吳昫江

中圖分類號：TM623 文獻標(biāo)識：A 文章編號：1674-1145（2020）04-156-02

摘 要 從證明核能發(fā)電技術(shù)可行性開始之后，世界各國便針對核電技術(shù)的工作原理和安全性能展開了一次又一次的研究和探索。在全球氣候變暖已經(jīng)威脅到人類食物鏈供應(yīng)和居住環(huán)境的大趨勢下，減少對于溫室氣體的排放已經(jīng)成為我國乃至全世界都極為迫切關(guān)注的一個大問題。到目前來說，由于我國的核電站利用核能發(fā)電對于溫室氣體的排放基本為零，對于大氣污染很小，還因為燃料費占比很低，逐漸替代傳統(tǒng)火力發(fā)電站。因為核電站主要是直接利用核反應(yīng)堆所產(chǎn)生的熱能來進行發(fā)電，并且由于核電廠熱資源的利用效率相對較低，會在反應(yīng)堆的運行處理過程中產(chǎn)生大量的廢熱，如何在環(huán)境溫度較高時將其對核電站散熱的影響降到最小是我們所需要思考的。

關(guān)鍵詞 核電站 高溫天氣 發(fā)電功率 運行安全

能源種類隨著“優(yōu)勝劣汰”規(guī)律的選擇，其形態(tài)、使用環(huán)境和能源結(jié)構(gòu)一直在隨著人們的需求發(fā)生變化。而能源結(jié)構(gòu)的變化也深刻影響著社會的形態(tài)和人們的生活，能源價格的每一次波動都會帶動其他物資價格的增減，影響著每一個人的衣食住行。而隨著全球氣候變暖使得人們對清潔能源的迫切需求，核電這種不會造成空氣污染并容易取得的能源，成為各國政府能源結(jié)構(gòu)改革中的優(yōu)選。伴隨對核電站工作原理和安全性能的研究探索和優(yōu)化，核電的總電量占比量呈現(xiàn)出持續(xù)上升態(tài)勢。只是環(huán)境溫度對通過溫差發(fā)電的核電站發(fā)電功率和運行安全的影響，需要在一次次探索中，找到更好的處理措施。

一、核電站的運行原理和位置

核電站除了重要的關(guān)鍵設(shè)備——核反應(yīng)堆外，還有著許多與之緊密配合的重要核能發(fā)電設(shè)備。以壓水堆核電站的設(shè)備為例，壓水堆核電站的壓水堆核能發(fā)電設(shè)備主要是通過汽輪機利用原子的核裂變進行反應(yīng)釋放出的熱能，釋放出的這些熱能通過加熱水形成蒸汽來推動汽輪機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，再通過加熱使汽輪機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動而帶動發(fā)動機的轉(zhuǎn)子進行旋轉(zhuǎn)，使得發(fā)動機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中不斷做切割磁感線運動[1]。

核電站一般選址時會選擇在臨海的位置修建，而且多是在荒無人煙的海邊，通常以核電站為半徑，其五千米范圍內(nèi)是發(fā)展限制區(qū)，不允許人們大量聚居。因為核電站的設(shè)備在使用過程中有很多輻射，這些輻射如果長期和人身體接觸的話，對人的身體健康十分不利，不僅如此，就連核電站散出來的煙云，都會對人的身體造成一定的影響。把核電站建在海邊還有一個非常重要的原因，那就是散熱和排放運行過程中產(chǎn)生的廢水，在其運轉(zhuǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的熱量。核電站因為修建在海邊，海水可以依靠巨大的體量和流動性將這些熱量快速的消散掉。而且核電站在使用的過程中，還會產(chǎn)生一些含有微量放射性核素的物質(zhì)，通過海洋的稀釋后，這些含有微量放射性核素的物質(zhì)就幾乎不會產(chǎn)生任何的危害。

二、核電站的發(fā)展和現(xiàn)狀

第一座實驗性核電站于20世紀(jì)50年代由美國建成，蘇聯(lián)也緊隨其后，其結(jié)果證明了用核反應(yīng)來發(fā)電的可能性，并由此打開了核能發(fā)電的大門。

后面隨著所謂“壓水堆”“沸水堆”“重水堆”“石墨冷水堆”等采用不同工作原理的核反應(yīng)堆技術(shù)的核發(fā)電機組誕生，其突破到幾十萬幾百萬千瓦的發(fā)電功率使得核電技術(shù)的經(jīng)濟性也得以證明。

但人類文明在前行的路上總是會出現(xiàn)各種意外，隨著世界上發(fā)生的幾起重大的核泄漏事故，對其核電站周圍居民造成了嚴(yán)重傷害，也讓周遭環(huán)境經(jīng)受了巨大的破壞。而這些記載在人類歷史上的重大事故，也在當(dāng)時給核電技術(shù)帶來了巨大的陰霾，其巨大的負(fù)面影響使得人們“談核色變”，核電站的安全可靠性需要進入了人們眼中。為了消除這些影響，第三代核電站技術(shù)針對事故的預(yù)防和緩解進行了研究和攻關(guān)[2]。

隨著生活水平的提高，人們的生活目標(biāo)不僅僅在如何填飽肚子上，對生活質(zhì)量也有了極大的需求，環(huán)境問題再次進入眼中。核廢料如何處理引起了人們的廣泛關(guān)注，由于其具有極強的放射性，極長的半衰期，對環(huán)境和人體都有極大的危害性。而想要解決這個問題的話，可能需要從源頭上來想辦法。因此使核廢料的產(chǎn)生最少化和防止核擴散以及期攀進一步降低建造成本、更有效的安全性和可靠性的第四代核電站成了解決這個問題的方法，但可惜的是，到目前為止還沒有完全達到此要求的第四代技術(shù)產(chǎn)生。

當(dāng)然，核電站在運行過程中也遇到了許多的問題，其中，高溫天氣對其的影響幾乎不可避免。尤其是高溫天氣對于依靠海水散熱的核電站來說，如何應(yīng)對是一個不小的挑戰(zhàn)。

三、高溫天氣對核電站的影響分析

以我國為例，建立在海邊的核電站其所在位置，沿海多高溫，又尤其是酷暑時節(jié)，海水溫度和環(huán)境溫度甚至能達到三十多度。直到冬季的到來，隨著時間的推移，溫度才會逐漸降低。

（一）發(fā)電功率的降低

夏季炎熱，居高不下的溫度降低了核電站機組的額定發(fā)電率。其主要是因為高溫的天氣使得海水溫度升高，進而影響了機組循環(huán)冷卻水的溫度，從而讓其溫度增高，達不到預(yù)期的效果。由于海水的溫度高，在進入冷凝器后，降低了裝置中蒸汽的冷卻和冷凝的效率，導(dǎo)致了冷凝器中的真空降低，對二回路的發(fā)電效率產(chǎn)生了降低的影響態(tài)勢。

通過四個獨立的熱功率測量通道的功能來實時監(jiān)測電站核功率。在對核電站熱功率的連續(xù)運行和監(jiān)測，由于核電站的中子通量探測器在連續(xù)運行期間與探測器有著并不相同的功率和穩(wěn)定性，造成了監(jiān)測結(jié)果的周期性波動，導(dǎo)致四個獨立測量通道的核能功率和穩(wěn)定性變化顯著，增大了電站核能和熱功率之間的周期性差異和對比。為了有效確保核電站反應(yīng)堆安全而普遍存在的是核電站熱功率控制監(jiān)測系統(tǒng)，通常在核電站的熱功率輸出達到100%的時候，通過降低核電站蒸汽輪機的熱功率輸出溫度來有效降低了核電站的熱功率，并以此方式有效提高了核電站正常運行的效率和安全性[3]。由此可知，想要使得核電站能夠達到最佳的性能，在高溫環(huán)境下，我們必須確保對100%熱功率的控制， 定期對熱功率發(fā)電量進行校檢并加強對核能以及其他熱能的管理和控制能力，及時根據(jù)熱功率的變化來對核功率進行校檢，保證穩(wěn)定的100%熱功率，從而盡量保證核功率的發(fā)電量不出現(xiàn)問題。

（二）溫度偏高的主變繞組

目前為止，正在運行的主變壓器通常采用強迫油循環(huán)風(fēng)冷運行方式。一般在高溫季節(jié)來臨之前，主變壓器已經(jīng)運行了很長的時間，冷卻系統(tǒng)的換熱器由于受到了飛塵和植絮的粘覆而變臟，導(dǎo)致降溫效果持續(xù)性變差，從而造成高低壓繞組溫度偏高及冷卻油溫度偏高，使得主變壓器高溫報警。因此，為了及時發(fā)現(xiàn)異常，在夏季開始時，需要長時間對主變壓器溫度過高的點進行熱成像分析，并按照一定規(guī)律對冷卻油取樣進行分析。

當(dāng)然，在夏季環(huán)境環(huán)境溫度升高后，想要有效降低主變繞組溫度，需要根據(jù)主變壓器的正常運行實際情況及時的安排對主高壓換熱器的日常清洗處理工作，一般可以采用在線進行清洗的處理方式，即需要在主變壓器正常運行時在線進行日常清洗。在線清洗過后的冷卻系統(tǒng)在正常運行時一般可以有效地使主高壓逆變繞組的溫度下降8到10℃左右。

（三）常規(guī)島設(shè)備系統(tǒng)溫度偏高

在全球氣候變暖已經(jīng)威脅到人類食物鏈供應(yīng)和居住環(huán)境的大趨勢下，減少對于溫室氣體的排放已經(jīng)成為我國乃至全世界都極為迫切關(guān)注的一個大問題，但當(dāng)今世界對于“電”的需求和執(zhí)著，讓以火力發(fā)電為主流的情形處于尷尬的境地，因為發(fā)電便需要燃燒煤礦，進而導(dǎo)致溫室氣體的排放量居高不下，由于核電站利用核能發(fā)電對溫室氣體排放幾乎為零，對大氣污染很小，所以核電對于節(jié)能減排和能源匱乏有著極大的幫助。當(dāng)今世界，沒有核電技術(shù)的國家，實現(xiàn)其節(jié)能減排的目標(biāo)是非常困難和昂貴的，而核電技術(shù)在一定程度上可以解決這些問題。在如今核電發(fā)展良好的情況下，核電廠的節(jié)能和效率使我們必須要考慮的問題。

夏季的高溫間接對二回路系統(tǒng)的溫度影響直接主要表現(xiàn)在對于發(fā)電機設(shè)備的冷卻水（SRI）的溫度影響。該冷卻水系統(tǒng)繞組設(shè)有3個并聯(lián)離心泵和三個熱交換器，熱交換器的熱源通過SEN系統(tǒng)冷卻，在高溫情況下，其影響主要體現(xiàn)在以下三個方面：

1.溫度影響發(fā)電機定子冷卻水繞組系統(tǒng)的溫度：由于發(fā)電機的定子繞組是冷卻水系統(tǒng)，繞組定子線圈產(chǎn)生的大量剩余熱量通過發(fā)電機離心泵的熱交換器將其帶走并直接通過發(fā)電機冷卻水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制閥來自動調(diào)節(jié)其溫度[4]。在該冷卻水系統(tǒng)比發(fā)電機繞組高溫度的情況下，需要直接降低發(fā)電機定子線圈繞組的溫度和功率，甚至直接停止發(fā)電機的正常運行。另外如果繞組的溫度高，將會直接導(dǎo)致發(fā)電機定子繞組線圈使用壽命的減少，從而威脅發(fā)電機運行安全。

2.發(fā)電機潤滑油報警控制系統(tǒng)發(fā)電機配有2個熱交換器，并分別配有冷卻水閥對發(fā)電機的冷卻水溫度和濕度進行自動調(diào)節(jié)，在夏季時可以達到最高的溫度。在保證發(fā)電機正常運行的過程中需要時刻的關(guān)注潤滑油溫度的異常變化，每個潤滑軸承的回油溫度和每個軸承座的潤滑油溫度都需要時刻的關(guān)注，不能長期出現(xiàn)過于高溫的潤滑油報警或者是接近潤滑油報警溫度的數(shù)值。

3.發(fā)電機轉(zhuǎn)子氫氣循環(huán)冷卻系統(tǒng)受環(huán)境溫度的上升影響，核電冷卻系統(tǒng)采用成熟的水氫氫氣循環(huán)冷卻的方式，氫氣只在一臺發(fā)電機的定子腔室中進行循環(huán)，設(shè)置4個氫氣冷卻器，發(fā)電機轉(zhuǎn)子的端部有一個帶散熱套的風(fēng)扇，運行中風(fēng)扇是隨著發(fā)電機轉(zhuǎn)子在空中轉(zhuǎn)動的，依靠散熱套風(fēng)扇將發(fā)電機四角的氫氣循環(huán)冷卻器冷卻后的發(fā)電機冷風(fēng)吹入與發(fā)電機定轉(zhuǎn)子之間的發(fā)電機腔室，然后從發(fā)電機穿出去，依次穿越發(fā)電機的冷熱風(fēng)室，到中間熱風(fēng)室后，從發(fā)電機定子腔室外邊出來，后又經(jīng)四角氫氣冷卻器的冷卻進行新的氫氣循環(huán)。當(dāng)發(fā)電機環(huán)境溫度的上升后，氫冷系統(tǒng)內(nèi)部還設(shè)置了隨著環(huán)境溫度的上升而自動調(diào)整的氫氣冷卻系統(tǒng)，適應(yīng)不同的環(huán)境溫度[5]。

四、結(jié)語

本文針對炎熱的夏季高溫天氣對核電站運行所產(chǎn)生的影響進行分析，并對過程中的問題進行干預(yù)和管理，其采取的思路可以為類似問題提供簡單的參考，具有一定的實用價值。

參考文獻：

[1]余曦.高溫天氣對核電站運行的影響及應(yīng)對措施[J].電子測試，2019（16）：91-92.

[2]王占元，王蘭蘭.核電站用高溫高壓核級儀表閥設(shè)計研究[J].儀器儀表用戶，2019，26（07）：94-96+7.

[3]秦旭映，宋元鑫，錢寬.三維設(shè)計在高溫氣冷堆核電站設(shè)計中的應(yīng)用[J].中國管理信息化，2019，22（11）：180-181.

[4]張蛟，許紅姍，陳琳.壓水堆核電站1E級K1類高壓三相異步電動機研制[J].防爆電機，2019，54（03）：19-21+25.

[5]張朋.高溫天氣對田灣核電站運行的影響及應(yīng)對措施[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2018，17（12）：58-59.