1、1.核电基础知识核电基础知识1.1核电在世界能源结构中的地位核电在世界能源结构中的地位 核电巳发展核电巳发展50年是成熟可靠的能源。至年是成熟可靠的能源。至2005年年10月全世界共有月全世界共有442台核电机组台核电机组,总总运行巳超过运行巳超过1万堆年万堆年,其中压水堆占其中压水堆占60 核电占全世界总发电量的核电占全世界总发电量的17,其中超过其中超过20的有的有16个国家个国家,法国最高占法国最高占77,核电与水核电与水电、火电一起已构成电力供应的三大支柱电、火电一起已构成电力供应的三大支柱1.2世界核电一览表世界核电一览表1.3 核裂变与核聚变核裂变与核聚变 核裂变反应是指可裂变的重
2、原子核，例如核裂变反应是指可裂变的重原子核，例如铀和钚，吸收中子后，分裂为两个或两个铀和钚，吸收中子后，分裂为两个或两个以上的碎片，形成新的较轻的原子核，并以上的碎片，形成新的较轻的原子核，并释放能量。释放能量。 核聚变反应是指两个轻原子核（氘和氚）核聚变反应是指两个轻原子核（氘和氚）在极高温（约在极高温（约1亿亿K）结合成一个较重的原）结合成一个较重的原子核并释放能量的核反应。子核并释放能量的核反应。 迄今，所有核电厂的反应堆都是运用核裂迄今，所有核电厂的反应堆都是运用核裂变反应释放核能的。变反应释放核能的。1.4 世界核电发展进程世界核电发展进程1.5 核电厂与燃煤电厂相对经济比较核电厂与
3、燃煤电厂相对经济比较表中考虑表中考虑30年内贴现率取年内贴现率取5%，提高，提高 单机容单机容 量、只带基荷、量、只带基荷、一厂多台机组、标准化、系列化，提高燃耗延长换料周期，一厂多台机组、标准化、系列化，提高燃耗延长换料周期，是提高核电厂经济性主要措施。是提高核电厂经济性主要措施。1.6 核电厂的核岛（核电厂的核岛（NI） 核岛系核蒸汽生产系统（相当于火电厂的锅炉）、设核岛系核蒸汽生产系统（相当于火电厂的锅炉）、设备和厂房的总称。它包括核蒸汽供应系统、核辅助系统备和厂房的总称。它包括核蒸汽供应系统、核辅助系统（内含（内含10个系统），安全设施（内含个系统），安全设施（内含5个系统），核岛配个
4、系统），核岛配套设施，三废处理系统，统称为一回路系统。套设施，三废处理系统，统称为一回路系统。 核岛中约核岛中约30%的产品是为核安全而设置的的产品是为核安全而设置的,必须要有必须要有,但但大部分一辈子都没用过。核岛是核电站的核心大部分一辈子都没用过。核岛是核电站的核心,其造价为常其造价为常规岛的规岛的4倍左右。倍左右。1.7 核电厂的常规岛（核电厂的常规岛（CI） 常规岛系将核蒸汽转换为电能的系统、设备和厂房的常规岛系将核蒸汽转换为电能的系统、设备和厂房的总称，统称为二回路系统。总称，统称为二回路系统。 常规岛主要设备与火电厂相似常规岛主要设备与火电厂相似,主要增加饱和蒸汽除湿主要增加饱和蒸
5、汽除湿装置。通常，招、投标分汽轮机、汽水分离器（装置。通常，招、投标分汽轮机、汽水分离器（MSR）、）、冷凝器、发电机、冷凝器、发电机、BOP（包括高低压加热器、凝结水泵、（包括高低压加热器、凝结水泵、除氧器等）共五个包。除氧器等）共五个包。1.8 核反应堆类型核反应堆类型反反应应堆堆压水堆（压水堆（PWR）占）占61%沸水堆（沸水堆（BWR）占）占21%重水堆（重水堆（CANDU PHWR）占）占9.1%石墨水堆石墨水堆 切尔诺贝利事故后停止兴建切尔诺贝利事故后停止兴建水堆水堆快中子堆快中子堆轻水堆与重水堆主要区别为：前者用浓缩铀轻水堆与重水堆主要区别为：前者用浓缩铀235,后者可用天然铀。
6、后者可用天然铀。目前商业应用主要是水堆目前商业应用主要是水堆,快中子堆属第四代产品正在开发阶段快中子堆属第四代产品正在开发阶段,成本较高，成本较高，如气冷快中子堆（如气冷快中子堆（GFR）、铅冷快中子堆（）、铅冷快中子堆（LFR)、熔盐热中子堆（、熔盐热中子堆（MSR）、）、钠冷快中子堆（钠冷快中子堆（SFR）等等1.9 沸水堆沸水堆 沸水堆由美沸水堆由美GE设计，以水为慢化剂和冷却剂在反应堆压力容设计，以水为慢化剂和冷却剂在反应堆压力容器内直接产生饱和蒸汽的核动力堆。他把压水堆中的压力容器器内直接产生饱和蒸汽的核动力堆。他把压水堆中的压力容器和蒸汽发生器合二为一和蒸汽发生器合二为一,表面上是
7、简化表面上是简化,实际上更为复杂实际上更为复杂,而且汽轮而且汽轮机组在正常运行时带有强放射性，运行人员不能接近，机组需机组在正常运行时带有强放射性，运行人员不能接近，机组需要屏蔽。要屏蔽。 关于我国核电究竟采用那种堆型？从关于我国核电究竟采用那种堆型？从728工程起步到大亚湾定工程起步到大亚湾定夺居然讨论了近夺居然讨论了近20多年。多年。1.10 沸水堆系统沸水堆系统1.11 压水堆核电厂压水堆核电厂压水堆一次水为加压自循环带放射性，二次水在蒸汽发生器压水堆一次水为加压自循环带放射性，二次水在蒸汽发生器内汽化，一次水、二次水完全隔开，汽轮机组不带放射性。内汽化，一次水、二次水完全隔开，汽轮机组
8、不带放射性。1.12 压水堆压力容器压水堆压力容器1.13 反应堆冷却剂系统反应堆冷却剂系统1.14 压水堆蒸汽发生器压水堆蒸汽发生器1.15 第三代压水堆第三代压水堆美国美国 WH AP-600WH AP-600，AP-1000AP-1000欧洲欧洲 EPREPR三菱三菱 APWRAPWR及及APWR+APWR+韩国韩国 在在80+80+基础上开发的基础上开发的APR-1400APR-1400中国中国 准备在准备在AP-1000AP-1000基础上开发的基础上开发的CAP-1400 CAP-1400 （中国标准压水堆）（中国标准压水堆）1.16 先进压水堆参数先进压水堆参数1.17 AP-1
9、000先进非能动压水堆特点先进非能动压水堆特点 安全系统设计采用地球重力、自然循环和自然对安全系统设计采用地球重力、自然循环和自然对流等自然驱动力以及加压气体的储能，不使用泵、流等自然驱动力以及加压气体的储能，不使用泵、风机或柴油发电机等能动部件，可以在没有交流风机或柴油发电机等能动部件，可以在没有交流电源、设备冷却水、厂用水以及供暧与空调等安电源、设备冷却水、厂用水以及供暧与空调等安全支持系统下，保证核电厂在事故情况下全支持系统下，保证核电厂在事故情况下72h内内操作员不必采取任何手动工作。操作员不必采取任何手动工作。 熔堆时换料水箱的水非能动注入堆腔，堆芯损坏熔堆时换料水箱的水非能动注入堆
10、腔，堆芯损坏率率CDF为为5.08 10-7/（堆（堆.a） 法规要求法规要求1 10-5/（堆（堆.a），）， 放射性释放频率放射性释放频率LRF为为5.94 10-8/（堆（堆.a） 法规要求法规要求1 10-6/（堆（堆.a） 1.18 安全风险评价安全风险评价第二代第二代 ：1级概率安全：反应堆堆芯严重损坏，低于级概率安全：反应堆堆芯严重损坏，低于10-4 （堆（堆.a） 2级概率安全：大量放射性物质释放概率低于级概率安全：大量放射性物质释放概率低于10-5/ （堆（堆.a）第三代第三代 ：堆芯损坏概率应低于：堆芯损坏概率应低于10-5/（堆（堆.a）, 大量放射性放射性物质释放概率应
11、低于大量放射性放射性物质释放概率应低于 10-6/（堆（堆.a） 功率大于功率大于1000MWe，寿命，寿命60年，可用率年，可用率 87%，换料周期，换料周期18-24个月，建造周期个月，建造周期48-52个个 月，基础价月，基础价1000美元美元/KWe，发电成本，发电成本3美分美分/ KWe1.19 核电站厂址评估核电站厂址评估1.20 核电标准体系核电标准体系 核电标准体系十分庞大，目前有两套标准即以秦山工程核电标准体系十分庞大，目前有两套标准即以秦山工程为基础美国标准和大亚湾、岭奥为基础的法国标准：为基础美国标准和大亚湾、岭奥为基础的法国标准：1.核电厂选址及环境标准核电厂选址及环境
12、标准(主要有主要有20项项)2.核安全法规标准核安全法规标准3.核电质保管理标准核电质保管理标准4.核电设备和核燃料制造标准核电设备和核燃料制造标准5.核安全许可证制度核安全许可证制度6.核监督标准核监督标准7.核电运行管理标准核电运行管理标准8.核电站竣工验收标准核电站竣工验收标准 压水堆的常规岛属非核级压水堆的常规岛属非核级,没有专门标准没有专门标准,对发电机而言主要对发电机而言主要执行执行IEEE,ISO,ASME标准和相应国标。标准和相应国标。2.我国核电现状和发展规划我国核电现状和发展规划2.1为什么要加速发展核电为什么要加速发展核电 核电是没有温室效应的清洁能源核电是没有温室效应的
13、清洁能源,可实现电力工业可实现电力工业结构优化结构优化 保障国家能源供给安全保障国家能源供给安全 有利於提高装备制造工业水平有利於提高装备制造工业水平,促进我国科技进步促进我国科技进步 和平利用原子能造福人类和平利用原子能造福人类 虽然建设周期比火电长一倍但初投资巳接近清洁虽然建设周期比火电长一倍但初投资巳接近清洁煤电水平而运行费用却较低煤电水平而运行费用却较低,法国核电成本为煤电法国核电成本为煤电的的0.57,日本为日本为0.66 核电燃料运输与贮存十分方便大大减轻了运输的核电燃料运输与贮存十分方便大大减轻了运输的压力。一台百万千瓦火电机组年燃煤压力。一台百万千瓦火电机组年燃煤260万吨标万
14、吨标准煤但核电只需要准煤但核电只需要30吨铀吨铀2.2 我国有资质的核电公司我国有资质的核电公司范围业务：核电站、核化工、核燃料、核工程、核范围业务：核电站、核化工、核燃料、核工程、核 废料后处理废料后处理中广核中广核苏州热工院工程有限公司苏州热工院工程有限公司,中广核设计院中广核设计院中核总中核总 中国核电工程有限公司（原核二、四、五院）中国核电工程有限公司（原核二、四、五院）, 中国中国 核动力研究设计院核动力研究设计院国核技国核技上海核工程研究设计院上海核工程研究设计院中电投中电投组织系统方面我国与国外最大的不同是国内核设备制造厂组织系统方面我国与国外最大的不同是国内核设备制造厂家（家（
15、NSSS）与核设备设计单位是分开的）与核设备设计单位是分开的,这是沿袭军工体这是沿袭军工体制遗留的很大的毛病。制遗留的很大的毛病。AP1000由国核技统一引进，制造由国核技统一引进，制造厂交纳技术弗用后按图加工。厂交纳技术弗用后按图加工。2.3 国内压水堆发展国内压水堆发展 二代二代 三代三代原型堆秦山原型堆秦山PWR300MW，(包括巴恰希包括巴恰希玛玛)秦山二期、二期扩建秦山二期、二期扩建PWR650MW大亚湾大亚湾PWR950MW岭奥一期岭奥一期990MW 岭奥二期岭奥二期CPR1150MW（二代半）（二代半）三门三门AP1000 CAP1400台山台山EPR17502.4 我国核电现状
16、我国核电现状 自自1991年秦山一期年秦山一期300MW并网发电以来我国有并网发电以来我国有6座核电站共座核电站共11台机组容量台机组容量906.8万千瓦投入运行万千瓦投入运行,发电量占发电量占1.13,另外尚有另外尚有8台机组台机组790万千瓦在建万千瓦在建,可用率都达可用率都达90% 为加速电力结构调整为加速电力结构调整,积极发展核电积极发展核电,现正在顺利现正在顺利执行发改委制定的执行发改委制定的2005-2020年核电发展规划年核电发展规划,总总投资约投资约4500亿亿,到时核电发电量约占全国总量的到时核电发电量约占全国总量的3。为抓住机迂加快发展。为抓住机迂加快发展,该计划将予修正至
17、投资该计划将予修正至投资7500亿，装机亿，装机7000万千瓦万千瓦,发电量占发电量占4。2.5 指导思想和发展方针指导思想和发展方针 实现百万千瓦级压水堆工程设计、设备制实现百万千瓦级压水堆工程设计、设备制造、工程建设和运营管理的自主化造、工程建设和运营管理的自主化 CPR1000-复制复制 AP1000-吸收、消化、国产化吸收、消化、国产化 EPR-引进引进 以项目为依托同时进行、同步发展以项目为依托同时进行、同步发展 AP1000,EPR均可能为世界上第一台商业均可能为世界上第一台商业运行的第三代核电压水堆机组运行的第三代核电压水堆机组2.6 2020年前发展目标年前发展目标 按原规划按
18、原规划2020年投入运行总装机容量达年投入运行总装机容量达4000万千瓦，万千瓦， 发电量发电量2800亿千瓦小时亿千瓦小时,2020年末在建容量应保持在年末在建容量应保持在1800万千瓦。万千瓦。 07年国家将适度发展核电调整为积极发展核电年国家将适度发展核电调整为积极发展核电,09年又调整为年又调整为尽可能快发展核电。这样将尽可能快发展核电。这样将2020年前规划拟修改为投运年前规划拟修改为投运7000万千瓦万千瓦,在建在建3000万千瓦。未来三年内将开建万千瓦。未来三年内将开建8个核电站个核电站16台台机组机组 形成比较完整的自主化核电体系形成比较完整的自主化核电体系 运行业绩及核安全：
19、巳运行的达到运行业绩及核安全：巳运行的达到WANO先进水平。先进水平。2020年年以前新开工的达到以前新开工的达到URD或或EUR同等要求同等要求 核电上网电价与同地区的脱硫燃煤电厂相比有竞争力核电上网电价与同地区的脱硫燃煤电厂相比有竞争力 建立起完整的与国际接轨的核电法规和标准体系建立起完整的与国际接轨的核电法规和标准体系2.7 目前合同情况目前合同情况 我国有资质生产核电厂家为上电、东电、哈电三大集团，目前合同很饱我国有资质生产核电厂家为上电、东电、哈电三大集团，目前合同很饱满，并都正在兴建出海制造基地：满，并都正在兴建出海制造基地：上电：秦山二期上电：秦山二期650 2台，台，CPR10
20、00 12台台,AP1000 4台台,另外，另外，EPR 2台正在台正在 投标。为此新建了临港生产基地投标。为此新建了临港生产基地,已投入生产。已投入生产。东电：东电： CPR1000 16台台, EPR1750 2台，另外，台，另外， EPR 2台正在投标。新建台正在投标。新建 南沙基地南沙基地(东锅、东汽、二重东锅、东汽、二重),肖山基地肖山基地 (东电东电)。哈电：海南哈电：海南650 2台台, AP1000 6台。秦皇岛基地在建台。秦皇岛基地在建2.8 AP1000的优势的优势国家核电将坚持既定目标把建成内陆核电站作为真正吸收、消化三代国家核电将坚持既定目标把建成内陆核电站作为真正吸收
21、、消化三代核电核电AP1000技术的标志技术的标志AP1000是最合适的内陆堆型是最合适的内陆堆型,安全性更高安全性更高,批量生产后经济性明显批量生产后经济性明显,具具有综合的优势有综合的优势AP1000的技术转让工作正在按计划推进的技术转让工作正在按计划推进,技术资料按时交付顺利。上技术资料按时交付顺利。上海核工程设计院、国家核工程公司等前后将有海核工程设计院、国家核工程公司等前后将有300人次在西屋公司分人次在西屋公司分别工作别工作3年接受技术转让和培训年接受技术转让和培训三门核电站三门核电站09年年3月己浇灌第一灌混凝土月己浇灌第一灌混凝土在建设多台在建设多台AP1000基础上，确定我国
22、标准堆型基础上，确定我国标准堆型CAP1400并正在设计，并正在设计，计划计划2015年兴建年兴建2.9 我国核电发展的技术瓶颈我国核电发展的技术瓶颈铀资源不足是主要技术瓶颈，我国已探明的铀储量只够铀资源不足是主要技术瓶颈，我国已探明的铀储量只够2020年年1/3的的用量用量08年中广核与法阿海珐及哈萨克斯坦签订了铀燃料合作协议年中广核与法阿海珐及哈萨克斯坦签订了铀燃料合作协议中核工业集团成立了主要进行海外铀资源开发的中核国际有限公司中核工业集团成立了主要进行海外铀资源开发的中核国际有限公司快中子堆能将目前慢中子堆的效率从快中子堆能将目前慢中子堆的效率从1-2提高到快中子增殖堆的提高到快中子增
23、殖堆的70以上。以上。08年中核总与俄罗斯核能国家集团签署了为田湾扩建两年中核总与俄罗斯核能国家集团签署了为田湾扩建两台机组和建设商用快中子堆的合作备忘录。台机组和建设商用快中子堆的合作备忘录。大锻件供应为另一瓶颈大锻件供应为另一瓶颈3.国内核发电机介绍国内核发电机介绍 核电站用发电机的特点核电站用发电机的特点为降低每千瓦投资为降低每千瓦投资,机组单机容量不断增大。三回路容量达机组单机容量不断增大。三回路容量达110-120万万千瓦千瓦,四回路四回路150-170万千瓦万千瓦,正在研制单机容量为正在研制单机容量为200万千瓦机组万千瓦机组1000MW以上机组都采用半速机组以上机组都采用半速机组
24、,发电机为发电机为4极机转子直径极机转子直径1.8米以米以上重量上重量190T以上以上,锻件供货难度大主要靠进口锻件供货难度大主要靠进口核电带基本负荷核电带基本负荷,电网中应适当配置调峰机组如抽水蓄能机组电网中应适当配置调峰机组如抽水蓄能机组核电站需大量冷却水另外为方便大件运输核电站需大量冷却水另外为方便大件运输,厂址首选海边。国内三大厂址首选海边。国内三大制造厂也均在沿海新建核电设备制造基地制造厂也均在沿海新建核电设备制造基地发电机冷却方式采用成熟的水氢氢技术发电机冷却方式采用成熟的水氢氢技术,转子不用气隙取气转子不用气隙取气,发电机采发电机采用标准化模块、可靠性设计。采用无刷励磁或静态励磁
25、。用标准化模块、可靠性设计。采用无刷励磁或静态励磁。发电机设计寿命为发电机设计寿命为60年年(线棒允许更新线棒允许更新)为解决定子大电流问题可采用定子双支路、定子线棒为解决定子大电流问题可采用定子双支路、定子线棒4排导线、单出排导线、单出线盒或定子多支路、线棒线盒或定子多支路、线棒2排导线、双出线盒两种设计排导线、双出线盒两种设计备品备件宜适当集中备品备件宜适当集中,可考虑备用转子、备用无刷励磁机等可考虑备用转子、备用无刷励磁机等发电发电机机通通风风冷冷却却系系统统STATOR COIL EFFECTIVE COOLING SYSTEM BY HYDROGEN DIRECT COOLINGRO
26、TOR COIL BEST COMBINATION OF HOLLOWCONDUCTORS AND SOLIDCONDUCTORS REDUCESELECTRICAL LOSSES STATOR CORE IS AXIAL VENTILATION COOLING冷冷却却方方式式发发电电机机剖剖面面图图ItemOhi #3/#4Genkai #3/#4Tomari#31600MVA at 60Hz(1340MVA at 50Hz)Turuga #3/4#Yangjiang /Sanmen Project ( Example )1200MW Class1500MWClassCapacity (MV
27、A)1310102013401600171513401670Power factor (p.u)0.90.90.90.90.90.90.9Terminal Voltage (kV)24212429302430Current (kA)31.528.032.231.93332.232.1Frequency (Hz)60505060605050Rotor diameter (mm)1700170018801880188018801880Core length (%)10698100100105100125StatusOperating from 19911994(Manu-factuing)2000/2003 (Manufactured)(Preparing for Manu.)-
