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全球单机容量最大核电机组是多少?核电机组与火电机组啥区别?

2021-05-10 14:14  来源:电力知识学堂    核电机组  台山核电站

目前世界上单机容量最大的核电机组位于广东江门,是台山核电站1、2号机组。两台机组单机容量均为175万千瓦,是中法两国能源领域在华最大的合作项目。


世界单机容量最大的水轮发电机组目前为我国白鹤滩水电站的100万千瓦水轮机组,由我国自主制造。世界单机容量最大的火电机组也是我国制造,目前双轴机组的最大容量已达130万千瓦。

那么全球单机容量最大的核电机组是多少呢?是不是也是我国自主制造?

目前世界上单机容量最大的核电机组位于广东江门,是台山核电站1、2号机组。两台机组单机容量均为175万千瓦,是中法两国能源领域在华最大的合作项目。

台山核电一期工程使用的是引进的第三代核电EPR(欧洲先进压水堆)技术,两台机组分别是全球首台和第二台建成投产的EPR核电机组。1号机组于2018年12月13日建成投产,2号机组于2019年9月7日建成投产。

175万千瓦核电机组在合作方式上主要是法方提供设计图纸、制造及检验标准,而所有工艺制造技术几乎全部由我国东方电机依据法方技术要求。

同样是通过蒸汽驱动汽轮机发电,为何核电机组最大容量可以达到175万千瓦,而火电机组最大容量只能达到130万千瓦?

从能量转换的角度来看,核电和火电原理相同,都是通过燃料释放热量,产生高温高压的蒸汽驱动汽轮机带动发电机来发电。

虽然核电机组与火电机组有较多相似之处,但在发电原理、主蒸汽参数、机组结构、运行方式、故障特性等方面仍存在一定的差异,也是导致单机最大容量差别的主要因素。

首先两者的能量传递过程有较大的区别。核电机组主要通过核反应堆芯、冷却剂循环系统和蒸汽发生系统来进行热力的传递,相当于火电机组的锅炉环节。

火电机组的蒸汽是由锅炉产生的,为高温高压的过热蒸汽,特点是压强大、湿度低,60万千瓦火电机组的主蒸汽压力可达到24.2兆帕,主蒸汽温度可达到566摄氏度。

相对而言,核电机组的主蒸汽参数则较低,主蒸汽压力为5~7兆帕,主蒸汽温度为270~280摄氏度。

核电机组的主蒸汽参数为何相对火电机组这么低?

其根本原因是为了确保核燃料的安全性。

在核电机组中,流经反应堆的冷却剂具有一定的放射性,不宜直接进入汽轮机,因此冷却剂只能作为传输热量的媒介。经过加压的冷却剂能维持的温度在310摄氏度左右,而这个温度不足以产生高参数的蒸汽。

而在火电机组中,由锅炉直接产生高温高压的主蒸汽可以直接进入汽轮机,因此其蒸汽参数远高于核电机组。

由于核电机组的主蒸汽压力小,在保持一定功率输出的前提下需要增加进汽量,同时也需要相应地增加汽轮机低压缸的叶片长度,在发出功率相等的情况下,核电机组的排汽面积比火电的大50%。

考虑到叶片增长之后在过高的转速下所受应力较大,核电汽轮机的转速受到限制,相对于火电机组的全速设计,核电机组往往设计为半速机组,从而更好的提高低压部分的效率,间接导致单机容量比火电机组可以更高。

核电机组与火电机组最主要的差别还在于机组运行过程中主蒸汽压力是否保持恒定。

在常规火电机组运行过程中,锅炉出口的主蒸汽参数在机组正常运行的情况下保持不变。

而在目前的压水堆核电机组中,核电机组在运行过程中,主蒸汽压力会根据反应堆功率水平、输出功率的偏差以及冷却剂温度水平在一定范围(±8%)内变化。

因此,核电机组由于受反应堆功率变化速度、循环冷却剂温度的限制,汽轮机输出功率的升降速率较低,对于负荷变化的跟踪速度慢于火电机组。

目前,我国已经跻身世界核电大国的行列,拥有具有自主知识产权的“华龙一号”和“国和一号”,具备了向“核电强国”迈进的条件。

核能作为一种低碳能源,不但具有能量密度大、基荷电力稳定、单机容量大、占地规模小、长期运行成本低的优势,而且核燃料也易于储备、可有效提高能源自给率等优势,在碳中和背景下,核能将在我国能源转型中发挥越来越重要的作用。



图为技术

深圳核博会

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