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oden04--能源篇

  • 总述

本着“反卷”的理念,本世界需要清洁和充足的能源供应。因此采用核能和太阳能为主要来源的能源结构。

  • 核能
    核能是本世界最主要的能源。核能输出功率和能量密度均很高,可以为世界的工业,农业等提供充足的电力。

本世界的核反应堆基于中国自主研发的ACP-100小型核反应堆“玲珑一号”。该反应堆输出功率最大125兆瓦。它采用二氧化铀作为反应物,安全可靠。全寿命60年,燃料补充周期24个月。最高输出功率125兆瓦。可以根据世界的实际能耗,动态调整输出功率满足各时段需求。且反应堆体积小巧,整体是一个压力容器高度约14米,直径约为10米。世界共有两个反应堆,总共可使用120年。在一个反应堆维修时,另一个可以继续供电。反应堆封装在20m边长的水泥立方体中。为防止恶意破坏,位置不对外公布,写于世界说明书中。

反应堆结构


此类小型堆的设计特点有:

●一体化主回路冷却系统;
●自加压;
●自然循环冷却堆芯;
●容器内控制棒驱动机制;
●非能动安全系统 ;

●具有成本效益的内在化安全性能平衡的最优化设计.


循环冷却系统

回路冷却剂(水,可以从河流中抽取)流动通过自然循环完成,蒸汽发生器被布置在堆芯上方(以形成重力势能差)。 水(冷却剂)从下方由主泵进入堆芯,加热后冷却剂离开堆芯从上方通过烟囱状的管道进入蒸汽穹顶。 随后冷却剂从侧面的出口进入外部区域;随后流过模块化蒸汽发生器,焓值降低;再通过下导管从下方进入堆芯,完成循环。在稳态工况下,冷却剂流动的驱动力由流体密度差提供,由摩擦损失平衡,因此堆芯中可保持有适当的流量。冷却剂同时还作为中子慢化剂。

堆芯结构和燃料

堆芯燃料组件呈六角形排列, 共有 61 个燃料组件, 反应长度约 1.4m。 每个燃料组件有 108 根外径 9mm 的燃料棒(单个体积0.004立方米,携带十万根燃料棒,分成多个组,根据核燃料半衰期调节U含量,保证未来使用时丰度均一,共4000立方米)18个导向套筒和一个仪表套筒,燃料为1.8% - 3.1%富集度的 UO2。燃料循环可根据用户需求定制,作为参考的设计原型是510天满功率运行 50%堆芯替换率。由于人均能耗限制,本反应堆的日常输出功率很小,燃料棒不需要全部插入,平时插入少于1/10的燃料棒即可满足输出功率。

反应性控制使用 Gd2O3(封闭于堆内,不污染环境)在特定的燃料棒中作为可燃毒物, 同时还作为属于调节和控制系统的活动的吸收元件。在正常运行和停堆中冷却剂中的中子毒性不用于反应性控制。每个吸收元件由一组连接到结构元件(多脚架)的棒簇组成,所以整个棒簇作为一个整体移动。吸收棒装在导管内。吸收材料通常采取 Ag-In- Cd 合金。 吸收组件在反应堆正常运行时用于控制反应性,并在需要时突然中断链式反应。 

蒸汽发生器和稳压器

蒸汽穹顶中自加压的一回路导致了汽液两相的平 衡状态。 压力容器中巨大的蒸汽容积作为稳压器存在,同时调节最终的压力波动。 由于自加压,堆芯出口的整体温度对应一回路压力下的饱和温度。 这种设计方式取消了传统压水堆中典型的加热器。 12个相同的小型螺旋状一次通过式蒸汽发生器垂 直地等距离布置在压力容器内表面。 每个蒸汽发生器 由 个线圈状的管道层组成,共 52 根长 26m 的平行管 道。 蒸汽发生器用于将一回路的热量传递给二回路, 产生 4.7MPa 的过热蒸汽。二回路给水在蒸汽发生器导 管中从下往上流动, 一回路冷却剂在另一侧以相反方向流动。为了在二次侧达到一致的压力损失和过热度,所有管路的长度相等。 出于安全因素的考虑,蒸汽 发生器被设计为在二次侧无压力时能承受住一回路的全部压力。整个蒸汽系统在蒸汽发生器导管破裂的事故下,一直到隔离阀之前的部分 (包括蒸汽出口和给水入口)能承受一回路压力。

该反应堆可为整个世界的工业,农业供电,也可应用于海水淡化。

 

  • 太阳能

选址广西太阳能资源充沛。在设计中借鉴美国加州apple park的设计模式(下图),将太阳能板覆盖于圆环的表面。确保整个白天都能受光。

整个屋顶都被太阳能板覆盖

太阳能板采用SUNPOWER公司产品SPR-MAX3-400.单片太阳能板输出功率400w,能量转化效率22.6%。这是目前(2020年)转化效率最高的太阳能电池。太阳能板整体尺寸1690*1046*40mm。沿环放置一圈,理论最大输出功率132kW。考虑到空间损失,高楼阴影

遮蔽,太阳能的平均总输出功率可以定为60kW左右。太阳能可以为主环的低功率电器,如照明设施供电。


 

 

 

 

 

 

2020-11-08 14:39:15
Oden