詳細(xì)解析核電站的工作原理、相關(guān)設(shè)備及核電站類型

核電站的工作原理和相關(guān)設(shè)備

基本工作原理是：核電站利用核能發(fā)電,核心設(shè)備是核反應(yīng)堆。核反應(yīng)堆加熱水產(chǎn)生蒸汽，將原子核裂變能轉(zhuǎn)化為熱能；蒸汽壓力推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；然后汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。

核電站工作原理通用示意圖

常見的核電站依據(jù)反應(yīng)堆原理不同可分為壓水堆核電站、重水堆核電站、沸水堆核電站、快堆核電站。目前我國(guó)主要核電站由壓水堆核電站和重水堆核電站組成。

壓水堆核電站

目前世界上的核電站60%以上都是壓水堆核電站，其主要由反應(yīng)堆、蒸汽發(fā)生器、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及有關(guān)系統(tǒng)設(shè)備組成。

在核電站中，反應(yīng)堆的作用是進(jìn)行核裂變，將核能轉(zhuǎn)化為水的熱能。水作為冷卻劑在反應(yīng)堆中吸收核裂變產(chǎn)生的熱能，成為高溫高壓的水然后沿管道進(jìn)入蒸汽發(fā)生器的U型管內(nèi)，將熱量傳給U型管外側(cè)的水，使其變?yōu)轱柡驼羝?/p>

冷卻后的水再由主泵打回到反應(yīng)堆內(nèi)重新加熱，如此循環(huán)往復(fù)，形成一個(gè)封閉的吸熱和放熱的循環(huán)過程，這個(gè)循環(huán)回路稱為一回路，也稱核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)。一回路的壓力由穩(wěn)壓器控制。由于一回路的主要設(shè)備是核反應(yīng)堆，通常把一回路及其輔助系統(tǒng)和廠房統(tǒng)稱為核島（N I）。

由蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的水蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)膨脹作功，將蒸汽、的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)槠啓C(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩軸剛性相連，因此汽輪機(jī)直接帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。

作完功后的蒸汽（乏汽）被排入冷凝器，由循環(huán)冷卻水（如海水）進(jìn)行冷卻，凝結(jié)成水，然后由凝結(jié)水泵送入加熱器預(yù)加熱，再由給水泵將其輸入蒸汽發(fā)生器，從而完成了汽輪機(jī)工質(zhì)的封閉循環(huán)，我們稱此回路為二回路。循環(huán)冷卻水二回路系統(tǒng)與常規(guī)火電廠蒸汽動(dòng)力回路大致相同，故把它及其輔助系統(tǒng)和廠房統(tǒng)稱為常規(guī)島（CI）。

綜上所述，壓水堆核電站將核能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苁欠炙牟?，由四個(gè)主要設(shè)備中實(shí)現(xiàn)的

（1）反應(yīng)堆—將核能轉(zhuǎn)變?yōu)樗臒崮埽?/p>

（2）蒸汽發(fā)生器—將一回路高溫高壓水中的熱量傳遞給二回路的水，使其變成飽和蒸汽；

（3）汽輪機(jī)—將飽和蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)槠啓C(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能；

（4）發(fā)電機(jī)—將汽輪機(jī)傳來的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>

重水堆核電站

重水堆是以重水（氘和氧組成的化合物）作慢化劑的反應(yīng)堆，其工作原理與壓水堆核電站類似。主要優(yōu)點(diǎn)是可以直接利用天然鈾作核燃料，同時(shí)采用不停堆燃料方式；但體積比輕水堆大，建造費(fèi)用高，重水昂貴、發(fā)電成本也比較高。

沸水堆核電站

沸水堆利用輕水作慢化劑和冷卻劑，只有一個(gè)回路，水在反應(yīng)堆內(nèi)沸騰產(chǎn)生蒸汽直接進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電。與壓水堆相比，沸水堆工作壓力低；由于減少了一個(gè)回路，其設(shè)備成本也比壓水堆低；但這樣可能使汽輪機(jī)等設(shè)備受到放射性污染，給設(shè)計(jì)、運(yùn)行和維修帶來不便。

快堆核電站

快中子反應(yīng)堆直接利用快中子引起鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)所釋放的能量進(jìn)行發(fā)電，因此不需要慢化劑、體積小、功率密度大。快堆可使鈾利用率提高至60%以上，最大程度的降低核廢料，實(shí)現(xiàn)放射性廢物最小化。但快堆的燃料元件加工及乏燃料后處理要求高，對(duì)材料的要求也較苛刻。

2011年7月21日10時(shí)，我國(guó)第一個(gè)實(shí)驗(yàn)快堆成功實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。