1、核电技术及其发展（三）哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学核科学与技术学院核科学与技术学院 彭敏俊彭敏俊2008年8月2022年11月19日18时00分22022年年11月月19日日18时时00分分No.33.1 核能发电的发展核能发电的发展l1951年年12月，爱达荷的月，爱达荷的ARCO建建成成一个快堆发电一个快堆发电装置装置l1954年美国开始年美国开始5个工业原型堆的计划个工业原型堆的计划1951年的年的ARCO快堆发电装置快堆发电装置2022年年11月月19日日18时时00分分No.4世界第一座核电站世界第一座核电站l1954年年6月，前月，前苏联苏联建成世界上第一个建成世界上第一个试验核电
2、站试验核电站l反应堆采用石墨慢反应堆采用石墨慢化，轻水冷却，电化，轻水冷却，电功率为功率为5MW 前苏联的奥勃宁斯克核电站前苏联的奥勃宁斯克核电站 2022年年11月月19日日18时时00分分No.5美国早期的核电站美国早期的核电站沸水堆核电站，沸水堆核电站，200MW1960年年7月投入商业运行月投入商业运行希平港核电站希平港核电站，60MW1957年年12月发电月发电2022年年11月月19日日18时时00分分No.6英、法早期的核电站英、法早期的核电站英国建世界第一个气冷堆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法国建的原型堆核电站2022年年11月月19日日18时时00分
3、分No.7核电发展的目标核电发展的目标核电厂追求的目标核电厂追求的目标1.辐射防护目标辐射防护目标2.技术安全目标技术安全目标1.发电的经济性发电的经济性2.燃料的利用率燃料的利用率2022年年11月月19日日18时时00分分No.8核电发展的挫折与教训核电发展的挫折与教训l1979年年，三哩岛核电事故三哩岛核电事故l1986年年4月月26，Chernobyl Accidentl 开始提出并研发更为安全可信、经济的核电站或核能利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用技术l又一重要启示：安全第一、质量第一又一重要启示：安全第一、质量第一lURD的新目标要求的新目标要求 提出提出
4、l1999年开始四代技术的研发，成立年开始四代技术的研发，成立GIF论坛论坛2022年年11月月19日日18时时00分分No.9核电站分为四代核电站分为四代2022年年11月月19日日18时时00分分No.10第二代核电站第二代核电站l1970年年1986年年，第二次石油危机促进了核电的大规模发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展，形成了第二代核电技术l技术标志技术标志1.标准化标准化2.大容量大容量3.安全性安全性4.批量化批量化2022年年11月月19日日18时时00分分No.11典型的第二代核电站典型的第二代核电站岭澳核电站岭澳核电站l压水堆为主：法国的压水堆为主
5、：法国的M310l石墨水冷堆：石墨水冷堆：13001500MWel重水堆：重水堆：600700MWel石墨气冷堆仅限于英国石墨气冷堆仅限于英国l沸水堆减少沸水堆减少2022年年11月月19日日18时时00分分No.12第三代核电站第三代核电站AP1000l设计是依靠设计是依靠自然能力自然能力设计核电站以提高安全性的技术设计核电站以提高安全性的技术l改进的改进的自动安全特征自动安全特征l非能动设计充分得以减少尺寸，设备和组件简单和小尺寸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（标准化标准
6、化、模块化模块化），由于很多系统和子系统在工厂而不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用到电站装配，它的建设时间只需要3-4年年l是一种是一种简单、安全、经济简单、安全、经济的的1000MWe压水堆，它具有更压水堆，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。造、运行和维修。2022年年11月月19日日18时时00分分No.13AP1000核电站核电站2022年年11月月19日日18时时00分分No.14第四代反应堆概念第四代反应堆概念l2002 年年9 月月20 日，日，在日本东京召开的
7、第四代反应堆国际研讨会上在日本东京召开的第四代反应堆国际研讨会上，公布了公布了6 种第四代反应堆设计概念种第四代反应堆设计概念。这这6 种设计概念将成为美国和其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堆的发展方向他九个国家共同开发第四代反应堆的发展方向。1.气冷快堆系统（气冷快堆系统（GFR）2.铅合金液态金属冷却快堆系统（铅合金液态金属冷却快堆系统（LFR）3.熔盐反应堆系统（熔盐反应堆系统（MSR）4.液态金属钠冷却快堆系统（液态金属钠冷却快堆系统（SFR）5.超临界水冷反应堆系统（超临界水冷反应堆系统（SCWR）6.超高温气冷反应堆系统（超高温气冷反应堆系统（VHTR）202
8、2年年11月月19日日18时时00分分No.15l快中子谱氦冷反应堆，采用闭式燃料循环，燃料可选择复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。合陶瓷燃料。l采用直接循环氦气轮机发电，或采用其工艺热进行氢的热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。化学生产。l通过综合利用快中子谱与锕系元素的完全再循环，通过综合利用快中子谱与锕系元素的完全再循环，GFR能能将长寿命放射性废物的产生量降到最低。将长寿命放射性废物的产生量降到最低。l其快中子谱还能利用现有的裂变材料和可转换材料（包括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）。贫铀）。l参考反应堆是
9、参考反应堆是288兆瓦的氦冷系统，出口温度为兆瓦的氦冷系统，出口温度为850。1.气冷快堆系统气冷快堆系统（Gas-cooled Fast Reactor，GFR）2022年年11月月19日日18时时00分分No.162022年年11月月19日日18时时00分分No.17l系统是快中子铅（铅系统是快中子铅（铅/铋共晶）液态金属冷却堆，采用闭铋共晶）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。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。燃料是含有可转换铀和超铀元素的金属或氮化物。lLFR系统的特点是可在一系列电厂额定功率中
10、进行选择系统的特点是可在一系列电厂额定功率中进行选择，例如，例如LFR系统可以是一个系统可以是一个1200兆瓦的大型整体电厂，兆瓦的大型整体电厂，也可以选择额定功率在也可以选择额定功率在300400兆瓦的模块系统与一个换兆瓦的模块系统与一个换料间隔很长（料间隔很长（1520年）的年）的50100兆瓦的电池组的组合。兆瓦的电池组的组合。lLFR电池组是一个小型的工厂制造的交钥匙电厂，可满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。足市场上对小电网发电的需求。2.铅合金液态金属冷却快堆铅合金液态金属冷却快堆（Lead-cooled Fast Reactor，LFR）20
11、22年年11月月19日日18时时00分分No.182022年年11月月19日日18时时00分分No.193.熔盐反应堆熔盐反应堆（Molten Salt Reactor，MSR）l是超热中子谱堆，燃料是钠、锆和氟化铀的循环液体混是超热中子谱堆，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。合物。熔盐燃料流过堆芯石墨通道，产生超热中子谱。lMSR系统的液体燃料不需要制造燃料元件，并允许添加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。冷却剂中会形成
12、氟化物。l熔融的氟盐具有很好的传热特性，可降低对压力容器和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。管道的压力。l参考电站的功率水平为参考电站的功率水平为1000兆瓦，冷却剂出口温度兆瓦，冷却剂出口温度700800，热效率高。，热效率高。2022年年11月月19日日18时时00分分No.202022年年11月月19日日18时时00分分No.21l是快中子谱钠冷堆，它采用可有效控制锕系元素及可转是快中子谱钠冷堆，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。换铀的转化的闭式燃料循环。SFR系统主要用于管理高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
13、。该放射性废弃物，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，燃料用铀兆瓦，燃料用铀-钚钚-次锕系元素次锕系元素-锆合金；中到大规模锆合金；中到大规模核电站，功率为核电站，功率为5001 500兆瓦，使用铀兆瓦，使用铀-钚氧化物燃料钚氧化物燃料。l由于具有热响应时间长、冷却剂沸腾的裕度大、一回路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。水和蒸汽之间有中间钠
14、系统等特点，因此安全性能好。4.液态钠冷却快堆液态钠冷却快堆（Sodium-cooled Fast Reactor，SFR）2022年年11月月19日日18时时00分分No.222022年年11月月19日日18时时00分分No.23l是高温高压水冷堆，在水的热力学临界点（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前轻水堆的约1.3倍。倍。l冷却剂在反应堆中不改变状态，直接与能量转换设备相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
15、物。连接，可大大简化电厂配套设备。燃料为铀氧化物。l堆芯设计有两个方案，即热中子谱和快中子谱。堆芯设计有两个方案，即热中子谱和快中子谱。l参考系统功率为参考系统功率为1 700兆瓦，运行压力是兆瓦，运行压力是25兆帕，反应堆兆帕，反应堆出口温度为出口温度为510550。5.超临界水冷堆超临界水冷堆（Super-Critical Water-cooled Reactor，SCWR）2022年年11月月19日日18时时00分分No.242022年年11月月19日日18时时00分分No.25l是一次通过式铀燃料循环的石墨慢化氦冷堆。该反应堆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
16、柱块状堆芯（如日本的高温工程试验反应堆芯可以是棱柱块状堆芯（如日本的高温工程试验反应器器HTTR），也可以是球床堆芯（如中国的高温气冷试验），也可以是球床堆芯（如中国的高温气冷试验堆堆HTR-10）。）。lVHTR系统提供热量，堆芯出口温度为系统提供热量，堆芯出口温度为1 000，可为石，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。发电设备，以满足热电联供的需要。l该系统在采用铀该系统在采用铀/钚燃料循环，使废物量最小化方面具有钚燃料循环，使废物量最小化方面具有灵活性。参考堆采用灵活性。参考堆采用600兆
17、瓦堆芯。兆瓦堆芯。6.超高温气冷堆超高温气冷堆（Very High Temperature Reactor，VHTR）2022年年11月月19日日18时时00分分No.262022年11月19日18时00分272022年年11月月19日日18时时00分分No.284.1 我国现有核电站概况我国现有核电站概况电厂名称电厂名称装机容量装机容量MW堆型堆型开工时间开工时间发电时间发电时间秦山一期秦山一期310压水堆压水堆1985.31991.12大亚湾大亚湾2984M310压水堆压水堆1987.81993.8秦山二期秦山二期2650压水堆压水堆1996.62002.2岭澳一期岭澳一期2990压水堆压
18、水堆1997.52002.2秦山三期秦山三期2728CANDU-6重水堆重水堆1998.62002.11田湾一期田湾一期21060VVER-1000压水堆压水堆1999.102006.52022年年11月月19日日18时时00分分No.29秦山第一核电站秦山第一核电站位于杭州湾，位于杭州湾，是中国第一座是中国第一座自主设计、建自主设计、建造和运营管理造和运营管理的的300MW300MW压水堆压水堆核电站。核电站。19851985年年3 3月浇灌月浇灌第一罐核岛底第一罐核岛底板 混 凝 土，板 混 凝 土，19911991年年1212月首月首次并网发电，次并网发电，19941994年年4 4月投
19、入月投入商业运行。商业运行。2022年年11月月19日日18时时00分分No.30秦山第二核电站秦山第二核电站装备两台装备两台600MW600MW压水堆机组压水堆机组20022002年年4 4月月1515日，日，1 1号机组投入商业号机组投入商业运行运行 20042004年年5 5月月3 3日，日，2 2号机组正式投入商号机组正式投入商业运行业运行中国自主设计、自主中国自主设计、自主建造、自主管理和自建造、自主管理和自主运营的第一座大型主运营的第一座大型商用核电站商用核电站2022年年11月月19日日18时时00分分No.31秦山第三核电站秦山第三核电站是我国首座商用重水堆核电站，是我国首座商
20、用重水堆核电站，引进加拿大重水堆核电站技术引进加拿大重水堆核电站技术19981998年年6 6月月8 8日开工，日开工，20022002年年1212月月3131日和日和20032003年年7 7月月2424日，日，1 1号和号和2 2号机组相继投入商业运行号机组相继投入商业运行创造了国际创造了国际3333座重水堆核电站建座重水堆核电站建设周期最短的纪录。设周期最短的纪录。2022年年11月月19日日18时时00分分No.32大亚湾核电站大亚湾核电站大亚湾核电站装备两套大亚湾核电站装备两套9090万千瓦压水万千瓦压水反应堆机组，第反应堆机组，第1 1号、第号、第2 2号机组先后号机组先后于于19
21、931993年年5 5月和月和1111月开始装入核燃料，月开始装入核燃料，并于并于19941994年年2 2月月5 5日投入商业运行日投入商业运行 位于深圳东部大亚湾畔。位于深圳东部大亚湾畔。19851985年年兴建，兴建，19941994年正式投入商业运行。年正式投入商业运行。是我国引进外资、设备和技术建是我国引进外资、设备和技术建设的第一座大型商用核电站设的第一座大型商用核电站2022年年11月月19日日18时时00分分No.33岭澳核电站一期岭澳核电站一期岭澳核电站一期是中国岭澳核电站一期是中国广东核电集团按照国务广东核电集团按照国务院确定的院确定的“以核养核，以核养核，滚动发展滚动发展
22、”的方针在广的方针在广东地区建设的第二座大东地区建设的第二座大型商用核电站，拥有两型商用核电站，拥有两台装机容量为台装机容量为9999万千瓦万千瓦的压水堆核电机组的压水堆核电机组 l岭澳核电站一期于岭澳核电站一期于19971997年年5 5月月1515日开日开工建设，工建设，20032003年年1 1月月8 8日提前日提前6666天全天全面建成投产面建成投产 2022年年11月月19日日18时时00分分No.34田湾核电站田湾核电站是目前中国单机容量最大的核电站。是目前中国单机容量最大的核电站。1 1号机组于号机组于20052005年年1010月月1818日开始首次日开始首次装料，装料，121
23、2月月2020日反应堆首次达到临界。日反应堆首次达到临界。20062006年年5 5月月1212日首次并网成功。日首次并网成功。20072007年年1 1月月9 9日反应堆功率首次达日反应堆功率首次达到到100%100%额定功率额定功率5 5月月1717日日2020时时1717分，分，1 1号机组正式号机组正式投入商业运行投入商业运行2022年年11月月19日日18时时00分分No.354.2 中国必须发展核能中国必须发展核能 l核工业是国家安全的基石核工业是国家安全的基石l是国民经济发展和能源安全的需要是国民经济发展和能源安全的需要l环境保护的需要环境保护的需要l国家制定了第国家制定了第1个
24、核能与核技术发展规划个核能与核技术发展规划l确定了核能发展战略：三步走，三个确定了核能发展战略：三步走，三个15年年l 自主化，创新发展自主化，创新发展l实施国家重大工程，确定核技术发展目标实施国家重大工程，确定核技术发展目标2022年年11月月19日日18时时00分分No.36国家核电发展专题规划国家核电发展专题规划(2005-2020年年)l核能已成为人类使用的重要能源之一，核电是电力工业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，际社会越来越
25、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。积极推进核电建设，是我国能源建设的一项重要政策。l发展目标是：到发展目标是：到2020年，核电运行装机容量争取达到年，核电运行装机容量争取达到4000万千瓦，并有万千瓦，并有1800万千瓦在建项目结转到万千瓦在建项目结转到2020年以年以后续建。核电占全部电力装机容量的比重从现在的不到后续建。核电占全部电力装机容量的比重从现在的不到2%提高到提高到4%，核电年发电量达到，核电年发电量达到26002800亿千瓦时。亿千瓦时。2022年年11月月19日日18时时00分分No.37中国未来电力发展需求中国未来电力发展
26、需求2022年年11月月19日日18时时00分分No.382050年发电装机容量构成预测年发电装机容量构成预测2022年年11月月19日日18时时00分分No.39 大大连连北京北京海阳海阳运行（11）在建（4）北京北京Shanghai秦山大亚湾田湾中国核电厂现状中国核电厂现状计划（14）阳江三门宁德海阳大连大连2022年11月19日18时00分402022年年11月月19日日18时时00分分No.415.1 核能开发与利用的产业链核能开发与利用的产业链l首先是核燃料循环：核燃料的勘探、开采、浓缩分离、燃首先是核燃料循环：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、核废物的处置等料元件的生产、乏燃料的处理、核废物的处置等l核能转换或利用系统的研究与技术开发核能转换或利用系统的研究与技术开发l核能转化与利用系统的设计核能转化与利用系统的设计l核能转换系统、设备的制造、安装调试核能转换系统、设备的制造、安装调试l核能转换系统运行与管理核能转换系统运行与管理l核能转换系统的退役与处置核能转换系统的退役与处置2022年年11月月19日日18时时00分分No.42核燃料循环核燃料循环2022年年11月月19日日18时时00分分No.43 谢谢各位谢谢各位!欢迎批评、指正欢迎批评、指正
