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核能科普知識
EPR ? 先進的核反應(yīng)堆
時間:2010年06月01日 來源:互聯(lián)網(wǎng) 點擊量: 分享:
 EPR是法馬通和西門子聯(lián)合開發(fā)的反應(yīng)堆。2001年1月,法馬通公司與西門子核電部合并,組成法馬通先進核能公司(Framatome ANP,AREVA集團的子公司)。法國電力公司和德國各主要電力公司參加了項目的設(shè)計。法德兩國核安全當(dāng)局協(xié)調(diào)了EPR的核安全標(biāo)準(zhǔn),統(tǒng)一了技術(shù)規(guī)范。新一代核反應(yīng)堆EPR已經(jīng)完成了技術(shù)開發(fā)層面的工作,現(xiàn)已進入建設(shè)階段。

  一、EPR實現(xiàn)了三大目標(biāo):

  1、滿足了歐洲電力公司在“歐洲用戶要求文件”中提出的全部要求。

  2、達(dá)到了法國核安全局對未來壓水堆核電站提出的核安全標(biāo)準(zhǔn)。

  3、提高核電的經(jīng)濟競爭力,EPR的發(fā)電成本將比N4系列低10%。

  二、EPR的主要特征

  1、EPR是目前國際上最新型反應(yīng)堆(法國N4和德國近期建設(shè)的Konvoi 反應(yīng)堆)的基礎(chǔ)上開發(fā)的,吸取了核電站運行三十多年的經(jīng)驗。

  2、 EPR是漸進型、而不是革命型的產(chǎn)品,保持了技術(shù)的連續(xù)性,沒有技術(shù)斷代問題。EPR采納了法國原子能委員會和德國核能研發(fā)機構(gòu)的技術(shù)創(chuàng)新成果。

  3、EPR是新一代反應(yīng)堆,具有更高的經(jīng)濟和技術(shù)性能:降低發(fā)電成本,充分利用核燃料(UO2或MOX),減少長壽廢物的產(chǎn)量,運行更加靈活,檢修更加便利,大量降低運行和檢修人員的放射性劑量。

  4、EPR屬壓水堆技術(shù)。法國在運行的核電站都是壓水堆。目前,全球共有440臺在運行的核電機組,其中209臺是壓水堆。壓水堆是上國際上使用最廣泛的堆型。

  5、EPR可使用各類壓水堆燃料:低富集鈾燃料(5%)、循環(huán)復(fù)用的燃料(源于后處理的再富集鈾,或源于后處理的钚鈾氧化物燃料MOX)。EPR堆芯可全部使用MOX燃料裝料。這樣,一方面可實現(xiàn)穩(wěn)定乃至減少钚存量的目標(biāo),同時也可降低廢物的產(chǎn)量;

  6、EPR的電功率約為1600兆瓦。具有大規(guī)模電網(wǎng)的地區(qū)適于建設(shè)這種大容量機組。另外,人口密度大、場址少的地區(qū)也適于采用大容量機組。未來20年,半數(shù)以上的新核電站將建在這類地區(qū)。

  7、EPR的技術(shù)壽期為60年,目前在運行的反應(yīng)堆的技術(shù)壽期為40年。由于設(shè)備方面的改進,EPR運行40年無需更換重型設(shè)備。

  三、經(jīng)濟性能更高

  EPR的發(fā)電成本將更低,比N4系列反應(yīng)堆低10%。主要優(yōu)化措施是:

  1、 EPR的功率(約1600兆瓦)比近期建設(shè)的反應(yīng)堆功率(約1450兆瓦)更高。

  2、建設(shè)周期更短:從建造至商業(yè)運行計劃用57個月。

  3、能量效益提高到36%,這是輕水反應(yīng)堆最好的指標(biāo)。

  4、EPR技術(shù)壽期將達(dá)到60年。

  5、提高燃料的利用率。在發(fā)電量相同的條件下,EPR將減少使用15%的鈾,廢物產(chǎn)量因此降低。同樣,也降低了核燃料循環(huán)(從鈾濃縮到后處理等各個環(huán)節(jié))的費用。

  6、EPR降低了運行費:

  由于提高了人機接口的質(zhì)量和主控室的功效,操作簡化,通過運行支持系統(tǒng),提升自動化水平,減少了人工干預(yù);

  設(shè)備布局更合理,便于進入工作區(qū),簡化了檢修,縮短了工期;可進行不停運的標(biāo)準(zhǔn)化保養(yǎng)維修;

  停堆換料期減至16天;反應(yīng)堆壽期內(nèi)可利用率可達(dá)到91%,法國在役反應(yīng)堆的平均使用率為82%。

  7、EPR的發(fā)電成本將降至30歐元/MWh,比主要競爭對手—天然氣低20%。發(fā)電成本包括各種外部費用:研發(fā)費、乏燃料后處理費、廢物處置費、設(shè)施退役費。與之相比,化石能源發(fā)電成本不含外部費用。

主要性能 單 位 EPR N4
熱功率 MW 4250/4500 4250
電功率 MW 1500-1600 1450
效 率 % 36 34
一回路數(shù) 4 4
燃料組件數(shù) 241 205
燃 耗 GWj/t >60 45
二回路壓力 bar 78 71
抗震安全度 g 0.25 0.15
技術(shù)壽期 年 60 40

  四、更高的安全性

  EPR滿足法德兩國核安全當(dāng)局提出的“加強防范可能損壞堆芯的事件,緩解堆芯熔化的放射性影響”兩方面的要求,具有更高的安全性。

  1. 加強防范損壞堆芯的事件

  通過設(shè)計簡單化、功能多樣化和冗余系統(tǒng)確保安全功能。自動化水平更加先進;EPR配置四個同樣的安全系統(tǒng),具有非正常狀態(tài)下冷卻堆芯的功能。每個系統(tǒng)都能完全獨立發(fā)揮其安全功效。這四個系統(tǒng)分別設(shè)在四個廠房,實行嚴(yán)格的分區(qū)實體保護。因內(nèi)部事件(水災(zāi)、火災(zāi)等)或外部事件(地震)造成某一系統(tǒng)失靈時,另一系統(tǒng)代替有故障系統(tǒng)行使安全職能,實現(xiàn)反應(yīng)堆安全停堆。這些結(jié)構(gòu)性的安全系統(tǒng)將把在役壓水堆極低的堆芯破損概率再降低一個10次方。

  2. 安全殼具有非常高的密封性

  如果萬一發(fā)生堆芯損壞事件,將對居民和環(huán)境采取防御性保護措施,使他們不受影響。

  EPR的密封水平是國際上唯一的,反應(yīng)堆廠房非常牢固,混凝土底座厚達(dá)6米,安全殼為雙層,內(nèi)殼為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),外殼鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),厚度都是1.3米。2.6米厚的安全殼可抵御墜機等外部侵襲。

  即使發(fā)生概率極低的熔堆事故,壓力殼被熔穿,熔化的堆芯逸出壓力殼,熔融物仍封隔在專門的區(qū)域內(nèi)冷卻。這一專門區(qū)域的內(nèi)壁使用了耐特高溫保護材料,能夠保證混凝底板的密封性能。EPR的熔堆事故影響嚴(yán)格限制在反應(yīng)堆安全殼內(nèi),核電站周邊的居民、土壤和含水層都受到保護。

  3. 降低運行和檢修人員的輻照劑量

  EPR運行和檢修人員的輻射防護工作將進一步加強:集體劑量目標(biāo)確定為0.4人希弗特/堆年,與目前經(jīng)濟合作與發(fā)展組織國家核電站的平均劑量(1人希弗特/堆年)相比,將降低一倍以上。

  目前法國核電站檢修人員的人希弗特集體劑量水平約合人均劑量5毫希弗特/年(5mSv)。換言之,法國核電站工作人員的平均劑量等同于法國天然放射性當(dāng)量。

  五、EPR更加環(huán)保

  核電的優(yōu)勢是不排放二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、粉塵及其他溫室效應(yīng)氣體,EPR在可持續(xù)發(fā)展方面取得了重要的進展:

  EPR的堆芯設(shè)計有利于提高燃料的利用率,減少鈾的使用量,降低钚和長壽命廢物的產(chǎn)量;有利于控制和降低钚的儲量;由于EPR的技術(shù)壽期將達(dá)到60年,在生產(chǎn)同等電力的情況下,EPR退役后的最終廢物數(shù)量將減少;利用核能有利于儲備本世紀(jì)中葉將逐漸枯竭的化石燃料。

  六、EPR的發(fā)展前景

  成為法國核電站更新?lián)Q代的保證

  目前,法國核反應(yīng)堆的平均技術(shù)壽期為40年。核電站運行有嚴(yán)格的規(guī)定,定期進行檢查。十年安排一次全面大修,每臺機組必須得到運行許可證方可繼續(xù)運行十年。

  2020年,法國最造建設(shè)的14臺機組將達(dá)到40年以上的壽期。2025年,其他34臺機組也將達(dá)到40年以上的壽期(裝機容量為31000兆瓦,約占法國核電總裝機容量的50%)。據(jù)預(yù)測,未來核安全方面的要求會更加嚴(yán)格,在役老機組的檢修費會更高。

  最近幾年,法國電力需求每年以1.6%的速度增長(法國工業(yè)部能源與原材料總局提供的數(shù)據(jù)),根據(jù)預(yù)測,2020年國內(nèi)電力需求比現(xiàn)在將增加33%,約1400億千瓦時(140TWh)。必須通過新增18000兆瓦裝機容量,機組可使用率達(dá)到90%時,法國才能滿足這種需求。僅僅依靠可再生能源和節(jié)能是無法滿足法國電力需求的??紤]到節(jié)能措施,預(yù)計2000年至2030年歐洲電力需求平均每年增長1.4%。由于許多電廠這一時期將接近壽期,必須新建600000兆瓦裝機容量,才能實現(xiàn)增加330000兆瓦裝機容量的目標(biāo)。

  2004年6月,法國政府宣布,核電將在國家能源結(jié)構(gòu)中占有重要的比例。2004年10月21日,法國電力公司決定在FLAMAN-VILLE建設(shè)EPR系列首臺機組。計劃2007年開工,工期預(yù)計五年。

  通過建設(shè)EPR,法國將繼續(xù)保持世界一流的核電技術(shù)實力。通過與外國電力運營商合作,繼續(xù)優(yōu)化法國和國外核電站的運行。

  七、 出口現(xiàn)狀及前景

  芬蘭市場

  2003年12月18日,由AREVA、西門子和芬蘭電力公司(TVO)組成的奧爾基盧奧托3聯(lián)隊(Consortium OLKILUOTO 3)簽署了一臺歐洲壓水堆(EPR)機組供貨合同。這是一項交鑰匙工程,計劃2009年投入商業(yè)運行。

  根據(jù)合同,AREVA負(fù)責(zé)核島設(shè)備、首爐燃料和一臺ERP模擬機的供貨,還負(fù)責(zé)部分土木工程、連接廠房和廢物廠房的建設(shè)。西門子PG全面負(fù)責(zé)常規(guī)島的建設(shè),包括機電設(shè)備、汽輪機保護和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工程、設(shè)計、采購和供應(yīng),土木工程,安裝和運行。

  中國市場

  2004年6月11日,AREVA與中國核工業(yè)集團公司和中國廣東核電集團公司分別簽署了合作意向書,為秦山二期擴建項目和嶺澳二期項目提供技術(shù)服務(wù)和咨詢。

  此外,中國決定通過國際招標(biāo)引進第三代技術(shù),2004年9月28日,浙江三門和廣東陽江四臺機組核島建設(shè)及技術(shù)轉(zhuǎn)讓招標(biāo)書發(fā)標(biāo)。2005年2月28日,AREVA入圍中國這兩個核電國產(chǎn)化依托項目的競標(biāo)行列。

  美國市場

  根據(jù)美國政府重新啟動核能規(guī)劃《核能2010》,EPR符合美國市場的要求。美國核電站選址批準(zhǔn)程序需要很長時間,如小功率核電機組運營商選用大功率、供電能力強的EPR,申報廠址的工作效率將提高。另外,火電廠更新也可選擇EPR。

  結(jié) 論

  EPR是目前唯一在建的第三代反應(yīng)堆。EPR是漸進型反應(yīng)堆,與最近建設(shè)的核電機組沒有技術(shù)斷代,是最新一代的壓水反應(yīng)堆。

  EPR可提供安全、低價、無溫室氣體排放的電源,符合核安全當(dāng)局的規(guī)定,滿足電力公司的要求。(丁順明 古新萍據(jù)《法國ENERPRESSE》第8686期編譯)

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