1第四代反應(yīng)堆第十章1第四代反應(yīng)堆第十章2第四代反應(yīng)堆2第四代反應(yīng)堆為什么要發(fā)展第四代核電站？GFRLFRSFRMSRSCWRVHTR為什么要發(fā)展第四代核電站？GFRLFR第四代核電站的主要任務(wù)第四代核電站的主要任務(wù)的技術(shù)目標(biāo)第四代核電站的技術(shù)目標(biāo)

第四代核電站的燃料循環(huán)第四代核電站的燃料循環(huán)燃料處理方式（一）燃料處理方式（一）典型第四代核電站氣冷快堆（GFR）鉛冷快堆（LFR）鈉冷快堆（SFR）非常高溫氣冷堆（VHTR）超臨界水堆（SCWR）熔鹽堆（MSR）

典型第四代核電站氣冷快堆（GFR）氣冷快堆（GFR）冷卻劑：He或CO2出口溫度：850℃熱功率：600MW電功率：288MWU-TRU陶瓷彌散燃料安全系統(tǒng)：能動系統(tǒng)和非能動系統(tǒng)相結(jié)合熱效率50%氣冷快堆（GFR）冷卻劑：He或CO2氣冷快堆（GFR）的主要參數(shù)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值反應(yīng)堆功率600MWth凈效率（直接氦氣循環(huán)）48%冷卻劑入口溫度490℃冷卻劑出口溫度850℃一回路壓力90bar平均功率密度100MWth/m3燃料組成UPuC/SiC(70%/30%)和約20%Pu體積百分比，燃料/氣體/SiC50％、40％、10%轉(zhuǎn)換比自給自足燃耗5%FIMA氣冷快堆（GFR）的主要參數(shù)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值反應(yīng)堆功率6氣冷快GFR堆芯設(shè)計(jì)氣冷快GFR堆芯設(shè)計(jì)鉛冷快堆（LFR）冷卻劑：Pb或者Pb/Bi合金出口溫度：550℃－850℃功率：50-1200MW燃料：Multi-TRU堆芯壽命：15-30年堆芯部件可移動可用于發(fā)電和制氫高非能動安全性鉛冷快堆（LFR）冷卻劑：Pb或者Pb/Bi合金鉛冷快堆（LFR）的主要參數(shù)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值Pb-Bi合金（近期）Pb（近期）Pb（長期）冷卻劑Pb-BiPbPb出口溫度℃～550～550750-800壓力（大氣壓）111熱功率125-4003600400燃料金屬合金或氮化物金屬合金金屬合金平均燃耗（GWD/MTHM）～100100-150100轉(zhuǎn)換比1.01.0-1.021.0主要流動情況自然循環(huán)強(qiáng)迫循環(huán)自然循環(huán)鉛冷快堆（LFR）的主要參數(shù)反應(yīng)堆參數(shù)值Pb-Bi合金（近期鉛冷快堆（LFR）的主要特點(diǎn)Pb（或Pb-Bi合金）冷卻劑低中子吸收率功率釋放緩慢常壓下高沸點(diǎn)（～1700℃）與空氣、水低反應(yīng)性自然循環(huán)、非能動安全簡化的傳熱裝置簡化的燃料循環(huán)方式堆芯出口溫度高（～800℃），可用于制氫鉛冷快堆（LFR）的主要特點(diǎn)Pb（或Pb-Bi合金）冷卻劑鈉冷快堆（SFR）冷卻劑：鈉出口溫度：550℃功率：150-1500MW燃料：MOX、U-TRU氧化物或者金屬合金冷卻方式：池式冷卻或者回路冷卻低廢物產(chǎn)量高燃料利用率鈉冷快堆（SFR）冷卻劑：鈉鈉冷快堆（SFR）的主要參數(shù)及特點(diǎn)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值出口溫度530℃-550℃壓力～1個大氣壓熱功率1000-5000MWth燃料氧化物或金屬合金包殼材料鐵素體或ODS鐵素體平均功率密度100MWth/m3轉(zhuǎn)換比0.5-1.30燃耗～150-200GWD/MTHM增殖堆，可使用可裂變物質(zhì)能處理錒系元素和長壽命放射性物質(zhì)高安全性全裕量大主系統(tǒng)壓力接近大氣壓力低廢物產(chǎn)量高燃料利用率鈉冷快堆（SFR）的主要參數(shù)及特點(diǎn)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值出口溫非常高溫氣冷堆（VHTR）冷卻劑：He出口溫度：1000℃熱功率：600MW燃料：燃料顆粒彌散在石墨高非能動安全性高熱效率制氫或熱量利用非常高溫氣冷堆（VHTR）冷卻劑：He非常高溫氣冷堆（VHTR）主要參數(shù)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值冷卻劑入口溫度640℃冷卻劑出口溫度1000℃壓力根據(jù)工藝而定反應(yīng)堆功率600MWth燃料塊狀、釘狀、球狀ZrC燃料平均功率密度6-10MWth/m3電廠效率>50%非常高溫氣冷堆（VHTR）主要參數(shù)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值冷卻劑非常高溫氣冷堆（VHTR）的主要特點(diǎn)先進(jìn)的燃料材料（碳化物、氮化物、金屬陶瓷合金等）高可用性和運(yùn)行靈活性重要安全改進(jìn)高經(jīng)濟(jì)性直接循環(huán)的能量轉(zhuǎn)換

He作為冷卻劑，出口溫度>900℃

發(fā)電效率高（>50%）熱化學(xué)水裂解出口溫度高，制氫、熱量直接利用（原油精練和石油化學(xué)工藝）非常高溫氣冷堆（VHTR）的主要特點(diǎn)先進(jìn)的燃料材料（碳化物、VHTRVHTR超臨界水堆（SCWR）超臨界水堆（SCWR）SCWR的技術(shù)發(fā)展SCWR的技術(shù)發(fā)展超臨界水的概念超臨界水的概念超臨界水冷堆（SCWR）一回路壓力>22.1MPa出口溫度：510℃-550℃熱效率：45%發(fā)電功率：1700MWe，運(yùn)行壓力為25Mpa超臨界水冷堆（SCWR）一回路壓力>22.1MPa超臨界水冷堆（SCWR）主要參數(shù)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值電站投資成本＄900/kW冷卻劑入口溫度280℃冷卻劑出口溫度510℃壓力25MPa反應(yīng)堆功率1700MWth燃料UO2、鐵素體-馬氏體不銹鋼或者鎳合金包殼燃料平均功率密度～100MWth/m3電廠效率44%燃耗～45GWD/MTHM超臨界水冷堆（SCWR）主要參數(shù)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值電站投資超臨界水冷堆（SCWR）的主要特點(diǎn)燃料元件設(shè)計(jì)先進(jìn)高熱效率電站結(jié)構(gòu)簡單經(jīng)濟(jì)性高高安全性、運(yùn)行穩(wěn)定超臨界水冷堆（SCWR）的主要特點(diǎn)燃料元件設(shè)計(jì)先進(jìn)SCWR的堆芯設(shè)計(jì)－日本SCWR的堆芯設(shè)計(jì)－日本SCWR的堆芯設(shè)計(jì)－USASCWR的堆芯設(shè)計(jì)－USA

SCWR

堆內(nèi)結(jié)構(gòu)布置SCWR堆內(nèi)SCWR的安全殼改進(jìn)SCWR的安全殼改進(jìn)SCWR的安全改進(jìn)SCWR的安全改進(jìn)SCWR系統(tǒng)改進(jìn)SCWR系統(tǒng)改進(jìn)熔鹽堆（MSR）冷卻劑：熔融氟化物出口溫℃：700℃－800℃功率：>1000MW一回路壓力：<0.5MPa燃料：Na、Zr、U、Pu的液體氟化物，錒系燃料彌散在石墨中燃耗深度高、廢物產(chǎn)量非常的制氫熔鹽堆（MSR）冷卻劑：熔融氟化物第四代反應(yīng)堆簡介課件熔鹽堆（MSR）主要參數(shù)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值冷卻劑入口溫度565℃冷卻劑出口溫度700℃（制氫則850℃）壓力<0.5MPa反應(yīng)堆功率1000MWth燃料Na、Zr、U、Pu的液體氟化物，錒系燃料彌散在石墨中平均功率密度22MWth/m3功率循環(huán)方式多重反饋再熱氦氣循環(huán)可用中子頻譜熱中子-錒系燃燒室熔鹽堆（MSR）主要參數(shù)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值冷卻劑入口溫度5熔鹽堆（MSR）的主要特點(diǎn)快中子閉式燃料循環(huán)廢物低余熱、低放射性廢物儲藏能力的最優(yōu)化使用乏燃料再利用引入多項(xiàng)安全理念，安全性高、運(yùn)行可靠經(jīng)濟(jì)性高高熱效率電站結(jié)構(gòu)簡單可根據(jù)需要設(shè)計(jì)成大型或小型高溫、可用于制氫熔鹽堆（MSR）的主要特點(diǎn)快中子閉式燃料循環(huán)InternationalReactorInnovativeandSecure(IRIS)IntegralPressurizedWaterReactor(335Mwe)SafetybyDesignApproachInnovativesmallhighpressurecontainmentStartingpre-applicationreviewbyUSNRC

InternationalReactorInnovatiIRISINTEGRALPRIMARYSYSTEMCONFIGURATION?EnablescompactcontainmentandsmallplantsizeIntegralconfigurationeliminateslooppipingandexternalcomponentsEnhancessafetyandeconomicsIRISINTEGRALPRIMARYSYSTEMCIRISInnovativeContainment

Sphericalsteel25meterDiameter

Designpressure220psig

Smallelevatedsuppressionpool(150m3water)limitspeakpressureto130psigandprovidesgravitydrivencoreMakeup

ExternalaircoolingofsteelshellIRISInnovativeContainment

S典型第四代核電站的比較

特點(diǎn)堆型中子類型燃料循環(huán)反應(yīng)堆尺寸應(yīng)用R&D氣冷快堆（GFR）快中子閉式中發(fā)電、錒系、制氫燃料、材料、安全鉛冷快堆（LFR）快中子閉式小/中/大發(fā)電、錒系、制氫燃料、材料兼容性鈉冷快堆（SFR）快中子閉式中/大發(fā)電、錒系再利用改進(jìn)非常高溫氣冷堆（VHTR）熱中子開式中發(fā)電、制氫、供熱燃料、材料、氫氣產(chǎn)物超臨界水堆（SCWR）熱中子/快中子開式/閉式大發(fā)電材料、安全熔鹽堆（MSR）熱中子閉式大發(fā)電、錒系燃料、燃料處理、材料、安全和可靠性典型第四代核電站的比較中子類型燃料循環(huán)反應(yīng)堆尺寸應(yīng)用R&D氣第四代核電站面臨的技術(shù)課題降低建造成本（尤其是資本費(fèi)）；改善安全性（尤其是公眾的安全）；為減少因廢物處置政策的變更而出現(xiàn)的長期性經(jīng)濟(jì)脆弱性，實(shí)現(xiàn)廢物量的最少化；減少核物質(zhì)擴(kuò)散的可能性。從可持續(xù)發(fā)展的觀點(diǎn)來看，第四代核電站必須尋求經(jīng)濟(jì)因素、環(huán)境品質(zhì)和社會責(zé)任的新平衡點(diǎn)。第四代核電站必須對社會或公眾所關(guān)心的或擔(dān)心的問題作出明確回答，這些問題包括對安全性的關(guān)心、開放的或封閉的燃料循環(huán)、地層處置的廢物保存中長壽命發(fā)射性質(zhì)對環(huán)境的潛在威脅等等。第四代核電站面臨的技術(shù)課題降低建造成本（尤其是資本費(fèi)）；424243434444454546464747484849495050515152525353545455第四代反應(yīng)堆第十章1第四代反應(yīng)堆第十章56第四代反應(yīng)堆2第四代反應(yīng)堆為什么要發(fā)展第四代核電站？GFRLFRSFRMSRSCWRVHTR為什么要發(fā)展第四代核電站？GFRLFR第四代核電站的主要任務(wù)第四代核電站的主要任務(wù)的技術(shù)目標(biāo)第四代核電站的技術(shù)目標(biāo)

第四代核電站的燃料循環(huán)第四代核電站的燃料循環(huán)燃料處理方式（一）燃料處理方式（一）典型第四代核電站氣冷快堆（GFR）鉛冷快堆（LFR）鈉冷快堆（SFR）非常高溫氣冷堆（VHTR）超臨界水堆（SCWR）熔鹽堆（MSR）

典型第四代核電站氣冷快堆（GFR）氣冷快堆（GFR）冷卻劑：He或CO2出口溫度：850℃熱功率：600MW電功率：288MWU-TRU陶瓷彌散燃料安全系統(tǒng)：能動系統(tǒng)和非能動系統(tǒng)相結(jié)合熱效率50%氣冷快堆（GFR）冷卻劑：He或CO2氣冷快堆（GFR）的主要參數(shù)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值反應(yīng)堆功率600MWth凈效率（直接氦氣循環(huán)）48%冷卻劑入口溫度490℃冷卻劑出口溫度850℃一回路壓力90bar平均功率密度100MWth/m3燃料組成UPuC/SiC(70%/30%)和約20%Pu體積百分比，燃料/氣體/SiC50％、40％、10%轉(zhuǎn)換比自給自足燃耗5%FIMA氣冷快堆（GFR）的主要參數(shù)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值反應(yīng)堆功率6氣冷快GFR堆芯設(shè)計(jì)氣冷快GFR堆芯設(shè)計(jì)鉛冷快堆（LFR）冷卻劑：Pb或者Pb/Bi合金出口溫度：550℃－850℃功率：50-1200MW燃料：Multi-TRU堆芯壽命：15-30年堆芯部件可移動可用于發(fā)電和制氫高非能動安全性鉛冷快堆（LFR）冷卻劑：Pb或者Pb/Bi合金鉛冷快堆（LFR）的主要參數(shù)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值Pb-Bi合金（近期）Pb（近期）Pb（長期）冷卻劑Pb-BiPbPb出口溫度℃～550～550750-800壓力（大氣壓）111熱功率125-4003600400燃料金屬合金或氮化物金屬合金金屬合金平均燃耗（GWD/MTHM）～100100-150100轉(zhuǎn)換比1.01.0-1.021.0主要流動情況自然循環(huán)強(qiáng)迫循環(huán)自然循環(huán)鉛冷快堆（LFR）的主要參數(shù)反應(yīng)堆參數(shù)值Pb-Bi合金（近期鉛冷快堆（LFR）的主要特點(diǎn)Pb（或Pb-Bi合金）冷卻劑低中子吸收率功率釋放緩慢常壓下高沸點(diǎn)（～1700℃）與空氣、水低反應(yīng)性自然循環(huán)、非能動安全簡化的傳熱裝置簡化的燃料循環(huán)方式堆芯出口溫度高（～800℃），可用于制氫鉛冷快堆（LFR）的主要特點(diǎn)Pb（或Pb-Bi合金）冷卻劑鈉冷快堆（SFR）冷卻劑：鈉出口溫度：550℃功率：150-1500MW燃料：MOX、U-TRU氧化物或者金屬合金冷卻方式：池式冷卻或者回路冷卻低廢物產(chǎn)量高燃料利用率鈉冷快堆（SFR）冷卻劑：鈉鈉冷快堆（SFR）的主要參數(shù)及特點(diǎn)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值出口溫度530℃-550℃壓力～1個大氣壓熱功率1000-5000MWth燃料氧化物或金屬合金包殼材料鐵素體或ODS鐵素體平均功率密度100MWth/m3轉(zhuǎn)換比0.5-1.30燃耗～150-200GWD/MTHM增殖堆，可使用可裂變物質(zhì)能處理錒系元素和長壽命放射性物質(zhì)高安全性全裕量大主系統(tǒng)壓力接近大氣壓力低廢物產(chǎn)量高燃料利用率鈉冷快堆（SFR）的主要參數(shù)及特點(diǎn)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值出口溫非常高溫氣冷堆（VHTR）冷卻劑：He出口溫度：1000℃熱功率：600MW燃料：燃料顆粒彌散在石墨高非能動安全性高熱效率制氫或熱量利用非常高溫氣冷堆（VHTR）冷卻劑：He非常高溫氣冷堆（VHTR）主要參數(shù)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值冷卻劑入口溫度640℃冷卻劑出口溫度1000℃壓力根據(jù)工藝而定反應(yīng)堆功率600MWth燃料塊狀、釘狀、球狀ZrC燃料平均功率密度6-10MWth/m3電廠效率>50%非常高溫氣冷堆（VHTR）主要參數(shù)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值冷卻劑非常高溫氣冷堆（VHTR）的主要特點(diǎn)先進(jìn)的燃料材料（碳化物、氮化物、金屬陶瓷合金等）高可用性和運(yùn)行靈活性重要安全改進(jìn)高經(jīng)濟(jì)性直接循環(huán)的能量轉(zhuǎn)換

He作為冷卻劑，出口溫度>900℃

發(fā)電效率高（>50%）熱化學(xué)水裂解出口溫度高，制氫、熱量直接利用（原油精練和石油化學(xué)工藝）非常高溫氣冷堆（VHTR）的主要特點(diǎn)先進(jìn)的燃料材料（碳化物、VHTRVHTR超臨界水堆（SCWR）超臨界水堆（SCWR）SCWR的技術(shù)發(fā)展SCWR的技術(shù)發(fā)展超臨界水的概念超臨界水的概念超臨界水冷堆（SCWR）一回路壓力>22.1MPa出口溫度：510℃-550℃熱效率：45%發(fā)電功率：1700MWe，運(yùn)行壓力為25Mpa超臨界水冷堆（SCWR）一回路壓力>22.1MPa超臨界水冷堆（SCWR）主要參數(shù)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值電站投資成本＄900/kW冷卻劑入口溫度280℃冷卻劑出口溫度510℃壓力25MPa反應(yīng)堆功率1700MWth燃料UO2、鐵素體-馬氏體不銹鋼或者鎳合金包殼燃料平均功率密度～100MWth/m3電廠效率44%燃耗～45GWD/MTHM超臨界水冷堆（SCWR）主要參數(shù)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值電站投資超臨界水冷堆（SCWR）的主要特點(diǎn)燃料元件設(shè)計(jì)先進(jìn)高熱效率電站結(jié)構(gòu)簡單經(jīng)濟(jì)性高高安全性、運(yùn)行穩(wěn)定超臨界水冷堆（SCWR）的主要特點(diǎn)燃料元件設(shè)計(jì)先進(jìn)SCWR的堆芯設(shè)計(jì)－日本SCWR的堆芯設(shè)計(jì)－日本SCWR的堆芯設(shè)計(jì)－USASCWR的堆芯設(shè)計(jì)－USA

SCWR

堆內(nèi)結(jié)構(gòu)布置SCWR堆內(nèi)SCWR的安全殼改進(jìn)SCWR的安全殼改進(jìn)SCWR的安全改進(jìn)SCWR的安全改進(jìn)SCWR系統(tǒng)改進(jìn)SCWR系統(tǒng)改進(jìn)熔鹽堆（MSR）冷卻劑：熔融氟化物出口溫℃：700℃－800℃功率：>1000MW一回路壓力：<0.5MPa燃料：Na、Zr、U、Pu的液體氟化物，錒系燃料彌散在石墨中燃耗深度高、廢物產(chǎn)量非常的制氫熔鹽堆（MSR）冷卻劑：熔融氟化物第四代反應(yīng)堆簡介課件熔鹽堆（MSR）主要參數(shù)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值冷卻劑入口溫度565℃冷卻劑出口溫度700℃（制氫則850℃）壓力<0.5MPa反應(yīng)堆功率1000MWth燃料Na、Zr、U、Pu的液體氟化物，錒系燃料彌散在石墨中平均功率密度22MWth/m3功率循環(huán)方式多重反饋再熱氦氣循環(huán)可用中子頻譜熱中子-錒系燃燒室熔鹽堆（MSR）主要參數(shù)反應(yīng)堆主要參數(shù)參數(shù)值冷卻劑入口溫度5熔鹽堆（MSR）的主要特點(diǎn)快中子閉式燃料循環(huán)廢物低余熱、低放射性廢物儲藏能力的最優(yōu)化使用乏燃料再利用引入多項(xiàng)安全理念，安全性高、運(yùn)行可靠經(jīng)濟(jì)性高高熱效率電站結(jié)構(gòu)簡單可根據(jù)需要設(shè)計(jì)成大型或小型高溫、可用于制氫熔鹽堆（MSR）的主要特點(diǎn)快中子閉式燃料循環(huán)InternationalReactorInnovativeandSecure(IRIS)IntegralPressurizedWaterReactor(335Mwe)SafetybyDesignApproachInnovativesmallhighpressurecontainmentStartingpre-applicationreviewbyUSNRC

InternationalReactorInnovatiIRISINTEGRALPRIMARYSYSTEMCONFIGURATION?EnablescompactcontainmentandsmallplantsizeIntegralconfigurationeliminateslooppipingandexternalcomponentsEnhancessafetyandeconomicsIRISINTEGRALPRIMARYSYSTEMCIRISIn