核能發電效率真有你想象的的那麼大嗎?可以怎麼來提高效率?

核反應堆目前通過推動汽輪機做功,帶動發電機,將核能轉化為電能。核電廠用的汽輪發電機在構造上與常規火電廠用的大同小異,所不同的是採用飽和蒸汽做功,蒸汽壓力和溫度都較低,所以同等功率機組的汽輪機體積比常規火電廠的大。電功率一般只有核功率的33%左右。

一:汽輪機中做功的熱力過程:

核能發電效率真有你想象的的那麼大嗎?可以怎麼來提高效率?

0點是級前的蒸汽狀態點;0*點是汽流等熵滯止到初速等於零的狀態點;

p0、p1、p2分別為噴嘴入口壓力、出口壓力和動葉出口壓力;

Δht*為級的滯止理想焓降(表示蒸汽從0*滯止狀態點在級內等熵膨脹到p2時的焓降);

Δhn*為蒸汽在噴嘴中的滯止理想焓降;

Δhb為蒸汽在動葉中的理想焓降。

總的焓降就是做工大小,實際焓降總是小於理想焓降得,為了增大汽輪機效率通常有兩個方法。更多科學問答,關注五月21號

二:提高汽輪機做功效率的方法

1:提高蒸汽品質,即提高蒸汽溫度和壓力

2:降低凝結水的焓值,提高凝結水的過冷度。

針對第二個方法:提高凝結水的過冷度有兩種手段,一是降低凝汽器背壓,通常是定期抽出凝汽器中的不凝結氣體;而是降低冷卻海水溫度,增大冷水流量,所以這個方法起到的作用受到了季節等自然條件制約。更多科學問答,關注五月21號

針對第一個方法:二回路蒸汽品質與核反應堆功率輸出有關。如果從反應堆出來的傳熱介質溫度高,那麼汽輪機入口的介質就可以高。壓水堆核電廠用的輕水有一個明顯的缺點,就是沸點低。要使熱力系統有較高的熱能轉換效率,根據熱力學原理,核反應堆應有高的堆芯出口溫度參數。而要獲得高的溫度參數,就必須增加冷卻劑的系統壓力使其處於液相狀態。高的壓力就需要高的技術來保證安全,我國目前還沒有技術造出可以承受這麼高壓力的壓力容器。壓水堆核電廠冷卻劑的入口溫度一般在290℃左右,出口溫度320℃左右,堆內壓力15.7兆帕。

為什麼我們不繼續提高壓力來提高溫度了?這受到燃料包殼材料和慢化劑水提醒的制約。之前的文章中介紹過水在400攝氏度時會與核燃料包殼鋯發生反應,因為會破壞核燃料包殼的完整性,影響運行安全,因此規定一回路水溫不得超過350攝氏度。由下表可以看出水溫是340到350攝氏度時,壓力為14.6到16.5MPa之間。為了保證一回路中的水不發生沸騰,保留30度的過冷度,一回路中熱段溫度就控制在320左右,這就是壓水堆核電站參數的來源。正是這些參數決定了核電站電功率一般只有核功率的33%左右。將來隨著科技發展,材料性能改變或者選用更好性能的冷卻劑替代水,相信在不就得將來這個效率是可以提高的。更多科學問答,關注五月21號

核能發電效率真有你想象的的那麼大嗎?可以怎麼來提高效率?


分享到:


相關文章: