第四代核能系统 高温气冷堆技术.ppt
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1、高温气冷堆技术的发展历史 早期气冷堆 Magnox+AGR CO2 冷却剂 36+14 台机组 高温气冷堆 HTGR 陶瓷包覆燃料 元件 氦气冷却剂 700-950个 C 3 台试验堆 2 台原型堆 模块式高温 气冷堆 MHTGR 陶瓷包覆燃料 元件 氦气冷却剂 700-950个 C 2 台试验堆 1950 年代1970 年代1980 年代 300 MWe 1000 MWe 100 300 MWe 电功率 固有安全 1 2 3 SIEMENS HTR-Module 功率:200MW 电功率:80MW 堆芯平均功率密度:3 MW/M3 主回路氦气压力: 6.0MPa 堆芯出口热氦气温度:700
2、堆芯入口冷氦气温度:250 4 6厘米直径的“煤球形”核燃料 5 Reactor System 1,高温气冷堆停堆后的余热通过 反应堆压力壳表面散出。不需要 专设设施以防止堆芯熔化。排除 堆芯熔化。 n 燃料元件耐1600高温 n 堆内石墨提供大热容 n 瘦长型堆芯有利于散热 n 限制反应堆功率 高温堆:对付1000kW余热(约1/200) 2,简化系统 模块式高温气冷堆的固有安全特性 6 2个实验堆:中国的HTR-10;日本的HTTR。 3个商业示范电站:南非的PBMR,热功率 400MW,球床;中国的HTR-PM,热功率 458MW,球床;美俄的GT-MHR,热功率 600MW,棱柱。 7
3、 南非PBMR:热功率400MW,电功率165MW,氦气温度:500/900,直接氦气循环,主 设备已经订货 8 美国GA和俄罗斯OKBM的GT-MHR: 600MW热功率 9 n美国2004年启动NGNP(Next Generation Nuclear Plant,下一代核电 站)项目,计划在美国爱达荷建设热功率400-600 MW超高温气冷堆, 50MW用于制氢,其余发电。西屋公司、AREVA公司和GA公司正在积极 准备竞标获得建造合同。 n法国AREVA NP公司也在加快发展高温气冷堆,2004年已经投入超过 100人年,2600万美元的预算,2005年进一步增加人力。他们的反应堆技 术
4、方案同GT-MHR类似,正在研究中间热交换器,以采用间接氦气轮机循 环发电。法国原子能委员会正在开展一系列有关高温气冷堆的研究。 n日本在HTTR堆运行之后,已把高温气冷堆列入长期研发计划。韩国政 府计划发展高温气冷堆技术,韩国原子能研究院和清华大学于2004年成立 了中韩联合核能制氢研究中心。 10 中国“ 863 ”计划高温气冷堆历史回 顾 n 1986 1990 :单项关键技术研究 n 1990 1992 :报国务院立项 n 1992 1994 :工程前期工作 n 1995 2000 :设计建造安装调试 n 2000 年 12 月:建成并首次临界 n 2003 年 1 月:满功率发电 1
5、1 10 MW 高温气冷堆外景 12 反应堆系统 反应堆热功率 ,MW 10 一回路压力, MPa3 氦气入口温度, 250/300 氦气出口温度,700/900 燃料球数目27000 13 反应堆和蒸汽发生器舱室 14 10 MW 高温气冷堆实现满功率运行 2003 年 1 月 29 日主控制室仪表显示达到 10 MW 满功率 核裂变产生的热量经发电后通过 冷凝器排出 15 堆芯横截面 16 直径 6 厘米的燃料球 17 包覆颗粒燃料元件主要性能指标达到 国际先进水平 制作了 20000 个燃料元件,每一批的 34 项性能均达到 10 MW 高温气冷堆的设计要求 燃料元件的破损率达到世界最好
6、水平 清华日本德国计划指标 1.410-53.110-5310-5310-4 燃料元件在俄罗斯的辐照燃耗已达 100000 MWd/t(U) ,受辐照的 4 个燃料元件中的 3 万多个包覆燃料颗粒没 有一个因为辐照破损 18 至2006年3月累计运行469天 19 n按照核安全局批准的程序,旁通反应堆紧急停堆系统。 n关闭风机,关闭二回路隔离阀:丧失冷却。 n控制棒不下落,反应堆堆芯温度缓慢上升由于堆芯燃料的负 温度系数(当温度升高,反应堆功率下降),反应堆功率自 动下降。 n最终堆芯剩余发热和通过反应堆压力壳表面散发的热量建立 平衡,反应堆温度开始下降。 n反应堆堆芯燃料最高温度始终低于安全
7、限制 (1600 ) ,放 射性释放没有明显增加。 丧失冷却+不紧急停堆实验 20 重要安全实验:功率和风机转速的变化过程 21 丧失热阱ATWS安全验证实验 风机转速 (RPM) 反应堆功率 (kW) 22 HTR-PM:战略意义和必要性 (1)不失时机在国际上抢占模块式高温气冷堆领域 竞争的制高点,掌握拥有自主知识产权的核心技术, 建立自主品牌,提高我国先进核能技术在国际上的竞 争力 (2)发展先进核能技术,为国家能源的可持续发展 做贡献 (3)以企业为创新主体,产学研结合,探索高科技 成果产业化的新途径和新机制 23 n清华大学核研院在国家“863“计划的支持下,经过20年的 拼搏,发展
8、了高温气冷堆技术。实现产业化是科研人员的理想 ,是对国家负有的责任。 n中国核工业建设集团作为国家两大核工业集团之一,希望通 过核能技术的创新使企业获得长远的发展动力。 n中国华能集团作为国内最大的电力公司之一,以促进国家技 术创新为己任,支持新技术的采用。 n中国华能集团公司和中国核工业建设集团、清华大学共同投 资,组成示范电站的业主。 n中国核工业建设集团和清华大学合资成立了中核能源科技公 司,作为示范电站的EPC 承包商和核岛设备的集成供货商,成 为高温气冷堆核电站技术创新的企业主体。 战略意义和必要性 24 发展目标和成果 发展目标是:在我国已经建成的10MW高温 气冷实验堆的技术基础
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