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核电及其主要堆型介绍苏州热工研究院陈连发1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2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3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 2020世世纪纪7070年年代代中中期期以以来来，提提出出并并不不断断完完善善核核电电厂厂概概率率安安全全评评价价（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 19831983年年，美美国国电电力力研研究究所所（EPRIEPRI）在在美美国国核核管管会会（NRCNRC）支支持持下下，制制订订了了一一个个被被供供应应商商、投投资资方方、业业主主、核核安安全全管管理理当当局局、用用户户和和公公众众都都能能接接受受的适用于第三代先进轻水堆的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 美美国国ABB-CEABB-CE公公司司、GEGE公公司司和和西西屋屋公公司司根根据据URDURD要要求求先先后后完完成成了了新新一一代代核核电电厂厂系系统统8080、ABWRABWR、AP600AP600和和AP1000AP1000等等的的开开发发和和设设计计，其其中中2 2台台ABWRABWR机机组组已已在在日日本本成成功功运运行行，而而AP1000AP1000预预计计将将成成为为第第三三代代PWRPWR最最具具竞竞争争力力的的堆堆型型之之一。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。4进入进入2121世纪以来，美国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：正正在在营营运运的的核核电电厂厂挖挖潜潜，包包括括延延长长运运行行寿寿期期（从从4040年年延延至至6060年年），提提高高核核电电厂厂可可用用率率，提提高高电电厂厂出出力力，对对仪仪控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。51.2.2 1.2.2 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 6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。不不排排斥斥引引进进国国外外成成功功的的技技术术和和经经验验，但但引引进进的的目目的的是是为为了了实实现现自自己自主、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。71.2.51.2.5其他主要核电国家其他主要核电国家1.2.5.11.2.5.1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8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9 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）1997.05.1997.05.15152002.052002.05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）10 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）一回路出一回路出口温度口温度()()一回路压一回路压力力(MPaMPa.a).a)蒸汽温度蒸汽温度()()蒸汽压力蒸汽压力(MPaMPa.a).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 42063206372872831031011.211.2257.6257.64.514.5135703570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 129052905983.8983.8327.6327.615.515.5282.9282.96.716.7158085808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 2300030001000100032032015.715.72792796.286.285880588011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 12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）131312545125451 192592513135508550827271897818978快堆快堆（LMFBRLMFBR）2 27937933 3178017804 4139613969 939693969总计总计444444363873363873505042238422388383293472934757757743545843545813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10410499034990343 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 438203820222218970189708 8英国英国313111802118020 00 0313111802118029 9乌克兰乌克兰131311195111955 547504750181815945159451010瑞典瑞典1111946094600 00 011119460946014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16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 17表表6 6 PWR 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）300300MWeMWe （秦山一期）秦山一期）600600MWeMWe （秦山二期）秦山二期）1000 1000 MWeMWe（大亚湾、大亚湾、岭澳）岭澳）300300MWeMWe600600MWeMWe蒸蒸汽汽温温度度()()267.5267.5282.9282.9282.9282.9555555540540蒸蒸汽汽压压力力(MPaMPa.a).a)5.25.26.716.716.716.7116.6716.6716.6716.67蒸蒸汽汽流流量量(t/h)t/h)1871187137733773580858081000100016671667汽汽机机热热效效率（率（%）31.0531.0533.333.333.8733.874040404018核电厂核电厂PSAPSA分析程序分析程序 19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（CANDUCANDU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 21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22核电站原理流程图核电站原理流程图 233.1.2.1 3.1.2.1 主要设计性能特点主要设计性能特点1)1)轻轻水作水作为为慢化慢化剂剂。2)2)采用低富集采用低富集铀铀（2 25 5）做燃料，具有）做燃料，具有负负的燃料温度系数（多普的燃料温度系数（多普勒系数）。勒系数）。3)3)采用控制棒、可溶硼和可燃毒物三种反采用控制棒、可溶硼和可燃毒物三种反应应性控制手段性控制手段 4)4)一、二回路均一、二回路均为为独立的密独立的密闭闭回路，常回路，常规岛规岛中的蒸汽不中的蒸汽不带带有放射性，有放射性，与沸水堆相比，运行与沸水堆相比，运行时时常常规岛规岛不需要采取不需要采取辐辐射防射防护护措施。措施。5)5)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，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。243.1.2.23.1.2.2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 253.1.3 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300300MWeMWe左右，发展到左右，发展到600600，900900，10001000，13001300以至以至15001500MWeMWe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 26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 3.2.2 BWRBWR核电厂特点核电厂特点 3.2.3 3.2.3 BWRBWR核电厂的设计改进核电厂的设计改进 27 BWRBWR总体设计的改进总体设计的改进 28沸水堆电厂流程原理图沸水堆电厂流程原理图 29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 30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 31第四节第四节 其它堆型核电厂其它堆型核电厂3.4.1 3.4.1 石墨气冷堆核电厂石墨气冷堆核电厂 3.4.2 3.4.2 快中子增殖堆核电厂快中子增殖堆核电厂 3.4.3 3.4.3 石墨水冷堆石墨水冷堆 第五节第五节 几种堆型核电厂性能参数比较几种堆型核电厂性能参数比较32HTGRHTGR核电厂原理流程图核电厂原理流程图 33池式钠冷快堆回路示意图池式钠冷快堆回路示意图 34第四章第四章 核电技术的最新研发进展及趋势核电技术的最新研发进展及趋势 35第一节第一节 三里岛和切尔诺贝利事故暴露的问题和引三里岛和切尔诺贝利事故暴露的问题和引发的思考发的思考 4.1.1 4.1.1事故简介事故简介q4.1.1.1 三里岛事故q4.1.1.2 切尔诺贝利事故q4.1.24.1.2事故的教益事故的教益 36第二节第二节 第三代先进堆型核电厂分析第三代先进堆型核电厂分析4.2.14.2.1第三代先进轻水堆的设计要求第三代先进轻水堆的设计要求4.2.1.1美国用户要求文件（URD）4.2.1.2欧州用户要求文件（EUR）4.2.24.2.2几种主要第三代先进堆型几种主要第三代先进堆型4.2.2.1概述4.2.2.2先进沸水堆（ABWR）4.2.2.3 AP10004.2.2.4 先进型欧洲压水堆(EPR)4.2.2.5 系统804.2.2.6 先进型CANDU堆（ACR）4.2.2.7 其它第三代先进堆型37第三节第三节 第四代核电概念介绍第四代核电概念介绍4.3.1 4.3.1 第四代核电概念的提出和背景第四代核电概念的提出和背景 4.3.1.1 第四代核电概念的提出 4.3.1.2 第四代核电提出的背景 4.3.2 4.3.2 第四代核电的性能目标第四代核电的性能目标 4.3.2.1 总体目标 4.3.2.2 具体性能目标4.3.3 4.3.3 初步确定的几种第四代核电厂堆型初步确定的几种第四代核电厂堆型38