核发电的原理是什么,烧开水?

核电站,按照不同技术原理有压水堆、轻水堆、重水堆、熔盐堆、石墨堆等等,尽管各个反应堆不同,但它们有一个共同特性,那就是发电的原理都是烧开水 。
事实上,无论是核电还是火电 , 人类的能源发展历程就是在不断地变着花样“烧开水” 。蒸汽发电覆盖大部分能源领域 。
那么 , 核电站到底是怎么烧开水的呢?
这里就需要先了解第一个概念——发电机是如何发电的?
不管是什么类型的发电机 , 发电的过程都是将其他形式的“能”转化为电能的过程 , 这其中绝大部分是动能和电能之间的转换 。至于动能,很好理解,各类大型发电站都是利用不同动力源来产生机械能,再将机械能转化为电力 。
比如水电,就是利用水力推动机械轮机转动 , 将水的势能转变为机械能,水轮机接上发电机,就可以发出电来;再比如风电,就是利用风力推动叶片,将风的势能转变为机械能,风叶片接上发电机,也可以发出电来 。
所以说,能不能发电,取决于有没有能够转化为机械能的动力 。那么对于其他发电种类,譬如火电站 , 也毫无例外地需要动力输入,这个动力基本上就是蒸汽 。
火电厂是利用可燃物(例如煤)作为燃料生产电能的工厂 。它的基本生产过程是让燃料在燃烧时加热水生成蒸汽,将燃料的化学能转变成热能,蒸汽压力推动汽轮机旋转,热能转换成机械能,然后汽轮机带动发电机旋转,将机械能转变成电能 。
那么核电呢?
核电站的工作原理其实也很简单 , 比如最常见的压水堆式核电站,就是用铀制成的核燃料,在反应堆内进行裂变并释放出大量热能,由高压下的循环冷却水把热能带出,在蒸汽发生器内生成蒸汽 , 推动汽轮机旋转,从而产生电能 。

核发电的原理是什么,烧开水?

一般而言 , 压水堆核电站有三个回路 。
一回路是核电站最核心的地方 。核裂变反应在这里发生以后,产生巨大热量,这些热量将高压水加热到300℃以上 。为了确保安全 , 核燃料外面都会包裹着特制的燃料包壳,不仅如此,整个一回路系统 。也被安装在安全壳密闭的厂房中 , 最大限度地保证公众和环境不受到影响 。
二回路系统是汽轮发电机系统 。由蒸汽系统、汽轮发电机组、凝汽器、蒸汽排放系统、给水加热系统和辅助给水系统等组成 。二回路的水通过蒸汽发生器吸收了一回路蒸汽的热量,使自身变为饱和蒸汽,推动汽轮机发电,然后进入冷凝器,在冷凝器中冷却后,再通过给水泵进入蒸汽发生器 。
三回路叫做冷凝器 , 是一个冷却回路 。利用冷却水源冷却二回路的水,将废水带走 。
【核发电的原理是什么,烧开水?】压水堆核电站的三个回路彼此是独立运作,而二三回路的水对于生态环境不会造成任何影响 。

核发电的原理是什么,烧开水?

我们知道,核电站是以核裂变为主要能量释放的,也就是说,裂变能量要经历一个先转化为热能,热能转化为机械能,机械能转化为电能的过程 。单从裂变反应来说,这个过程由反应堆来主导,也就是核能发电的核心部分,一般会利用中子轰击铀-235或钚-239,使之分裂为两个或更多个质量较小的原子核,同时释放多个中子 。释放的中子还会继续轰击其他原子核,使反应过程持续下去 , 从而形成一个链式反应 。
为了使链式反应可控,在反应堆中有一些能够吸收部分中子的材料,一般称之为“控制棒” 。
在整个链式反应的过程中会释放大量能量,这部分能量可以使作为反应堆冷却剂的水变为高温高压状态的水,也就是被人们称之为“烧水”的部分 。

核发电的原理是什么,烧开水?

高温高压的水通过U形的蒸汽发生器,将热量传递给U形器外的水,并使之变为饱和蒸汽状态 。蒸汽推动汽轮机的转子旋转,将热能转化成机械能,而该转子是直接与发电机的轴相连的,这样一来 , 汽轮机就可以直接带动发电机进行发电,最终把机械动能转化成电能,通过储存输送供人类日常生活使用 。

核发电的原理是什么,烧开水?

在明白了核电站的基本工作原理后,我们对核电站发电有了一定了解 。从清洁角度看,核能发电的过程并不会产生二氧化硫、氮氧化物和烟尘等空气污染物,有利于控制温室效应,所以核能属于较为清洁的能源种类,而且核电站还因为坚持不懈地“烧开水”,能够进行更加清洁的海水淡化和制热供热 。
至于代表最前沿科技的核聚变发电,如果实现了商业化,那么显而易见 , 它还得是“烧开水” 。


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