核能发电的原理核能发电与火力发电非常相似.ppt

工程與社會專題 班級：自控三甲 姓名：蔡信宏 學號老師：林聰益 核能發電的原理 核能發電與火力發電非常相似，只是燃料不同核能發電的原理和水力、火力發電廠有同樣的共通點，就是設法使渦輪機（turbine）轉動，以帶動發電機切割磁場，將機械能轉變為產生電能。其中主要的不同點在於推動渦輪機所用的動力來源。水力電廠以大量的急速流動水（例如由水壩或瀑布引出）直接推動渦輪機，而核能電廠與火力電廠則利用大量高溫、高壓之水蒸氣推動渦輪機，其中核能電廠是靠核分裂所釋放出的能量、火力電廠則是靠燃燒煤炭、石油或天然氣等化石燃料以產生蒸汽。核能發電利用鈾燃料進行核分裂連鎖反應所 產生的熱，將水加熱成高溫高壓，核反應所 放出的熱量較燃燒化石燃料所放出的能量要 高很多（相差約百萬倍），比較起來所以需 要的燃料體積比火力電廠少相當多。核能發 電所使用的的鈾235純度只約佔3%－4%， 其餘皆為無法產生核分裂的鈾238。舉例而言，核四廠每年要用掉80噸的核燃料，只要2支標準貨櫃就可以運載。如果換成燃煤，需要515萬噸，每天要用20噸的大卡車運705車才夠。如果使用天然氣，需要143萬噸，相當於每天燒掉20萬桶家用瓦斯。換算起來，剛好接近全台灣692萬戶的瓦斯用量。 各能源優缺點比較 核能電廠的安全設施 一、核能電廠安全顧慮核能電廠運轉時，反應器內不斷進行核分裂反應，並產生放射性分裂產物。如果這些放射性物質外釋，可能會污染環境。因此如何防止這些放射性物質外洩，就是核能電廠在安全設計上最主要的考量。至於反應器是否會像原子彈爆炸、會不會發生類似車諾比爾電廠的核能災變事故，其實都是不可能的。分裂產物是不穩定的，靠著衰變，成為穩定核種，並在過程中釋放放射線及衰變熱。因此當電廠停機時，反應器依然會持續放出大量的熱能。必須要有適當的措施將其自系統中移除。核能電廠安全系統和措施的目的，即確保電廠在任何狀況下，均能把衰變熱持續帶離系統，並防止放射性物質釋放到外界環境。要是安全系統亦不幸發生了故障，電廠於是進入了異常事件情況，可以依據「緊急操作程序書」，和廠方技術支援搶救機組，阻止事件進一步惡化。如果造成放射性物質外釋，還可以依據核子事故緊急應變計畫，指導電廠附近民眾掩蔽或疏散，減少受到輻射的傷害。 二、核能電廠的安全防護體系 為了防範放射性物質外釋，核能電廠從設計、施工到運轉，甚至於意外事故的處置，都必須嚴格遵循相關的法規要求。整套安全措施設計理念建立在「深度防禦」的哲學-將放射性物質置於層層防護屏障中，阻止放射性物質與外界環境接觸。其的目的就是要把發生核子事故的機會及影響均降到最低程度。如附圖，可瞭解電廠的深度防禦之安全防護體系： 輕水式反應電廠（即我國使用的電廠）防止放射性物質外洩的多重防禦第一道防線是燃料丸燃料丸（Fuel Pellet）是高溫燒結的陶瓷固體，質地緻密堅硬、而且可以承受2,000 0C以上的高溫。核分裂就發生在燃料丸內，因絕大部份放射性物質移動距離非常短，所以幾乎都滯留燃料丸內，只有極少量惰性氣體和碘，會藉著擴散作用而離開燃料丸。第二道防線是燃料棒燃料丸裝入鋯合金燃料護套（Cladding）成為燃料棒（Fuel rod），可以承受高溫高壓環境。通常護套破損的機率都小於百萬分之一。只要護套不破裂，溢出燃料丸的放射性氣體及碘，可以有效的被阻滯。 第三道防線是反應度先天穩定設計反應度是衡量反應器設計安全非常重要的參數。我國反應器就規定必須設計成負的反應度，所以系統溫度、壓力升高時，會自動抑制反應進行，比如「水盡火熄」。又如同車速過快時，系統透過自動減少燃料來減速。車諾比爾電廠的設計就完全不同，當系統溫度與壓力升高時，反應會更加快、更不受控制，就像「火上加油」一般。這就是車諾比爾電廠會釀成嚴重災害的原因。第四道防線是反應器控制系統保護反應器是維護電廠安全最重要的手段，控制棒（Control rod）群與備用硼液控制系統（Standby Boron Liquid Control System, SBLC）是不可或缺的安全系統。一但反應器狀況超過設定，系統立刻自動停機（就是一般所謂的「跳機」），只要1.5秒，就可以把核反應停止。如果控制棒故障怎麼辦？我們還有硼液控制系統作為後備，必要時，數十噸高濃度硼液會自動注入反應器，立即終止反應。第五道防禦是厚實反應器壓力槽核反應器是厚達30公分、重達1,000噸的高強度金屬容器。放射性物質從燃料棒洩漏出來，也被侷限在密閉的反應器內，只有發生極嚴重的事故，放射性物質才會洩漏到系統之外。 第六道防線是緊急爐心冷卻系統只要保持反應器水位