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小型核反应堆全方位解析

2017-10-13 10:52来源:中国能源报关键词:小型堆核反应堆轻水堆收藏点赞

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小型核反应堆发展现状

IAEA曾对小型堆的发展进行过预测,估计在2030年全球将建设43—96座小型堆。根据技术种类进行划分,小型堆可以分为四种形式,即轻水堆、高温气冷堆、液态金属反应堆和熔盐堆。

轻水堆在现有的小型堆设计中,最为常用的技术是轻水堆。这主要是因为数十年安全运行轻水堆的经验,使得这种反应堆在安全性能方面更具保障性。在核蒸汽供应系统的设计方面,大部分的技术都采用了“一体化”压水堆设计,即将一回路的设备全部集中布置于压力容器内;也有少数几种型号的反应堆,选择将蒸汽发生器或者蒸汽发生器的一部分(如汽水分离器)放置于压力容器外。

▲一体化的反应堆冷却剂系统布置

此外,随着西屋公司的AP1000非能动安全系统的面世与成功推广,“非能动”的理念也深入贯彻到了现有的小型堆设计中。在经济性方面,轻水堆也以较低的初始投入与较少的投资总额受到发展中国家,尤其是不发达国家的青睐。

轻水堆实例:

俄罗斯KLT-40s是一种用于破冰船上的成熟反应堆,也用于偏远地区的电力供应。它具有30—35兆瓦的发电容量以及20兆瓦的供热能力,换料周期为3年。该种堆型的建造模式采用了双机组。除了发电外,还可以用于海水淡化。

▲KLT-40s浮动核电站单个机组示意图

CAREM由阿根廷国家原子能委员会开发,是采用一体化蒸汽发生器的模块式压水堆,发电功率为27兆瓦,其可被用于作为研究堆或海水淡化。CAREM的整个一回路冷却剂系统均在其反应堆压力容器内,燃料采用的是带有可燃毒物的铀浓缩度为3.4%的燃料,每年换料1次。

韩国SMART的设计目的是建造一座可用于海水淡化兼作发电,堆芯热功率330兆瓦的反应堆及海水淡化应用系统。这种堆型具有一体化的蒸汽发生器和先进的安全特性,用于发电可达到100兆瓦,同时可以供热。设计寿命是60年,换料周期为3年。

▲韩国SMART小型堆主系统布置图

高温气冷堆其概念演化自早期的空气冷却和二氧化碳冷却的反应堆。采用氦气取代空气和二氧化碳作为冷却剂并采用石墨作为慢化剂,提供了更高的中子效率和热效率。

高温气冷堆实例:

中国HTR-10是一种高温球床气冷堆,于2000年启动,2003年达到满功率运行。堆芯中共有2.7万个球状燃料元件,铀浓缩度达到17%,主要是用作实验堆。中国正在建设的高温气冷堆HTR-PM是发电功率为105兆瓦的反应堆,采用铀浓缩度为8.8%的燃料和环形堆芯。

最著名的模块化高温气冷堆项目是由南非牵头开发的110兆瓦球床模块反应堆。这种反应堆采用的是直径小于1毫米的三层包覆碳化铀颗粒形式燃料,铀浓缩度达到14%。燃料的核心由多层碳和碳化硅包覆,为裂变产物提供了一个包壳,使燃料在1600℃或更高的温度下都能保持稳定。乏燃料数量比同样容量的轻水反应堆内的乏燃料要多一些。

美国气轮机—模块氦冷反应堆(GT-MHR)将作为单个285兆瓦的模块建造,氦气直接驱动气轮机,热效率为48%筒形堆芯包括102根石墨块组成的六角形燃料元件柱,上面有用于氦气和控制棒的通道,石墨反射层在堆芯的内部和周围。每18个月更换一半堆芯。燃耗大约是10万兆瓦日/吨铀。该堆型由美国通用原子能公司与俄罗斯原子能部合作开发,日本富士公司提供支持,起初该反应堆是用来燃用俄罗斯核武器上拆卸下的纯钚,造价预计低于1000美元/千瓦,总发电成本为2.9美分/千瓦时。

液态金属反应堆一回路的冷却剂是液态金属,比如钠-钾合金,由于金属热容小传热快,而且沸点高,所以比使用水来做冷却剂的反应堆来说,效率较高。其中的液态金属冷却快中子堆,是指没有中子慢化剂的核裂变反应堆。

原标题:小型核反应堆解析 开启核能新时代
投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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