Bài giảng Vật lý hạt nhân - Chương 6: Giới thiệu tóm lược về nhà máy điện hạt nhân - Nguyễn Nhị Điền

Nội dung text: Bài giảng Vật lý hạt nhân - Chương 6: Giới thiệu tóm lược về nhà máy điện hạt nhân - Nguyễn Nhị Điền

1. Chương 6 GIỚI THIỆU TÓM LƯỢC VỀ NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN 1
2. Noäi dung 1. Thông tin về Điện hạt nhân 2. Các coâng ngheä lò phaûn öùng: nöôùc aùp löïc, nöôùc soâi, Candu, taûi nhieät baèng khí vaø loø taùi sinh 3. Moät soá vaán ñeà veà an toaøn haït nhaân 4. Nhà máy ĐHN đầu tiên của Vieät Nam 2
3. th«ng tin vÒ ®iÖn h¹t nh©n (1) + HiÖn nay cã 32 n­íc cã nhµ m¸y ®iÖn h¹t nh©n víi tæng sè 435 tæ m¸y ®ang vËn hµnh vµ 63 tæ m¸y ®ang x©y dùng trong 15 nước. + Tæng ®iÖn h¹t nh©n kho¶ng 368.000 MWe, chiÕm 14% l­îng ®iÖn thÕ giíi. + C¸c n­íc cã nhiÒu tæ m¸y ®iÖn h¹t nh©n gåm: - Hoa kú: 104 - Ph¸p: 58 - NhËt B¶n : 48 (2 tổ máy ở Sendai sắp đưa vào vận hành) - Nga: 33 vận hành, 10 đang xây dựng - Hµn Quèc: 23 vận hành, 5 đang xây dựng - Ấn ®é: 20 vận hành, 5 đang xây dựng - Anh: 19 - Canada: 18 - Trung Quốc 22 vận hành, 26 đang xây dựng - Ukraine: 15 - §øc: 9 3
4. th«ng tin vÒ ®iÖn h¹t nh©n (2) 4
5. th«ng tin vÒ ®iÖn h¹t nh©n (3) 5
6. Caùc loaïi nhaø maùy ñieän nguyeân töû • Loø phaûn öùng söû duïng neutron nhieät: Chaát laøm chaäm Nöôùc thöôøng (H2O) Nöôùc naëng (D2O) Graphite - Loø aùp löïc PWR - Loø RBMK Loø Candu - Loø nöôùc soâi BWR - Loø nhieät ñoä cao taûi nhieät baèng khí • Loø phaûn öùng söû duïng neutron nhanh: Loø phaûn öùng taùi sinh 6
7. Phaân bieät LPÖÙ nghieân cöùu vaø LPÖÙ naêng löôïng °LPÖÙ nghieân cöùu: Taïo ra tröôøng thoâng löôïng neutron cao cho caùc muïc ñích nghieân cöùu (1014-1015n/cm2/s), naêng löôïng nhieät khoâng cao vaø khoâng ñöôïc söû duïng. Ñoä giàu nhieân lieäu töø 20- 90%, theå tích vuøng hoaït nhoû. Hieän nay coù gần 300 LPÖÙ nghieân cöùu treân theá giôùi. °LPÖÙ naêng löôïng: Tröôøng thoâng löôïng neutron khoâng cao (~1013n/cm2/s), theå tích vuøng hoaït lôùn (ñöôøng kính 4-6m, chieàu cao ~4m). Coâng suaát nhieät töø vaøi chuïc cho ñeán vaøi nghìn MW). Ñoä giàu nhieân lieäu ôû möùc vaøi phaàn traêm. 7
8. Loø nöôùc aùp löïc Coâng suaát ñieän : 325, 650, 975, 1300, 1540 MWe Chaát laøm chaäm : Nöôùc thöôøng. Chaát taûi nhieät : Nöôùc thöôøng Ñoä giaøu : ~4%. Ñieàu khieån : Baèng thanh ñieàu khieån vaø noàng ñoä B-10. Aùp suaát voøng I: 155 bars 8
9. Nhµ m¸y ®hn víi lß pwr 9
10. c«ng nghÖ lß n­íc ¸p lùc - PWR thiÕt bÞ sinh h¬i 10
11. Loø nöôùc soâi Coâng suaát : 600, 670, 1350, 1500MWe. Nhieân lieäu: Oxit uran ñoä giaøu 2.5% Chaát laøm chaäm: Nöôùc thöôøng. Chaát taûi nhieät : Nöôùc thöôøng Ñieàu khieån: Thanh ñieàu khieån, löu löôïng bôm tuần hoaøn. Aùp suaát: 71 bar11
12. Nhµ m¸y ®hn víi lß bwr 12
13. c«ng nghÖ lß n­íc s«i - bWR Thïng lß vµ c¸c thiÕt bÞ bªn trong 13
14. Loø Candu Coâng suaát : 633, 900 MWe. Chaát laøm chaäm: Nöôùc naëng Chaát taûi nhieät: Nöôùc thöôøng. Nhieân lieäu: oxit uran ñoä giaøu 0.73% Ñieàu khieån: Thanh ñieàu khieån, möùc nöôùc, B10 trong chaát laøm chaäm. Aùp suaát: 100bars 14
15. c«ng nghÖ lß n­íc nÆng - candu s¬ ®å nguyªn lý Lß n­íc nÆng §­êng h¬i ThiÕt bÞ sinh h¬i §­êng n­íc N­íc nÆng (chÊt t¶i nhiÖt) ThiÕt bÞ thay Turbine M¸y nhiªn liÖu M¸y ph¸t biÕn thÕ Nhiªn liÖu Lß ph¶n øng B¬m (uranium) N­íc lµm m¸t 15
16. Loø taûi nhieät baèng khí, nhieät ñoä cao Coâng suaát: Töø vaøi chuïc ñeán vaøi traêm MWe Chaát laøm chaäm: Graphite. Chaát taûi nhieät: Khí (Helium, CO2 ) Nhieân lieäu: Oxit uran ñoä giaøu 10% Ñieàu khieån: Thanh ñieàu khieån. Aùp suaát: 30-60 bar Nhieät ñoä khí loái ra vuøng hoaït: 700oC 16
17. Loø nhanh Coâng suaát: 100-1500MWe. Chaát taûi nhieät : Na loûng. Nhieân lieäu: PuO2 ñoä giaøu 15% Ñieàu khieån: Thanh ñieàu khieån. Aùp suaát: AÙp suaát khí quyeån 17
18. ° Ñeå caïnh tranh ñöôïc vôùi caùc nhaø maùy phaùt ñieän duøng nhieân lieäu hoaù thaïch, coâng suaát LPU phaûi töông ñoái lôùn >1000MWe. ° Söï an toaøn cuûa LPU (phaàn lôùn) vaãn döïa treân caùc heä thoáng baûo veä söï coá laøm vieäc theo nguyeân taéc active (phaûi caàn tôùi naêng löôïng ñieän). ° Hieäu suaát chuyeån ñoåi nhieät - ñieän (khoaûng 33%) laø töông ñoái thaáp so vôùi söï tieán boä gaàn ñaây trong caùc nhaø maùy nhieät ñieän duøng nhieân lieäu hoaù thaïch. Caùc loø phaûn öùng theá heä môùi ° An toaøn hôn ° Ñôn giaûn hôn ° Tin caäy hôn ° Vaän haønh deã daøng hôn 18
19. Caùc loø phaûn öùng theá heä môùi AP- 600, AP-1000 (Westinghouse): - Ñôn giaûn trong xaây döïng vaø baûo döôõng - Laøm nguoäi söï coá vuøng hoaït baèng cô cheá passive - Theå tích bình ñieàu aùp lôùn hôn 60% - Giaûm 50% soá van, giaûm 70% caùp ñieän, giaûm 35%soá bôm, giaûm 45% dieän tích, 19 coâng trình caàn phaûi choáng ñoäng ñaát, giaûm 80% ñoä daøi ñöôøng oáng
20. 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
21. CÁ C THẾ HỆ NHÀ MÁ Y ĐIỆN HẠT NHÂ N An toàn thụ động: 21
22. EPR 1500MWe (Framatom) ° Heä thoáng caáp nöôùc vaø laøm nguoäi khaån caáp cho vuøng hoaïït : 4 heä ñoäc laäp ( MHSI, LHSI, Accumulator) ° Heä thoáng caáp nöôùc döï phoøng cho SG (Steam Generator): 2 heä ñoäc laäp ° Heä thoáng giaûm aùp voøng 1, qua thieát bò ñieàu aùp (pressurizer) nhaèm giaûm nguy cô noùng chaûy vuøng hoaït trong ñieàu kieän aùp suaát cao ° 2 heä thoáng phun nöôùc giaûm aùp ñoäc laäp cho toaø nhaø loø ° Heäø thoáng (Catalytic recombiner) ñöôïc laép ñaët trong toaø nhaø loø nhaèm muïc ñích loaïi tröø khaû naêng noå hydrogen ° Toaø nhaø loø 2 lôùp, lôùp beâton beân trong coù theå chòu ñöôïc aùp suaát ngay caû khi xaûy ra tình huoáng noå hydrogen, lôùp beân ngoaøi coù theå chòu ñöôïc va ñaäp cuûa maùy bay ° Heäø thoáng huùt vaø loïc khí giöõa 2 lôùp voû cuûa toøa nhaø loø ° Beå nöôùc döï tröõ ñeå laøm nguoäi vuøng hoaït ñöôïc ñaët ngay trong toaø nhaø loø, khi caàn thieát coù theå laøm ngaäp khoái chaát noùng chaûy nhieân lieäu vaø vaät lieäu caáu truùc (Corium) ° Coù moät keát caáu ñaùy ñaëc bieät (Corium spreading zone) trong toøa nhaø loø, cho pheùp taûi nhieät vaø caàm giöõ an toaøn traïng thaùi Corium, khi tai naïn noùng chaûy vuøng hoaït xaûy ra 22
23. °Loø PWR: laø loaïi phoå bieán nhaát ° Loø BWR: ñöôïc caûi tieán kyõ thuaät raát nhieàu trong thôøi gian gaàn ñaây, deã ñieàu khieån. ° Loø nhieät ñoä cao: Hieäu suaát bieán ñoåi nhieät- ñieän cao, heä soá taùi sinh lôùn, ít chaát thaûi. ° Loø nhanh : Khaù phöùc taïp, heä soá Loø phaûn öùng töông lai taùi sinh raát lôùn, coù khaû naêng - Loø nhanh chuyeån ñoåi haït nhaân. - Loø nhieät ñoä cao - Maùy khueách ñaïi naêng löôïng 23
24. Chu trình nhieân lieäu haït nhaân Quaëng Uran Tinh cheá Chuyeån hoaù U3O8 Chuyeån hoaù UO2 Chuyeån hoaù UF6 Laøm giaøu U 235 Cheá taïo boù nhieân lieäu Ñoát chaùy trong LPU Caát giöõ taïm thôøi Xöû lyù Phaân loaïi Caát giöõ laâu daøi • Moät loø phaûn öùng 1000 MWe, moät naêm cho 21 taán chaát thaûi trong ñoù: 20 taán Uran (U235 0.9%), 200kg Pu, 21kg actinide (Neptune, Amerixi ), 760kg Saûn phaåm phaân haïch (Xesi 135, Tecnixi 99, Ziriconi 93, Paladi 107, Iode 129). 24
25. Caùc yeáu toá ñaûm baûo an toaøn • Tính naêng an toaøn noäi taïi cuûa baûn thaân vuøng hoaït LPÖ. Thieát keá ñaûm baûo cô cheá phaûn hoài aâm ∂P/∂ρ<0 • Heä thoáng baûo veä söï coá goàm nhieàu taàng (Protection in deepth). • Chaát löôïng cao cuûa vaät lieäu, ñoä tin caäy cao cuûa thieát bò. • Qui ñònh nghieâm ngaët trong vaän haønh, kieåm tra, söûa chöõa baûo döôõng. • Trình ñoä nhaân vieân vaän haønh. • Heä thoáng quaûn lyù an toaøn haït nhaân hoaøn chænh cô sôû, ñòa phöông vaø quoác gia. 25
26. Caùc yeáu toá ñöôïc tính ñeán trong thieát keá • Ñoäng ñaát • Yeáu toá thôøi tieát • Chaùy, noå, maùy bay, phaù hoaïi • Söùc beàn vaät lieäu • Yeáu toá con nguôøi • Tai naïn haït nhaân nghieâm troïng 26
27. Moät soá keát quaû cuûa ñaùnh giaù an toaøn • Loaïi boû hoaøn toaøn tai naïn noå haït nhaân. • Xaùc suaát xaûy tai naïn noùng chaûy vuøng hoaït P< 10-5/loø phaûn öùng/naêm (noùi chung). • Xaùc suaát xaûy ra tai naïn noùng chaûy vuøng hoaït do yeáu toá beân trong loø phaûn öùng P<10-6/loø phaûn öùng/naêm. • Xaùc suaát xaûy ra tai naïn noùng chaûy vuøng hoaït do yeáu toá beân ngoaøi loø phaûn öùng P<10-6/loø phaûn öùng. • Ngay caû vôùi tai naïn nghieâm troïng (noùng chaûy vuøng hoaït), khoâng coù söï thaát thoaùt nghieâm troïng chaát phoùng xaï ra moâi tröôøng, khoâng phaûi di taûn daân chuùng. 27
28. DỰ Á N NHÀ MÁ Y ĐIỆN HẠT NHÂ N ĐẦU TIÊ N + Quốc hội thông qua ngày 25/11/2009 + Sẽ xây dựng 2 nhà máy, m ỗi n h à máy gồm 2 tổ máy, công suất mỗi tổ khoảng 1000 MWe Tổng công s u ất 4000 MWe + Địa đi ểm : Ninh Thuận 1. Xã Phước Dinh, Vĩnh Hải Huyện Thuận Nam Ninh Thuận 2. Xã Vĩnh Hải, Huyện Ninh Hải Phước Dinh 28
29. DỰ Á N NHÀ MÁ Y ĐIỆN HẠT NHÂ N ĐẦU TIÊ N PGS.TS Nguyễn Hồng Phương, Phó giám đốc trung tâm báo tin động đất và cảnh báo sóng thần (thuộc viện Vật lý địa cầu) khẳng định, chưa có tâm chấn tâm động đất nào từng ghi nhận. Từ đó, có thể thấy rằng, khu vực này có nền địa chất khá ổn định. Nếu tính theo thang chấn động, thì Ninh Thuận nằm ở cấp 6 tức là người dân chỉ cảm thấy động đất nhà cửa bị rung nhẹ. 29
30. TỔ MÁ Y ĐIỆN HẠT NHÂ N ĐẦU TIÊ N TẠI NINH THUẬN 30
31. DỰ Á N NHÀ MÁ Y ĐIỆN HẠT NHÂ N ĐẦU TIÊ N + Công nghệ: C h ọn công nghệh i ện đại . Nhàmáy đầu tiên do LB Nga t h i ết kếvàchết ạo (l o ại VVER-1000 hoặc Nhà lò - vỏ bảo vệ kép VVER-1200). + Chủđầu tưvàv ận hành nhàmáy: T ập đo àn Đ i ện l ực V i ệt Nam. + T h ời gia n xây dựng: khoảng 6 n ăm . K h ởi công n ăm 2018 ?. + Tổmáy đầu tiên đưa v ào hoạt độn g n ăm 2025 ?. + Tổmáy thứ2 dựk i ến đưa v ào hoạt độn g n ăm 2026 ?. Lò VVER-1200 31
32. AN TOÀ N THIẾT KẾ CỦA NHÀ MÁ Y ĐHN CỦA NGA Lò VVER-1000/1200 32
33. Hệ thống cô lập nóng chảy (bẫy nóng chảy) - Bảo vệ hầm lò phản ứng khỏi các tác động cơ nhiệt của chất nóng chảy; - Tiếp nhận và phân tán các chất nóng chảy rắn và lỏng; - Thoát nhiệt từ chất nóng chảy tới hệ thống nước làm mát; - Duy trì trạng thái dưới ngưỡng nguy hiểm; - Giảm thiểu rò rỉ hydro và các nuclid phóng xạ ra tới vỏ bảo vệ; - Bẫy nóng chảy có nhiệm vụ cô lập nóng chảy và ngăn ngừa rò rỉ thoát ra khỏi vỏ bảo vệ trong mọi tình huống 33
34. Cấp nước cho bẫy nóng chảy từ các bể thu gom bố trí bên trong các lớp vỏ bảo vệ 1. Lò phản ứng 2. Cơ chế cô lập nóng chảy 3. Bể chứa nhiên liệu 4. Giếng kiểm tra các thiết bị bên trong vỏ lò 5. Các bể thu gom 6. Đường ống dẫn nước làm mát bề mặt nóng chảy 7. Đường ống cấp nước cho thiết bị trao đổi nhiệt của bẫy nóng chảy 34
35. NHÀ LÒ 2 LỚP, CÔ NG NGHỆ MỚI NHẤT 35