2001年1月美國(guó)能源部倡議成立了第四代核能國(guó)際論壇(GIF)，共同研究、開(kāi)發(fā)第四代核能技術(shù)。目前共有10個(gè)國(guó)家包括美國(guó)、法國(guó)、日本、英國(guó)、加拿大、阿根廷、南非、巴西、韓國(guó)、瑞士，以及歐洲原子能共同體加入了該論壇。GIF經(jīng)過(guò)多次討論，明確第四代反應(yīng)堆應(yīng)在確保安全可靠的基礎(chǔ)上，力爭(zhēng)提高其經(jīng)濟(jì)性和核燃料的增值和節(jié)約，并在2002年5月的巴黎會(huì)上選定了6種堆型作為未來(lái)第四代反應(yīng)堆的發(fā)展方向。這6種堆型為①氣冷快堆(GFR);②鉛冷快堆(LFR);③熔鹽反應(yīng)堆(MSR);④鈉冷快堆(SFR);⑤超臨界水堆(SCWR);⑥超高溫氣冷堆(VHTR)。
超臨界水堆(SCWR)有以下優(yōu)缺點(diǎn)：
1.在上述6種堆型中只有超臨界水堆采用水作為慢化劑和冷卻劑，水是便于取得和便宜的物質(zhì)，且其化學(xué)、物理性質(zhì)清楚。我國(guó)的核電站絕大多數(shù)采用壓水堆，其用水的經(jīng)驗(yàn)均可借鑒。
2.由于超臨界水堆在250大氣壓下工作，其出口溫度可達(dá)500℃以上，故可將目前壓水堆核電廠的凈熱效率從～33%提高到～44%以上。
3.由于熱效率提高～11%，可節(jié)省核燃料～25%，亦即3個(gè)百萬(wàn)級(jí)壓水堆的核裝料可裝4個(gè)百萬(wàn)級(jí)超臨界水堆。
4.將超臨界水堆SCWR的堆芯緊湊化布置，即可轉(zhuǎn)化為快中子堆，具有靈活性。
5.具有固有安全性，無(wú)論發(fā)生什么故障都可以得到安全控制。
6.一回路系統(tǒng)最為簡(jiǎn)化，取消了壓水堆中的主蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、主循環(huán)泵，由超臨界水經(jīng)過(guò)減壓后向主汽輪機(jī)直接供氣。如圖1、2所示。
7.堆芯設(shè)計(jì)將采用我國(guó)具有專利權(quán)的《套管燃料組件的超臨界水反應(yīng)堆》，以簡(jiǎn)化堆芯設(shè)計(jì)工作，并節(jié)省堆結(jié)構(gòu)材料。
8.超臨界水推的幾個(gè)輔助安全系統(tǒng)完全可以利用我國(guó)國(guó)核技已引進(jìn)的AP-1000核電廠的非能動(dòng)技術(shù)。
9.可以充分利用我國(guó)超臨界火電廠的技術(shù)，簡(jiǎn)單說(shuō)，將反應(yīng)堆替代超臨界鍋爐即為超臨界核電廠。
自1980年以來(lái)，我國(guó)已引進(jìn)和國(guó)產(chǎn)化建成超臨界和超超臨界火電機(jī)組共38臺(tái)，單機(jī)容量分別為30萬(wàn)Kw、50萬(wàn) Kw、80萬(wàn)Kw、90萬(wàn)Kw、100萬(wàn)Kw等共8種型號(hào)。這說(shuō)明我國(guó)的超臨界技術(shù)已相當(dāng)成熟。
10.具有強(qiáng)勁的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)性：據(jù)GIF估計(jì)，百萬(wàn)千瓦級(jí)超臨界水堆核電站的造價(jià)(當(dāng)時(shí)價(jià))約為900$/kW;毆共體估計(jì)為1000毆元/千瓦;我國(guó) 290萬(wàn)千瓦超臨界火電廠的比投資(建成價(jià))為5900元/千瓦(含脫S、NOx)。由于一臺(tái)反應(yīng)堆的造價(jià)要比一臺(tái)鍋爐的造價(jià)貴，故2臺(tái)百萬(wàn)千瓦級(jí)的超臨界核電站的比投資～9000元/千瓦。
目前我國(guó)正在建設(shè)中的核電廠的比投資為：高溫氣冷堆為16000元/千瓦;方家山改進(jìn)型壓水堆2100萬(wàn)千瓦為13000元/千瓦w。
由此可見(jiàn)，超臨界水核電廠比上述核電廠分別便宜～70%、～44%。3臺(tái)一百萬(wàn)Kw級(jí)的造價(jià)可建造4臺(tái)百萬(wàn)Kw級(jí)的超臨界水核電廠，達(dá)到3 = 4的目的。
綜上所述，可見(jiàn)SCWR具有經(jīng)濟(jì)性、安全可靠性、節(jié)省鈾資源，有利于可持續(xù)發(fā)展。
11.存在主要問(wèn)題有：
① 反應(yīng)堆壓力容器制造。以百萬(wàn)kW級(jí)的反應(yīng)堆為例，在250大氣壓下工作，其壓力容器的高度～13m，筒體段外徑4m，壁厚～35cm，目前只有俄羅斯、韓國(guó)、日本能制造，需考慮合作生產(chǎn)或外購(gòu)。
② 需研制堆內(nèi)構(gòu)件熱絕緣材料。
③ 需研制設(shè)備密封材料，解決三漏(水、汽、油)問(wèn)題。
④ 需進(jìn)行包覆顆粒燃料的制備試驗(yàn)、耐腐蝕試驗(yàn)、水力試驗(yàn)、堆內(nèi)考驗(yàn)、零功率試驗(yàn)等。
⑤ 需開(kāi)展安全性分析、穩(wěn)定性分析和控制等。
綜上所述，從核裝料及造價(jià)上，3臺(tái)百萬(wàn)Kw級(jí)壓水堆可建造4臺(tái)110萬(wàn)級(jí)超臨界水堆，達(dá)到3 = 4。
返回頂部