1、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2月27日4时7分,2,2019年2月27日4时7分,No.3,3.1 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2月27日4时7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2月27日4时7分,No.5,美国早期的核电站,沸水堆核电站，200MW 1960年7月投入商业运行
2、,希平港核电站，60MW 1957年12月发电,2019年2月27日4时7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2月27日4时7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2月27日4时7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，Chernobyl Accident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
3、立GIF论坛,2019年2月27日4时7分,No.9,核电站分为四代,2019年2月27日4时7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2月27日4时7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：13001500MWe 重水堆：600700MWe 石墨气冷堆仅限于英国 沸水堆减少,2019年2月27日4时7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
4、 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2月27日4时7分,No.13,AP1000核电站,2019年2月27日4时7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
5、堆的发展方向。 气冷快堆系统（GFR） 铅合金液态金属冷却快堆系统（LFR） 熔盐反应堆系统（MSR） 液态金属钠冷却快堆系统（SFR） 超临界水冷反应堆系统（SCWR） 超高温气冷反应堆系统（VHTR）,2019年2月27日4时7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 （G
6、as-cooled Fast Reactor，GFR）,2019年2月27日4时7分,No.16,2019年2月27日4时7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300400兆瓦的模块系统与一个换料间隔很长（1520年）的50100兆瓦的电池组的组合。 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
7、却快堆 （Lead-cooled Fast Reactor，LFR）,2019年2月27日4时7分,No.18,2019年2月27日4时7分,No.19,3.熔盐反应堆 （Molten Salt Reactor，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700800，热效率高。,2019年2月27日4
8、时7分,No.20,2019年2月27日4时7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150500兆瓦，燃料用铀-钚-次锕系元素-锆合金；中到大规模核电站，功率为5001 500兆瓦，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-cooled Fast Reactor，SFR
9、）,2019年2月27日4时7分,No.22,2019年2月27日4时7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1 700兆瓦，运行压力是25兆帕，反应堆出口温度为510550。,5.超临界水冷堆 （Super-Critical Water-cooled Reactor，SCWR）,2019年2月27日4时7分,No.24,2019年2月27
10、日4时7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1 000，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 （Very High Temperature Reactor，VHTR）,2019年2月27日4时7分,No.26,2019年2月27日4时7分,27,2019年2月2
11、7日4时7分,No.28,4.1 我国现有核电站概况,2019年2月27日4时7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2月27日4时7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2月27日4时7分,No.31,秦山第三核电站,是我国首座
12、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2月27日4时7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2月27日4时7分,No.33,岭澳核电站一期,岭澳核电站一期是中国广东
13、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2月27日4时7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2月27日4时7分,No.35,4.2 中国必须发展核能,核工
14、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2月27日4时7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。
15、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26002800亿千瓦时。,2019年2月27日4时7分,No.37,中国未来电力发展需求,2019年2月27日4时7分,No.38,2050年发电装机容量构成预测,2019年2月27日4时7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2月27日4时7分,40,2019年2月27日4时7分,No.41,5.1 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2月27日4时7分,No.42,核燃料循环,2019年2月27日4时7分,No.43,谢谢各位!,欢迎批评、指正,
