什么是核电站?

核电站就是利用反应堆将核燃料裂变产生的热能来发电的种装置。铀做成核燃料,发生核裂变释放出热能,这个热能用水作为一种载热剂载带出来以后,在蒸汽发生器内变成蒸汽,再利用蒸汽去推动蒸汽机带动发电机旋转,产生电能。核电站比普通电站安全性好,运行稳定,寿期长,包括辐射污染在内的环境污染比燃煤电站小。

核电站是指通过适当的装置将核能转变成电能的设施。核电站以核反应堆来代替火电站的锅炉,以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量,使核能转变成热能来加热水产生蒸汽。核电站的系统和设备通常由两大部分组成:核的系统和设备,又称为核岛;常规的系统和设备,又称为常规岛。

利用核能进行发电的电站称为核电站,当今世界上只能利用裂变的链式反应产生的能量来发电。

核电站就是利用一座或若干座动力反应堆所产生的热能来发电,或发电兼供热的动力设施。反应堆是核电站的关键设备,链式裂变反应就在其中进行。将原子核裂变释放的核能转换成热能,再转变为电能的系统和设施,通常称为核电站。

世界上核电站常用的反应堆有轻水堆、重水堆和改进型气冷堆及快堆等,但使用最广泛的是轻水堆。按产生蒸汽的过程不同,轻水堆可分成沸水堆核电站和压水堆核电站两类。压水堆是以普通水作冷却剂和慢化剂,它是从军用堆基础上发展起来的最成熟、最成功的动力堆堆型。压水堆核电站占全世界核电总容量的60%以上。

核电站用的燃料是铀。用铀制成的核燃料在“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能,再用处于高压下的水把热能带出,在蒸汽发生器内产生蒸汽,蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转,电就源源不断地产生出来,并通过电网送到四面八方。

核电站按反应堆类型分类,可分为气冷堆型核电站、改进型气冷堆型核电站、轻水堆型核电站、重水堆型核电站、快中子增殖型核电站。

(1)气冷堆型核电站,反应堆采用天然铀作燃料,用石墨作慢化剂,用二氧化碳或氦作冷却剂。此种反应堆由于一次装入燃料多,因此体积大,造价高。英国和法国曾采用此种堆型。

(2)改进型气冷堆型核电站,反应堆所用慢化剂和冷却剂与上述气冷堆型相同,只是燃料采用2.5%~3%的低浓缩铀,因此一次装入的燃料只有天然铀的1/5~1/4(按质量计),从而反应堆体积大大缩小,更换燃料也较简单,并可在较高温度下运行,热效率较高。美国、德国曾采用此种堆型。

(3)轻水堆型核电站,反应堆采用2%~3%低浓缩铀作燃料,用水作慢化剂和冷却剂。此种反应堆的体积小,造价低,技术也较容易掌握,世界上85%以上的核电站均采用此种堆型,我国全部采用此种堆型。

轻水堆型核电站又可分为沸水堆型和压水堆型两种。

沸水堆型核电站,这种核电站中的水在反应堆内直接沸腾。它只有一个回路,水在反应堆内受热变为蒸汽,直接用来推动汽轮机、带动发电机发电。沸水堆型的回路设备少,且几乎不会发生失水事故,较之压水堆型更为经济,更能适应外界负荷变化的需要。但其带放射性沾染的水蒸气直接进入汽轮机组,使机组维修困难,检修时停堆时间长,从而影响核电站的有效运行;此外,水沸腾后,密度降低,慢化作用减弱,因此所需核燃料比同功率的压水堆型多,其堆芯体积和外壳直径相应增大。加上气泡密度在堆内变化,容易引起功率不稳定,使控制复杂化。由此种种因素,沸水堆型核电站的建造数量减少。

压水堆型核电站,这种核电站中的水在反应堆内不沸腾。它有两个回路,其中一回路的水流经反应堆,将堆内的热量带往蒸气发生器,与通过蒸气发生器的二回路中的水交换热能,使二回路中的水加热为高压蒸气,推动汽轮机运转,带动发电机发电。我国的核电站建设方针,确定近期以建造压水堆型为主。已建成的秦山核电站和大亚湾核电站,均为压水堆型。

(4)重水堆型核电站,反应堆以重水(含氘)作慢化剂和冷却剂,用天然铀作燃料。此种反应堆的燃料成本较低,但重水较贵。加拿大发展此种堆型。

(5)快中子增殖型核电站,反应堆不用慢化剂。反应堆内绝大部分是快中子,容易被反应堆周围的铀238所吸收,使铀238变为可裂变的钚239。此种反应堆可在10年左右使核燃料钚239比初装入量增殖20%以上,但其初期投资费用高。

核电站是利用原子核裂变反应释放出能量,经能量转化而发电的。现以压水堆核电站(见图1)为例,说明其工作原理。

什么是核电站?(图1)

1一反应堆;2—稳压器;3一蒸汽发生器;4一汽轮机;5一发电机;6—凝汽器;7一凝结水泵;8一主循环泵

注:低压和高压加热器等略去。

在压水堆内,由核燃料  原子核自持链式裂变反应产生大量热量,冷却剂(又称载热体)将反应堆中的热量带入蒸汽发生器,并将热量传给其工作介质——水,然后主循环泵把冷却剂输送回反应堆,循环使用,由此组成一个回路,称为第一回路。这一过程也就是核裂变能转换为热能的能量转换过程。

蒸汽发生器U型管外二次侧的工作介质受热蒸发形成蒸汽,蒸汽进入汽轮机内膨胀做功,将蒸汽焓降放出的热能转换成汽轮机的转子转动的机械能,这一过程称为热能转换为机械能的能量转换过程。做了功的蒸汽在凝汽器内冷凝成凝结水,重新返回蒸汽发生器,组成另一个循环回路,称为第二回路,这一过程称为热能转换为机械能的能量转换过程。汽轮机的旋转转子直接带动发电机的转子旋转,使发电机发出电能,这是由机械能转换为电能的能量转换过程。



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