型。总容量约占所有核电站各类反应堆总和的60%以上。最早是用于核潜艇的军用反应堆。1961年,美国建成世界上第一座商用压水堆核电站。

1.压水堆

压水堆是指使用轻水(即普通净化水)作冷却剂和慢化剂,且水在反应堆内保持液态的核反应堆。

除秦山三期外,我国目前运行的核电机组全部为压水堆。压水堆作为一种技术十分成熟的堆型,与其他堆型相比,结构紧凑,经济上基建费用低、建设周期短、轻水价格便宜;有放射性的一回路与二回路分开,带有放射性的冷却剂不会进入二回路污染汽轮机,机组运行、维护方便。

压水堆示意图

2.沸水堆

沸水堆利用轻水作慢化剂和冷却剂,只有一个回路,水在反应堆内沸腾产生蒸汽直接进入汽轮机发电。与压水堆相比,沸水堆工作压力低;由于减少了一个回路,其设备成本也比压水堆低;但这样可能使汽轮机等设备受到放射性污染,给设计、运行和维修带来不便。

沸水堆示意图

3.重水堆

重水堆是以重水(氘和氧组成的化合物)作慢化剂的反应堆。其主要优点是可以直接利用天然铀作核燃料,同时采用不停堆燃料方式;但体积比轻水堆大,建造费用高,重水昂贵、发电成本也比较高。

重水堆核电站是发展较早的核电站,我国秦山三期1、2号机组采用的是加拿大坎杜型(CANDU)压力管式重水堆。

 

CANDU

加拿大皮克灵核电厂(重水堆)

4.高温气冷堆

高温气冷堆用氦气作冷却剂,石墨作慢化剂,堆芯出口温度较高。高温气冷堆热效率高,建造周期短,系统简单;但堆芯出口温度为850~1000℃甚至更高,对反应堆材料的性能要求也高。

山东石岛湾规划建设20万千瓦级高温气冷堆。

石岛湾高温气冷堆

5.快中子反应堆(快堆)

快中子反应堆直接利用快中子引起链式裂变反应所释放的能量进行发电,因此不需要慢化剂、体积小、功率密度大。快堆可使铀利用率提高至60%以上,最大程度的降低核废料,实现放射性废物最小化。但快堆的燃料元件加工及乏燃料后处理要求高,对材料的要求也较苛刻。

2011年7月21日10时,我国第一个实验快堆成功实现并网发电。

 

21世纪10年代初,世界上的大多数核电站都属于第二代核电站。1990年后期到2010年开始运行的核电站基本为先进的轻水堆核电站属于第三代核电站,包括沸水堆、压水堆核电站。

【问】目前,全球核电站多采用第三代核电技术,核电站堆型如何进行划分?全球各国的核电站堆型都用什么堆型呢?

答:压水堆核电站以水堆为热源;沸水堆核电站,以沸水堆为热源,它们均属轻水堆;重水堆核电站,以重水堆为热源;快中子增殖反应堆,是由快中子引起链式裂变反应所释放出来的热能转换为电能的核电站;压水堆、沸水堆、重水堆、石墨气冷堆等都是非增殖堆型,主要利用核裂变燃料。

【问】世界各国核电机组的运行情况如何?在运反应堆并网发电情况又是怎样的?

答:美国核电机组在运个数居世界首位,有100个运行机组,并网发电机装机99081个,并拟定了5个在建计划,目前核电发电量为190.2TW,在总发电量中占比19.4%;排在第二位的是法国,运行机组个数为58,并网发电机装机63130个,核电发电量为405.9TW,占总发电量的73.3%。

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