中小型反应堆

浅谈中、小型核动力应用姓名：班级：学号：指导老师：核动力是利用核裂变时释放的能量提供动力。核动力最早的发展是在军事上，尤其是在舰艇上发挥了重要作用。核动力装置以核能为能源，核裂变时不需要空气，因此核潜艇能在水下长期连续航行，其隐蔽性远远超过常规动力潜艇。发展军用核动力的同时，早在上二十世纪四十年代，科学家就已认识到，人类长期使用的煤、石油、天然气等化石能源，在目前大规模工业开采的情况下，很快就会枯竭。核能是一种可以替代的巨大的工业能源，核电站得到了规模的发展。1.中、小型核动力发展情况介绍按照国际原子能机构的分类，利用反应堆最大功率的一半作为中小型堆功率范围的上限，将功率范围在150-300MW的为小型堆，300-700MW的是中型堆，700MW以上的是大型堆。出于经济规模等方面考虑的原因，最初发展的核动力堆都将重点放在了大型反应堆上。之后发展中国家的人口和经济的不断发展，能源日渐不足，但这些国家的财力有限，基础设施不足，发展大型反应堆有困难。既要发展电力，又要保护环境，减少CO2等有害气体的排放，而中、小型堆总投资小，所以这些国家选择发展中、小型核动力就是比较合理的。其次，中、小型堆便于模块化设计，因此能够在工厂里面制造，便于运输并可以组装成大功率的机组，这些也利于发达国家满足边远地区和电网不稳定的地方的电力需求。另外，中、小型核动力还有许多特殊用途：（1）利用核能制氢，氢可以以液态储存起来，而且热效率高，燃烧产物只有水，核能制氢的前景广阔。（2）核能供热，反应堆专门用于区域加热和冷却系统提供热源，由于商业和家庭用户的能源消费中60%是以热能的形式消耗的，这一方法还是很有商业前途的。（3）利用核能进行海水淡化，随着世界人口的不断膨胀，淡水日益成为重要的资源，而海水资源丰富，用核能淡化海水已经开始应用。（4）核动力设备可以不依赖空气的燃烧就能提供动力，所以特别适合于水下，航空航天等动力的需要。正因为中小型核动力的用途广泛，总造价低，既适合发展中国家又适于发达国家，最近许多国家都对发展中、小型核动力很有兴趣。2.中、小型核动力方案类型出于降低技术风险的考虑，各国普遍选择利用已有技术，并在已有技术上提出创新性设计，目前已有50多种创新性小型核动力的设计方案，涉及到各种类型的反应堆。（1）创新性水冷反应堆创新性水冷反应堆又分为：压水堆、沸水堆、重水堆、轻水冷却重水慢化堆等堆型。压水堆主要有美国西屋公司的国际改进型安全反应堆，为一体化压水堆，电功率343MW，换料间隔长达5-10年，利用自然循环技术；沸水堆有美国通用电气与普度大学合作开发了模块化简化沸水堆；日本三菱重工开发了一种重水堆，电功率350MW；印度采用轻水冷却重水慢化方式的反应堆，电功率300MW。（2）创新性气冷反应堆创新性气冷堆有热堆和快堆之分。热堆主要有南非的球床模块化反应堆；美国设计的一种热堆，燃料采用六角棱柱形燃料元件，模块化设计，每个模块285MW。俄罗斯设计了一种快堆电功率300MW。（3）创新性液体金属冷却反应堆创新性液体金属冷却反应堆又进一步分为：钠冷反应堆、铅铋合金冷却反应堆、铅冷反应堆、融盐冷却反应堆等。3.创新性中、小型核动力设计的特点为了提高中小型反应堆的安全性、增加堆芯寿命，为下一代反应堆提供模型，创新性中、小型核动力的设计采用了多种先进的设计思想，使得方案的设计突出如下特点：3.1安全创新性设计强调提高反应堆的固有安全性。提高反应堆的自然循环能力。目标是在额定功率下，可在系统断电、冷却剂断流等情况下，保证堆芯的安全，并可在停堆后依自然循环导出堆芯余热。应用非能动安全系统，彻底解决安全系统只能依系统电力才能投入使用的问题，使核动力装置在各种事故条件下，不需人为操作，能自动保证反应堆的安全提高反应堆的自动控制水平，减少误操作。另外设计上采取简化系统，减少零件的使用量，降低堆芯的功率密度，使用先进的相容性好的材料等措施以提高安全性。3.2提高经济性设计时考虑（1）.可以在工厂模块化生产，现场装配，这样降低建造费用和时间。（2）.减少主、辅系统的零件数量。（3）.降低主回路的压力，以降低维护和检查费用。（4）.进行系统可靠性设计，关键部件采取冗余设计。3.3非现场换料这是国际原子能机构（IAEA）的核能技术发展部在多次会议与磋商的基础上提出的概念。综合经济与能源安全性的考虑，中小堆要有在一个适当长的换料周期；在运行期内，新燃料和换下来的燃料异地保存，且库存最小化；灵活选址，既可以布置在闹市区，也可以布置在沙漠等难以到达的地带。4.中、小核动力未来研究的方向目前在中小型核动力研究方面有许多都是借鉴于大型反应堆，而中小型堆有其自身的特点，如下一些方面还需不断研究：（1）.自然循环，停堆后余热排出的可靠性需要提高。（2）.高温材料，耐高温材料对于提高反应堆的效率至关重要。（3）.非能动装置，解决在系统关闭的情况下，能否有效地停堆的问题。（4）.先进的冷却剂研究。（5）.先进的燃料设计、制造和燃烧过程。（6）不停堆情况下的维修与检查。（7）先进的监测和控制技术。除了中小型核动力自身深化研究的问题以外，与其他技术衔接也是研究的一个方向。根据现有的理论，利用碱金属进行热电直接转换的效率理论上可以达到30%，中、小型核动力利用热电直转技术可以大大简化系统，体积可以做到比现有的汽车发动机还小，噪音可以降到很低的程度，俄罗斯与美国等发达国家还准备开发了航天用的小型核动力。另外，从应用角度看，未来的中小型核动力可以实现多种应用的综合，如可以一边发电，一边海水淡化，可以用于制氢，制氧，如高温裂解水产生氢气和氧气，氢作为二次能源可以储存，氧气提供人生存得需要，这样人类就可以长期生活在海里，人类的生存空间将成倍扩大。5.我国发展中、小型核动力的意义我国海洋国土面积接近300万平方公里，海岸线长达1.8万公里，海洋资源相对丰富，由于陆地资源相对枯竭，海洋资源的开发和利用日益迫切。但是我国海上岛屿分散，水下情况复杂，大型船艇往往无法利用，常规动力的小型船艇也因续航能力有限，补给困难而难堪重用，而小型核动力船艇因其有可以长时间运行-一次装料可运行几年，可不依赖空气运行的优点，因此特别适合于海洋开发，海洋领土守卫。我国地域广阔，各地经济发展不平衡，很多地区发展大规模电站困难，另外我国能源构成中火力发电占大部分，为了减少CO2排放，利用中、小型核动力也是一种有益的尝试。6.总结中、小型核动力总投资不高，清洁，安全性好，应用范围广泛，适合我国国情。为了守卫我国的海洋国土，开发海洋资源，发展偏远地区经济，开拓人类未来生存空间，中、小型核动力有很好的发展前景。