Transcript 叶奇蓁——模块式小型反应堆

模块式小
2013
型反应堆
年11月
国际小堆核电站研发情况
小型堆研发概况
名称
电功率
堆型
研发公司
KLT-40S
35 MWe
PWR
OKBM, 俄罗斯
VK-300
300 MWe
BWR
Atomenergoproekt, 俄罗斯
CAREM
27-100 MWe
PWR
CNEA & INVAP, 阿根廷
IRIS
100-335 MWe
PWR
Westinghouse国际联队
SMART
100 MWe
PWR
KAERI, 南韩
mPower
180MWe
PWR
B&W美国
PBMR
80 MWe
HTR
Eskom, 南非
GT-MHR
285 MWe
HTR
General Atomics (美国), Rosatom
(俄罗斯)联队
BREST
300 MWe
FNR
RDIPE, 俄罗斯
SVBR-100
100 MWe
FNR
Rosatom/En+,俄罗斯
Hyperion PM
25 MWe
FNR
Hyperion, 美国
Prism
311 MWe
FNR
GE-Hitachi, 美国
FUJI
100 MWe
MSR
ITHMSO，日本-俄罗斯-美国联队
一体化压水堆小堆
• mPower
• SMART
• IRIS
B&W 美国
KAERI, 南韩
Westinghouse
国际联队
mPower主要设计特点
• 模块化设计：
单个模块输出电功率：
180MWe
• 堆芯一体化设计
• 非能动安全系统及措施：
应急堆芯冷系统（ECCS）非
能动设计自然循环
• 模块可扩容至10台以上机组
• 安全壳地下布置方式：将安全
壳、乏燃料水池和最终热阱布
置在地下，从而大大提高了核
电厂的安全性。核电厂内还可
以贮存整个电厂寿期内所有乏
燃料
• 核电厂占地面积40英亩
主要设计特点
•
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•
•
•
标准的燃料组件（U-235富集度小于5%）
主系统无需可溶硼参与正常反应性控制
标准的发电及BOP系统和组件
冷凝器可以采用空气冷凝与水冷冷凝两种方式
灵活的电网接口（50Hz或60HZ）
数字化仪控系统
主要参数
堆芯热功率
530MWt
发电功率
气冷式冷凝器：155MWe
水冷式冷凝器：180MWe
燃料组件
69组（17×17正方形栅格排列）
燃料富集度/换料周期
＜5%/ 4.5年
反应性控制
69组电动液压控制棒驱动机构，无需可溶硼参与
正常的反应性控制
一回路冷却剂运行压力
14.1MPa
堆芯出/入口温度
320℃ /297℃
压力容器
直径：13英尺，高度：83英尺，净重： 628吨
蒸汽发生器
直流式蒸汽发生器（OTSG）
主泵
8组内置主泵（其中电动机部分外置）
一体化堆芯设计
压力边界的一次侧和二次侧
专设安全设施
固有安全性及专设安全设施
•
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•
•
•
•
堆芯线性热效率较低
一回路冷却系统容量较大
高位置的小型贯穿件
提供长期的余热排出功能
在LOCA情况下，自动提供压降措施。
换料水贮存箱可以长期提供应急的冷却水
非能动安全壳冷却系统有助于安全壳降温
具备堆腔淹没能力
在ATWS工况下，提供可溶硼的注入
发电及辅助系统（BOP）
BOP及厂房布置
• 提供两种冷凝二回路蒸汽的方式：空气和水冷冷凝器
• 采用了常规的蒸汽循环设备（易于维修和更换）
• 引入了多种非能动系统和其他的安全设施，在不需要
任何BOP系统工作的条件下，可冷却堆芯中的燃料长
达72个小时
• 核岛厂房布置采用了地下布置方式——安全壳、乏燃
料水池及最终热阱的地下布置大大提高了核岛的安全
性。安全壳采用了钢制安全壳结构，形成了反应堆的
第三道屏障
• 安全壳具有较大的容积和容量，在基准事故工况下，
可以有效的限制安全壳内压力的上升
• 可以同步进行换料停堆和NSSS系统设备检修，节省停
堆时间并提高经济性
• 安全壳地下布置，兼顾了核电厂与周围环境的保护和
共同和谐发展
核岛厂房——安全壳地下布置
总平面布置图展示
总平面布置图展示
总平面布置鸟瞰图
韩国SMART设计
SMART核电厂主参数
热功率/电功率
330MWt/ 100MWe
海水淡化能力
40000m3/日
电厂可利用率
＞90%
运行压力
15MPa
堆芯出/入口温度
310℃ /270℃
反应堆堆芯
高:2m直径:1.832m
燃料二氧化铀
富集度4.95%， 57盒，排列：17×17； 264根燃料元件棒
控制棒组件
25组；控制棒导管数24根
蒸汽发生器
8台，螺旋管状；设计寿命：15年
主泵型式
4台，单级轴流屏蔽电机泵
压力容器
内径：4072mm；壁厚： 264mm；设计寿命：60年
电厂设计寿命
60年
换料周期
＞3年
反应堆冷却剂系统 循环方式：强迫循环
专设安全设施
• 由反应堆停堆系统、非能动余
热排出系统、应急堆芯冷却系
统、反应堆超压保护系统和钢
制安全壳组成
• 应急情况下通过注硼操作，作
为备用的非能动停堆系统
• 非能动余热排出系统（4套）连
接蒸汽发生器，带走余热，自
然循环运行 ，72h内无需人为
干涉
• 相互独立的应急堆芯冷却系统
（2套）由压力差自动开启，保
证堆芯淹没
• 双层安全壳，内层为真空、耐
压的钢制容器，用于包容事故
中一回路的泄漏物，外层为通
常核电站采用的混凝土安全壳
海水淡化设备
• MED-TVC海水淡化技术，
采用的是热压缩原理。用
高压蒸汽在TVC中吸入末
效或中间效蒸发器产生的
部分低压二次蒸汽，将其
提升压力和温度后作为一
效蒸发器的加热蒸汽，达
到低压蒸汽重复利用的目
的。它可利用高压蒸汽的
能量，避免了工作蒸汽直
接减温减压造成的蒸汽能
量损失
国际革新型安全反应堆 （IRIS）
核电厂主参数
热功率/电功率
1000MWt/ 335MWe
设计寿命
60年
可利用率
＞95%
主冷却剂流量
4700kg/s
运行压力
15.5MPa
堆芯出/入口温度
328.4℃/ 292℃
燃料组件
89盒17×17；高度5207mm
控制棒组件
37组；吸收体数量24根
压力容器
内径：6210mm，体壁厚：285mm，总高度：21300mm
蒸汽发生器
8台立式、螺旋管状，高度：8500mm
主泵
8台联轴式、密封电机
安全壳
钢制、球形，直径：25m，高度：32m
一体化的反应堆冷却剂系统布置
蒸汽发生器（SG）
稳压器
非能动安全系统
非能动安全系统
（1）非能动应急余热排出系统(EHRS)
（2）自动卸压系统（ADS）
（3）安全壳压力抑制系统（PSS）
（4）全压应急硼注射箱（EBT）
（5）压力容器堆腔
小型高压安全壳
• 采用球形钢制安全壳结构
形式 ，其设计承压能力至
少可以高出3倍
• 燃料组件通过位于安全壳
上方的换料装置从压力容
器内垂直向上提升，直接
放入燃料操作和储存区域。
因此在安全壳内部无需设
置换料设备
• 所有的重型反应堆设备利
用通过换料装置上方的桥
式吊车来从安全壳密闭封
头吊入至压力容器
小堆核电站多种用途的开发
模块式小型堆具有广泛用途
• 模块小型堆具有高参数，可涵盖核能发电、
工业工艺供热、
• 城市区域供热、海水淡化等多种用途所需
的热能参数要求
供电/供汽/供热/海水淡化
工业工艺供汽/城市区域供热
• 工业工艺供汽（汽电联供）
城市区域供热（热电联供）
核能海水淡化/边远地区海岛中小型电网电源
• 核能海水淡化（水电联供）
• 边远地区中小型电网电源
自主开发的ACP100
ACP100技术方案及主要性能指标
总体技术方案
•
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•
•
反应堆一体化布置
强迫循环
外置蒸汽稳压
内置直流蒸汽发生器
屏蔽式主泵
集成式堆顶结构
非能动安全设施
小型混凝土安全壳
凝汽式汽轮机
汽轮机抽汽热法海水淡化
ACP100主要性能指标
反应堆热功率
反应堆冷却剂入口温度
反应堆冷却剂出口温度
反应堆冷却剂平均温度
冷却剂系统最佳估算流量
反应堆冷却剂系统稳压方式
反应堆冷却剂系统运行压力
机组运行控制方式
燃料组件类型
燃料组件活性段高度
燃料组件数量
310MWt
282.6℃
323.4℃
303℃
6500m3/h
外置蒸汽稳压
15MPa
一回路平均温度不变
二回路压力恒定
CF2截短型组件
2150㎜
57组
ACP100主要性能指标
主要性能指标
机组名义电功率
机组水电联供产出（最大水量）
工艺供热蒸汽参数
工艺供热蒸汽最大产量
城市区域供热/回水温度
双堆城市区域供热面积
热电厂可利用率
反应堆换料周期
反应堆设计寿命
极限地震动(SL-2)加速度
数值
～100MW
5万吨水/天+59MWe
250 ℃，4MPa
450t/h
125 /65℃
630万m2
＞90％
2年
60年
0.3g
ACP100主要性能指标
燃料富集度
（平衡循环）
驱动机构类型
控制棒组件数量
反应性控制方式
物及可溶硼
蒸汽发生器类型
蒸汽发生器台数
主蒸汽温度
主蒸汽压力
主蒸汽产量
主给水温度
主泵台数
4.2%
钩爪步进磁力提升型
25束
控制棒、固体可燃毒
套管式OTSG
16
>290 ℃
4MPa
450t/h
105 ℃
4
总体布置特点
• 双堆共用燃料厂房
• 反应堆埋于地下
– 抗震能力更高
– 抵御外部事件能力
更强
– 事故放射性释放极
低
严重事故预防与缓解措施
自动卸
压系统
非能动氢
复合器
防高压熔堆
防CV底板
熔穿
重力注
水堆腔
淹没
防氢爆
防安全壳
超压
非能动
安全壳
冷却系
统
厂房方案
ACP100主要性能指标
1）纯凝汽工况（TMCR)
主蒸汽流量：450t/h；温度285℃；压力3.75MPa；
电机功率：94716 KW （冷却海水19 ℃ 情况）
2）热电联供工
循环水供水温度：125℃循环水回水温度：65℃
单台汽机最大供暖面积：315万m2；
单台机组最大供暖同时发电功率：50163 KW
3）水电联供工况
海水淡化最大日产能：50000吨/天（单机）
海水淡化工艺：低温多效-蒸汽压缩喷射器法（TVC-MED
海淡抽汽参数：压力0.4MPa、温度235.5℃。
蒸汽流量：38t/h、造水比：11
ACP100主要性能指标
• 一体化布置
– 一回路高自然循环能力
– 消除大LOCA事故
• 屏蔽泵无轴封LOCA事故
• 压力容器下封头无贯穿件
• 低堆芯功率密度，具有更高的热工安全裕量，更
好适应与CHF有关的预期瞬态
• 较小的热储能
• 单位功率冷却剂装量大，主系统热容量和热惯性
高，降低系统对堆芯升温瞬变的反应，自稳自调
性好
ACP100主要性能指标
• 系统简化，减少故障
• 自然力实现非能动应急堆芯冷却及非能动
应急余热排出
• 事故放射性源项低，并具有多重放射性包
容屏障，可实现厂外应急极小化
• 核岛埋于地下
– 岩体作为天然的放射性隔离屏障
– 利用岩体有效抗击恐怖袭击
– 为就地退役掩埋创造条件
ACP100+研发工作
ACP100与ACP100+主要区别
ACP100
ACP100+
反应堆功率
～310MWt
～ 400MWt
机组名义电功率
～100MWe
～ 125MWe
反应堆冷却剂
充硼
无硼
反应性主要控制方式
调硼
调棒
控制棒驱动机构布置
外置
内置
外置蒸汽稳压
内置蒸汽稳压
有
无
稳压方式
波动管
面临的挑战
• 降低单位千瓦造价
• 开发多种用途，提高热利用效率，降
低运行成本
• 采取有效的安全措施，消除可能的严
重事故产生
• 采取措施，在各种可能的事故情况下，
防止放射性外泄，无需厂外应急，使
小堆核电站更接近用户，特别是热源
和冷源的用户
谢
谢