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关于核电EPR技术的一些介绍

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[LV.1]初来乍到

发表于 2018-4-5 13:53:51 | 显示全部楼层 |阅读模式
核电EPR技术简介
      台山核电使用的是EPR技术,单机容量竟然达到了175万千瓦,为目前世界上单机容量最大的核电机组。
   什么是EPR技术呢?

欧洲先进压水堆EPR技术
1. 欧洲先进压水堆发展情况简介
1993年5月,法国和德国的核安全当局提出在未来压水堆设计中采用共同的安全方法,通过降低堆芯熔化和严重事故概率和提高安全壳能力来提高安全性, 从放射性保护、废物处理、维修改进、减少人为失误等方面根本改善运行条件。1998年,完成了EPR基本设计。2000年3月,法国和德国的核安全当局的 技术支持单位IPSN和GRS完成了EPR基本设计的评审工作,并于2000年11月颁发了一套适用于未来核电站设计建造的详细技术导则。
EPR是法马通和西门子联合开发的反应堆。2001年1月,法马通公司与西门子核电部合并,组成法马通先进核能公司(Framatome ANP,AREVA集团的子公司)。法国电力公司和德国各主要电力公司参加了项目的设计。法德两国核安全当局协调了EPR的核安全标准,统一了技术规范。 新一代核反应堆EPR已经完成了技术开发层面的工作,现已进入建设阶段。
截止2009年1月,世界上尚无已投产发电的EPR堆型商业核电站,在建的EPR堆型核电站有法国的弗拉芒维尔核电站,芬兰的奥尔基卢奥托核电站 (Olkiluoto 3)。以及位于中国广东江门的台山核电站。台山核电站目前处于施工准备阶段,核岛主体土建工程将于2009年夏天正式开始。
2.欧洲先进压水堆EPR设计特点
EPR为单堆布置四环路机组,电功率1525MWe,设计寿命60年,双层安全壳设计,外层采用加强型的混凝土壳抵御外部灾害,内层为预应力混凝土。EPR主要的设计特点包括:
(1)安全性和经济性高
EPR通过主要安全系统4列布置,分别位于安全厂房4个隔开的区域,简化系统设计,扩大主回路设备储水能力,改进人机接口,系统地考虑停堆工况,来提 高纵深防御的设计安全水平。设计了严重事故的应对措施,保证安全壳短期和长期功能,将堆芯熔融物稳定在安全壳内,避免放射性释放。
EPR考虑内部事件的堆芯熔化概率6.3×10-7/堆年,在电站寿期内可用率平均达到90%,正常停堆换料和检修时间16天,运行维护成本比现在运行的电站低10%,经济性高。建造EPR的投资费用低于1300欧元/千瓦,发电成本低于3欧分/kWh。
(2)严重事故预防与缓解措施
EPR设计中考虑了以下几类严重事故:
高压熔堆;氢气燃烧和爆炸;蒸汽爆炸;堆芯熔融物;安全壳内热量排出。
为避免高压熔堆事故发生,在为对付设计基准事故设置3个安全阀(3×300t/h)的基础上,EPR专门设置了针对严重事故工况的卸压装置(900t /h),安全阀和卸压装置都通过卸压箱排到安全壳内。当堆芯温度大于650℃时,操纵员启动专设卸压装置,可以有效避免压力容器超压失效,并防止压力容器 失效后堆芯熔融物的散射。
针对氢气燃烧和爆炸的危险,EPR在设计中采用大容积安全壳(80000m3)。在设备间布置了40台大型氢复合器,在反应堆厂房升降机部位也安装了 4台氢复合器。通过计算分析氢气产生量、氢气分布和燃烧导致的压力载荷,结果表明采取上述措施后氢气产生的危险不会威胁安全壳的完整性。
对于蒸汽爆炸事故,EPR在RPV设计中没有设置特殊的装置。通过选择相关事故和边界条件,计算判断RPV封头允许承受的载荷能力,分析论证导致安全 壳早期失效的压力容器内蒸汽爆炸已基本消除,不需要设置特殊的装置对付蒸汽爆炸事故。已做的试验显示熔融物不会像以前假设的那样爆炸(极低的概率和/或爆 炸性)。进一步的试验仍在进行中。
对于堆芯熔融物,在EPR设计中,RPV失效前堆坑内保持干燥,RPV失效后堆芯熔融物暂时滞留在堆坑内,然后进入专用的展开隔室中展开。堆坑和展开 隔室装有保护材料,保护熔融物中残余的锆,降低了氧化物的密度和温度,改善了展开条件。在展开区域设有氧化锆防护层,防护层底下设有冷却管线,安全壳内换 料水箱的水非能动地流入并淹没熔融物,从两边对熔融物进行冷却,避免底板熔穿和安全壳失效。
对于安全壳内热量排出,EPR设计有带外部循环的安全壳喷淋系统,2个系列,可以在较短的时间内降低安全壳温度和压力。该系统可以从喷淋工作模式切换至直接冷却熔融物的工作模式,并能长时间防止蒸汽产生,长期地将熔融物和安全壳中的热量导出。
(3)仪控系统和主控室设计
EPR的仪控系统和主控室采用成熟的设计,充分吸取已运行电站数字化仪控系统、人机接口等经验反馈,吸取先进技术设备的优点。仪控采用4列布置,分别 位于安全厂房的不同区域,避免发生共模失效。主控室与N4机组的高度计算机化控制室相同,专门设有用于维护和诊断工作的人机接口。
EPR是法马通和西门子联合开发的反应堆。2001年1月,法马通公司与西门子 核电部合并,组成法马通先进核能公司(Framatome ANP,AREVA集团的子公司)。法国电力公司和德国各主要电力公司参加了项目的设计。法德两国核安全当局协调了EPR的核安全标准,统一了技术规范。 新一代核反应堆EPR已经完成了技术开发层面的工作,现已进入建设阶段。
  一、EPR实现了三大目标:
  1、满足了欧洲电力公司在“欧洲用户要求文件”中提出的全部要求。
  2、达到了法国核安全局对未来压水堆核电站提出的核安全标准。
  3、提高核电的经济竞争力,EPR的发电成本将比N4系列低10%。
  二、EPR的主要特征
  1、EPR是目前国际上最新型反应堆(法国N4和德国近期建设的Konvoi 反应堆)的基础上开发的,吸取了核电站运行三十多年的经验。
  2、 EPR是渐进型、而不是革命型的产品,保持了技术的连续性,没有技术断代问题。EPR采纳了法国原子能委员会和德国核能研发机构的技术创新成果。
  3、EPR是新一代反应堆,具有更高的经济和技术性能:降低发电成本,充分利用核燃料(UO2或MOX),减少长寿废物的产量,运行更加灵活,检修更加便利,大量降低运行和检修人员的放射性剂量。
  4、EPR属压水堆技术。法国在运行的核电站都是压水堆。目前,全球共有440台在运行的核电机组,其中209台是压水堆。压水堆是上国际上使用最广泛的堆型。
  5、EPR可使用各类压水堆燃料:低富集铀燃料(5%)、循环复用的燃料(源于后处理的再富集铀,或源于后处理的钚铀氧化物燃料MOX)。EPR堆芯可全部使用MOX燃料装料。这样,一方面可实现稳定乃至减少钚存量的目标,同时也可降低废物的产量;
  6、EPR的电功率约为1600兆瓦。具有大规模电网的地区适于建设这种大容量机组。另外,人口密度大、场址少的地区也适于采用大容量机组。未来20年,半数以上的新核电站将建在这类地区。
  7、EPR的技术寿期为60年,目前在运行的反应堆的技术寿期为40年。由于设备方面的改进,EPR运行40年无需更换重型设备。
主要性能 单 位 EPR N4 
热功率 MW 4250/4500 4250 
电功率 MW 1500-1600 1450 
效 率 % 36 34 
一回路数   4 4 
燃料组件数   241 205 
燃 耗 GWj/t >60 45 
二回路压力 bar 78 71 
抗震安全度 g 0.25 0.15 
技术寿期 年 60 40
  三、经济性能更高
  EPR的发电成本将更低,比N4系列反应堆低10%。主要优化措施是:
  1、 EPR的功率(约1600兆瓦)比近期建设的反应堆功率(约1450兆瓦)更高。
  2、建设周期更短:从建造至商业运行计划用57个月。
  3、能量效益提高到36%,这是轻水反应堆最好的指标。
  4、EPR技术寿期将达到60年。
  5、提高燃料的利用率。在发电量相同的条件下,EPR将减少使用15%的铀,废物产量因此降低。同样,也降低了核燃料循环(从铀浓缩到后处理等各个环节)的费用。
  6、EPR降低了运行费:
  由于提高了人机接口的质量和主控室的功效,操作简化,通过运行支持系统,提升自动化水平,减少了人工干预;
  设备布局更合理,便于进入工作区,简化了检修,缩短了工期;可进行不停运的标准化保养维修;
  停堆换料期减至16天;反应堆寿期内可利用率可达到91%,法国在役反应堆的平均使用率为82%。
  7、EPR的发电成本将降至30欧元/MWh,比主要竞争对手—天然气低20%。发电成本包括各种外部费用:研发费、乏燃料后处理费、废物处置费、设施退役费。与之相比,化石能源发电成本不含外部费用。
  四、更高的安全性
  EPR满足法德两国核安全当局提出的“加强防范可能损坏堆芯的事件,缓解堆芯熔化的放射性影响”两方面的要求,具有更高的安全性。
  1. 加强防范损坏堆芯的事件
  通过设计简单化、功能多样化和冗余系统确保安全功能。自动化水平更加先进;EPR配置四个同样的安全系统,具有非正常状态下冷却堆芯的功能。每 个系统都能完全独立发挥其安全功效。这四个系统分别设在四个厂房,实行严格的分区实体保护。因内部事件(水灾、火灾等)或外部事件(地震)造成某一系统失 灵时,另一系统代替有故障系统行使安全职能,实现反应堆安全停堆。这些结构性的安全系统将把在役压水堆极低的堆芯破损概率再降低一个10次方。
  2. 安全壳具有非常高的密封性
  如果万一发生堆芯损坏事件,将对居民和环境采取防御性保护措施,使他们不受影响。
  EPR的密封水平是国际上唯一的,反应堆厂房非常牢固,混凝土底座厚达6米,安全壳为双层,内壳为预应力混凝土结构,外壳钢筋混凝土结构,厚度都是1.3米。2.6米厚的安全壳可抵御坠机等外部侵袭。
  即使发生概率极低的熔堆事故,压力壳被熔穿,熔化的堆芯逸出压力壳,熔融物仍封隔在专门的区域内冷却。这一专门区域的内壁使用了耐特高温保护材 料,能够保证混凝底板的密封性能。EPR的熔堆事故影响严格限制在反应堆安全壳内,核电站周边的居民、土壤和含水层都受到保护。
  3. 降低运行和检修人员的辐照剂量
  EPR运行和检修人员的辐射防护工作将进一步加强:集体剂量目标确定为0.4人希弗特/堆年,与目前经济合作与发展组织国家核电站的平均剂量(1人希弗特/堆年)相比,将降低一倍以上。
  目前法国核电站检修人员的人希弗特集体剂量水平约合人均剂量5毫希弗特/年(5mSv)。换言之,法国核电站工作人员的平均剂量等同于法国天然放射性当量。
  五、EPR更加环保
  核电的优势是不排放二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、粉尘及其他温室效应气体,EPR在可持续发展方面取得了重要的进展:
  EPR的堆芯设计有利于提高燃料的利用率,减少铀的使用量,降低钚和长寿命废物的产量;有利于控制和降低钚的储量;由于EPR的技术寿期将达到60年,在生产同等电力的情况下,EPR退役后的最终废物数量将减少;利用核能有利于储备本世纪中叶将逐渐枯竭的化石燃料。
  六、EPR的发展前景
  成为法国核电站更新换代的保证
  目前,法国核反应堆的平均技术寿期为40年。核电站运行有严格的规定,定期进行检查。十年安排一次全面大修,每台机组必须得到运行许可证方可继续运行十年。
  2020年,法国最造建设的14台机组将达到40年以上的寿期。2025年,其他34台机组也将达到40年以上的寿期(装机容量为31000兆瓦,约占法国核电总装机容量的50%)。据预测,未来核安全方面的要求会更加严格,在役老机组的检修费会更高。
  最近几年,法国电力需求每年以1.6%的速度增长(法国工业部能源与原材料总局提供的数据),根据预测,2020年国内电力需求比现在将增加 33%,约1400亿千瓦时(140TWh)。必须通过新增18000兆瓦装机容量,机组可使用率达到90%时,法国才能满足这种需求。仅仅依靠可再生能 源和节能是无法满足法国电力需求的。考虑到节能措施,预计2000年至2030年欧洲电力需求平均每年增长1.4%。由于许多电厂这一时期将接近寿期,必 须新建600000兆瓦装机容量,才能实现增加330000兆瓦装机容量的目标。
  2004年6月,法国政府宣布,核电将在国家能源结构中占有重要的比例。2004年10月21日,法国电力公司决定在FLAMAN-VILLE建设EPR系列首台机组。计划2007年开工,工期预计五年。
  通过建设EPR,法国将继续保持世界一流的核电技术实力。通过与外国电力运营商合作,继续优化法国和国外核电站的运行。
  七、 出口现状及前景
  芬兰市场
  2003年12月18日,由AREVA、西门子和芬兰电力公司(TVO)组成的奥尔基卢奥托3联队(Consortium OLKILUOTO 3)签署了一台欧洲压水堆(EPR)机组供货合同。这是一项交钥匙工程,计划2009年投入商业运行。
  根据合同,AREVA负责核岛设备、首炉燃料和一台ERP模拟机的供货,还负责部分土木工程、连接厂房和废物厂房的建设。西门子PG全面负责常规岛的建设,包括机电设备、汽轮机保护和调节系统的工程、设计、采购和供应,土木工程,安装和运行。
  中国市场
  2004年6月11日,AREVA与中国核工业集团公司和中国广东核电集团公司分别签署了合作意向书,为秦山二期扩建项目和岭澳二期项目提供技术服务和咨询。
  此外,中国决定通过国际招标引进第三代技术,2004年9月28日,浙江三门和广东阳江四台机组核岛建设及技术转让招标书发标。2005年2月28日,AREVA入围中国这两个核电国产化依托项目的竞标行列。
  美国市场
  根据美国政府重新启动核能规划《核能2010》,EPR符合美国市场的要求。美国核电站选址批准程序需要很长时间,如小功率核电机组运营商选用大功率、供电能力强的EPR,申报厂址的工作效率将提高。另外,火电厂更新也可选择EPR。
  结 论
  EPR是目前唯一在建的第三代反应堆。EPR是渐进型反应堆,与最近建设的核电机组没有技术断代,是最新一代的压水反应堆。
EPR可提供安全、低价、无温室气体排放的电源,符合核安全当局的规定,满足电力公司的要求。


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