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[科普]大型先进压水堆、高温气冷堆、海上核动力平台-国之重器全军出击
2017-9-29

[科普]大型先进压水堆、高温气冷堆、海上核动力平台-国之重器全军出击

大型先进压水堆

LARGE-SCALEADVANCEDPRESSURIZEDWATERREACTOR

如果你对核电站有些了解,那一定听说过“切尔诺贝利”这个名字。它是苏联时期在乌克兰境内修建的第一座核电站,曾经被认为是最安全、最可靠的核电站。然而1986年的一声巨响彻底打破了这一神话。切尔诺贝利核事故被称作“历史上最严重的核电事故”,普里皮亚季城因此被废弃。距离今天最近的一个核电事故是2011年的福岛核泄漏事故,当年竟然引发中国多地出现“抢盐风波”。可见核电站对安全可靠的技术有十分迫切的需求。大型先进压水堆技术就是核电站中很关键的一项技术。

水是我们日常生活中非常熟悉的物质之一,生活中常用的水是轻水,还有一个比它密度稍微大一点的孪生兄弟——重水。压水堆指使用加压的轻水(普通水)作为冷却剂和慢化剂,保证水在堆内不沸腾的核反应堆,反应堆燃料为低浓铀。根据发电功率的大小,压水堆可以分为大、中、小三类。发电功率大于600兆瓦的压水堆为大型压水堆,发电功率在300兆~600兆瓦的压水堆为中型压水堆,发电功率小于300兆瓦的压水堆为小型压水堆。

压水堆使用一回路产生热量,在堆芯内气压可达到10兆~20兆帕,这样的高压强使得冷却水沸点升高,尽管温度达到300℃也不会汽化。你可能会问:水在100℃的时候不就沸腾了吗?事实上水的沸点是随着气压的变化而变化的,气压越高,水的沸点越高,高压锅就是利用这个原理,煮出来的食物熟得更透。当一回路中带有热量的冷却水到达蒸汽发生器时,热量会通过传热管传给二回路中的冷却水,使二回路的水沸腾,产生的蒸汽带动汽轮机,从而发电。一回路的冷却水放热完毕,继续返回堆芯内,以避免堆芯熔化,发生核泄漏。

大型先进压水堆核电站作为《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020)》确定的国家科技重大专项子项,是我国建设创新型国家的标志性工程之一。核能是未来能源结构中不可或缺的一环,而安全可靠的核电技术则是核能造福人类的保障。

高温气冷堆核电

HIGH-TEMPERATUREGAS-COOLEDREACTOR

1905年,爱因斯坦在狭义相对论中提出了著名的质能方程——E=mc2,其中E代表物质的能量,m为物质的质量,c为光速,人们从这个方程中看到了物质中蕴含的巨大能量,核能的利用也拉开了序幕。核能可以是魔鬼,用它制造的大型杀伤性武器可以让一个本是鸟语花香的地方瞬间变为人间地狱;核能也可以是天使,核能是清洁能源,为人类生产生活提供能量。今天我们介绍它作为天使的一面——高温气冷堆核电。

高温气冷堆核电是一种利用核能发电的方式。核电站运行中,用来触发核燃料链式反应的中子的速度一般需要慢化,需要慢化剂(除快堆外)。核燃料需要冷却和传热做功,则需要冷却剂。根据慢化剂和冷却剂的不同,核电站可被划分为不同堆型。

高温气冷堆采用陶瓷型包覆颗粒燃料元件,以耐高温的石墨作为慢化剂、以化学惰性的氦气作为冷却剂,是国际核能界公认的具有良好安全特性的堆型。铀燃料被做成小颗粒,每个颗粒外包覆一层低密度碳、两层高密度碳和一层碳化硅,形成直径小于1毫米的包覆颗粒。包覆颗粒均匀弥散在石墨慢化材料中,制造成直径为6厘米的球形燃料元件。发生核反应时,包覆层可以将包覆颗粒中产生的裂变产物充分地阻留在颗粒内。与动辄百万千瓦级的大型压水堆相比,高温气冷堆核电站示范工程只有20万千瓦。但由于其突出的固有安全性,加上发电高效、用途广泛等特点,高温气冷堆被列入未来第四代核能系统技术的六个候选堆型之一。

2006年,高温气冷堆核电被列为国家科技重大专项,国家大力发展高温气冷堆核电的建设,并与其他国家建立良好合作。在国内,中国核工业建设集团公司已在福建、广东、江西、湖南等多地开展了60万千瓦高温气冷堆项目前期工作。海外市场方面,中国核工业建设集团公司与沙特、阿联酋、南非等国家和地区签订了高温气冷堆项目合作谅解备忘录。相信经过坚持不懈的努力与发展,核能必将成为人类未来能源计划中不可或缺的一环,届时将展露其天使的笑颜。

海上核动力平台

OFFSHORENUCLEARPOWERPLATFORM

1945年8月,美军在日本的广岛和长崎分别投下原子弹,给两个城市造成了毁灭性的打击,几乎将其夷为平地,这是核能第一次在世人面前展示自己的威力。自此,核能令人闻风丧胆。然而,科技的进步使得核能这柄威力无穷的双刃剑越来越展现出它对人类有利的一面,海上核动力平台就是对此的很好诠释。

船舶在大海上航行,为了抵御风浪,需要有强大的动力。然而船舶能够携带的燃料毕竟有限,传统能源已经不能满足其远航的要求,如果有一个移动的小型核电站,问题便可迎刃而解,这个核电站就是海上核动力平台。核动力是利用可控核反应来获取能量而得到的动力。这种动力非常强大和持久,使得其他动力在其面前都会黯然失色。海上核动力平台是小型核反应堆与船舶工程有机结合的产物。

海上核动力平台是世界各国的研发热点,俄罗斯在此领域率先拔得头筹,他们的“罗蒙诺索夫号”KLT-40S是目前国际上开发进展最快的海上浮动核电站,即将建成投入运行。中国、韩国、美国、法国等也不甘落后,纷纷提出了先进的海上浮动核电站概念。

随着我国海洋强国战略的实施,海洋资源开发能力、经济发展、生态环境保护等需要强有力的能源支撑。核能可为海上油气田开采、海岛综合开发、偏远地区等供电供热,还可满足海水淡化、核能制冷等多元化需求,应用前景广阔。我国的海上核动力平台建设在国家的支持下有条不紊地进行着。2016年11月4日,中国广核集团有限公司海上小型反应堆ACPR50S实验堆正式启动建设。ACPR50S采用紧凑型小型压水堆技术,反应堆热功率为200兆瓦,输出电功率60兆瓦左右。

海上核动力平台是解决远海能源供给的唯一途径,平台战略意义巨大,已被纳入中国能源科技创新“十三五”规划。利用海上的小核电站,在茫茫大海中航行的船舶再也不会遭遇走到一半没油的尴尬局面了。

来源:中核智库

  
 
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