第一章 核電工業現狀
我國已投運核電總裝機容量為5699吉瓦,理論上已投入商用的55臺核電機組年發電量為4559億千瓦時,可滿足約7450萬人的生活用電量,因為石島灣核電站於2024年12月6日正式投入商業使用,其他一些核電站沒有充滿電, 去年實際總發電量為41778億度。
1、我國有核電站的省份有8個:浙江核電站5座、廣東核電站4座、福建核電站2座、山東核電站2座、廣西核電站1座、江蘇核電站1座、海南核電站1座、遼寧核電站1座。
2、中國17座核電站名稱:秦山核電站、秦山核二電站、秦山三核電站、方家山核電站、三門核電站、大亞灣核電站、嶺澳核電站、陽江核電站、台山核電站、防城港核電站、寧德核電站、 福清核電站、田灣核電站、長江核電站、紅沿河核電站、海陽核電站、石島灣核電站。
3、中國內陸核電現狀:2024年日本福島核事故後,全球核電建設速度普遍放緩。 中國還暫停了湖南桃花江核電站、湖北咸寧大甲核電站、江西彭澤核電站等三大內陸核電專案的建設,並對在建和執行的核電專案進行了安全檢查。 十二年過去了,內陸核電尚未啟動。
第二章 核電廠主要裝置分類
核電站由核島(NI)、常規島(CI)和輔助配套設施(BOP)組成,核島、常規島及輔助配套設施的主要裝置介紹如下:
1、核島裝置(一次迴路裝置):反應堆壓力容器、蒸汽發生器、調壓器、主管道、主幫浦、反應堆內件、控制棒驅動機構。
2、常規孤島裝置(二次迴路裝置):汽輪機、發電機、除氧器、冷凝器、汽水分離再熱器、高低壓加熱器、主給水幫浦、凝結水幫浦、主變壓器、迴圈水幫浦。
3、輔助系統(三迴路裝置):裝置冷卻水系統、反應堆室及廢燃料冷卻系統、輔助供水系統、通風空調系統、壓縮空氣系統、放射性廢物處理系統。
第三章 核能發電原理。
1.核能發電燃料。
核能發電是利用鈾燃料核鏈式反應產生的熱量,將水加熱成高溫高壓,核反應釋放的熱量遠高於燃燒化石燃料釋放的能量(相差約一百萬倍),所需燃料量遠小於火力發電廠。 核能發電用鈾-235的純度僅為3%至4%左右,其餘為鈾-238,不能產生核**。
2.核能發電控制(核反應堆控制棒)。
控制棒由硼、鎘等易吸收中子的材料製成。 核反應壓力容器外有一套機械裝置,可以操縱控制棒。 當完全插入反應中心時,控制棒能夠吸收大量中子,以阻止裂變鏈式反應的進行。 如果將控制棒稍微拉出,反應器就會開始運轉,鏈式反應的速度就會達到一定的穩定值; 如果要增加反應堆釋放的能量,只需要將控制棒拉出一點,這樣吸收的中子就少了,裂變反應中涉及的中子就多了。 為了停止鏈式反應,將控制棒完全插入核反應中心以吸收大部分中子。
核反應堆的啟動和關閉以及核電的調節都由控制棒控制。 控制棒內部的材料可以強烈吸收中子,從而可以控制反應堆中鏈式裂變反應的程序。 控制桿也以元件的形式組裝。 當反應堆不工作時,將控制棒插入堆芯中。 當煙囪開啟時,將控制桿抬起,並在操作過程中根據需要調整控制桿的高度。 一旦發生事故,所有控制棒將自動快速下落,停止反應堆內的鏈式裂變反應。
核反應堆的啟停和核電的調控主要由控制棒控制。 控制棒內部的材料可以強烈吸收中子,從而可以控制反應堆中鏈式裂變反應的程序。 控制桿也以元件的形式組裝。 電抗器不執行時,將控制棒插入堆芯,電抗器開啟時將控制棒抬起,執行時根據需要調整控制棒的高度。 一旦發生事故,所有控制棒將自動快速下落,停止反應堆內的鏈式裂變反應。
第四章 核島裝置與技術概論.
核電裝置主要分為核島、常規島和輔助設施,其中常規島和輔助設施與常規火力發電裝置基本相似,因此本章重點介紹最關鍵的核島裝置技術。
1.壓力容器。
1、反應堆容器(反應堆壓力殼體)是指放置核反應堆並承受反應堆巨大工作壓力的密閉容器。 容器內部主要包含由核燃料元件等組成的放射性區,以及高溫高壓的反應堆冷卻劑。 壓力容器是冷卻劑的主要壓力邊界,也是防止放射性裂變產物逸出的第二道屏障。 它是核電站中不可更換的關鍵主要裝置之一,作為安全屏障起著極其重要的作用。 重型鍛件的質量標準嚴格,鍛件在芯區的斷裂韌性需要滿足芯體60年設計壽命的嚴格要求。
2、壓力容器主要生產企業:中國第一重工、上海電氣、東方電氣、Famatome(法國)、斗山重工(南韓)。
2.蒸汽發生器。
1、核電站內部通常包含一次迴路系統和二次迴路系統,核燃料在反應堆內裂變並產生大量熱能,高溫高壓的一次迴路冷卻水將熱能帶出反應堆,在蒸汽發生器中將熱量傳遞給二次迴路的水, 使它們變成蒸汽,帶動汽輪機帶動發電機發電。蒸汽發生器與核島一次迴路中的壓力容器相連,熱量通過其中的U形管傳遞到二次迴路。 因此,放射性一次液體被蒸汽發生器隔離,使二次迴路蒸汽無放射性,構成保護屏障。
2、U型管是蒸汽發生器的核心部件,具有很高的技術門檻,無論是傳熱還是隔離,對它的技術要求極高:1)為了提高結構中的傳熱效率,要求U型管的外徑要窄(1748mm),管壁薄(101mm);2)在惡劣工況下對抗壓、抗震、抗輻射要求高;3)穩定工作60年。
3、蒸汽發生器裝置廠家:
1)蒸汽發生器:上海電氣、東方電氣。
2)U型管(蒸汽發生器配件):法國Valinox、日本住友、瑞典Sandrik、寶銀特鋼、久立特材。
第三,主管線。
1、核島一次迴路的主管道是連線反應堆一次冷卻劑系統主要裝置的管道,由直管段、彎頭和主管道上的管道組成。 反應器與蒸汽發生器之間的管道稱為熱段,蒸汽發生器與主幫浦之間的過渡段,主幫浦與反應器之間的冷段稱為熱段。 主管道是含有反應堆冷卻劑的重要壓力邊界,屬於核安全1級、抗震I.級裝置。
2、主要管道生產企業:台海核電、三洲核能、博川重工、吉林中億、二重重工。
四、主幫浦。 1、主幫浦在一次迴路系統中,主幫浦用於帶動冷卻劑在反應堆冷卻劑系統中迴圈,將反應堆堆芯產生的熱量連續傳遞到蒸汽發生器的二次迴路給水。 主幫浦是核電執行中控制水迴圈的關鍵,也是核島主裝置中唯一的旋轉裝置,是設計難度最大、週期最長的一流裝置。 因此,主幫浦就像核島的“心臟”,至關重要。 目前主流的技術路線有軸封幫浦和遮蔽幫浦兩種,難點集中在水力設計和長期執行穩定性的考核上。
2、主要幫浦廠家:
1)國外主幫浦廠家:美國西屋電氣、美國EMD、日本三菱、法國Famatome、法國賽盟、德國KSB、奧地利安德里茨、俄羅斯ASE、烏克蘭蘇梅、美國Flowserve。
2)國內主幫浦生產企業:哈爾濱電氣裝置、東方阿海琺(東方電氣與法國阿海琺的合資企業)。
5.閥門。 1、核電閥門是核電廠建設中大量使用的介質輸送控制裝置,連線核電廠的多個系統,起到切斷、調節、分流、防倒流、穩壓、分流的作用。 一座設計有兩台100萬千瓦機組的核電站需要30000個各種型別的閥門,包括截止閥、隔膜閥、閥門、止回閥和蝶閥。 核島和常規島有許多重要的核和非核閥門,如先導式安全閥、主蒸汽隔離閥、調節閥等。
2、閥門廠家:
1)核級閥門(國外廠家):法國瓦納託、美國泰科、加拿大維蘭。
2)核電閥門(國內生產廠家):中核蘇閥門、上海良工、大連大高、上海閥門廠、英柳股份。
3)核級閥門:江蘇神通、大連達高、紐威股份。
6. 反應器內件。
1、反應堆核心裝置承擔重要功能:準確定位和支撐核燃料元件,正確引導反應堆控制棒啟動、停止和調節核反應功率; 為反應堆測溫和中子通量測量提供正確的通道,為反應堆建立合理的水流通道; 它有效地遮蔽了從堆芯中爆發出來的中子和射線免受外界材料的照射損傷,大大延長了壓力容器的使用壽命。
2.反應堆內件製造商。
1)國外反應堆內件製造商:Famatus(法國)、Westinghouse(美國)、Doosan Heavy Industries(南韓)、AECL(加拿大)。
2)國內電抗器內件製造商:上海電氣、東方電氣。
7.控制桿驅動機構。
1、控制棒驅動機構直接影響電抗器的正常執行和安全效能。 控制棒驅動機構是堆芯元件的關鍵元件,它位於反應堆壓力容器的頂蓋內,與控制棒元件連線,通過按一定順序給三個電磁線圈通電來實現控制棒元件的插入和提公升,從而控制反應堆堆芯的平均溫度, 從而達到安全啟動電抗器、調節電抗器功率和停止電抗器的目的。精度高,穩定性強。 控制棒驅動機構負責電抗器啟動、調電、電源維護、正常停機和事故停機等功能。
2、控制桿驅動機構主要生產廠家:上海電氣、東方電氣、浙富控股。
參考:中國核能行業協會:參考核電裝機容量資料。
國家核電:核反應堆的控制棒。
3.王密:2024年我國核電細分裝備技術國產化競爭格局發展分析。