中国核动力院超临界水冷堆技术研发简介

中国核工业集团公司中国核动力研究设计院

中国核动力院

超临界水冷堆技术研发简介

李翔

主要内容

一、研究目的及国内外研究状况

二、预期主要技术指标、初步研究方案及途径分析

三、预期技术研究成果及应用方向

¾背景

z世界核电发展概况

950多年，400多个机组在运行、核电比例14.8%（2006）、90%水堆9发展到第三代，已经开始第四代的研发，安全性、经济性更高

z国内情况

930多年，在运行情况：11个机组、核电比例不到2%、100%水冷堆

9电力需求日益加大、电力结构不合理、化石燃料、环境污染、气候变化9《国家中长期科学和技术发展规划纲要》（2006年—2020年）中提出“大力发展核能技术，形成核电系统技术自主开发能力”

9当前，国家明确提出核电发展“两步走”方针, 其中第二步，“在跟踪国际四代核能系统先进技术的同时，开发更经济、更安全的第四代核能系

统”

z超临界水冷反应堆(SCWR)的特点

“第四代核能系统国际论坛”2002年10月从上百个创新设计概念中选出6个最有发展前景的作为“第四代”候选堆型，其中包括—SCWR

9SCWR电站（临界点374°C，22.1MPa）四个特点

（1）机组热效率高（25MPa，500°C，～45%）

→提高燃料利用率+经济性

（2）与常规轻水堆相比，系统可大大简化

→大幅度减少建造费用

不存在沸腾现象，与BWR系统相比，

不需要汽水分离系统

采用直接循环，与压水堆相比，

不需要蒸汽发生器、主循环泵和稳压器

（3）与常规轻水堆相比，相同的厂房规模，机组功率可大型化（100~150万千瓦级）

进出口焓差大，流量较低+ 流动阻力减小→泵功率可以减小

水装量减少，在失水事故时，质能释放降低，可设计较小的安全壳

直接循环系统，使得NSSS布置紧凑，使核岛厂房小型化

（4）技术继承性好

可充分借鉴轻水堆的技术经验

从原理上讲，SCWR电站的汽轮机系统与超临界火电机组一样，考虑辐射屏蔽

9因此，世界主要核电国家都将SCWR作为水冷堆后续发展的重点，制定了具体研究计划，进行了大量的研究工作，已取得相当进展

9由于种种原因，我国SCWR研发工作尚未全面起步。对于已经有宏伟核电发展计划的中国，开展与我国既有核电技术相继承的SCWR技术的研究是十分必要的¾SCWR研究开发的总目标

通过开展超临界水冷堆系统设计技术研究、基础技术研发、关键系统和设备技术研究以及超临界水冷堆核电站示范工程设计与建造运行，在我国逐步形成具有自主知识产权的超临界水冷堆核电工业体系，推动我国核能发电事业的持续发展，赶上国际第四代核能系统的先进技术水平。

一、研究目的及国内外研究状况

¾国内外研究状况

9上世纪90 年代，欧洲、美、加、日、韩等，在四代核能系统框架下开始研发

9预期在2015年前后完成关键技术和可行性研究，2020年后完成性能研究和示范堆建造，大约2030年前后可实现工业应用

9目前的基础研究主要集中在：

—反应堆概念的相关技术研究

—超临界水热工水力相关技术研究

—材料和水化学的相关技术研究等

9国内方面，具备一定技术基础和研发条件，刚起步，须奋起直追

中国核动力院自筹资金，开展了

—前期项目论证

—PV型和PT型方案初步分析评价

—物理热工耦合程序的研发

—建造热工试验SET回路

—开展了材料初步筛选和SCW条件下腐蚀方面的初步研究

与上海较大联合承担了国家973项目，正在进行SCWR的关键科学问题的基础研究

二、预期主要技术指标、初步研究方案及途径分析

¾研究目标和全周期总体规划

9在研发与设计基础上，完成具有自主知识产权的SCWR电站示范工程建设（2027），最终具备标准化、批量化建设能力（2030）

9两个阶段2010~2023：研发设计2022~2027：示范工程建造

9主要技术指标

专题1.1:形成具有自己技术特点的PV式SCWR总体技术方案

专题1.2:完成物理热工程序研发及耦合分析、堆芯燃料管理程序包的研发、子通道分析程序开发

专题2.1:掌握跨临界区域和超临界区域水的流动传热基本特性和参数影响规律，获得相应的关联式

专题2.2:获得SCW在典型通道内传热恶化试验数据、参数影响规律及经验公式

专题2.3:获得适用于SCW的相关湍流模型、跨临界与超临界区域传热及流动边界层的厚度和发展规律、简单通道的流动及传热特性CFD模型，并与试验数据比较

专题2.4:初步建立SCWR力学分析评定准则，掌握分析方法，掌握FIV试验技术

专题3.1:建立SCW环境材料应力腐蚀性能评价方法，优选出综合性能较好的堆内结构材料2～3种

专题3.2:掌握模拟SCWR环境下材料的使役行为及规律，完成部分新材料试制及性能研究，优选出综合性能较好的包壳材料2～3种

¾初步研究方案

1.1 方案论证与初步可行性研究

z方案论证对象：我院方案评估基础上选择的PV式、热谱堆芯方案z论证的主要方面包括：

—堆芯，包括物理、热工、燃料性能分析评价

—燃料组件性能分析评价

—堆总体结构方案及关键技术分析评价

—专设安全系统，包括系统设置和性能分析评价

—主要设备，包括可实现性、国产化能力分析评价

—安全性分析，包括主要的事故分析

z采用的技术手段

—自主开发的物理热工耦合程序和燃料管理程序

—引进的先进系统分析程序改进