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超临界水冷反应堆和节省铀资源综述(2)

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2012/10/26 10:57:19   

  所属频道:  核电    关键词:  反应堆 水冷反应堆

*SCWR进出口温差大 ,堆芯在满功率下具有全自然循环能力,堆的冷却系统无需主泵;采用直流热力循环无需压水堆必须的蒸汽发生器、汽水分离器、蒸汽干燥器、稳压器等主要设备,使系统大大简化,从而安全壳尺寸大大缩小。SCWR汽轮机进口比焓要比PWR核电机组汽轮机进口比焓高很多,使主要设备尺寸减少,结构紧凑。SCWR的压力容器和PWR的相同,其安全壳和ABWR的相近,但体积明显减少。所有这些都使SCWR建造的 比投资大大减少。

*超临界水的物性变化连续,不存在两相共存现象,相当于过热蒸汽的单相流体,与水冷堆内的两相流相比,在设计准则和计算分析上都有优势。针对已有水冷堆各类计算机程序,对超临界工况下冷却剂物性的急剧变化引 起堆芯物理、热工水力及其间的耦合的变化,要做适应性修改或开发,这表明SCWR的安全性分析、稳定性和控制也成为SCWR研发的主要课题。

*超临界工况下,需要燃料包壳、结构材料能更好地耐高温、耐腐蚀,要有更好的强度,要探索更适合的反应堆材料。超,临界工况下的冷却剂、包壳和结构材料的辐照特性有待进一步试验研究。通常可被选用的镍基合金材料有较大的中子吸收截面(锆合金的10倍),中子经济性差,需要高富集度燃料补偿,估计的富集度要在6.5%以上,远高于目前的PWR的~4%。

4、超临界水冷反应堆在中国的现实性

世界核能界普遍认为第四代核能系统(包括反应堆和燃料循环)的研发目标是:经济性、可持续性、安全性、防止核扩散和实体保护。核电业主和消费者最关心的是:经济性明显改善、高放废物永久贮存得到合理和可靠的解决。缓解全球变暖,加之油价持续攀升,是刺激建设新核电机组的主要因素。但世界范围内规模建设新核电机组是在2015—2020年以后。2020年以后,我国即使保持2020年核电所占发电总量之比例,仍需批量建设新核电机组。根据新堆型开发的成熟性,决定建设什么堆型的新核电机组。超临界水冷反应堆的技术基础源于水冷堆和超临界/超超临界火电机组,在我国研发超临界水冷反应堆最具现实性:

*超临界水冷反应堆是水冷堆的进一步发展,而压水堆是迄今和今后我国核电发展的主导堆型。在已有压水堆技术和相应配套研发设施、设备制造能力基础上研发SCWR,能与成熟的压水堆技术很好地衔接。

*超临界火电机组在世界范围内、包括在中国的应用都已是成熟技术,超临界水冷反应堆机组的常规岛容易与之结合,还可以借鉴超临界火电机组耐高温材料和水处理控制技术的经验。

*超临界工况使水冷堆的系统和设备大大简化,继而核电站的造价和运行成本大为降低,经济性明显改善。

*冷却剂平均密度较低,可以灵活设计堆芯的中子能谱,超临界水冷反应堆不仅能被设计成热中子堆,也可以设计成快中子堆,意味着在SCWR内提高核燃料利用率的潜力。

*SCWR设计目标使热效率高、发电成本低。与PWR相比,更有利于有效利用和节约铀资源,有利于核电可持续发展。

5、超临界水冷反应堆和节省铀资源

人们预期的2020年中国核电规划目标对铀资源的需求已很可观。中国核电发展的历程表明,很难对长期发展作出准确预测。但是,中国大规模发展核电,铀资源保障是必须考虑的最主要因素之一。铀资源是不可再生资源,犹如化石燃料不可再生。当核电机组的装机容量确定后,铀的年需求量和机组的热效率成反比。如前文所述,SCWR热效率比PWR高出25%~32.7%,意味着发电量相同,SCWR将比PWR节省铀资源25%~32.7%。或者,同样数量的铀资源,可以多支持1/4到1/3数量的核电机组。相应地,为获得浓缩铀而对分离功的年需求量也将减少。燃料组件制造量和乏燃料产生量也都相应地明显减少。若将 SCWR设计成快中子堆,铀资源的可利用率也将大大提高,从铀资源保障角度看,这有利于中国核电可持续发展。

在可预见的未来,中国发展超临界水冷反应堆是更高效率利用和节省铀资源最现实的路径,超临界水冷反应堆可能成为支持中国核电可持续发展的重要堆型。

来源:中国核电信息网
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