核電站的工作原理和相關(guān)設備

基本工作原理是：核電站利用核能發(fā)電,核心設備是核反應堆。核反應堆加熱水產(chǎn)生蒸汽，將原子核裂變能轉(zhuǎn)化為熱能；蒸汽壓力推動汽輪機旋轉(zhuǎn)，熱能轉(zhuǎn)化為機械能；然后汽輪機帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，將機械能轉(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，其主要由反應堆、蒸汽發(fā)生器、汽輪機、發(fā)電機及有關(guān)系統(tǒng)設備組成。

在核電站中，反應堆的作用是進行核裂變，將核能轉(zhuǎn)化為水的熱能。水作為冷卻劑在反應堆中吸收核裂變產(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堆內(nèi)重新加熱，如此循環(huán)往復，形成一個封閉的吸熱和放熱的循環(huán)過程，這個循環(huán)回路稱為一回路，也稱核蒸汽供應系統(tǒng)。一回路的壓力由穩(wěn)壓器控制。由于一回路的主要設備是核反應堆，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)生的水蒸汽進入汽輪機膨脹作功，將蒸汽、的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)槠啓C轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機械能。汽輪機轉(zhuǎn)子與發(fā)電機轉(zhuǎn)子兩軸剛性相連，因此汽輪機直接帶動發(fā)電機發(fā)電，把機械能轉(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）進行冷卻，凝結(jié)成水，然后由凝結(jié)水泵送入加熱器預加熱，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?，由四個主要設備中實現(xiàn)的

（1）反應堆—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—將飽和蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)槠啓C轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)的機械能；

（4）發(fā)電機—將汽輪機傳來的機械能轉(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）作慢化劑的反應堆，其工作原理與壓水堆核電站類似。主要優(yōu)點是可以直接利用天然鈾作核燃料，同時采用不停堆燃料方式；但體積比輕水堆大，建造費用高，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，只有一個回路，水在反應堆內(nèi)沸騰產(chǎn)生蒸汽直接進入汽輪機發(fā)電。與壓水堆相比，沸水堆工作壓力低；由于減少了一個回路，其設備成本也比壓水堆低；但這樣可能使汽輪機等設備受到放射性污染，給設計、運行和維修帶來不便。

快堆核電站

快中子反應堆直接利用快中子引起鏈式裂變反應所釋放的能量進行發(fā)電，因此不需要慢化劑、體積小、功率密度大?？於芽墒光櫪寐侍岣咧?0%以上，最大程度的降低核廢料，實現(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，對材料的要求也較苛刻。

2011年7月21日10時，我國第一個實驗快堆成功實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。