Công nghệ lò phản ứng nước chịu áp lực docx

Và nhà máy điện hạt nhân thương mại đầu tiên ở trạm năng lượng nguyên tử Shippingport 1965 với thiết kế nguyên thủy là một lò phản ứng nước chịu áp lực, trước yêu cầu của đô đốc Hyman G

(Presurized water reactor)

NHÓM 1

Nhóm 1

• Ở Mỹ

• PWRs được thiết kế ban đầu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge của bộ năng lượng Mỹ để sử dụng cho hệ thống năng lượng của tàu ngầm hạt nhân

• Các nghiên cứu tiếp theo được tiến hành ở Phòng thí nghiệm

chuyên về năng lượng nguyên tử Westinghouse Bettis Và nhà máy điện hạt nhân thương mại đầu tiên ở trạm năng lượng nguyên

tử Shippingport (1965) với thiết kế nguyên thủy là một lò phản ứng nước chịu áp lực, trước yêu cầu của đô đốc Hyman G Rickover về một nhà máy hạt nhân thương mại có thể được thực hiện sẽ không bao gồm "crazy thermodynamic cycles that everyone else wants to build."

• (“những chu trình động học điên rồ mà ai cũng có thể xây dựng”)

NHÓM 1

I Lịch sử phát triển của PWR I Lịch sử phát triển của PWR

 Trong chương trình năng lượng phục vụ quân sự của Mỹ (ANPP) đã đưa vào vận hành những lò phản ứng nước chịu áp lực từ năm 1954 đến năm 1974.

 Nhà máy điện hạt nhân đảo Three mile, được thiết kế bởi

Babcock & Wilcox (Nơi xảy ra vụ rò rỉ phóng xạ cách

đây 30 năm) ban đầu vận hành hai nhà máy điện sử dụng công

nghệ lò PWR là TMI-1 (1974) và TMI-2(1978) Và sau vụ rò rỉ xảy ra ở TMI-2 thì về cơ bản đã kết thúc sự phát triển của việc xây dựng thêm các nhà máy hạt nhân mới loại này ở Mỹ

NHÓM 1

* Ở Nga, với loại lò VVER (tên gọi khác của PWR), các thế hệ đầu tiên của loại lò này được xây dựng trước năm 1970, với lịch sử phát triển các thế hệ lò là:

 VVER 210 - 365(trong phóng thí nghiệm) ở Novovoroneg NPP

 VVER 440 / 187 : Thế hệ dự bị

 VVER 440 / 230 : Thế hệ đầu tiên của PWR

 VVER 440 / 213: Thế hệ thứ 2 của PWR

 VVER 1000: Thế hệ thứ 3 của PWR ( ngày nay)

 VVER 1200…(ngày nay)

 Vào thời kỳ Xô Viết, hầu hết các quốc gia đông âu đều xây dựng VVER 440 (Bulgaria, Hungary, Czech Republic, Slovak Republic, Finland, East Germany, Ukraine, Armenia, Cuba)

NHÓM 1

NHÓM 1

So sánh

NHÓM 1

II, Nguyên lý ho t ạt động động ng

 Nguyên lý cơ bản của lò phản ứng hạt độngt nhân

là: Năng lượng hạt độngt nhân được sử dụng để sinh hơi, hơi đó làm quay tua bin, dẫn đến quay máy phát diện để tạt độngo ra điện

NHÓM 1

 Trong lò áp lực, nước trong thùng lò là nước có áp suất cao và chưa sôi, mặc dầu nó có thể đạt độngt tới

300 Nước này mang theo nhiệt hấp thụ được trong lò phản ứng từ năng lượng hạt độngt nhân được dẫn tới bình sinh hơi và đi qua hàng ngàn ống nhỏ

NHÓM 1

NHÓM 1

Chu trình sơ cấp

 Lượng nhiệt này qua quá trình trao đổi nhiệt sẽ làm cho nước trong bình sinh hơi biến thành hơi, hơi này sau đó làm quay tua bin Tua bin làm quay máy phát điện để phát ra điện Nước lò được bơm quay trở lạt độngi

lò phản ứng để lấy nhiệt, kết thúc chu trình nước sơ cấp Hơi sau khi ra khỏi tua bin được ngưng tụ trong bình ngưng hơi rồi được đưa quay trở lạt độngi bình sinh hơi để mang nhiệt tiếp, kết thúc chu trình nước thứ cấp NHÓM 1

NHÓM 1

Sự hoạt động cơ bản của lò

 Các nguyên tử uranium được phân rã bên trong lò phản ứng để cung cấp nhiệt cho nước Tuy nhiên

do áp suất cao đã giữ cho nước khỏi sôi mặc dầu nhiệt động của nước gần 300

NHÓM 1

1 The reactor

Bình áp lực được sử dụng để điều khiển áp suất bên trong lò phản ứng Nhiệt điện được sử dụng để nâng áp suất, và nước lạt độngnh để giảm áp suất

NHÓM 1

2 The pressure vessel

 Bình sinh hơi hoạt độngt độngng với vai trò như thiết bị trao đổi nhiệt, nước nhiệt động cao trao đổi nhiệt với nước nhiệt động thấp ở trong bình sinh hơi làm nước trong bình sinh hơi sôi và biến thành hơi.

NHÓM 1

3 The steam generator

 Hơi được đưa vào tua bin làm quay các cánh

tua bin với tốc động 3000 vòng phút

NHÓM 1

4 The turbine

 Máy biến áp biến đổi điện năng thành dòng

điện có điện áp cao để đưa vào lưới điện

NHÓM 1

5 The transformer

 Tua bin quay làm máy phát quay để sinh ra điện.

NHÓM 1

6 The generator

 Trong bình ngưng, nước biển lạt độngnh được đưa qua mộngt mạt độngng lưới các ống để biến hơi thành nước Lượng nước này sau đó được bơm quay trở lạt độngi bình sinh hơi.

NHÓM 1

7 The condenser

 Để biến hơi thành nước, người ta sử dụng mộngt lượng lớn nước biển đưa vào bình ngưng thông qua các ống dẫn có đường kính nhỏ như các ngón tay Khi nước này được bơm trở lạt độngi biển, nó có nhiệt động cao hơn khoảng 10 động C so với trước khi được đưa vào bình ngưng Nước biển đươc vận hành qua mộngt chu trình kín, và không bao giờ tiếp xúc với nước trong lò phản ứng.

NHÓM 1

8 Sea water

NHÓM 1

3 Chu trình nước

NHÓM 1

III ng d ng Ứng dụng ụng

* Nói về công nghệ lò phản ứng thì hiện nay trên thế giới có 3 loạt độngi:

- Chủ yếu là công nghệ lò nước áp lực PWR

(Pressurized Water Reactor,lò Phản ứng Nước

 Lò PWR thông dụng nhất vì có tỷ trọng khối lớn nên vừa rẻ lạt độngi vừa an toàn nhất Phần lớn các nhà máy điện hạt độngt nhân đều sử dụng công nghệ này

NHÓM 1

1 Nó chủ yếu được thiết kế cho các nhà máy điện hạt nhân.

NHÓM 1

 Ngày càng có nhiều nước chọn hoặc quay lạt độngi

với chương trình phát triển điện hạt độngt nhân

Các chuyên gia hàng đầu thế giới vẫn khẳng định:

“Nếu không phát triển năng lượng hạt độngt nhân thì

loài người không thể giải quyết được vấn đề năng lượng “

NHÓM 1

Xu hướng phát triển công nghệ điện hạt độngt nhân trong thời gian tới là:

- Nâng cao các đặc tính về an toàn và cạt độngnh tranh kinh tế,

Góp phần đa dạng hóa nguồn năng lượng

sơ cấp, đáp ứng đầy đủ nhu cầu điện năng cho đất nước, tăng cường an ninh năng lượng; tăng cường tiềm lực khoa học kỹ thuật và công nghệ, phát triển cơ sở hạ tầng, thúc đẩy phát triển nhiều ngành công nghiệp và kinh tế khác; giảm phát thải khí ô nhiễm môi trường (bụi, CO2, SOx, Nox ) từ các nhiên liệu hóa thạch

NHÓM 1

NHÓM 1

Nhà máy điện hạt nhân Three Mile Island , Mỹ Xây

dựng 1979, là mộngt lò phản ứng nước áp lực được thiết kế bởi Babcock và Wilcox  với mộngt công suất thực 802 Mwe .

 Sau gần 10 năm nghiên cứu, khảo sát và chuẩn

bị, chủ trương đầu tư NMÐHN Ninh Thuận đã được Quốc hộngi khóa XII thông qua tạt độngi Kỳ họp thứ 6 ngày 25-11-2009, theo đó: Dự án gồm 2 nhà máy,

trong đó NMÐHN Ninh Thuận 1 đặt tạt độngi xã Phước Dinh, huyện Thuận Nam;

NMÐHN Ninh Thuận 2 đặt tạt độngi xã Vĩnh Hải, huyện Ninh Hải

Công suất mỗi nhà máy khoảng 2.000 MW gồm hai tổ máy, có thể phát triển lên 4 tổ máy trong tương lai Công nghệ lò nước nhẹ (LWR) bao gồm

lò PWR hoặc lò BWR được đề xuất lựa chọn, với việc sử dụng nhiên liệu nhập khẩu, bình ngưng tua-bin được làm mát bằng nước biển

NHÓM 1

Ở Việt Nam

NMÐHN Ninh Thuận sử dụng nhiên liệu

u-ra-ni làm giàu tới 2-4% Lượng nhiên liệu tiêu thụ khoảng 26 tấn đối với PWR hoặc 33 tấn năm/tổ máy đối với BWR Tổng mức đầu tư

dự toán khoảng 200 nghìn tỷ đồng (thời điểm quý IV-2008) NMÐHN Ninh Thuận 1 được dự kiến khởi công xây dựng vào năm

2014 và tổ máy đầu tiên vận hành vào năm 2020. 

Ðây là thế hệ lò hiện đạt độngi nhất, đã được kiểm chứng, bảo đảm tuyệt đối an toàn và hiệu quả kinh tế tạt độngi thời điểm lập dự án Vấn đề bảo đảm an toàn NMÐHN luôn được đặt lên hàng đầu.

NHÓM 1

2 Hàng trăm PWR được sử dụngng cho động cơ đẩy biển trong các tàu sân bay, tàu ngầm được phát triển cho mụngc đích quân sự.

NHÓM 1

Chiếc tàu ngầm đầu tiên USS Virginia (SSN-774) do công ty Electric Boat thuộngc tập đoàn General Dynamics Virginia là lớp tàu ngầm tấn công đa chức năng thế hệ mới chạt độngy bằng năng lượng hạt độngt nhân, có khả năng thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau như: chống ngầm, chống tàu nổi, yểm trợ cho lực lượng đặc biệt, giám sát, trinh sát và tác chiến thủy lôi.

NHÓM 1

Tàu ngầm SSN-774 M ỹ

 Để di chuyển dưới biển, tàu được trang bị một lò phản ứng hạt nhân loại GE PWR S9G chuyên dụngng cho các tàu ngầm, hai động cơ tua bin hơi nước loại bơm hơi phản lực 29,84

MW Tốc độ di chuyển của tàu ngầm lên tới

25 hải lý mỗi giờ khi đang lặn.

NHÓM 1

Có thân hình to lớn, Oscar II được lắp hai lò phản ứng hạt độngt nhân OK- 650b cùng hai chân vịt loạt độngi 7 cánh Hai lò phản ứng với tổng công suất

380 MW cho phép Oscar II di chuyển với vận tốc 29,6 km mỗi giờ khi nổi và 59 km mỗi giờ khi lặn. 

NHÓM 1

Tàu ngầm Oscar II Nga

Tàu sân bay CVN77 Hoa K ỳ

 USS George H.W Bush (CVN77) là chiếc

tàu sân bay thứ 10 và cũng là chiếc cuối cùng thuộngc lớp Nimitz, chạt độngy bằng năng lượng hạt độngt nhân do hãng Nothrop Grumman Newport News thiết kế và chế tạt độngo Tàu chạt độngy bằng hơi nước hơi nước được sinh ra từ 2 lò phản ứng điều áp hạt độngt nhân General Electric loạt độngi PWR A4W/A1G

Hơi nước làm chạt độngy 4 tua-bin, sinh ra mộngt nguồn năng lượng là 209 MW 4 độngng cơ đi-e-zen 8MW dự phòng được thay thế trong trường hợp khẩn cấp. NHÓM 1

Tàu sân bay CVN77 Hoa K ỳ

 Các Viện Nghiên cứu hạt nhân trên thế giới đã sử dụng hiệu quả các kênh chiếu

xạ của lò phản ứng để thực hiện các nghiên cứu cơ bản về vật lý hạt nhân, vật

lý ứng dụng và các nghiên cứu ứng dụng khác

NHÓM 1

- Kỹ thuật đánh dấu đồng vị phóng xạ và nguồn kín; các nghiên cứu công nghiệp bức xạ, sinh học bức xạ, an toàn bức xạ…

và các chế phẩm, công nghệ ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp, công nghiệp đươc coi là những thành tựu trong những năm qua.

NHÓM 1

 Cần ít thanh điều khiển hơn Trên thực tế với một nhà máy điển hình 1000MW chỉ cần 5 chục thanh điều khiển là đủ.

 Vì có hai chu trình khác nhau và độc lập với nhau nên dễ dàng

để bảo trì các thành phần trong chu trình thứ 2 mà không phải dập tắt lò

 Một PWR có mật độ năng lượng cao do sử dụng nhiên liệu là Uranium đã làm giàu thay cho việc sử dụng Uranium thường,

do đó làm giảm thiểu tối đa kích thước lõi lò

NHÓM 1

1 Ưu điểm

 Các lò PWR rất ổn định do có xu hướng sản xuất ít điện năng hơn khi nhiệt động tăng

 Điều này làm cho lò phản ứng loạt độngi này dễ vận hành ở trạt độngng thái ổn định

 Hơn nữa, vì việc không cho phép việc đun sôi nước

ở bình phản ứng nên khối lượng riêng của nước trong lõi lò ổn định hơn

 Và bằng việc giảm thiểu tối đa sự biến thiên khối lượng riêng của nước, việc điều chỉnh thông số của lò có phần đơn giản hơn

NHÓM 1

 PWR có thể vận hành ở điều kiện nhiệt độ/áp suất cao, và điều này cho phép tăng hiệu suất của hệ thống tuabin phát điện.

 Chu trình của sinh hơi của nước làm quay tuabin (chu trình thứ cấp) và chu trình nước biển tách biệt với chu trình nước sơ cấp (nước chịu áp suất), vì vậy nước ở chu trình này không bị nhiễm phóng xạ, và không cần các bộ phận che chắn và xử lý chất thải phóng xạ trong chu trình này

NHÓM 1

 Phần nước làm mát phải được nén ở áp suất cao để duy trì trạng thái lỏng ở nhiệt độ cao

 Điều này yêu cầu những đường ống chắc khỏe, bình phản ứng chịu

áp suất cao và vì vậy sẽ làm tăng thêm chi phí xây dựng

 Áp suất cao có thể làm gia tăng nguy cơ và hâu quả của một tai nạn

do rò rỉ chất làm mát

NHÓM 1

2 Khuyết điểm

 Lò PWR không thể tiếp nhiên liệu được khi đang hoạt

động Vì thế ảnh hưởng đến quá trình hoạt động liên tục của lò, vì phải ngừng hoạt động trong một khoảng thời gian tương đối dài (gần 14 ngày) để tiếp nhiên liệu

NHÓM 1

 Ở nhiệt độ cao, nước chứa Axit boric hòa tan sẽ ăn mòn

thép carbon, làm cho sản phẩm của sự ăn mòn đó lưu thông trong chu trình làm mát sơ cấp

 Điều này không chỉ làm giảm tuổi thọ của lò mà những

hệ thống để lọc ra sản phẩm ăn mòn và điều chỉnh nồng

độ axit làm gia tăng chi phí và rác thải phóng xạ

 Đôi khi, nó dẫn đến sự ăn mòn nghiêm trọng kết cấu cơ

học của thanh điều khiển khi dung dịch axit boric rò rỉ qua các mối hàn giữa các kết cấu đó và hệ thống sơ cấp

NHÓM 1

 Uranium tự nhiên chỉ chứa 0.7% Uranium-235,

vì thế bắt buộngc phải làm giàu nhiên liệu Uranium

nên tăng thêm chi phí sản suất nhiên liệu Nếu

sử dụng nước nặng thì có thể vận hành lò bằng

uranium tự nhiên, nhưng nước nặng rất đắt.

năng lượng của phản ứng hạt độngt nhân trong lò có

thể nhanh hơn tốc động tải nhiệt đi của nước làm

mát, vì thế làm tăng nguy cơ các thanh nhiên

liệu bị hư hỏng.

NHÓM 1

 Trong quá trình vận hành lò, dòng nơtron từ lò phản ứng làm cho thép (cấu thành bình chịu áp suất) trở nên mềm hơn

 Cho đến khi thép đạt đến giới hạn tiêu chuẩn của việc chịu áp lực hoặc chịu nhiệt thì cần phải sửa chữa hoặc thay thế bình chịu áp lực

 Điều này có thể không được thực tế hay kinh tế cho lắm, và nó cũng quyết định đến tuổi thọ của lò

NHÓM 1

The end !

NHÓM 1