高溫天氣對(duì)核電站運(yùn)行的影響及應(yīng)對(duì)措施

吳昫江

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

摘 要 從證明核能發(fā)電技術(shù)可行性開(kāi)始之后，世界各國(guó)便針對(duì)核電技術(shù)的工作原理和安全性能展開(kāi)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(shì)下，減少對(duì)于溫室氣體的排放已經(jīng)成為我國(guó)乃至全世界都極為迫切關(guān)注的一個(gè)大問(wèn)題。到目前來(lái)說(shuō)，由于我國(guó)的核電站利用核能發(fā)電對(duì)于溫室氣體的排放基本為零，對(duì)于大氣污染很小，還因?yàn)槿剂腺M(fèi)占比很低，逐漸替代傳統(tǒng)火力發(fā)電站。因?yàn)楹穗娬局饕侵苯永煤朔磻?yīng)堆所產(chǎn)生的熱能來(lái)進(jìn)行發(fā)電，并且由于核電廠熱資源的利用效率相對(duì)較低，會(huì)在反應(yīng)堆的運(yùn)行處理過(guò)程中產(chǎn)生大量的廢熱，如何在環(huán)境溫度較高時(shí)將其對(duì)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(yùn)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(huì)的形態(tài)和人們的生活，能源價(jià)格的每一次波動(dòng)都會(huì)帶動(dòng)其他物資價(jià)格的增減，影響著每一個(gè)人的衣食住行。而隨著全球氣候變暖使得人們對(duì)清潔能源的迫切需求，核電這種不會(huì)造成空氣污染并容易取得的能源，成為各國(guó)政府能源結(jié)構(gòu)改革中的優(yōu)選。伴隨對(duì)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(shì)。只是環(huán)境溫度對(duì)通過(guò)溫差發(fā)電的核電站發(fā)電功率和運(yùn)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(yùn)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(guò)汽輪機(jī)利用原子的核裂變進(jìn)行反應(yīng)釋放出的熱能，釋放出的這些熱能通過(guò)加熱水形成蒸汽來(lái)推動(dòng)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)加熱使汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)而帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過(guò)程中不斷做切割磁感線運(yùn)動(dòng)[1]。

核電站一般選址時(shí)會(huì)選擇在臨海的位置修建，而且多是在荒無(wú)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?yàn)楹穗娬镜脑O(shè)備在使用過(guò)程中有很多輻射，這些輻射如果長(zhǎng)期和人身體接觸的話，對(duì)人的身體健康十分不利，不僅如此，就連核電站散出來(lái)的煙云，都會(huì)對(duì)人的身體造成一定的影響。把核電站建在海邊還有一個(gè)非常重要的原因，那就是散熱和排放運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的廢水，在其運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。核電站因?yàn)樾藿ㄔ诤＿?，海水可以依靠巨大的體量和流動(dòng)性將這些熱量快速的消散掉。而且核電站在使用的過(guò)程中，還會(huì)產(chǎn)生一些含有微量放射性核素的物質(zhì)，通過(guò)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(huì)產(chǎn)生任何的危害。

二、核電站的發(fā)展和現(xiàn)狀

第一座實(shí)驗(yàn)性核電站于20世紀(jì)50年代由美國(guó)建成，蘇聯(lián)也緊隨其后，其結(jié)果證明了用核反應(yīng)來(lái)發(fā)電的可能性，并由此打開(kāi)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(jī)組誕生，其突破到幾十萬(wàn)幾百萬(wàn)千瓦的發(fā)電功率使得核電技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性也得以證明。

但人類文明在前行的路上總是會(huì)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(duì)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(shí)給核電技術(shù)帶來(lái)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(jìn)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(duì)事故的預(yù)防和緩解進(jìn)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(duì)生活質(zhì)量也有了極大的需求，環(huán)境問(wèn)題再次進(jìn)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(qiáng)的放射性，極長(zhǎng)的半衰期，對(duì)環(huán)境和人體都有極大的危害性。而想要解決這個(gè)問(wèn)題的話，可能需要從源頭上來(lái)想辦法。因此使核廢料的產(chǎn)生最少化和防止核擴(kuò)散以及期攀進(jìn)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(gè)問(wèn)題的方法，但可惜的是，到目前為止還沒(méi)有完全達(dá)到此要求的第四代技術(shù)產(chǎn)生。

當(dāng)然，核電站在運(yùn)行過(guò)程中也遇到了許多的問(wèn)題，其中，高溫天氣對(duì)其的影響幾乎不可避免。尤其是高溫天氣對(duì)于依靠海水散熱的核電站來(lái)說(shuō)，如何應(yīng)對(duì)是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。

三、高溫天氣對(duì)核電站的影響分析

以我國(guó)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(shí)節(jié)，海水溫度和環(huán)境溫度甚至能達(dá)到三十多度。直到冬季的到來(lái)，隨著時(shí)間的推移，溫度才會(huì)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(jī)組的額定發(fā)電率。其主要是因?yàn)楦邷氐奶鞖馐沟煤Ｋ疁囟壬撸M(jìn)而影響了機(jī)組循環(huán)冷卻水的溫度，從而讓其溫度增高，達(dá)不到預(yù)期的效果。由于海水的溫度高，在進(jìn)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(duì)二回路的發(fā)電效率產(chǎn)生了降低的影響態(tài)勢(shì)。

通過(guò)四個(gè)獨(dú)立的熱功率測(cè)量通道的功能來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電站核功率。在對(duì)核電站熱功率的連續(xù)運(yùn)行和監(jiān)測(cè)，由于核電站的中子通量探測(cè)器在連續(xù)運(yùn)行期間與探測(cè)器有著并不相同的功率和穩(wěn)定性，造成了監(jiān)測(cè)結(jié)果的周期性波動(dòng)，導(dǎo)致四個(gè)獨(dú)立測(cè)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(duì)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(cè)系統(tǒng)，通常在核電站的熱功率輸出達(dá)到100%的時(shí)候，通過(guò)降低核電站蒸汽輪機(jī)的熱功率輸出溫度來(lái)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(yùn)行的效率和安全性[3]。由此可知，想要使得核電站能夠達(dá)到最佳的性能，在高溫環(huán)境下，我們必須確保對(duì)100%熱功率的控制， 定期對(duì)熱功率發(fā)電量進(jìn)行校檢并加強(qiáng)對(duì)核能以及其他熱能的管理和控制能力，及時(shí)根據(jù)熱功率的變化來(lái)對(duì)核功率進(jìn)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(wèn)題。

（二）溫度偏高的主變繞組

目前為止，正在運(yùn)行的主變壓器通常采用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷運(yùn)行方式。一般在高溫季節(jié)來(lái)臨之前，主變壓器已經(jīng)運(yùn)行了很長(zhǎng)的時(shí)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(bào)警。因此，為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，在夏季開(kāi)始時(shí)，需要長(zhǎng)時(shí)間對(duì)主變壓器溫度過(guò)高的點(diǎn)進(jìn)行熱成像分析，并按照一定規(guī)律對(duì)冷卻油取樣進(jìn)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(yùn)行實(shí)際情況及時(shí)的安排對(duì)主高壓換熱器的日常清洗處理工作，一般可以采用在線進(jìn)行清洗的處理方式，即需要在主變壓器正常運(yùn)行時(shí)在線進(jìn)行日常清洗。在線清洗過(guò)后的冷卻系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)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(shì)下，減少對(duì)于溫室氣體的排放已經(jīng)成為我國(guó)乃至全世界都極為迫切關(guān)注的一個(gè)大問(wèn)題，但當(dāng)今世界對(duì)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?yàn)榘l(fā)電便需要燃燒煤礦，進(jìn)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(duì)溫室氣體排放幾乎為零，對(duì)大氣污染很小，所以核電對(duì)于節(jié)能減排和能源匱乏有著極大的幫助。當(dāng)今世界，沒(méi)有核電技術(shù)的國(guó)家，實(shí)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(wèn)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(wèn)題。

夏季的高溫間接對(duì)二回路系統(tǒng)的溫度影響直接主要表現(xiàn)在對(duì)于發(fā)電機(jī)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(gè)并聯(lián)離心泵和三個(gè)熱交換器，熱交換器的熱源通過(guò)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(gè)方面：

1.溫度影響發(fā)電機(jī)定子冷卻水繞組系統(tǒng)的溫度：由于發(fā)電機(jī)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(guò)發(fā)電機(jī)離心泵的熱交換器將其帶走并直接通過(guò)發(fā)電機(jī)冷卻水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制閥來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)其溫度[4]。在該冷卻水系統(tǒng)比發(fā)電機(jī)繞組高溫度的情況下，需要直接降低發(fā)電機(jī)定子線圈繞組的溫度和功率，甚至直接停止發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行。另外如果繞組的溫度高，將會(huì)直接導(dǎo)致發(fā)電機(jī)定子繞組線圈使用壽命的減少，從而威脅發(fā)電機(jī)運(yùn)行安全。

2.發(fā)電機(jī)潤(rùn)滑油報(bào)警控制系統(tǒng)發(fā)電機(jī)配有2個(gè)熱交換器，并分別配有冷卻水閥對(duì)發(fā)電機(jī)的冷卻水溫度和濕度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，在夏季時(shí)可以達(dá)到最高的溫度。在保證發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的過(guò)程中需要時(shí)刻的關(guān)注潤(rùn)滑油溫度的異常變化，每個(gè)潤(rùn)滑軸承的回油溫度和每個(gè)軸承座的潤(rùn)滑油溫度都需要時(shí)刻的關(guān)注，不能長(zhǎng)期出現(xiàn)過(guò)于高溫的潤(rùn)滑油報(bào)警或者是接近潤(rùn)滑油報(bào)警溫度的數(shù)值。

3.發(fā)電機(jī)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(tái)發(fā)電機(jī)的定子腔室中進(jìn)行循環(huán)，設(shè)置4個(gè)氫氣冷卻器，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的端部有一個(gè)帶散熱套的風(fēng)扇，運(yùn)行中風(fēng)扇是隨著發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在空中轉(zhuǎn)動(dòng)的，依靠散熱套風(fēng)扇將發(fā)電機(jī)四角的氫氣循環(huán)冷卻器冷卻后的發(fā)電機(jī)冷風(fēng)吹入與發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子之間的發(fā)電機(jī)腔室，然后從發(fā)電機(jī)穿出去，依次穿越發(fā)電機(jī)的冷熱風(fēng)室，到中間熱風(fēng)室后，從發(fā)電機(jī)定子腔室外邊出來(lái)，后又經(jīng)四角氫氣冷卻器的冷卻進(jìn)行新的氫氣循環(huán)。當(dāng)發(fā)電機(jī)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(dòng)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(yǔ)

本文針對(duì)炎熱的夏季高溫天氣對(duì)核電站運(yùn)行所產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析，并對(duì)過(guò)程中的問(wèn)題進(jìn)行干預(yù)和管理，其采取的思路可以為類似問(wèn)題提供簡(jiǎn)單的參考，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]余曦.高溫天氣對(duì)核電站運(yùn)行的影響及應(yīng)對(duì)措施[J].電子測(cè)試，2019（16）：91-92.

[2]王占元，王蘭蘭.核電站用高溫高壓核級(jí)儀表閥設(shè)計(jì)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(jì)在高溫氣冷堆核電站設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國(guó)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(jí)K1類高壓三相異步電動(dòng)機(jī)研制[J].防爆電機(jī)，2019，54（03）：19-21+25.

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