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核电厂的电是怎么发出来的?核电与煤电的区别是什么?核电站二次设备有哪些?

 

1.核电厂和煤电厂的区别是什么?

 

       答:核电厂和煤电厂的发电原理基本相同,他们的区别主要在于:
       首先,燃料不同。煤电厂是依靠燃烧化石燃料(煤)释放的化学能制造蒸汽,而核电厂则依靠核燃料(浓缩天然铀或钚)的核裂变反应释放的核能来制造蒸汽。
       其次,蒸汽供应系统不同。火电厂制造蒸汽的设备是蒸汽锅炉,而核电厂则依靠一个严格密封的核反应容器,把核反应释放的热能通过热交换器制造蒸汽,用核锅炉代替了蒸汽锅炉。
       再次,从消耗的成本来说,在一般情况下,核电的建设成本高于煤电,但是发电成本低于煤电,尤其是燃料成本低于煤电。

2.与煤电、风电、太阳能比较,核电的经济性如何体现?

 

       核电作为可以大规模运用的工业能源,与煤电、风电、光伏发电比较,有明显的经济性优势:与煤电相比,核电从2013年开始实施的二代改进型机组的含税0.43元/千瓦时电价,都普遍低于电站所在沿海各省煤电标杆电价,体现了核电的市场竞争优势。同时,核电成本的包容性大,是全成本,即核电的发电成本中除了燃料费、运行维护费、折旧费、财务费用外,还包括了电站退役的处置费用和对乏燃料的后处理费用(后者统一上缴国家财政)。而煤电的成本中目前有脱硫、脱硝、除尘成本,但没有对二氧化碳的收集、处置费用(如CCS费用*)。这意味着,煤电成本在环保压力下有增长空间,而核电成本没有这个增长压力。
       除了零排放有害气体的环保优势外,由于核电使用的燃料少,百万千瓦机组每年仅25-30吨,而煤电要烧煤300万吨,所以燃料开采、运输优势明显。
       核电与风电、太阳能相比,单位投资相当,但核电的运行小时数高,每年可以7000小时以上,稳定可靠,是电网的基本负荷。而风电、太阳能每年有效上网小时数为1500-2000,且受自然条件影响日间波动大,电网还需要配备煤电、气电、抽蓄等来均衡波动性(调峰、调相、调频),加大电网运行成本。
       据联合国经合组织(OECD)在2010年的研究报告指出,欧洲的核电发电成本是光伏发电的1/5.3,风电的1/1.8,使用CCS褐煤发电的1/1.2;中国的核电发电成本是光伏发电的1/4.7,风电的1/2.1。
       目前各国对风电、太阳能上网电价均实施财政补贴政策,以维持其经济盈利性。随着各国尤其是经受金融危机冲击至今仍在艰难复苏的欧盟国家退出财政补贴的实施,中国也将在10年之内逐步削减或取消财政补贴,风电、太阳能的盈利性将下降,这种依赖财政补贴的盈利模式将面临考验。而电价中不含财政补贴并且实施标杆电价的核电的盈利性具有长期稳定性和政策保障性。

*注:CCS:Carbon Capture and Storage 碳捕集技术,是将二氧化碳(CO2)捕获和封存的技术。CCS技术是指通过碳捕捉技术,将工业和有关能源产业所生产的二氧化碳分离出来,再通过碳储存手段,将其输送并封存到海底或地下等与大气隔绝的地方。目前,CCS技术尚处于研发阶段。 

3.核能来自哪里?为什么有如此大的能量?

 

       我们知道:世界上一切物质都是由原子构成的,而原子是由带正电的原子核和带负电的电子组成的。原子核包括带正电的质子和不带电的中子,由于质子和中子的质量比电子大得多,所以原子核几乎占有原子内的全部质量。但有趣的是,原子核在整个原子的体积重仅仅占有非常小的一部分。如果把整个原子比作一个标准篮球场的话,原子核就只有一粒芝麻的大小。
       这个小小的原子核所蕴含的能量却大得惊人。第一个发现原子核蕴藏着如此巨大能量的人是20世纪的物理学家爱因斯坦。他提出了著名的“质能方程”: E= m·C2(E是物质具有的能量,m是原子核裂变后或聚变后损失的质量,C是真空中的光速)。这个方程式可以用来描述物质的质量和能量之间的转换关系。按照质能方程,所有物质自身,包括我们每个人,都蕴含着巨大的能量。量级远远超过常见的动能、化学能的范畴。但是这些能量并不能被利用。只有一种例外,就是质量亏损,亏损的质量转变为能量释放出来。核能就是利用这个“例外”来产生能量的。虽然一次核反应亏损的质量极小,但是按照质能方程推算,1千克铀全部发生裂变释放出的能力约合2500吨优质煤完全燃烧时所放出的能量。将这部分能量运用于发电,将为人类解决能源危机起到非常可观的效果!

4.核电厂的电是怎么发出来的?

 

       通俗地理解,核电厂与火电厂的主要区别就是锅炉不一样,火电厂的锅炉是烧煤的锅炉,核电厂的“锅炉”是核反应堆,或者说是“核锅炉”。在核电厂中,专业的术语叫“核岛”,指的是安全壳及其内部全部的设备或系统。核岛中的核心是堆芯,主要由燃料组件及控制棒驱动系统组成,核裂变反应发出的热量被堆芯中的水所吸收,通过一回路流经蒸汽发生器,将热量交换给二回路中的水,转化为蒸汽驱动汽轮机运转,并带动发电机发电。二回路以及后面的流程与火电厂是一样的。为了安全起见,堆芯放置在钢制压力容器中,压力容器、一回路管道、主泵、以及蒸汽发生器都放置在安全壳中,安全壳由预应力钢筋混凝土构成,先进设计还在预应力钢筋混凝土安全壳内增加一层钢制安全壳。可以承受商用飞机的高速撞击。

5.核电厂会不会像原子弹那样发生爆炸?

 

       不必担心,根本没有这种可能性!
       尽管核能发电与原子弹爆炸的基本原理都是利用核裂变链式反应,而且核电厂燃料中的有效成分是铀-235,铀-235同样也是原子弹的原料。但是两者目的不同,设计不同,结果也就大相径庭。具体原因如下:
       1)以国内主流的压水堆核电厂为例:首先,所用的铀-235的浓缩度不同。核电厂燃料中铀-235的浓缩度一般不超过5%,而原子弹核装料中的铀-235含量高达90%以上。
       2)工作机理不同。原子弹爆炸有非常严格的条件,它必须用高浓缩度的铀-235或钚-239作核装料,以一套精密复杂的系统引爆高能烈性炸药,利用其爆炸力在瞬间将易裂变物质压紧,压缩提高其密度,形成不可控的链式裂变反应,瞬间产生大量能量,发生核爆炸。这种条件,在核电厂是不可能达到的。核电厂燃料是分散布置在反应堆内的,且有控制核反应的控制棒随时工作。在任何情况下,都不可能像原子弹那样发生核爆炸。
       3)即使不发生爆炸,有放射性物质泄露也是不允许的。核电厂对核燃料和放射性废物采用多重屏障与纵深防御措施。先进的压水堆核电厂将发生放射性大规模释放的事故风险概率降低到10-6-10-7次/堆年以下。高温气冷堆核电厂将这个数值降低到零。核电工业历史上,每出一次事故,安全防护水平就提高一次,可以说目前的核电厂安全水平已经比40年前建设的核电厂提高很多了。
 
 

6.核电厂会用到哪些二次设备?

       随着我国社会经济的不断发展,对电力需求量越来越多,使得核电厂建设数量逐渐增多。核电厂电气设备主要分两个类型,分别是电气一次设备和电气二次设备。电气二次设备主要包括继电保护设备、自动装置、故障录波、就地监控和远动装置,是核电厂电力系统稳定运行的根本保证。

       1)微机综合自动化系统:后台主机电脑,显示器、打印机、音响等,这些设备主要安装在后台监控台上。其中电脑通常为服务器或者工控机,具有稳定可靠运行的特点。通常系统为Windows系统、Unix系统或者Linux系统。根据厂家的不同,安装有不同的后台监控软件和相应的数据库,电站的一些数据信息都会显示在该显示器上,便于直观的监控、控制电站。

       2)发电机保护测控屏:发电机保护测控屏主要是由发电机差动保护装置发电机后备保护装置发电机转子接地保护装置和一些开关元件、柜体组屏,该保护屏集保护、测量、通讯于一身、真正意义上实现无人值守。该产品主要用于发电机组的控制与保护发电机。

       3)主变保护测控屏:一般是由主变差动保护装置主变高后备保护装置、主变中后备保护装置、主变低后备保护装置主变非电量保护装置以及屏柜及附件组成,主要用于主变变压器的保护和控制。

       4)远动通讯屏:集电力数据采集、开关信号采集、远程参数修改、调度中心控制的一种远动控制屏,可以接收后台系统或者调度中心的各种遥调、遥控信号,实现对变电站的自动化控制。

       5)分散微机保护装置线路保护装置等。

 

 

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