text: 电力知识科普：核能发电
  1%上期介绍了风电，本期介绍下核能发电，核能作为一种高效、低碳、稳定的能源，在全球范围内得到了广泛应用。在介绍核能前，很想说下核能最大的特点，就是“几近完美的能源优势与潜在的巨大危险性”的矛盾。没有发生事故的时候，核能具备一切能源的优点：能量密度极大、收益高、低污染、稳定可控，一旦发生了事故，那大家都知道是毁灭性的。所以啊，越缺能源就越得靠核电。国家能源局也强调“核能发展对保障安全，实现‘碳达峰、碳中和’目标具有重大意义”，笔者整理了核能发电的相关内容，侧重于原理、设备及优劣势。核能发电是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电，它是实现低碳发电的一种重要方式。它与火力发电极其相似，只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉，以核裂变能代替矿物燃料的化学能。核能发电核能发电利用铀燃料进行核分裂连锁反应所产生的热，将水加热成高温高压，核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高很多（），而所需要的燃料体积与火力电厂相比少很多。核能发电所使用的的铀235纯度只约占  ，其余皆为无法产生核分裂的铀238。高效节能：核电站发电效率高，且核燃料密度大，储量大，使用寿命长，可以更有效地利用资源。减排环保：相较于传统火力发电，核电不排放二氧化碳、硫化物等污染物，对环境影响小。可靠性高：核电站运行稳定可靠，不受气候条件、供应链等因素的影响。安全性高：经过多年的技术积累和安全措施改进，现代核电站的安全性已得到极大提升。首要当然是核反应的安全问题。链式反应必须能由人通过一定装置进行控制。失去控制的裂变能不仅不能用于发电，还会酿成灾害。（如切尔诺贝利核电站和福岛核电站等等）核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过之核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线，故必须慎重处理，且需面对相当大的政治困扰。核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境里，故核能电厂的热污染较严重。核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。兴建核电厂较易引发地域、政治相关的争论。反应堆的类型很多，但它主要由活性区，反射层，外压力壳和屏蔽层组成。活性区又由核燃料、慢化剂、冷却剂和控制棒等组成。当前用于原子能发电站的反应堆中，压水堆是最具竞争力的堆型（约占61%），沸水堆占一定比例（约占24%），重水堆用的较少（约占5%）。压水堆概述图用价格低廉、到处可以得到的普通水作慢化剂和冷却剂；为了使反应堆内温度很高的冷却水保持液态，反应堆在高压力（水压约为 15.5 MPa）下运行，所以叫压水堆；由于反应堆内的水处于液态，驱动汽轮发电机组的蒸汽必须在反应堆以外产生；由于用普通水作慢化剂和冷却剂，热中子吸收截面较大，因此不可能用天然铀作核燃料，必须使用浓缩铀（铀-235的含量为 2%—4% ）作核燃料。核燃料裂变反应释放的中子为快中子，而在热中子或中能中子反应堆中要应用慢化中子维持链式反应，慢化剂就是用来将快中子能量减少，使之慢化成为中子或中能中子的物质。慢化剂概述图石墨是迄今发现的可以采用天然铀为燃料的两种慢化剂之一；另一种是重水。其他种类慢化剂则必须使用浓缩的核燃料。控制棒在反应堆中起补偿和调节中子反应性以及紧急停堆的作用。制作控制棒的材料其热中子吸收截面大，而散射截面小。控制棒核电站常用的控制棒材料有硼钢、银-铟-镉合金等。其中含硼材料因资源丰富、价格低，应用较广，但它容易产生辐照脆化和尺寸变化（肿胀）。银-铟-镉合金热中子吸收截面大，是轻水堆的主要控制材料。冷却剂由主循环泵驱动，在一回路中循环，从堆芯带走热量并传给二回路中的工序，使蒸汽发生器产生高温高压蒸汽，以驱动汽轮发电机发电，应用最普遍的压水堆核电站用轻水作冷却剂兼慢化剂。冷却剂概述图一般的冷却剂有：具有大的热容量和良好的传热性能。轻水在价格、处理、抗氧化和活化方面都有优点，但是它的热特性不好。是良好的冷却剂和慢化剂，但价格昂贵。具有许多优点，但要求比液体冷却剂更高的循环泵功率，系统密封性要求也较高。较突出的优点是在堆内的激活活性较低，这是因为全部有机冷却剂的中子俘获截面较低，主要缺点是辐照分解率较大。屏蔽层为防护中子、γ射线和热辐射，必须在反应堆和大多数辅助设备周围设置屏蔽层。其设计要力求造价便宜并节省空间。对γ射线屏蔽，通常选择钢、铅、普通混凝土和重混凝土。屏蔽层来自反应堆的γ射线强度很高，被屏蔽体吸收后会发热，因此紧靠反应堆的γ射线屏蔽层中常设有冷却水管。某些反应堆堆芯和压力壳之间设有热屏蔽，以减少中子引起压力壳的辐照损伤和射线引起压力壳发热。行波堆核电行波堆则是利用起始端少量高浓度铀235裂变产生的快中子轰击贫铀（几乎完全是铀238）生成钚239。钚239俘获中子后裂变生成多达  种的各种中等质量原子，并平均产生 2.5 个中子和 2亿 电子伏的能量。行波堆概述图裂变能被液态金属钠或其他载热介质吸收用来发电，新产生的中子则维持堆芯里的核反应不断向前行进，直到将整个堆芯“烧”尽为止。行波堆因此得名。核电站除了关键设备——核反应堆外，还有许多与之配合的重要设备。以压水堆核电站为例，它们是主泵、稳压器、蒸汽发生器、安全壳、汽轮发电机和危急冷却系统等。它们在核电站中有各自的特殊功能。配套设备主泵：如果把反应堆中的冷却剂比作人体血液的话，那主泵则是。它的功用是把冷却剂送进堆内，然后流过蒸汽发生器，以保证裂变反应产生的热量及时传递出来。稳压器：又称压力平衡器，是用来控制反应堆系统压力变化的设备。在，起保持压力的作用；在，提供超压保护。稳压器里设有加热器和喷淋系统，当反应堆里，喷洒冷水降压；当堆内，加热器自动通电加热使水蒸发以增加压力。蒸汽发生器：它的作用是把通过反应堆的冷却剂的，并使之变成蒸汽，再通入汽轮发电机的汽缸作功。安全壳：用来控制和限制放射性物质从反应堆扩散出去，以保护公众免遭放射性物质的伤害。万一发生罕见的反应堆一回路水外逸的失水事故时，安全壳是防止裂变产物释放到周围的。安全壳一般是内衬钢板的预应力混凝土厚壁容器。汽轮机：核电站用的汽轮发电机在构造上与常规火电站用的大同小异，所不同的是由于蒸汽压力和温度都较低，所以同等功率机组的汽轮机体积比常规火电站的大。危急冷却系统：为了应付核电站一回路主管道破裂的极端失水事故的发生，近代核电站都设有危急冷却系统。它是由和组成。当核电站一回路系统的管道或设备发生破损事故后，安全注射系统用来向堆芯紧急注入高硼冷却水，。在核电站发生失水事故或二回路主蒸汽管道破裂事故时，安全壳内充满了带放射性高压蒸汽，安全壳喷淋系统将用来，使放射性蒸汽凝结下来。目前中国约有22个核电站厂址（在建+在运），分别是：红沿河、海阳、石岛湾、田湾、秦山、方家山、三门、宁德、福清、漳州、三澳（温州）、太平岭（惠州）、大亚湾、岭澳、台山、阳江、陆丰、防城港、白龙（广西）、廉江（湛江）、昌江。国内核电站分布图感谢您对我们的关注更多电力知识，请返回公众号点击文章回顾查阅！END本文来源网络。我们注重分享，版权归原作者。了解更多项目信息请点击"阅读原文"