Bài giảng Chương 6 Giới thiệu tóm lược về nhà máy điện hạt nhân

Chương 6
GIỚI THIỆU TÓM LƯỢC VỀ
NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN

1


Nội dung
1. Thơng tin về Điện hạt nhân
2. Các công nghệ lò phản ứng: nước áp lực, nước sôi, Candu, tải nhiệt
bằng khí và lò tái sinh
3. Một số vấn đề về an toàn hạt nhân
4. Nhà máy ĐHN đầu tiên của Việt Nam

2


thông tin về điện hạt nhân (1)
+ Hiện nay có 32 nước có nhà máy điện hạt nhân với tổng số 435
tổ máy đang vận hành và 63 tổ máy đang xây dựng trong 15 nc.
+ Tổng điện hạt nhân khoảng 368.000 MWe, chiếm 14% lượng
điện thế giới.
+ Các nước có nhiều tổ máy điện hạt nhân gồm:
- Hoa kỳ:
104
- Pháp:
58
- Nhật Bản :
48 (2 t mỏy Sendai sp a vo vn hnh)
- Nga:
33 vn hnh, 10 ang xõy dng

- Hàn Quốc: 23 vn hnh, 5 ang xõy dng
- n độ:
20 vn hnh, 5 ang xõy dng
- Anh:
19
- Canada:
18
- Trung Quc 22 vn hnh, 26 ang xõy dng
- Ukraine:
15
- Đức:
9
3


th«ng tin vÒ ®iÖn h¹t nh©n (2)

4


th«ng tin vÒ ®iÖn h¹t nh©n (3)

5


Các loại nhà máy điện nguyên tử
• Lò phản ứng sử dụng neutron nhiệt:
Chất làm chậm
Nước thường (H2O)
- Lò áp lực PWR

- Lò nước sôi BWR

Graphite

Nước nặng (D2O)

Lò Candu

- Lò RBMK
- Lò nhiệt độ cao tải
nhiệt bằng khí

• Lò phản ứng sử dụng neutron nhanh:
Lò phản ứng tái sinh

6


Phân biệt LPỨ nghiên cứu và LPỨ năng lượng
°LPỨ nghiên cứu: Tạo ra trường thông lượng neutron cao cho

các mục đích nghiên cứu (1014-1015n/cm2/s), năng lượng nhiệt
không cao và không được sử dụng. Độ giàu nhiên liệu từ 2090%, thể tích vùng hoạt nhỏ. Hiện nay có gần 300 LPỨ nghiên
cứu trên thế giới.
°LPỨ năng lượng: Trường thông lượng neutron không cao

(~1013n/cm2/s), thể tích vùng hoạt lớn (đường kính 4-6m, chiều
cao ~4m). Công suất nhiệt từ vài chục cho đến vài nghìn MW).
Độ giàu nhiên liệu ở mức vài phần trăm.
7

Lò nước áp lực

Công suất điện : 325, 650, 975, 1300, 1540 MWe
Chất làm chậm : Nước thường. Chất tải nhiệt : Nước thường
Độ giàu : ~4%. Điều khiển : Bằng thanh điều khiển và nồng độ B-10. p
8
suất vòng I: 155 bars


Nhµ m¸y ®hn víi lß pwr

9


c«ng nghÖ lß n­íc ¸p lùc - PWR
thiÕt bÞ sinh h¬i

10


Lò nước sôi

Công suất : 600, 670, 1350, 1500MWe. Nhiên liệu: Oxit uran độ giàu 2.5%
Chất làm chậm: Nước thường. Chất tải nhiệt : Nước thường
11
Điều khiển: Thanh điều khiển, lưu lượng bơm tuần hoàn. p suất: 71 bar

Nhµ m¸y ®hn víi lß bwr

12


c«ng nghÖ lß n­íc s«i - bWR

Thïng lß vµ c¸c
thiÕt bÞ bªn trong

13


Lò Candu

Công suất : 633, 900 MWe. Chất làm chậm:
Nước nặng
Chất tải nhiệt: Nước thường. Nhiên liệu: oxit
uran độ giàu 0.73%
Điều khiển: Thanh điều khiển, mức nước, B10
14
trong chất làm chậm. p suất: 100bars


công nghệ lò nước nặng - candu
sơ đồ nguyên lý Lò nước nặng

Đường hơi
Thiết bị
sinh hơi

Nước nặng
(chất tải nhiệt)

Đường nước

Turbine

Thiết bị thay
nhiên liệu

Máy phát

Nhiên liệu
(uranium)

Lò phản ứng

Máy
biến thế

Bơm
Nước làm mát

15


Lò tải nhiệt bằng khí, nhiệt độ cao

Công suất: Từ vài chục đến vài

trăm MWe
Chất làm chậm: Graphite.
Chất tải nhiệt: Khí (Helium,
CO2..)
Nhiên liệu: Oxit uran độ giàu
10%
Điều khiển: Thanh điều khiển.
p suất: 30-60 bar
Nhiệt độ khí lối ra vùng hoạt:
700oC

16


Lò nhanh

Công suất: 100-1500MWe. Chất tải nhiệt : Na lỏng. Nhiên liệu: PuO2 độ giàu
15%
Điều khiển: Thanh điều khiển. p suất: Áp suất khí quyển

17


° Để cạnh tranh được với các nhà máy phát điện dùng nhiên

liệu hoá thạch, công suất LPU phải tương đối lớn >1000MWe.

° Sự an toàn của LPU (phần lớn) vẫn dựa trên các hệ thống bảo

vệ sự cố làm việc theo nguyên tắc active (phải cần tới năng

lượng điện).
° Hiệu suất chuyển đổi nhiệt - điện (khoảng 33%) là tương đối

thấp so với sự tiến bộ gần đây trong các nhà máy nhiệt điện dùng
nhiên liệu hoá thạch.
Các lò phản ứng thế hệ mới
° An toàn hơn
° Đơn giản hơn
° Tin cậy hơn
° Vận hành dễ dàng hơn

18


Các lò phản ứng thế hệ mới

AP- 600, AP-1000 (Westinghouse): - Đơn giản trong xây dựng và bảo dưỡng
- Làm nguội sự cố vùng hoạt bằng cơ chế passive
- Thể tích bình điều áp lớn hơn 60%
- Giảm 50% số van, giảm 70% cáp điện, giảm 35%số bơm, giảm 45% diện tích,
19
công trình cần phải chống động đất, giảm 80% độ dài đường ống


CÁ C THẾ HỆ NHÀ MÁ Y ĐIỆN HẠT NHÂ N
 Các lò đang vận hành trên thế giới chủ yếu
thuộc loại thế hệ thứ II.
 Một số nước đã xây dựng hoặc đang có kế
hoạch thay thế các lò hết hạn sử dụng bằng
loại lò thế hệ thứ III.

 Các nước đang hợp tác nghiên cứu để cho ra
đời loại lò thế hệ thứ IV với nhiều ưu việt: an
toàn hơn, lượng chất thải phóng xạ ít hơn,
kinh tế hơn, giảm thiểu nguy cơ phổ biến vũ
khí hạt nhân.  Cho những năm sau 2030!

AP -1000

20


CÁ C THẾ HỆ NHÀ MÁ Y ĐIỆN HẠT NHÂ N

An toàn thụ động:

21


EPR 1500MWe (Framatom)
° Hệ thống cấp nước và làm nguội
khẩn cấp cho vùng hoạït : 4 hệ độc lập
( MHSI, LHSI, Accumulator)
° Hệ thống cấp nước dự phòng cho
SG (Steam Generator): 2 hệ độc lập
° Hệ thống giảm áp vòng 1, qua
thiết bò điều áp (pressurizer) nhằm
giảm nguy cơ nóng chảy vùng hoạt
trong điều kiện áp suất cao

° 2 hệ thống phun nước giảm áp độc lập cho toà nhà lò

° Hệø thống (Catalytic recombiner) được lắp đặt trong toà nhà lò nhằm mục đích loại trừ khả
năng nổ hydrogen
° Toà nhà lò 2 lớp, lớp bêton bên trong có thể chòu được áp suất ngay cả khi xảy ra tình huống
nổ hydrogen, lớp bên ngoài có thể chòu được va đập của máy bay
° Hệø thống hút và lọc khí giữa 2 lớp vỏ của tòa nhà lò
° Bể nước dự trữ để làm nguội vùng hoạt được đặt ngay trong toà nhà lò, khi cần thiết có thể
làm ngập khối chất nóng chảy nhiên liệu và vật liệu cấu trúc (Corium)
° Có một kết cấu đáy đặc biệt (Corium spreading zone) trong tòa nhà lò, cho phép tải nhiệt và
22
cầm giữ an toàn trạng thái Corium, khi tai nạn nóng chảy vùng hoạt xảy ra


°Lò PWR: là loại phổ biến nhất
° Lò BWR: được cải tiến kỹ

thuật rất nhiều trong thời gian
gần đây, dễ điều khiển.
° Lò nhiệt độ cao: Hiệu suất

biến đổi nhiệt- điện cao, hệ số tái
sinh lớn, ít chất thải.
Lò phản ứng tương lai
- Lò nhanh

° Lò nhanh : Khá phức tạp, hệ số

tái sinh rất lớn, có khả năng
chuyển đổi hạt nhân.

- Lò nhiệt độ cao

- Máy khuếch đại năng
lượng

23


Chu trình nhiên liệu hạt nhân
Quặng Uran
Chuyển hoá UO2
Chế tạo bó nhiên liệu
Xử lý

Tinh chế
Chuyển hoá UF6
Đốt cháy trong LPU
Phân loại

Chuyển hoá U3O8
Làm giàu U 235
Cất giữ tạm thời
Cất giữ lâu dài

• Một lò phản ứng 1000 MWe, một năm cho 21 tấn chất
thải trong đó: 20 tấn Uran (U235 0.9%), 200kg Pu, 21kg
actinide (Neptune, Amerixi…), 760kg Sản phẩm phân hạch
(Xesi 135, Tecnixi 99, Ziriconi 93, Paladi 107, Iode 129).
24


Các yếu tố đảm bảo an toàn

• Tính năng an toàn nội tại của bản thân vùng hoạt LPƯ.

Thiết kế đảm bảo cơ chế phản hồi âm ∂P/∂ρ<0
• Hệ thống bảo vệ sự cố gồm nhiều tầng (Protection in

deepth).
• Chất lượng cao của vật liệu, độ tin cậy cao của thiết bò.
• Qui đònh nghiêm ngặt trong vận hành, kiểm tra, sửa chữa

bảo dưỡng.
• Trình độ nhân viên vận hành.
• Hệ thống quản lý an toàn hạt nhân hoàn chỉnh cơ sở, đòa

phương và quốc gia.

25