核能发电技术 新能源发电控制技术期末论文

题目名称：核能发电技术姓名：

班级：电气101

学号：

日期：2013.11.10

嘉兴学院机电工程学院

核能发电技术

(嘉兴学院机电工程学院, 浙江嘉兴 314001)

摘要：利用核能，核电的发展是相当快的，核能是公认的经济，安全，可靠，清洁的能源。世界在继续消耗资源，能源需求持续增长，包括我国在内的世界各国积极发展核电。

本文主要介绍了核能的形式及其利用、核能技术的利用、核反应装置、核能发电技术与发电设备、核电站的运行与监控系统、核能发电的经济技术性评价。

关键词：核能发电；核反应原理；核电站

中途分类号：TM613

Nuclear power generation technology

ZhouXiao-yao

( College of Mechanical & Electrical Engineering, Jiaxing University, Jiaxing Zhejiang 314001, China)

Abstract: Utilization of nuclear energy, nuclear power development is quite fast, nuclear is recognized as an economical,safe, reliable,clean energy.As the world continues to consume resources and energy demand continues to grow,countries around the world including our country are actively develop nuclear power.

This paper describes the form and use of nuclear energy, nuclear reaction theory and reactors, nuclear power technology and power generation equipment, nuclear power plant operation and monitoring systems, nuclear power's economic technical evaluation.

Key words:Nuclear power; Nuclear reaction theory; Nuclear power plant

0 引言

能源是人类社会的命脉，一个国家的能源开发和利用水平，标志着该国的生产力水平，生活水平和文化层次。但与不断增长的对能源资源的渴求，传统的能源已经满足不了人们的需求。

伴随着经济的高速发展，能源问题突现在我们面前，保障我国的能源安全将直接关系到我国经济能否保持良好的发展态势。能源是经济发展的支柱和动力。能源短缺将严重制约我国经济的高速发展[1]。

在人们对能源需求的日益增加，而煤炭、石油等传统能源日益匮乏的背景下，开发和利用核能等可再生能源越来越受到重视。核能发电作为可再生能源利用的一种重要形式，具有洁净、无污染等优点，已经成为国内外学术界和工业界研究的热点[2]。在国内，电能紧缺已经成为一个非常严峻的问题，核能发电系统有望在未来缓解这一紧张局面。核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染。

1 核能原理及其利用

(1) 核能原理

由相对论的质能关系式M=mc2可知，质量和能量是相互联系的。当一个系统的能量减小时，系统向外界散发能量；反之系统吸收能量。我们知道,原子核是由质子和中子组成的，质子和种子都叫做核子。组成某一原子核的核子的的质量和与该原子核质量的差值叫做原子

核的质量亏损，用Δm表示。原子核的亏损质量说明，在院子里组成原子核的过程中有能量放出，放出的能量ΔE由质能关系式可得公式(1)：

ΔE=Δmc2 (1) 这种自由核子结合成原子核时放出的能量叫做原子核的核能，用B表示。相反若要让原子分解成单个的原子，原子核要从外界吸收相应的能量[3]。由此可见，在原子核内蕴藏大量可利用的能量，而重核裂变和轻核裂变是获取核能的主要途径。

图1 核燃料水池

(2) 核能技术的利用

核能发电是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。与传统的火力发电相比,利用核裂变所产生的能量发电具有无可比拟的优势[4]。具体优势列举如下：

①核能是地球上储量最丰富的能源，又是高度浓集的能源。一吨金属铀裂变所产生的能量，相当于270万吨标准煤。按照地球上有机燃料的储量和人类耗能的情况来估算，地球上煤的储量大概再过200多年即将耗尽，油则只够用约40年。聚变反应堆成功以后，能源真可谓取之不尽，用之不竭，人类将不再为能源问题所困了。

②核电是清洁的能源，有利于保护环境。目前世界上大量燃烧有机燃料的后果是相当严重的。燃烧后排出大量的氧化硫、二氧化碳、氧化亚氮等气体，不仅直接危害人体健康和农作物生长，还导致酸雨和大气层的“温室效应”这些危害。核电站严格按照国际上公认的安全规范和卫生规范设计，对放射性三废，原则上是回收处理储存，不往环境排放。

③核电在经济上也有优势。核电厂由于特别考究安全和质量，建造费比火电厂高，一般要高出30%～50%，但燃料费则比火电厂低很多，火电厂燃料费约占发电成本的50%～60%，而核电厂的燃料费则只占20%～30%，总的看起来，一般来说核电厂发电成本与燃煤电厂成本相当，而在需要远距离运煤的地方，则要低15%～30%[5]。我国台湾省核电厂成本仅是那里烧石油电厂成本的二分之一。

所以，从合理利用资源的角度来说，也应逐步以核燃料代替有机燃料。总之，核能的优点终将为人们所确认。它的利用是解决能源问题的必由之路。

核能发电具体过程为：核能→水和水蒸气的内能→发电机转子的机械能→电能。

图2 核电站

2 核反应装置

核能发电的能量来自核反应堆中可裂变材料（核燃料）进行裂变反应所释放的裂变能。裂变反应指铀-235、钚-239、铀-233等重元素在中子作用下分裂为两个碎片，同时放出中子和大量能量的过程[6]。反应中，可裂变物的原子核吸收一个中子后发生裂变并放出两三个中子。若这些中子除去消耗，至少有一个中子能引起另一个原子核裂变，使裂变自持地进行，则这种反应称为链式裂变反应。实现链式反应是核能发电的前提。

根据用途，核反应堆可以分为以下几种类型：

①将中子束用于实验或利用中子束的核反应，包括研究堆、材料实验等。

②生产放射性同位素的核反应堆。

③生产核裂变物质的核反应堆，称为生产堆。

④提供取暖、海水淡化、化工等用的热量的核反应堆，比如多目的堆。

⑤为发电而发生热量的核反应，称为发电堆。

⑥用于推进船舶、飞机、火箭等到的核反应堆，称为推进堆。

另外，核反应堆根据燃料类型分为天然气铀堆、浓缩铀堆、钍堆；根据中子能量分为快中子堆和热中子堆；根据冷却剂(载热剂)材料分为水冷堆、气冷堆、有机液冷堆、液态金属冷堆；根据慢化剂(减速剂)分为石墨堆、重水堆、压水堆、沸水堆、有机堆、熔盐堆、铍堆；根据中子通量分为高通量堆和一般能量堆；根据热工状态分为沸腾堆、非沸腾堆、压水堆；根据运行方式分为脉冲堆和稳态堆，等等。核反应堆概念上可有900多种设计，但现实

上非常有限。

图3核反应堆内部

3 核能发电技术与发电设备

核能发电技术主要是由以下系统设备和技术实现。

⑴核岛系统：核岛厂房主要包括反应堆厂房(安全壳)、核燃料厂房、核辅助厂房、核服务厂房、排气烟囱、电气厂房和应急柴油发电机厂房等。

⑵核蒸汽供应系统：核蒸汽供应系统由一回路（反应堆冷却剂循环系统）及与一回路相连接的系统所组成[7]。一回路的主要设备有反应堆堆心、压力容器、蒸汽发生器、稳压器、主循环泵及管道。一回路中冷却剂(高温高压的水流)的主要作用是将反应堆堆心产生的热量带到蒸汽发生器，传给二回路，生产蒸汽；在一回路水中加入硼酸，用来控制反应性的慢变化；用稳压器维持一回路压力的稳定和补偿水在冷态和热态时的体积变化。与一回路相联的系统包括化学和容积控制系统、反应堆安全注射系统和余热冷却系统。

⑶安全壳喷淋系统：由两条独立的管线组成。每条管线系统都是由喷淋泵、冷却器、喷头、换料水箱、阀门等设备组成。当发生失水事故时，一回路中高温高压的水漏到安全壳中，由于安全壳是密封的，安全壳里的压力和温度都会升高。安全壳喷淋系统的主要作用就是喷淋冷水使水蒸汽凝结成水，从而降低安全壳内的压力和温度。喷淋水中含有碱，可以除去空气中放射性的碘。

⑷辅助系统：辅助系统包括以下6个系统：①设备冷却水系统。为核岛中的热交换器提供去除离子的冷却水。②反应堆腔室和废燃料冷却系统。用于反应堆腔室和废燃料池池水的冷却和净化；可以对压力壳充、排水。③辅助给水系统。当蒸汽发生器的主给水系统完全失去作用时就投入运行[8]。在反应堆起动、升温和停堆时，也由这个系统给蒸汽发生器供水。

④通风和空调系统。用于维持室内的温度和湿度，为运行人员和设备提供适宜的工作环境，减少室内空气中放射性碘的浓度，并减少向大气中排放放射性物质。

⑸压缩空气系统。为调节器、气动阀和安全阀等设备提供压缩空气。⑥放射性废物处理系统。包括排放液体收集系统，硼酸再循环系统，气体、液体和固体废物处理系统，监测和

排放系统，蒸汽发生器排污系统和液体废物排放系统。

⑹常规岛系统：常规岛(Conventional Island)是和核岛相对应的说法。因为核电站的汽轮发电机组及其配套设施和普通火电站并无太大区别[9]。常规岛的主要功能是把核蒸汽供应系统提供的热能在汽轮机中转变成机械能，再带动发电机转动而转变成电能。在事故工况下，它又是核反应堆的一个可靠冷源，从而可保证反应堆安全运行。

图4常规岛

常规岛部分主要包括能量转换过程中的汽——水循环回路、汽轮机、冷凝器、发电机、泵，以及为之服务的辅助系统及设施。常规岛主要包括汽轮机组及二回等系统[10]。

4 核电站的运行与监控系统

核反应堆的启动、功率调节、停堆等均依靠控制棒的运行控制；一回路的压力、冷却剂容量控制靠稳压器系统来完成；停堆后的热量导出由余热排除系统来实现；一回路冷却剂的水质控制油化学溶剂控制系统来完成；一回路的正常泄露补偿由化学和溶剂控制系统来完成；所以，压水堆核电厂将核能转变为电能。

⑴反应堆：将核能转变为热能。

⑵蒸汽发生器：将一回路高温压水中的热量传递给二回路的水，使其变为饱和蒸汽。在此只进行热量交换，不进行能量的转变。

⑶汽轮机：将饱和蒸汽的热能转变为高速旋转的机械能。

⑷发电机：将汽轮机传来的机械能转变为电能。

5 结论

总的来说，在能源经济方面看来，发展核电不能盲目。要使核能在促进我国社会、经济、环境协调发展方面起作用。需要考虑的因素众多，如核电站布局、核电技术、核电人才等。我国的核电技术储备力量不足，应该积极引进技术，开发新一代核电技术，如快中子堆、高温气冷堆等。同时要加强核电科学相关基础技术的研究和开发，进而能够形成自主知识产权，提高我国核电的综合竟争力;我国核电起步较晚，且由于过去20年全世界核电低潮以及其他原因。导致我国核能人力资源的缺乏，为满足核电的需求，特别是在2020年能够实现核电的战略目标。迫切需求大批核电人才，这就要求国家相关单位加快核电人才的培养。只有全面

考虑了核电发展的影响因素，核电才能积极健康地发展。

参考文献：

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