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核電站的原理就是燒水么?其實沒那么神秘!

發布時間:2019-05-21 點擊數:575

好多人都很好奇,核電站的原理究竟是什么?今天帶大家了解一下;

簡單來說,核電站原理其中的一步是“燒水”。下面詳細回答,普及一下核電站的原理吧。希望有耐心讀完。


燒水本質上是能量轉化,其他能量轉化成了水的熱能。而核電站“燒水”用的是核能,在反應堆里進行,這一步比火電站用鍋爐“燒水”復雜很多,因為涉及到核裂變反應。

眾所周知,火力發電廠利用煤、石油或天然氣發電,水力發電站利用水力發電,而核電站則是利用原子核的裂變能發電。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、蒸汽發生器、汽輪機、發電機及有關系統設備組成。

核電站利用核能發電,核心設備是核反應堆。核反應堆加熱水產生蒸汽,將原子核裂變能轉化為熱能;蒸汽壓力推動汽輪機旋轉,熱能轉化為機械能;然后汽輪機帶動發電機旋轉,將機械能轉變成電能。


 


核電站工作原理

常見的核電站依據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、蒸汽發生器、汽輪機、發電機及有關系統設備組成。




核電站中,反應堆的作用是進行核裂變,將核能轉化為水的熱能。水作為冷卻劑在反應堆中吸收核裂變產生的熱能,成為高溫高壓的水然后沿管道進入蒸汽發生器的U型管內,將熱量傳給U型管外側的水,使其變為飽和蒸汽。

冷卻后的水再由主泵打回到反應堆內重新加熱,如此循環往復,形成一個封閉的吸熱和放熱的循環過程,這個循環回路稱為一回路,也稱核蒸汽供應系統。一回路的壓力由穩壓器控制。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和廠房統稱為核島(NI)。

由蒸汽發生器產生的水蒸汽進入汽輪機膨脹作功,將蒸汽、的熱能轉變為汽輪機轉子旋轉的機械能。汽輪機轉子與發電機轉子兩軸剛性相連,因此汽輪機直接帶動發電機發電,把機械能轉換為電能。

作完功后的蒸汽(乏汽)被排入冷凝器,由循環冷卻水(如海水)進行冷卻,凝結成水,然后由凝結水泵送入加熱器預加熱,再由給水泵將其輸入蒸汽發生器,從而完成了汽輪機工質的封閉循環,我們稱此回路為二回路。循環冷卻水二回路系統與常規火電廠蒸汽動力回路大致相同,故把它及其輔助系統和廠房統稱為常規島(CI)。

綜上所述,壓水堆核電站將核能轉變為電能是分四步,由四個主要設備中實現的

1)反應堆—將核能轉變為水的熱能;

2)蒸汽發生器—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變為汽輪機轉子高速旋轉的機械能;

4)發電機—將汽輪機傳來的機械能轉變為電能。

即,核能發電包括核能→熱能→機械能→電能的能量轉換全過程。其中后兩種能量轉換過程與常規火力發電廠內的工藝過程基本相同,只是在設備的技術參數上略有不同。核反應堆從功能上相當于火電廠的鍋爐系統(火電站用鍋爐“燒水”)。但由于它是強放射源,流經反應堆的冷卻劑帶有一定的放射性,一般不宜直接送入汽輪機,所以壓水堆核電站比普通電廠多了一套動力回路。

擴展:

目前的水電站,風電站,火電站,核電站等最后都是把機械能→電能。但前面步驟的能量轉化是不同的。

水電是水的勢能→水輪機的機械能→帶動發電機產生電能。

風電是風的動能→風車的機械能→帶動發電機產生電能。

火電是燃料的化學能→水的熱能→汽輪機的機械能→帶動發電機產生電能。

核電是核反應的能量→水的熱能→汽輪機的機械能→帶動發電機產生電能。

其中,核電站和火電站前面的步驟簡單說都是“燒水”,只是原料不同而已啦。一個是核燃料,一個是煤等化石燃料。但由于涉及核裂變反應,導致核電站比火電站復雜。

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,水在反應堆內沸騰產生蒸汽直接進入汽輪機發電。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?/span>60%以上,最大程度的降低核廢料,實現放射性廢物最小化。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。

 

此文章來源于電力工程論壇 

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