Tổng quan hệ thống công nghệ nhà máy điện hạt nhân

32 1.6K 13
Tổng quan hệ thống công nghệ nhà máy điện hạt nhân

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Tổng quan hệ thống công nghệ nhà máy điện hạt nhân

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM Báo cáo tóm tắt TỔNG QUAN HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂNquan thực hiện: Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam Hà Nội, 4/2011 Công nghệ nhà máy điện hạt nhân – Báo cáo tháng 4-2011 - 1 - Nội dung 1. Mở đầu 2 2. Một số khái niệm cơ bản về công nghệ lò phản ứng hạt nhân .3 3. Lò nước nhẹ áp lực PWR - Pressurized Water Reactor .6 4. Lò nước sôi BWR - Boiling Water Reactor .11 5. Lò nước nặng PHWR .14 6. Các thế hệ lò phản ứng hạt nhân .16 7. Một số thiết kế lò phản ứng cải tiến (advanced) .20 8. Các loại lò VVER của Nga .24 9. Kết luận .30 Công nghệ nhà máy điện hạt nhân – Báo cáo tháng 4-2011 - 2 - CÔNG NGHỆ NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN 1. Mở đầu Theo số liệu mới nhất công bố tháng 1/2011 của Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế, hiện nay trên toàn cầu có 442 tổ máy điện hạt nhân đang vận hành, lượng điện phát điện hạt nhân chiếm 16% sản lượng điện toàn cầu; có khoảng 65 tổ máy điện hạt nhân đang tiến hành xây dựng. Thứ t ự các quốc gia có nhiều tổ máy điện hạt nhân nhất: Mỹ 104 tổ máy, Pháp 58, Nhật Bản 54, Nga 32, Hàn Quốc 21, Ấn Độ 20, Anh 19, Canada 18, Đức 17, Ukraine 15, Trung Quốc 13. Châu Á đang là khu vực có nhịp độ phát triển điện hạt nhân cao nhất. Để đáp ứng nhu cầu của thế kỷ 21, hiện nay nhiều loại lò thế hệ mới đang được nghiên cứu phát triển. Chính phủ các nước có ngành công nghiệp hạt nhân phát triển đang đầu tư trên 2 tỷ US$ cho công tác này. Nhiều loại lò đang được nghiên cứu thiết kế với mục tiêu tăng tính kinh tế, nâng cao độ an toàn và giải quyết vấn đề bã thải hoạt độ cao sống dài ngày. Các khoa học gia quốc tế đã khẳng định: ”dù đang phải đối mặt với nhiều thách thức, nhưng công nghệ điện hạt nhân vẫn là một lựa chọn quan trọng của thế k ỷ 21”. Trong hoạch định chiến lược phát triển năng lượng và lựa chọn công nghệ phát điện, mỗi khu vực, mỗi quốc gia, trong từng thời kỳ nhất định, đều phải đối mặt với một loạt các vấn đề, không có một khuôn mẫu chung nào cho tất cả các nước. Việc cung cấp năng lượng, đặc biệt là điện năng, một cách đầy đủ và tin cậy không chỉ cần thiết cho sự phát triển kinh tế mà, như ngày càng được thấy rõ, còn cần thiết cho sự ổn định chính trị và xã hội. Sự thiếu hụt năng lượng trầm trọng, cả hiện tại lẫn trong tương lai, thường dẫn tới những bất ổn và mâu thuẫn tiềm tàng trong mỗi quốc gia và giữa các quốc gia. Bởi vậy, cung cấp năng lượng một cách an toàn, tin cậ y và với chi phí hợp lý là một yêu cầu kinh tế, chính trị và xã hội thiết yếu, và là một thách thức. Hoạch định và đưa ra những quyết định về sản xuất năng lượng và điện năng, do đó, là một trong những chức năng quan trọng nhất của các nhà hoạch định chính sách. Công nghệ nhà máy điện hạt nhân – Báo cáo tháng 4-2011 - 3 - Báo cáo này giới thiệu những khái niệm cơ bản về công nghệ lò phản ứng hạt nhân và những cải tién, những công nghệ lò thế hệ mới đang được triển khai thực hiện trên thế giới. 2. Một số khái niệm cơ bản về công nghệ lò phản ứng hạt nhân 2.1 Nguyên lý phản ứng phân hạch Lò phản ứng hạt nhân (LPƯHN) hoạt động dựa trên nguyên lý phản ứng phân h ạch dây chuyền. Sơ đồ đơn giản của nguyên lý này nêu trên hình 1. Khi một nơtron bắn phá hạt nhân U235, hạt nhân bị tách thành hai hay nhiều hạt nhân nhẹ hơn kèm theo việc giải phóng năng lượng ở dạng động năng, bức xạ gamma và phát ra các nơtron tự do, các nơtron tự do này là tiếp tục bắn phá các hạt nhân khác để tạo ra phản ứng hạt nhân dây chuyền. Nơtron nhiệt Nhiệt năng Nơtron nhanh N N Nơtron nhiệt N Phân hạch Chất làm chậm U 235 U 235 N Hấp thụ N Hình 1. Sơ đồ đơn giản của nguyên lý phản ứng phân hạch 2.2 Cấu trúc cơ bản của lò và các vật liệu sử dụng Cấu trúc cơ bản của lò phản ứng hạt nhân (LPƯHN) bao gồm: nhiên liệu hạt nhân, chất làm chậm, chất tải nhiệt, thanh điều khiển, vành phản xạ, thùng lò, tường bảo vệ và các vật cấu trúc khác. Sơ đồ cấu trúc cơ bản của LPƯHN nêu Công nghệ nhà máy điện hạt nhân – Báo cáo tháng 4-2011 - 4 - trong hình 2. Các phần tử chính, vật liệu sử dụng và chức năng của chúng được nêu trong bảng 1. Thanh điều khiển Vành phản xạ Nhiên liệu hạt nhân Thùng lò Chất làm chậm Chất tải nhiệt Hình 2. Sơ đồ cấu trúc cơ bản của LPƯHN Bảng 1. Các phần tử chính, vật liệu sử dụng và chức năng của chúng TT Phần tử Vật liệu Chức năng 1 Nhiên liệu U 233 , U 235 , Pu 239 , Pu 241 Chất phân hạch 2 Chất làm chậm H 2 O, D 2 O, C, Be Giảm năng lượng của nơtron nhanh thành nơtron nhiệt 3 Chất tải nhiệt H 2 O, D 2 O, CO 2 , He, Na Tải nhiệt làm mát lò 4 Thanh điều khiển Cd, B, Hf Điều khiển mức tăng giảm nơtron 5 Vành phản xạ Như các chất làm chậm Giảm mất mát nơtron 6 Thùng lò Fe &S/S Chịu áp lực và chứa toàn bộ vùng hoạt Công nghệ nhà máy điện hạt nhân – Báo cáo tháng 4-2011 - 5 - 7 Tường bảo vệ Bê tông, H 2 O, Fe, Pb Bảo vệ chống bực xạ 8 Các vật cấu trúc khác Al, Fe, Zn, S/S Hỗ trợ các cấu trúc trong lò 2.3 Phân loại các loại lò Tuỳ thuộc vào việc sử dụng các chất tải nhiệt, chất làm chậm và cấu trúc của lò, người ta phân ra các loại lò như nêu trong bảng 2. Bảng 2. Phân loại các loại lò SỐ TT LOẠI LÒ Tên gọi Nhiên liệu Chất làm chậm Chất tải nhiệt 1 PWR Lò nước áp lực Urani làm giầu nhẹ 2-5% H 2 O H 2 O 2 BWR Lò nước sôi Urani làm giầu nhẹ 2-5% H 2 O H 2 O 3 WWER Lò nước áp lực (LX cũ) Urani làm giầu nhẹ 2-5% H 2 O H 2 O 4 PHWR - CANDU Lò nước nặng kênh áp lực Urani tự nhiên 0,7% D 2 O D 2 O H 2 O 5 GCR Lò khí grafit Urani tự nhiên 0,7% Grafit Khí He 6 LWGR Lò nước grafit kênh áp lực Urani tự nhiên giầu nhẹ Grafit H 2 O 7 AGR Lò khí grafit cải tiến Urani tự nhiên 0,7% Grafit Khí He 8 FBR Lò nhanh tái sinh Urani làm giầu hoặc Plutoni Không Na Hiện nay, công nghệ lò phát triển rất phong phú và đa dạng. Hiện có trên 10 loại lò đang được sử dụng và nghiên cứu phát triển. Rất khó có thể đánh giá ưu thế tuyệt đối của loại lò này so với loại lò khác. Việc mỗi quốc gia sử dụng và phát triển loại lò nào phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trước hết là ý đồ chiến lược của mỗi quốc gia, sau đó là trình độ khoa học - công nghệ và khả năng tham gia của Công nghệ nhà máy điện hạt nhân – Báo cáo tháng 4-2011 - 6 - công nghiệp nội địa. Mặc dù số loại lò nhiều như vậy nhưng đa số hoặc đã bị loại bỏ khỏi xu hướng phát triển hoặc đang ở trạng thái thử nghiệm. Cho đến nay, thực chất chỉ mới có ba loại được công nhận là những công nghệ đã được kiểm chứng và được phát triển nhiều nhất, đó là PWR, BWR và PHWR. Tỷ phần số l ượng lò của các loại công nghệ như sau: Lò phản ứng nước áp lực: 60% (Pressurired Water Reactor - PWR+VVER), kế theo đó là Lò phản ứng nước sôi: 21% (Boiling Water Reactor - BWR), và cuối cùng là Lò nước năng kiểu CANDU: 7% (Pressurired Heavy Water Reactor - PHWR), phần còn lại là các loại lò khác. Chúng ta hãy xem xét sơ bộ 3 loại lò được phát triển nhiều nhất, phổ biến nhất hiện nay đó là PWR, BWR và PHWR. 3. Lò nước nhẹ áp lực PWR - Pressurized Water Reactor Đây là kiểu lò phổ biến nhất với trên 230 lò hiện đang vận hành trên khắp th ế giới. Thiết kế cơ bản của loại lò này có nguồn gốc từ các lò phản ứng hạt nhân sử dụng trong các tầu ngầm hạt nhân. Chúng sử dụng nước thường làm chất tải nhiệt và làm chậm. Thiết kế khác biệt mang tính điển hình của loại lò này là dùng nước trong chu trình làm nguội vòng một đi qua tâm lò với áp suất rất cao và chu trình thứ hai được sử dụng là hơi được sinh ra để chạ y tuôc bin. Hình 3. Sơ đồ công nghệ hai vòng tuần hoàn của lò PWR Công nghệ nhà máy điện hạt nhân – Báo cáo tháng 4-2011 - 7 - Nước trong vùng hoạt có thể đạt tới nhiệt độ 325 0 C, khi đó nước cần phải ở mức áp suất 150 lần áp suất khí quyển để ngăn chặn việc làm sôi nước, áp suất được duy trì nhờ hơi trong bộ điều áp. Trong chu trình vòng I nước cũng đóng vai trò của chất làm chậm nên nếu nước trở thành hơi thì sẽ làm cho phản ứng phân hạch bị giảm xuống. Hiệu ứng phản hồi âm này là một trong những đặc trưng an toàn nội tạ i của loại lò PWR. Hệ thống dập lò thứ cấp thực hiện việc bổ sung thêm bo vào vòng sơ cấp. Vòng thứ cấp được duy trì ở áp suất thấp hơn và nước sẽ sôi trong các bộ trao đổi nhiệt của thiết bị sinh hơi. Hơi nước làm quay tuôc bin máy phát để sản xuất điện, sau đó lại được làm ngưng tụ thành nước với nhiệt độ thấp hơn và qua các bộ trao đổi nhiệt để quay trở lại vòng sơ cấp. Yêu cầu độ sạch của nước vòng hai rất cao, do vậy để bảo đảm các chỉ tiêu kinh tế, tất cả hơi nước sau khi sinh công ở tuốc bin đều được ngưng tụ và đưa trở lại chu trình công nghệ. Do vậy, vòng hai của nhà máy ĐHN cũng là một chu trình kín, nước bổ sung là một lượng nhỏ để bù hao hụt do rò thoát. Hình 4. Sơ đồ thùng lò PWR PWR là m ột loại lò nước nhẹ với nước nhẹ vừa là chất tải nhiệt vừa là chất làm chậm nơtron và có thùng lò chịu áp lực. Thùng lò cấu tạo từ một phần hình trụ với các ống vào/ra của chất tải nhiệt và đáy hình elíp. Bên trong thùng lò có giếng lò hình trụ dùng để bố trí vùng hoạt và tổ chức dòng chuyển động của chất tải nhiệt. Thùng lò chịu áp suất lớn và Công nghệ nhà máy điện hạt nhân – Báo cáo tháng 4-2011 - 8 - chịu bức xạ cao được chế tạo rất phức tạp. Mặt trong vỏ lò tiếp xúc với nước được phủ một lớp thép không gỉ để chống ăn mòn và giảm quá trình giòn vỏ lò do tương tác của dòng nowtrôn cao, chiếu xạ mạnh. Để bảo đảm độ bền, thùng lò được làm với số mối hàn ít nhất. Thùng lò được thiết kế để làm việc trong một thời gian dài từ 40 đến 60 năm. Các thông s ố của lò PWR công suất 1160 MWe được trình bày trong bảng 3. Bảng 3. Một số thông số chính của loại lò PWR - 1160 MWe Thông số cơ bản của lò PWR Công suất nhiệt 3423 MWt Công suất điện 1160 MWe Đường kính phía trong thùng lò 4,394 m Độ dày thùng lò 225 mm Chiều cao thùng lò 12,9 m Vật liêu thùng lò ASME SA-508 GrB class 3 Trọng lượng thùng lò 402 t Đường kính vùng hoạt 3,37 m Chiều cao/dài vùng hoạt 3,66 m Độ giàu nhiên liệu 2,1 - 4,1% Số bó nhiên liệu 193 Đường kính thanh nhiên liệu 9,5 mm Chiều dài thanh nhiên liệu 3,65 m Tổng chiều dài bó nhiên liệu 4,06 m Vật liệu ống thanh nhiên liệu Zircaloy-4 Trọng lượng nhiên liệu 89 t Mật độ công suất 105 KW/lít Số bó/thanh điều khiển 53 bó Áp suất trong lò 157 Kg/cm 2 Chất tải nhiệt H 2 O Chất làm chậm nơtron H 2 O Thông lượng chất tải nhiệt qua lò 60.10 3 t/h Nhiệt độ chất tải nhiệt vào/ra lò 289/325 0 C Công nghệ nhà máy điện hạt nhân – Báo cáo tháng 4-2011 - 9 - Ở lò PWR, khối các ống bảo vệ và hệ thống điều khiển được bố trí ở phía trên vùng hoạt. Điều này cho phép các thanh điều khiển có thể tự rơi vào vùng hoạt để dập lò khi cần thiết. Các lò PWR có các bó nhiên liệu với số lượng thanh nhiên liệu trong mỗi bó từ 200-300 tuỳ thuộc cấu hình của bó nhiên liệu (15 x 15, 16 x 16, 17 x 17, v.v.), các bó nhiên liệu được sắp trong thùng lò chịu áp lực theo chiều thẳng đứng. Tổng s ố bó nhiên liệu vào khoảng 150-250 và tổng trọng lương khoảng 80-100 tấn uranium. Các bó nhiên liệu của lò PWR cũng như của lò BWR trong trường phái thiết kế của các nước phương Tây có dạng hình hộp vuông, còn trong các lò do Nga thiết kế có dạng hình hộp lục giác đều, trong đó bố trí ô mạng vuông hay tam giác. Các thanh nhiên liệu có dạng hình ống bên trong xếp các viên nhiên liệu UO 2 có đường kính 8 mm và chiều cao 10 mm. Giữa vỏ bọc và viên nhiên liệu là rãnh khí He, phía trên có lò xo nén giữ và khoảng trống chứa khí phóng xạ thoát ra trong phản ứng hạt nhân. Các thanh nhiên liệu hợp lại thành các bó nhiên liệu. Các bó nhiên liệu nạp vào lò có thể có hoặc không có vỏ hộp bọc ngoài tùy từng lò. Các hộp này được đục lỗ để tạo dòng chảy ngang có tác dụng dàn đều trường nhiệt độ vùng hoạt. Hình 5. Các bó nhiên liệu của lò PWR theo trường phái Phương Tây và Nga [...]... đồ công nghệ của lò nước nặng PHWR Hệ thống chất làm chậm nơtron độc lập hoàn toàn với hệ thống tải nhiệt lò phản ứng Hệ thống này bao gồm hai bơm và hai máy trao đổi nhiệt và nối với: - Hệ thống làm sạch nước nặng; - Hệ thống khí trên bề mặt nước nặng; - Hệ thống chất lỏng gây nhiễm độc dập phản ứng hạt nhân; - Hệ thống lấy mẫu; Công nghệ nhà máy điện hạt nhân – Báo cáo tháng 4-2011 - - 15 - Hệ thống. .. điểm Flammanville, Pháp Toà nhàNhà nhiên liệu Nhà phụ trợ hạt nhân Nhà bảo vệ 1 Nhà diesel 3+4 Nhà thải Nhà bảo vệ 2+3 - Nhà bảo vệ - 4 Nhà diesel -1+2 Nhà văn phòng Nhà điện C.I Nhà đi vào Nhà tua bin Hình 16 Bố trí NMĐHN dùng lò EPR Công nghệ nhà máy điện hạt nhân – Báo cáo tháng 4-2011 - - 23 8 Các loại lò VVER của Nga Trong năm 2008, Nga đang vận hành 31 tổ máy với tổng công suất là 23.200 MW,... thế hệ mới nhất của Nga, nó kết hợp tối ưu các hệ thống an toàn chủ động và an toàn thụ động trên cơ sở kinh nghiệm của AES-91 và AES-92 Loại lò này đang xây dựng tại Novovoronezh của Nga Công nghệ nhà máy điện hạt nhân – Báo cáo tháng 4-2011 - - 27 Hình 20 Hệ thống thiết bị chính của AES-2006 Hình 21 AES-2006 tại Novovoronezh Công nghệ nhà máy điện hạt nhân – Báo cáo tháng 4-2011 - - 28 Bảng 8 Các... án điện hạt nhân Ninh Thuận 1 dùng công nghệ VVER Trong những năm qua, công nghệ VVER đã có những bước tiến vượt trội về thiết kế, đảm bảo độ an toàn cao, được quốc tế thừa nhận Tuy nhiên, những nội dung cụ thể của những bước tiến vượt trội về thiết kế nhiên liệu, thiết kế vùng hoạt, thiết kế thùng lò, thiết kế các hệ thống công nghệ đảo hạt nhân, thiết kế hệ điều khiển và các hệ thống đảm bảo an Công. .. Công nghệ nhà máy điện hạt nhân – Báo cáo tháng 4-2011 - - 30 toàn…đều còn là ẩn số đối với Việt Nam Hơn nũa, bản thân sự khác biệt, sự tiến bộ giữa các thế hệ lò VVER như V-91, V-92 hay AES-2006 cũng cần được làm rõ Đối với Dự án điện hạt nhân Ninh Thuận 2, Thủ tướng Chính phủ cũng đã tuyên bố Nhật Bản sẽ là đối tác xây dựng Công nghệ ĐHN của Nhật Bản thực chất là công nghệ du nhập từ Hoa Kỳ Công nghệ. .. thiết kế khác biệt nhất định so với công nghệ VVER của Nga Vấn đề đặt ra đối với Dự án điện hạt nhân Ninh Thuận 2 cũng như những dự án tiếp theo là phải chủ động nắm bắt công nghệ, làm rõ sự khác biệt ý tưởng thiết kế công nghệ giữa 2 trường phái: phương Đông và phương Tây Do đó, vấn đề nghiên cứu, phân tích, đánh giá và so sánh các hệ thống công nghệ phần (đảo) hạt nhân của lò nước áp lực VVER so với... phải dừng nhà máy, gây ảnh hưởng đến kinh tế Thoáng nhìn người ta có cảm giác nhà máy ĐHN hai vòng cần vốn đầu tư nhiều hơn nhiều so với nhà máy một vòng Nhưng do yêu cầu đảm bảo an toàn Công nghệ nhà máy điện hạt nhân – Báo cáo tháng 4-2011 - - 10 phóng xạ, phải xử lý (trao đổi ion) toàn bộ lưu lượng nước ngưng tụ (sau tuốc bin) đã làm cho chỉ số quan trọng như giá công suất đặt mỗi KW của nhà máy một... PWR phương Tây nhằm mục tiêu hỗ trợ về mặt khoa học, công nghệ và đảm bảo an toàn cho việc triển khai thực hiện Dự án điện hạt nhân Ninh Thuận, đồng thời xây dựng năng lực quốc gia để từng bước tiếp thu, hấp thụ và làm chủ công nghệ được chuyển giao là rất cần thiết./ *************************************************** Công nghệ nhà máy điện hạt nhân – Báo cáo tháng 4-2011 - - 31 ... lỗ để loại trừ các dòng chảy ngang Do đặc thù của sơ đồ công nghệ khác với lò PWR, các hệ thống điều khiển Công nghệ nhà máy điện hạt nhân – Báo cáo tháng 4-2011 - - 13 và bảo vệ của lò BWR được bố trí ở phần dưới của lò và trong thành phần của hệ thống điều khiển có sử dụng các bơm để thay đổi lưu lượng nước tuần hoàn qua vùng hoạt để điều chỉnh công suất lò Động cơ của các thanh điều khiển và bảo vệ... axít bor khi sự cố; o Dự phòng việc xả hydro khỏi thùng lò và các máy sinh hơi; o Tháo nước khỏi nhánh chữ U trong phần lạnh của vòng một Công nghệ nhà máy điện hạt nhân – Báo cáo tháng 4-2011 - - 24 8.2 Các thế hệ VVER cải tiến VVER-88 là dự án được bắt đầu sau tai nạn Tréc-nô-bưn để nâng cấp các nhà máy sắp xây và các nhà máy mới khởi công Đồng thời việc nâng cấp cũng được tiến hành cho các tổ lò đang

Ngày đăng: 25/04/2013, 10:13

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan