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剖析超临界水反应堆(SCWR)的优缺点

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2012/10/26 10:52:57   

  所属频道:  核电    关键词:  反应堆

2001年1月美国能源部倡议成立了第四代核能国际论坛(GIF),共同研究、开发第四代核能技术。目前共有10个国家包括美国、法国、日本、英国、加拿大、阿根廷、南非、巴西、韩国、瑞士,以及欧洲原子能共同体加入了该论坛。GIF经过多次讨论,明确第四代反应堆应在确保安全可靠的基础上,力争提高其经济性和核燃料的增值和节约,并在2002年5月的巴黎会上选定了6种堆型作为未来第四代反应堆的发展方向。这6种堆型为①气冷快堆(GFR);②铅冷快堆(LFR);③熔盐反应堆(MSR);④钠冷快堆(SFR);⑤超临界水堆(SCWR);⑥超高温气冷堆(VHTR)。

超临界水堆(SCWR)有以下优缺点:

1.在上述6种堆型中只有超临界水堆采用水作为慢化剂和冷却剂,水是便于取得和便宜的物质,且其化学、物理性质清楚。我国的核电站绝大多数采用压水堆,其用水的经验均可借鉴。

2.由于超临界水堆在250大气压下工作,其出口温度可达500℃以上,故可将目前压水堆核电厂的净热效率从~33%提高到~44%以上。

3.由于热效率提高~11%,可节省核燃料~25%,亦即3个百万级压水堆的核装料可装4个百万级超临界水堆。

4.将超临界水堆SCWR的堆芯紧凑化布置,即可转化为快中子堆,具有灵活性。

5.具有固有安全性,无论发生什么故障都可以得到安全控制。

6.一回路系统最为简化,取消了压水堆中的主蒸汽发生器、稳压器、主循环泵,由超临界水经过减压后向主汽轮机直接供气。如图1、2所示。

7.堆芯设计将采用我国具有专利权的《套管燃料组件的超临界水反应堆》,以简化堆芯设计工作,并节省堆结构材料。

8.超临界水推的几个辅助安全系统完全可以利用我国国核技已引进的AP-1000核电厂的非能动技术。

9.可以充分利用我国超临界火电厂的技术,简单说,将反应堆替代超临界锅炉即为超临界核电厂。

自1980年以来,我国已引进和国产化建成超临界和超超临界火电机组共38台,单机容量分别为30万Kw、50万 Kw、80万Kw、90万Kw、100万Kw等共8种型号。这说明我国的超临界技术已相当成熟。

10.具有强劲的经济竞争性:据GIF估计,百万千瓦级超临界水堆核电站的造价(当时价)约为900$/kW;殴共体估计为1000殴元/千瓦;我国 2×90万千瓦超临界火电厂的比投资(建成价)为5900元/千瓦(含脱S、NOx)。由于一台反应堆的造价要比一台锅炉的造价贵,故2台百万千瓦级的超临界核电站的比投资~9000元/千瓦。

目前我国正在建设中的核电厂的比投资为:高温气冷堆为16000元/千瓦;方家山改进型压水堆2×100万千瓦为13000元/千瓦w。

由此可见,超临界水核电厂比上述核电厂分别便宜~70%、~44%。3台一百万Kw级的造价可建造4台百万Kw级的超临界水核电厂,达到3 = 4的目的。

综上所述,可见SCWR具有经济性、安全可靠性、节省铀资源,有利于可持续发展。

11.存在主要问题有:

① 反应堆压力容器制造。以百万kW级的反应堆为例,在250大气压下工作,其压力容器的高度~13m,筒体段外径4m,壁厚~35cm,目前只有俄罗斯、韩国、日本能制造,需考虑合作生产或外购。

② 需研制堆内构件热绝缘材料。

③ 需研制设备密封材料,解决三漏(水、汽、油)问题。

④ 需进行包覆颗粒燃料的制备试验、耐腐蚀试验、水力试验、堆内考验、零功率试验等。

⑤ 需开展安全性分析、稳定性分析和控制等。

综上所述,从核装料及造价上,3台百万Kw级压水堆可建造4台110万级超临界水堆,达到3 = 4。

来源:中国核电信息网
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