辐导员 | 走近核电站（二）：核电站是怎么发电的？
走近核电站（二）
核电站是怎么发电的？
在上一期走进核电站中，我们为大家介绍了核燃料的“燃烧”和“控制”过程，完成了“核能→热能”的转化过程，而最终要将核能转化成电能还需要依仗反应堆中的其他小伙伴来共同完成。这一期我们同样邀请了国核电站运行服务技术有限公司的邓景珊总工，以我国核电站中最常见的“压水堆”核电站为例，带我们一探核电站的运作原理。
作者介绍
邓景珊，国核电站运行服务技术有限公司副总工程师，清华与原子能院双博士，研究员级高级工程师，注册核安全工程师，曾发表近20篇论文，参与并主持多项国家级科研项目。
下文由国核电站运行服务技术有限公司
副总工程师 邓景珊特约供稿：
核电站的分类
核电站的分类大致有两条路线，第一是根据年代，第二是根据堆型。
从时间上的划分，可以划分为一代堆到四代堆。目前我国主流核电站是三代堆。
堆型是指核电站中反应堆的设计类型。根据介质不同，又可分为以下：
①
按核燃料分类有天然铀、低浓缩铀和Pu堆。
②
按中子能量分类有热中子反应堆和快中子反应堆。
③
按冷却剂分类有水冷堆、气冷堆、钠冷堆、铅铋冷堆、熔盐堆等，其中水冷堆又分为压水堆、沸水堆等。
④
按中子慢化剂分类有重水堆、轻水堆（压水堆和沸水堆）、石墨堆、铍堆等。
目前我国核电站中最常见的是压水堆。
核电站分类
（来源：中科院电工研究所 张子立）
压水堆
压水堆（pressurized water reactor）：全称“加压水慢化冷却反应堆”，是指使用轻水（即普通水）作为冷却剂和慢化剂，采用高压水来冷却核燃料的一种反应堆。
标准大气压下水的沸点约为100℃。众所周知，在一定范围内压力越高，水的沸点越高。压水堆正是通过对冷却剂进行高压处理，提高其沸点，保证冷却剂在核燃料释放的高温下不会沸腾，以完成热能传递和冷却核燃料的使命。
总体结构
压水堆示意图（来源：网络）
压水堆核电站的总体结构主要由三个回路组成，其中一回路属于核岛部分，二、三回路属于常规岛部分。
压水堆一回路为反应堆冷却剂系统，由反应堆压力容器、主泵、稳压器和蒸汽发生器等构件组成，位于安全壳以内；
二回路由蒸汽发生器、冷凝泵、汽水分离器、汽轮机、蒸汽凝结器(或凝气器)等构件组成；
三回路由辅助系统设备(简称BOP)包括发电机、水泵、外部蒸发器以及其他的辅助设备组成。
发电原理
压水堆示意图（来源：网络）
压水堆核电站的运行主要依靠三个回路的相互作用来共同完成：
在一回路中，铀核发生链式反应，释放大量热量，实现了“核能→热能”的转化。大量热能将一回路中的高压冷却剂（普通水，也作慢化剂）加热至350℃左右。高温高压的水进入蒸汽发生器，完成热能传递的冷却剂再由主循环泵输送到反应堆，完成一回路循环。
在蒸汽发生器中，高压高温的一回路水通过数以千计的传热管，把热量传递给管外的二回路水，使其沸腾，产生蒸汽压力推动汽轮机做功，继而带动发电机发电，实现了“热能→机械能→电能”的转化。做过功的废汽在冷凝器中凝结成水，再由凝结给水泵送入加热器，重新加热后送回蒸汽发生器，完成二回路循环。
冷凝器中用三回路循环泵抽来的江河水作冷却剂，冷却后又排回到江河中，组成第三回路循环。
通过以上三个回路周而复始的运作，核电站就实现了“核能→热能→机械能→电能”的转化，完成了发电的使命。
压水堆与沸水堆
压水堆和沸水堆最大的区别在于：沸水堆比压水堆要少一个回路。
沸水堆的原理是：冷却水从反应堆底部流进堆芯，对燃料棒进行冷却，带走裂变产生的热能，冷却水温度升高并逐渐汽化，最终形成蒸汽和水的混合物，经过汽水分离器和蒸汽干燥器，利用分离出的蒸汽推动汽轮进行发电。
一回路水通过堆芯加热变成约285℃的蒸汽并直接引入汽轮机，因此常规岛布置包含一回路的冷却剂管道，管道失效可能引起冷却剂泄漏。而压水堆的一回路完成位于核岛内，在安全壳的保护下，放射性物质释放到环境中的风险非常低。
建于20世纪70年代的福岛核电站正是属于沸水堆。
此外，由于设计上的差异，压水堆相对于沸水堆有着更高的安全性，造价也更为昂贵。
压水堆和沸水堆的区别远不止此，想了解更多的小伙伴可移步中科院页面
http://www.cas.cn/zt/sszt/kxjdrbqz/qwjd/201103/t20110322_3091738.html
编辑：冯宇诗
审核：林子吟
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