核电及其主要堆型介绍

1、核电及其主要堆型介绍苏州热工研究院陈连发第一章第一章 世界核电发展的历史和现状世界核电发展的历史和现状第一节 核裂变的发现和核电的早期开发第二节第二节 世界主要核电国家核电发展概况世界主要核电国家核电发展概况 1.2.1 1.2.1 美国美国虽然美国近虽然美国近2020年来核电发展基本处于停顿状态，但一直没年来核电发展基本处于停顿状态，但一直没有停止核电新堆型和新技术的研究，仍然在核电发展中起有停止核电新堆型和新技术的研究，仍然在核电发展中起着重要的作用。这段时期美国主要致力于以下方面工作：着重要的作用。这段时期美国主要致力于以下方面工作：q 20 20世纪世纪7070年代中期以来，提出并不断

2、完善核电厂概率安全评价（年代中期以来，提出并不断完善核电厂概率安全评价（PSAPSA）方法，并将风险研究引入核安全和核设计的诸多领域。方法，并将风险研究引入核安全和核设计的诸多领域。q 1983 1983年，美国电力研究所（年，美国电力研究所（EPRIEPRI）在美国核管会（）在美国核管会（NRCNRC）支持下，制）支持下，制订了一个被供应商、投资方、业主、核安全管理当局、用户和公众都能订了一个被供应商、投资方、业主、核安全管理当局、用户和公众都能接受的适用于第三代先进轻水堆的接受的适用于第三代先进轻水堆的“用户要求文件（用户要求文件（URDURD）”。q 美国美国ABB-CEABB-CE公司

3、、公司、GEGE公司和西屋公司根据公司和西屋公司根据URDURD要求先后完成了新一代要求先后完成了新一代核电厂系统核电厂系统8080、ABWRABWR、AP600AP600和和AP1000AP1000等的开发和设计，其中等的开发和设计，其中2 2台台ABWRABWR机机组已在日本成功运行，而组已在日本成功运行，而AP1000AP1000预计将成为第三代预计将成为第三代PWRPWR最具竞争力的堆型最具竞争力的堆型之一。之一。 提出了提出了2121世纪世纪20203030年代将采用的第四代核电厂的概念、目标和发展年代将采用的第四代核电厂的概念、目标和发展堆型。堆型。 进入进入2121世纪以来，美国

4、开始了全面复兴核电的政世纪以来，美国开始了全面复兴核电的政策，主要措施有：策，主要措施有： 正在营运的核电厂挖潜，包括延长运行寿期（从正在营运的核电厂挖潜，包括延长运行寿期（从4040年年延至延至6060年），提高核电厂可用率，提高电厂出力，对仪控年），提高核电厂可用率，提高电厂出力，对仪控和保护系统进行数字化改造等。和保护系统进行数字化改造等。 准备接受新建造核电厂的申请。准备接受新建造核电厂的申请。 加快对第二代核电厂的改进、第三代核电厂的审批和加快对第二代核电厂的改进、第三代核电厂的审批和推广并积极启动第四代核电厂的实质性研究。推广并积极启动第四代核电厂的实质性研究。 1.2.2 1.2

5、.2 前苏联（俄罗斯）前苏联（俄罗斯） 1.2.3 1.2.3 英国英国 1.2.4 1.2.4 法国法国 法国核电发展的经验是成功的，从中我们可以得法国核电发展的经验是成功的，从中我们可以得到很多启迪，如到很多启迪，如 正确选择合适的发展堆型，一旦确定堆型路线后就坚持走下去不动摇。正确选择合适的发展堆型，一旦确定堆型路线后就坚持走下去不动摇。 不排斥引进国外成功的技术和经验，但引进的目的是为了实现自不排斥引进国外成功的技术和经验，但引进的目的是为了实现自己自主、持续的发展己自主、持续的发展q在消化了美国经验后，尽快独立承担设计、建造和制造任务，并不断在消化了美国经验后，尽快独立承担设计、建造

6、和制造任务，并不断开发自己新的堆型。开发自己新的堆型。q法国从第法国从第2 2台与比利时合作的台与比利时合作的PWRPWR机组建造起，就承担机组建造起，就承担 了大部分建造了大部分建造和制造的任务。和制造的任务。 标准化、批量化是法国核电成功的重要经验。有了批量订单，设备标准化、批量化是法国核电成功的重要经验。有了批量订单，设备制造就有长期发展目标和相应的开发投入，而标准化则有可能实现有制造就有长期发展目标和相应的开发投入，而标准化则有可能实现有效的工程经验反馈，不断改进、优化和挖潜。效的工程经验反馈，不断改进、优化和挖潜。 1.2.51.2.5其他主要核电国家其他主要核电国家1.2.5.11

7、.2.5.1加拿大加拿大 1.2.5.2 1.2.5.2 德国德国 1.2.5.3 1.2.5.3 日本日本第三节第三节 中国核电发展的历史和现状中国核电发展的历史和现状 表表2 2 中国（大陆）核电机组基本情况中国（大陆）核电机组基本情况 机组名称机组名称所属公司所属公司堆型堆型设计单位或供应商设计单位或供应商开工时间开工时间运行时间运行时间秦山秦山1 1秦山核电公司秦山核电公司PWRPWR上海核工程设计院上海核工程设计院华东电力设计院华东电力设计院1985.03.1985.03.20201991.121991.12秦山秦山2 2秦山核电公司秦山核电公司PWRPWR* *核二院，核一院，核二

8、院，核一院，华东电力设计院华东电力设计院1996.06.1996.06.01012002.042002.04秦山秦山3 3秦山核电公司秦山核电公司PWRPWR核二院，核一院，核二院，核一院，华东电力设计院华东电力设计院1997.03.1997.03.1313预计预计20042004年年秦山秦山4 4秦山核电公司秦山核电公司PHWRPHWRAECLAECL（加拿大）（加拿大）1998.06.1998.06.08082002.122002.12秦山秦山5 5秦山核电公司秦山核电公司PHWRPHWRAECLAECL（加拿大）（加拿大）1998.121998.122003.042003.04大亚湾大亚

9、湾1 1广东核电合营公广东核电合营公司司PWRPWRFramatomeFramatome（法）（法） AlstomAlstom（英）（英）1987.08.1987.08.07071994.021994.02大亚湾大亚湾2 2广东核电合营公广东核电合营公司司PWRPWRFramatomeFramatome（法）（法） AlstomAlstom（英）（英）1988.021988.021994.051994.05岭澳岭澳1 1* *岭澳核电公司岭澳核电公司PWRPWRFramatomeFramatome（法）（法） AlstomAlstom（英）（英）1997.05.1997.05.15152002

10、.052002.05岭澳岭澳2 2* * *岭澳核电公司岭澳核电公司PWRPWRFramatomeFramatome（法）（法） AlstomAlstom（英）（英）1998.01.1998.01.15152002.122002.12田湾田湾1 1江苏核电公司江苏核电公司PWRPWRZAO ASEZAO ASE（俄）（俄）1999.10.1999.10.2828田湾田湾2 2江苏核电公司江苏核电公司PWRPWRZAO ASEZAO ASE（俄）（俄） 表表3 3 中国（大陆）核电机组主要参数中国（大陆）核电机组主要参数 机组名称机组名称热功热功率率（MWtMWt）电功率电功率（MWeMWe）一

11、回路出一回路出口温度口温度()()一回路压一回路压力力(MPa.a)(MPa.a)蒸汽温度蒸汽温度()()蒸汽压力蒸汽压力(MPa.a)(MPa.a)蒸汽流蒸汽流量量(t/h)(t/h)秦山秦山1 19669663003003153152 215.215.2267.5267.55.25.218711871秦山秦山2 2193619366436433273272 215.515.5282.9282.96.716.7137733773秦山秦山3 3193619366436433273272 215.515.5282.9282.96.716.7137733773秦山秦山4 4206320637287

12、2831031011.211.2257.6257.64.514.5135703570秦山秦山5 52063206372872831031011.211.2257.6257.64.514.5135703570大亚湾大亚湾1 129052905983.8983.8327.6327.615.515.5282.9282.96.716.7158085808大亚湾大亚湾2 229052905983.8983.8327.6327.615.515.5282.9282.96.716.7158085808岭澳岭澳1 129052905983.8983.8327.6327.615.515.5282.9282.96.

13、716.7158085808岭澳岭澳2 229052905983.8983.8327.6327.615.515.5282.9282.96.716.7158085808田湾田湾1 1300030001000100032032015.715.72792796.286.2858805880田湾田湾2 2300030001000100032032015.715.72792796.286.2858805880第四节第四节 世界核电发展状况统计世界核电发展状况统计 表表4 4 世界核电机组状况统计世界核电机组状况统计 堆型堆型运运行行在在建建退退役役总总计计机组数机组数容量容量MWeMWe机组数机组数容量

14、容量MWeMWe机组数机组数容量容量MWeMWe机组数机组数容量容量MWeMWePWRPWR2622622362362362363131279332793323231137911379316316275548275548BWRBWR939381071810715 5639663961515479347931131139226092260重水堆重水堆444422614226141010520452045 574074059592855828558气冷堆气冷堆303010614106140 00 023235531553153531614516145石墨水冷石墨水冷堆（堆（LGRLGR）13131

15、2545125451 192592513135508550827271897818978快堆快堆（LMFBRLMFBR）2 27937933 3178017804 4139613969 939693969总计总计4444443638733638735050422384223883832934729347577577435458435458表表5 5 世界运行核电机组容量前世界运行核电机组容量前1010名国家统计名国家统计 排次排次国家国家运行机组运行机组在建机组在建机组总计总计机组数机组数容量容量MWeMWe机组数机组数容量容量MWeMWe机组数机组数容量容量MWeMWe1 1美国美国1041

16、0499034990343 3360636061071071026371026372 2法国法国595963203632030 00 0595963203632033 3日本日本535344041440415 548424842585848883488834 4德国德国202022594225940 00 0202022594225945 5俄罗斯俄罗斯272720799207996 652755275333326074260746 6加拿大加拿大222215113151130 00 0222215113151137 7韩国韩国181814970149704 43820382022221897

17、0189708 8英国英国313111802118020 00 0313111802118029 9乌克兰乌克兰131311195111955 547504750181815945159451010瑞典瑞典1111946094600 00 0111194609460第二章第二章 核反应堆和核电厂核反应堆和核电厂 第一节第一节 核反应堆核反应堆2.1.12.1.1反应堆工作原理反应堆工作原理2.1.22.1.2反应堆燃料反应堆燃料2.1.3 2.1.3 反应堆堆型反应堆堆型第二节第二节 核电厂核电厂2.2.1 2.2.1 核电厂基本组成核电厂基本组成2.2.2 2.2.2 核电厂与火电厂汽轮机系

18、统的差异核电厂与火电厂汽轮机系统的差异2.2.3 2.2.3 核电厂安全原理和方法核电厂安全原理和方法 表表6 PWR 6 PWR 核电厂与火电厂蒸汽参数比较核电厂与火电厂蒸汽参数比较 PWRPWR核电厂核电厂火电厂（国产）火电厂（国产） 300MWe 300MWe （秦山一期）（秦山一期）600MWe 600MWe （秦山二期）（秦山二期）1000 MWe1000 MWe（大亚湾、（大亚湾、岭澳）岭澳）300MWe300MWe600MWe600MWe蒸汽温度蒸汽温度()()267.5267.5282.9282.9282.9282.9555555540540蒸汽压力蒸汽压力(MPa.a)(MP

19、a.a)5.25.26.716.716.716.7116.6716.6716.6716.67蒸汽流量蒸汽流量(t/h)(t/h)1871187137733773580858081000100016671667汽机热效汽机热效率（率（% %）31.0531.0533.333.333.8733.8740404040核电厂核电厂PSAPSA分析程序分析程序 第三章第三章 第二代主要堆型核电厂分析第二代主要堆型核电厂分析 第二代核电厂主要有以下堆型：第二代核电厂主要有以下堆型： qPWRPWRqBWRBWRq加拿大加拿大AECLAECL开发的天然铀压力管式重水堆（开发的天然铀压力管式重水堆（CANDU

20、CANDU堆）堆）q前苏联开发的石墨水冷堆（前苏联开发的石墨水冷堆（LGRLGR）q改进型气冷堆（改进型气冷堆（AGRAGR）和高温气冷堆（）和高温气冷堆（HTGRHTGR）q钠冷快堆钠冷快堆 第一节第一节 压水堆（压水堆（PWR）核电厂）核电厂3.1.1 3.1.1 工作原理和基本构成工作原理和基本构成 核电站原理流程图核电站原理流程图 3.1.2.1 3.1.2.1 主要设计性能特点主要设计性能特点q轻水作为慢化剂。轻水作为慢化剂。 q采用低富集铀（采用低富集铀（2 25 5）做燃料，具有负的燃料温度系数（多普）做燃料，具有负的燃料温度系数（多普勒系数）。勒系数）。 q采用控制棒、可溶硼和

21、可燃毒物三种反应性控制手段采用控制棒、可溶硼和可燃毒物三种反应性控制手段 q一、二回路均为独立的密闭回路，常规岛中的蒸汽不带有放射性，一、二回路均为独立的密闭回路，常规岛中的蒸汽不带有放射性，与沸水堆相比，运行时常规岛不需要采取辐射防护措施。与沸水堆相比，运行时常规岛不需要采取辐射防护措施。 1)1)PWRPWR电厂是目前世界上运行最多的核电厂，运行机组数占总机组数的电厂是目前世界上运行最多的核电厂，运行机组数占总机组数的5959，发电容量占总容量的，发电容量占总容量的6565，因此运行经验丰富，经验反馈系，因此运行经验丰富，经验反馈系统完善，设计改进及时、充分，使得统完善，设计改进及时、充分

22、，使得 PWRPWR核电厂在技术成熟性、安核电厂在技术成熟性、安全性、可靠性和经济性方面都占有一定的优势。全性、可靠性和经济性方面都占有一定的优势。 3.1.2.23.1.2.2重点关注的问题重点关注的问题 （1 1）三道屏障的完整性）三道屏障的完整性 （2 2）电厂的可利用率）电厂的可利用率 （3 3）事故预防和缓解的能力）事故预防和缓解的能力 （4 4）经济性）经济性 3.1.3 3.1.3 第二代第二代PWRPWR核电厂的改进和发展核电厂的改进和发展 1 1、单机容量增加，从初期的、单机容量增加，从初期的300MWe300MWe左右，发展到左右，发展到600600，900900，1000

23、1000，13001300以至以至1500MWe1500MWe的的PWRPWR系列。系列。 2 2、燃料及燃料组件设计改进、燃料及燃料组件设计改进 3 3、燃料管理方案改进、燃料管理方案改进 4 4、改进核电厂的主要设备性能、改进核电厂的主要设备性能 5 5、提高核电厂的安全性、提高核电厂的安全性 第二节第二节 沸水堆沸水堆(BWR)核电厂核电厂3.2.13.2.1发展概况和工作原理发展概况和工作原理 1、发展概况 2、工作原理 3.2.2 BWR3.2.2 BWR核电厂特点核电厂特点 3.2.3 BWR3.2.3 BWR核电厂的设计改进核电厂的设计改进 BWR BWR总体设计的改进总体设计的改进 沸水堆电厂流程原理图沸水堆电厂流程原理图 第三节第三节 重水堆核电厂重水堆核电厂3.3.1 3.3.1 基本结构和工作原理基本结构和工作原理 3.3.23.3.2重水堆核电厂性能特点重水堆核电厂性能特点 重水堆核电厂工作流程示意图重水堆核电厂工作流程示意图 第四节第四节 其它堆型核电厂其它堆