淺析環(huán)境溫度對海南昌江核電廠機組熱效率的影響

楊銘　溫青云　吳淑玉

【摘 要】本文利用海南昌江核電機組二回路系統(tǒng)手冊中的設計參數(shù)、額定工況參數(shù)，通過熱力學和傳熱學原理，經簡化后，計算出各部分熱力系統(tǒng)的有用功損失，并建立熱力系統(tǒng)與大氣溫度、海水溫度關系的數(shù)學模型。最終計算出如下結論：全年機組熱效率變化曲線；環(huán)境溫度變化對機組熱效率的影響；與東部沿海電站相比年發(fā)電量損失。

【關鍵詞】熱力系統(tǒng)；有用功損失；海水溫度；大氣溫度；熱效率

0 背景

海南昌江核電廠地處熱帶地區(qū)，是目前國內最南端的核電廠址。根據熱力學定律，較高的環(huán)境溫度會對機組熱效率造成負面影響，導致年發(fā)電量損失。本文將環(huán)境溫度與機組熱效率的關系量化，分析機組在高溫環(huán)境下全年熱效率變化趨勢；通過與東部沿海廠址環(huán)境對比，推測由于高溫環(huán)境造成的經濟損失。對機組運行前的電價申報及運行后的績效考核具有參考意義。

1 海南昌江核電廠熱力系統(tǒng)數(shù)學模型的建立

海南昌江核電廠1、2號機組型號為CNP600，熱力系統(tǒng)主要由反應堆、蒸汽發(fā)生器、汽輪機、發(fā)電機及有關設備、管路等組成，較高的環(huán)境溫度和海水溫度會對機組熱效率造成影響，海水作為核電廠最終熱阱排出核電廠2/3的熱量（約1300MW），因此對機組熱效率影響較大。本節(jié)主要從壓水堆核電站設計運行原理角度對海南昌江核電廠熱力系統(tǒng)進行分析，揭示熱力系統(tǒng)過程中不可逆性引起的做功能力損失，并建立熱力系統(tǒng)數(shù)學模型。

1.1 海水溫度與凝汽器背壓的關系

根據凝汽器換熱工作原理，其換熱屬于內部流動強制對流換熱。取循環(huán)冷卻水進口溫度t′f=26.8℃；溫升△tf=8℃，則管側平均溫度tf=30.8℃，計算凝汽器背壓在5kPa～12kPa對應的海水吸入口溫度，經計算得出表1數(shù)據：

1.3 熱效率模型建立

建立海南昌江核電廠熱效率與大氣溫度、海水溫度模型公式為：

式（1）熱系統(tǒng)模型已進行了簡化。系統(tǒng)各部分工質參數(shù)來源于系統(tǒng)手冊中的設計參數(shù)、額定工況參數(shù)，凝汽器背壓對熱力系統(tǒng)的影響只考慮了一級低壓加熱器及汽輪機低壓缸末段，其他各系統(tǒng)均利用定工況下的特定參數(shù)。因此上式計算得到的海水溫度對熱力系統(tǒng)的影響比真實情況下略小。

2 海南昌江核電廠熱力系統(tǒng)分析

2.1 海水溫度對機組熱效率的影響

取環(huán)境溫度為300K（約27℃），利用1.1節(jié)結論將To、hi、ho、si、so帶入式（1）中，可得出海水溫度對機組熱功率的對應關系圖，即海水溫度每升高1℃，機組熱效率下降約為0.057%（如圖1）。

2.2 大氣溫度對機組熱效率的影響

取凝汽器背壓為8kPa（對應海水溫度約27.36℃），利用1.1節(jié)結論將To、hi、ho、si、so帶入式（1）中，可得出大氣溫度對機組熱功率的對應關系圖，即大氣溫度每升高1℃，機組熱效率下降約為0.006%（如圖2）。

2.3 核電廠全年機組熱效率變化

《海南昌江核電廠觀測海域平均溫度統(tǒng)計表》、《海南昌江核電廠最終安全分析報告》記錄了昌江核電廠全年大氣溫度及海水溫度，在機組運行后，海水入口溫度將比當?shù)睾Ｋ疁囟壬?.2℃。將大氣溫度和機組運行后的海水入口溫度對應的焓熵值帶入式（1），得出海南昌江核電廠月平均機組熱效率與大氣溫度、海水溫度關系圖，（如圖3）。

2.4 環(huán)境溫度差異對年發(fā)電量的影響

與我國東部沿海地區(qū)核電廠比較，海南昌江核電廠大氣溫度和機組運行后海水吸入口溫度的差異如圖4。

根據2.1節(jié)結論，海南昌江核電廠CNP600機組在東部沿海地區(qū)與昌江地區(qū)機組熱效率差異見表2。

【參考文獻】

[1]丁劍陽.秦山二期熱力系統(tǒng)分析[J].秦山二期技術刊物，2009（1）.第48頁.

[責任編輯：王偉平]