核电厂用于发电的燃料是铀。核电站按反应堆类型分类,可分为气冷堆型核电站、改进型气冷堆型核电站、轻水堆型核电站、重水堆型核电站、快中子增殖型核电站。
(1)气冷堆型核电站,反应堆采用天然铀作燃料,用石墨作慢化剂,用二氧化碳或氦作冷却剂。此种反应堆由于一次装入燃料多,因此体积大,造价高。英国和法国曾采用此种堆型。
(2)改进型气冷堆型核电站,反应堆所用慢化剂和冷却剂与上述气冷堆型相同,只是燃料采用2.5%~3%的低浓缩铀,因此一次装入的燃料只有天然铀的1/5~1/4(按质量计),从而反应堆体积大大缩小,更换燃料也较简单,并可在较高温度下运行,热效率较高。美国、德国曾采用此种堆型。
(3)轻水堆型核电站,反应堆采用2%~3%低浓缩铀作燃料,用水作慢化剂和冷却剂。此种反应堆的体积小,造价低,技术也较容易掌握,世界上85%以上的核电站均采用此种堆型,我国全部采用此种堆型。
轻水堆型核电站又可分为沸水堆型和压水堆型两种。
沸水堆型核电站,这种核电站中的水在反应堆内直接沸腾。它只有一个回路,水在反应堆内受热变为蒸汽,直接用来推动汽轮机、带动发电机发电。沸水堆型的回路设备少,且几乎不会发生失水事故,较之压水堆型更为经济,更能适应外界负荷变化的需要。但其带放射性沾染的水蒸气直接进入汽轮机组,使机组维修困难,检修时停堆时间长,从而影响核电站的有效运行;此外,水沸腾后,密度降低,慢化作用减弱,因此所需核燃料比同功率的压水堆型多,其堆芯体积和外壳直径相应增大。加上气泡密度在堆内变化,容易引起功率不稳定,使控制复杂化。由此种种因素,沸水堆型核电站的建造数量减少。
压水堆型核电站,这种核电站中的水在反应堆内不沸腾。它有两个回路,其中一回路的水流经反应堆,将堆内的热量带往蒸气发生器,与通过蒸气发生器的二回路中的水交换热能,使二回路中的水加热为高压蒸气,推动汽轮机运转,带动发电机发电。我国的核电站建设方针,确定近期以建造压水堆型为主。已建成的秦山核电站和大亚湾核电站,均为压水堆型。
(4)重水堆型核电站,反应堆以重水(含氘)作慢化剂和冷却剂,用天然铀作燃料。此种反应堆的燃料成本较低,但重水较贵。加拿大发展此种堆型。
(5)快中子增殖型核电站,反应堆不用慢化剂。反应堆内绝大部分是快中子,容易被反应堆周围的铀238所吸收,使铀238变为可裂变的钚239。此种反应堆可在10年左右使核燃料钚239比初装入量增殖20%以上,但其初期投资费用高。
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