热工水力清华PPT教材

1,1939年发现核裂变现象；1942年首次实现核反应堆临界；1954年建成第一座核电站。截至2006年，世界上有30多个国家和地区435座核电站正在运行，发电容量约为3.6亿千瓦,约占世界总发电量15%。正在建造中29座，计划建造约60座，全部建成装机容量将近5亿千瓦，约占那时世界发电量的20左右。据IAEA的预测:到2030年全球核能发电能力将增加到447GW至679GW（1GW=1000MW=10亿W）。,第一章绪论1.1核能发展概况,2,中国核电设计工作从上世纪70年代就已开始，中国核电发展真正起步于上世纪80年代中期。秦山核电站1991年12月建成并网发电。大亚湾核电站是我国大陆引进第一座大型商用核电站，1994年投入商业运行.田湾核电站1号机组2006年5月12日并网成功.全国已建成3个核电基地,共有11台核电机组在运行,总装机容量占全国发电装机总容量的2%左右。,第一章绪论1.1核反应堆的发展,3,这3个核电基地是:浙江省的秦山核电基地，5台核电机组:秦山核电厂1台310Mw，秦山第二核电厂2台1300Mw，秦山第三核电厂2台1400Mw,广东大亚湾核电基地，4台核电机组:大亚湾核电厂2台1967.6Mw，岭澳核电厂2台1980.6Mw，江苏省田湾核电基地,2台核电机组:田湾核电厂2台2120Mw。我国核电技术水平和装备制造能力也有很大提高和突破，初步具备自主创新和自我发展的能力。,第一章绪论1.1核反应堆的发展,4,但是2004年以来,我国持续出现能源、电力紧缺现象，利用、发展核电是缓解电力紧张最现实的出路。2005年12月15日广东岭澳二期工程2台核电机组开工建设;2006年04月28日秦山二期扩建工程2台核电机组开工建设。2006.03.22.国务院常务会议审议并原则通过核电中长期发展规划(2005-2020年)。规划指出，积极推进核电建设，是国家重要的能源战略。未来15年我国将新开工建设30台左右的百万千瓦级核电机组。到2020年使核电发电量占到总发电量的4，装机容量达4000万千瓦。,第一章绪论1.1核反应堆的发展,5,在规划指导下,一批新的核电基地陆续开工兴建：2007年月日辽宁省红河沿核电基地;2008年2月18日福建宁德核电工程;2008年7月29日,山东海阳核电工程;2008年11月21日福建福清核电工程;2008年12月16日广东省阳江核电工程；2009年4月19日浙江省三门核电工程;2009年9月，在山东荣成开建20万千瓦的高温气冷堆核电站示范工程;广东台山核电站在9月中旬开工;海南昌江核电项目一期工程今年底将开工建设.还有一批工程已开始前期工程的建设,如:浙江方家山核电工程;湖北咸宁核电项目中国的核电建设正步入快速发展通道。,第一章绪论1.1核反应堆的发展,6,第一章绪论1.2核能的优点,1.2核能的优点1.2.1同质量燃料可获得的能量大1kg铀全部裂变释放的能量约为8.510J，1kg无烟煤的燃烧值为3.410J所以，1kg铀全部裂变释放出的能量，相当于完全燃烧2.510kg无烟煤.一座100万千瓦的核电站每年只需要补充30吨左右的核燃料，而同样规模的烧煤电厂每年要烧煤300万吨。,7,第一章绪论1.2核能的优点,1.2.2经济（电价便宜）核电的经济性和安全性密不可分，它们的关系是辩证的；核电的比造价高于火电，总投资大，主要是安全方面的投资高，约占总投资的40%或更多；核电的燃料成本与运行成本低，上网电价仍然有竞争力。主要工业国（美、法、英、德和加拿大等）的核电成本平均比火电低13左右。核电成本比火电低15-50%。2008年，我国秦山核电站二期上网电价0.393元/千瓦时，大亚湾核电厂0.414元/千瓦时，分别低于浙江,广东火电上网电价.随着我国核电技术的进一步成熟，核电成本将可能比火电低15-50%。,8,第一章绪论1.2核能的优点,1.2.3污染小核能是清洁的能源在相同功率的情况下，核电站排放到环境中的有害物质比火电厂要少得多。核电站对周围居民的辐射影响，远远低于燃煤电厂和天然辐射，是安全而清洁的能源。在我国核电占总发电量每增加1,一年就可减少排放1亿吨的CO;55万吨的SO核电站与火电厂对环境影响的比较,9,1.2.1水冷堆以普通水做慢化剂的轻水堆（压水堆和沸水堆）是目前使用最多的堆型，占到所有核反应堆的近80.目前轻水堆本身是很安全的，但过多地依赖于操作和维护.开发的新型核电技术都着力提高安全性能，如具有更多的“非能动”安全特征。,第一章绪论1.2堆型简介,10,压水堆高压水做冷却剂和慢化剂，堆芯只允许局部沸腾，靠稳压器维持压力。两重循环回路堆芯：低浓UO2燃料，锆合金包壳，直径约10mm。燃料棒束紧密布置，棒束型控制棒组件稳定、安全（负的反应温度系数、三道屏障）、技术成熟,第一章绪论1.2堆型简介,11,第一章绪论1.2堆型简介,12,第一章绪论1.2堆型简介,13,第一章绪论1.2堆型简介,14,第一章绪论1.2堆型简介,沸水堆中压水做冷却剂和慢化剂，堆芯大部处以饱和沸腾，直接循环回路堆芯：低浓UO2燃料，燃料元件盒，十字形控制棒从堆芯下部插入。造价比较低，技术较成熟。,15,第一章绪论1.2堆型简介,16,第一章绪论1.2堆型简介,17,第一章绪论1.2堆型简介,18,第一章绪论1.2堆型简介,19,第一章绪论1.2堆型简介,重水堆重水做慢化剂，高压冷却剂和低压慢化剂分开布置。堆芯：不能做成稠密栅冷却剂：轻水（必用低浓铀燃料）重水（可用天然铀燃料）,20,第一章绪论1.2堆型简介,CANDU：重水做慢化剂和冷却剂堆芯：卧式圆桶形容器内横向布置数百根排管,低压重水在圆桶形容器内做慢化剂，高压重水在排管内做冷却剂,短燃料棒束组件安放在压力管内组成燃料管道组件,压力管装在排管内，靠支撑环保持间隙，内充CO2隔热。,21,第一章绪论1.2堆型简介,22,第一章绪论1.2堆型简介,23,第一章绪论1.2堆型简介,24,第一章绪论1.2堆型简介,1.2.2气冷堆初期的:（Magnox）金属天然铀燃料，镁合金包壳，石墨慢化,CO2冷却。中期的:（AGR）低浓UO2燃料，不锈钢包壳，石墨慢化,CO2冷却。高温气冷堆：稍加浓UO2陶瓷包覆颗粒燃料元件，石墨慢化,氦气作冷却剂，优点：安全性好（负的反应温度系数、非能动方式排余热）发电效率高（4250）用途广泛(发电，煤的液化和气化，稠油热采、制氢等)燃料转化比可达0.8,25,第一章绪论1.2堆型简介,26,第一章绪论1.2堆型简介,27,第一章绪论1.2堆型简介,10MWHTR:堆芯；直径为3.5的立式圆简状结构中，内装33万颗石墨球燃料。全陶瓷包覆颗粒燃料元件（直径60mm的石墨球中分散有15000颗直径为0.5mm的56UO2颗粒，颗粒外包覆耐高温碳化硅等涂层后，直径达1.0mm。）控制棒插入石墨反射层。可带汽轮机或气体透平。,28,第一章绪论1.2堆型简介,29,第一章绪论1.2堆型简介,30,第一章绪论1.2堆型简介,31,第一章绪论1.2堆型简介,32,第一章绪论1.2堆型简介,1.2.3钠冷快堆用高浓铀或钚燃料，细棒，稠密栅，堆芯结构紧凑，功率密度高。钠冷，中间回路隔离，两种回路布置形式：池式；壳式（回路式，分置式）优点：增殖比大于1，可充分利用铀、钍资源。热效率可达43%。,33,第一章绪论1.2堆型简介,34,第一章绪论1.2堆型简介,35,36,第一章绪论1.2堆型简介,37,第一章绪论1.3核反应堆安全与反应堆热工分析的任务,1.3.1核反应堆的安全问题核安全的目的是：,-保护工作人员、社会和环境免遭放射性伤害；,-确保正常运行、并限制场内放射性照射在合理可行尽量低的水平，并低于国家的限值；,-确保防止带严重放射性后果的严重事发生,使发生的概率降到极低。,为此,核电站设置了三道安全屏障(燃料元件包壳,一回路压力边界,安全壳)首先,要确保燃料元件的完整性。在任何事故下，保证至少有一道安全屏障是完整的。,38,1.3.2反应堆热工分