成都发电机出租公司介绍核能发电知识

成都发电机出租公司介绍核能发电知识

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，它是实现低碳发电的一种重要方式。

它与火力发电极其相似，只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉，以核裂变能代替矿物燃料的化学能。

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原理

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核能发电

核能发电利用铀燃料进行核分裂连锁反应所产生的热，将水加热成高温高压，核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高很多（相差约百万倍），而所需要的燃料体积与火力电厂相比少很多。

核能发电所使用的的铀235纯度只约占 3%－4% ，其余皆为无法产生核分裂的铀238。

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优势

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高效节能：核电站发电效率高，且核燃料密度大，储量大，使用寿命长，可以更有效地利用资源。

减排环保：相较于传统火力发电，核电不排放二氧化碳、硫化物等污染物，对环境影响小。

可靠性高：核电站运行稳定可靠，不受气候条件、供应链等因素的影响。

安全性高：经过多年的技术积累和安全措施改进，现代核电站的安全性已得到极大提升。

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劣势

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核电站除去事故危险性外，其它的缺点与优点比都不是问题，这里也列举下：

首要当然是核反应的安全问题。链式反应必须能由人通过一定装置进行控制。失去控制的裂变能不仅不能用于发电，还会酿成灾害。（如切尔诺贝利核电站和福岛核电站等等）

核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过之核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线，故必须慎重处理，且需面对相当大的政治困扰。

核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境里，故核能电厂的热污染较严重。

核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。

核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。

兴建核电厂较易引发地域、政治相关的争论。

设备组成

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关键设备-核反应堆

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反应堆的类型很多，但它主要由活性区，反射层，外压力壳和屏蔽层组成。活性区又由核燃料、慢化剂、冷却剂和控制棒等组成。

当前用于原子能发电站的反应堆中，压水堆是最具竞争力的堆型（约占61%），沸水堆占一定比例（约占24%），重水堆用的较少（约占5%）。

压水堆

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压水堆概述图

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主要特点：

用价格低廉、到处可以得到的普通水作慢化剂和冷却剂；

为了使反应堆内温度很高的冷却水保持液态，反应堆在高压力（水压约为 15.5 MPa）下运行，所以叫压水堆；

由于反应堆内的水处于液态，驱动汽轮发电机组的蒸汽必须在反应堆以外产生；

由于用普通水作慢化剂和冷却剂，热中子吸收截面较大，因此不可能用天然铀作核燃料，必须使用浓缩铀（铀-235的含量为 2%—4% ）作核燃料。

慢化剂

核燃料裂变反应释放的中子为快中子，而在热中子或中能中子反应堆中要应用慢化中子维持链式反应，慢化剂就是用来将快中子能量减少，使之慢化成为中子或中能中子的物质。

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慢化剂概述图

石墨是迄今发现的可以采用天然铀为燃料的两种慢化剂之一；另一种是重水。其他种类慢化剂则必须使用浓缩的核燃料。

控制棒

在反应堆中起补偿和调节中子反应性以及紧急停堆的作用。制作控制棒的材料其热中子吸收截面大，而散射截面小。

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控制棒

核电站常用的控制棒材料有硼钢、银-铟-镉合金等。其中含硼材料因资源丰富、价格低，应用较广，但它容易产生辐照脆化和尺寸变化（肿胀）。银-铟-镉合金热中子吸收截面大，是轻水堆的主要控制材料。

冷却剂

由主循环泵驱动，在一回路中循环，从堆芯带走热量并传给二回路中的工序，使蒸汽发生器产生高温高压蒸汽，以驱动汽轮发电机发电，应用最普遍的压水堆核电站用轻水作冷却剂兼慢化剂。

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冷却剂概述图

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一般的冷却剂有：

液态钠（主要用于快中子堆）和钠钾合金（主要用于空间动力堆）：具有大的热容量和良好的传热性能。轻水在价格、处理、抗氧化和活化方面都有优点，但是它的热特性不好。

重水：是良好的冷却剂和慢化剂，但价格昂贵。

气体冷却剂（如二氧化碳、氦）：具有许多优点，但要求比液体冷却剂更高的循环泵功率，系统密封性要求也较高。

有机冷却剂：较突出的优点是在堆内的激活活性较低，这是因为全部有机冷却剂的中子俘获截面较低，主要缺点是辐照分解率较大。

屏蔽层

为防护中子、γ射线和热辐射，必须在反应堆和大多数辅助设备周围设置屏蔽层。其设计要力求造价便宜并节省空间。对γ射线屏蔽，通常选择钢、铅、普通混凝土和重混凝土。

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屏蔽层

来自反应堆的γ射线强度很高，被屏蔽体吸收后会发热，因此紧靠反应堆的γ射线屏蔽层中常设有冷却水管。

某些反应堆堆芯和压力壳之间设有热屏蔽，以减少中子引起压力壳的辐照损伤和射线引起压力壳发热。

行波堆

核电行波堆则是利用起始端少量高浓度铀235裂变产生的快中子轰击贫铀（几乎完全是铀238）生成钚239。

钚239俘获中子后裂变生成多达 300 种的各种中等质量原子，并平均产生 2.5 个中子和 2亿 电子伏的能量。

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行波堆概述图

裂变能被液态金属钠或其他载热介质吸收用来发电，新产生的中子则维持堆芯里的核反应不断向前行进，直到将整个堆芯“烧”尽为止。行波堆因此得名。

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配套设备

核电站除了关键设备——核反应堆外，还有许多与之配合的重要设备。以压水堆核电站为例，它们是主泵、稳压器、蒸汽发生器、安全壳、汽轮发电机和危急冷却系统等。它们在核电站中有各自的特殊功能。

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配套设备

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主泵：如果把反应堆中的冷却剂比作人体血液的话，那主泵则是心脏。它的功用是把冷却剂送进堆内，然后流过蒸汽发生器，以保证裂变反应产生的热量及时传递出来。

稳压器：又称压力平衡器，是用来控制反应堆系统压力变化的设备。在正常运行时，起保持压力的作用；在发生事故时，提供超压保护。稳压器里设有加热器和喷淋系统，当反应堆里压力过高时，喷洒冷水降压；当堆内压力太低时，加热器自动通电加热使水蒸发以增加压力。

蒸汽发生器：它的作用是把通过反应堆的冷却剂的热量传给二次回路水，并使之变成蒸汽，再通入汽轮发电机的汽缸作功。

安全壳：用来控制和限制放射性物质从反应堆扩散出去，以保护公众免遭放射性物质的伤害。万一发生罕见的反应堆一回路水外逸的失水事故时，安全壳是防止裂变产物释放到周围的最后一道屏障。安全壳一般是内衬钢板的预应力混凝土厚壁容器。

汽轮机：核电站用的汽轮发电机在构造上与常规火电站用的大同小异，所不同的是由于蒸汽压力和温度都较低，所以同等功率机组的汽轮机体积比常规火电站的大。

危急冷却系统：为了应付核电站一回路主管道破裂的极端失水事故的发生，近代核电站都设有危急冷却系统。它是由安全注射系统和安全壳喷淋系统组成。

注射系统：当核电站一回路系统的管道或设备发生破损事故后，安全注射系统用来向堆芯紧急注入高硼冷却水，防止堆芯因失水而造成烧毁。

安全壳喷淋系统：在核电站发生失水事故或二回路主蒸汽管道破裂事故时，安全壳内充满了带放射性高压蒸汽，安全壳喷淋系统将用来降低安全壳内压力和温度，使放射性蒸汽凝结下来。