高温天气对核电站运行的影响及应对措施
吴昫江
中图分类号：TM623 文献标识：A 文章编号：1674-1145（2020）04-156-02
摘 要 从证明核能发电技术可行性开始之后，世界各国便针对核电技术的工作原理和安全性能展开了一次又一次的研究和探索。在全球气候变暖已经威胁到人类食物链供应和居住环境的大趋势下，减少对于温室气体的排放已经成为我国乃至全世界都极为迫切关注的一个大问题。到目前来说，由于我国的核电站利用核能发电对于温室气体的排放基本为零，对于大气污染很小，还因为燃料费占比很低，逐渐替代传统火力发电站。因为核电站主要是直接利用核反应堆所产生的热能来进行发电，并且由于核电厂热资源的利用效率相对较低，会在反应堆的运行处理过程中产生大量的废热，如何在环境温度较高时将其对核电站散热的影响降到最小是我们所需要思考的。
关键词 核电站 高温天气 发电功率 运行安全
能源种类随着“优胜劣汰”规律的选择，其形态、使用环境和能源结构一直在随着人们的需求发生变化。而能源结构的变化也深刻影响着社会的形态和人们的生活，能源价格的每一次波动都会带动其他物资价格的增减，影响着每一个人的衣食住行。而随着全球气候变暖使得人们对清洁能源的迫切需求，核电这种不会造成空气污染并容易取得的能源，成为各国政府能源结构改革中的优选。伴随对核电站工作原理和安全性能的研究探索和优化，核电的总电量占比量呈现出持续上升态势。只是环境温度对通过温差发电的核电站发电功率和运行安全的影响，需要在一次次探索中，找到更好的处理措施。
一、核电站的运行原理和位置
核电站除了重要的关键设备——核反应堆外，还有着许多与之紧密配合的重要核能发电设备。以压水堆核电站的设备为例，压水堆核电站的压水堆核能发电设备主要是通过汽轮机利用原子的核裂变进行反应释放出的热能，释放出的这些热能通过加热水形成蒸汽来推动汽轮机的转子转动，再通过加热使汽轮机的转子转动而带动发动机的转子进行旋转，使得发动机的转子旋转过程中不断做切割磁感线运动[1]。
核电站一般选址时会选择在临海的位置修建，而且多是在荒无人烟的海边，通常以核电站为半径，其五千米范围内是发展限制区，不允许人们大量聚居。因为核电站的设备在使用过程中有很多辐射，这些辐射如果长期和人身体接触的话，对人的身体健康十分不利，不仅如此，就连核电站散出来的烟云，都会对人的身体造成一定的影响。把核电站建在海边还有一个非常重要的原因，那就是散热和排放运行过程中产生的废水，在其运转过程中，会产生大量的热量。核电站因为修建在海边，海水可以依靠巨大的体量和流动性将这些热量快速的消散掉。而且核电站在使用的过程中，还会产生一些含有微量放射性核素的物质，通过海洋的稀释后，这些含有微量放射性核素的物质就几乎不会产生任何的危害。
二、核电站的发展和现状
第一座实验性核电站于20世纪50年代由美国建成，苏联也紧随其后，其结果证明了用核反应来发电的可能性，并由此打开了核能发电的大门。
后面随着所谓“压水堆”“沸水堆”“重水堆”“石墨冷水堆”等采用不同工作原理的核反应堆技术的核发电机组诞生，其突破到几十万几百万千瓦的发电功率使得核电技术的经济性也得以证明。
但人类文明在前行的路上总是会出现各种意外，随着世界上发生的几起重大的核泄漏事故，对其核电站周围居民造成了严重伤害，也让周遭环境经受了巨大的破坏。而这些记载在人类历史上的重大事故，也在当时给核电技术带来了巨大的阴霾，其巨大的负面影响使得人们“谈核色变”，核电站的安全可靠性需要进入了人们眼中。为了消除这些影响，第三代核电站技术针对事故的预防和缓解进行了研究和攻关[2]。
随着生活水平的提高，人们的生活目标不仅仅在如何填饱肚子上，对生活质量也有了极大的需求，环境问题再次进入眼中。核废料如何处理引起了人们的广泛关注，由于其具有极强的放射性，极长的半衰期，对环境和人体都有极大的危害性。而想要解决这个问题的话，可能需要从源头上来想办法。因此使核废料的产生最少化和防止核扩散以及期攀进一步降低建造成本、更有效的安全性和可靠性的第四代核电站成了解决这个问题的方法，但可惜的是，到目前为止还没有完全达到此要求的第四代技术产生。
当然，核电站在运行过程中也遇到了许多的问题，其中，高温天气对其的影响几乎不可避免。尤其是高温天气对于依靠海水散热的核电站来说，如何应对是一个不小的挑战。
三、高温天气对核电站的影响分析
以我国为例，建立在海边的核电站其所在位置，沿海多高温，又尤其是酷暑时节，海水温度和环境温度甚至能达到三十多度。直到冬季的到来，随着时间的推移，温度才会逐渐降低。
（一）发电功率的降低
夏季炎热，居高不下的温度降低了核电站机组的额定发电率。其主要是因为高温的天气使得海水温度升高，进而影响了机组循环冷却水的温度，从而让其温度增高，达不到预期的效果。由于海水的温度高，在进入冷凝器后，降低了装置中蒸汽的冷却和冷凝的效率，导致了冷凝器中的真空降低，对二回路的发电效率产生了降低的影响态势。
通过四个独立的热功率测量通道的功能来实时监测电站核功率。在对核电站热功率的连续运行和监测，由于核电站的中子通量探测器在连续运行期间与探测器有着并不相同的功率和穩定性，造成了监测结果的周期性波动，导致四个独立测量通道的核能功率和稳定性变化显著，增大了电站核能和热功率之间的周期性差异和对比。为了有效确保核电站反应堆安全而普遍存在的是核电站热功率控制监测系统，通常在核电站的热功率输出达到100%的时候，通过降低核电站蒸汽轮机的热功率输出温度来有效降低了核电站的热功率，并以此方式有效提高了核电站正常运行的效率和安全性[3]。由此可知，想要使得核电站能够达到最佳的性能，在高温环境下，我们必须确保对100%热功率的控制， 定期对热功率发电量进行校检并加强对核能以及其他热能的管理和控制能力，及时根据热功率的变化来对核功率进行校检，保证稳定的100%热功率，从而尽量保证核功率的发电量不出现问题。
（二）温度偏高的主变绕组
目前为止，正在运行的主变压器通常采用强迫油循环风冷运行方式。一般在高温季节来临之前，主变压器已经运行了很长的时间，冷却系统的换热器由于受到了飞尘和植絮的粘覆而变脏，导致降温效果持续性变差，从而造成高低压绕组温度偏高及冷却油温度偏高，使得主变压器高温报警。因此，为了及时发现异常，在夏季开始时，需要长时间对主变压器温度过高的点进行热成像分析，并按照一定规律对冷却油取样进行分析。
当然，在夏季环境环境温度升高后，想要有效降低主变绕组温度，需要根据主变压器的正常运行实际情况及时的安排对主高压换热器的日常清洗处理工作，一般可以采用在线进行清洗的处理方式，即需要在主变压器正常运行时在线进行日常清洗。在线清洗过后的冷却系统在正常运行时一般可以有效地使主高压逆变绕组的温度下降8到10℃左右。
（三）常规岛设备系统温度偏高
在全球气候变暖已经威胁到人类食物链供应和居住环境的大趋势下，减少对于温室气体的排放已经成为我国乃至全世界都极为迫切关注的一个大问题，但当今世界对于“电”的需求和执着，让以火力发电为主流的情形处于尴尬的境地，因为发电便需要燃烧煤矿，进而导致温室气体的排放量居高不下，由于核电站利用核能发电对温室气体排放几乎为零，对大气污染很小，所以核电对于节能减排和能源匮乏有着极大的帮助。当今世界，没有核电技术的国家，实现其节能减排的目标是非常困难和昂贵的，而核电技术在一定程度上可以解决这些问题。在如今核电发展良好的情况下，核电厂的节能和效率使我们必须要考虑的问题。
夏季的高温间接对二回路系统的温度影响直接主要表现在对于发电机设备的冷却水（SRI）的温度影响。该冷却水系统绕组设有3个并联离心泵和三个热交换器，热交换器的热源通过SEN系统冷却，在高温情况下，其影响主要体现在以下三个方面：
1.温度影响发电机定子冷却水绕组系统的温度：由于发电机的定子绕组是冷却水系统，绕组定子线圈产生的大量剩余热量通过发电机离心泵的热交换器将其带走并直接通过发电机冷却水系统的调节控制阀来自动调节其温度[4]。在该冷却水系统比发电机绕组高温度的情况下，需要直接降低发电机定子线圈绕组的温度和功率，甚至直接停止发电机的正常运行。另外如果绕组的温度高，将会直接导致发电机定子绕组线圈使用寿命的减少，从而威胁发电机运行安全。
2.发电机润滑油报警控制系统发电机配有2个热交换器，并分别配有冷却水阀对发电机的冷却水温度和湿度进行自动调节，在夏季时可以达到最高的温度。在保证发电机正常运行的过程中需要时刻的关注润滑油温度的异常变化，每个润滑轴承的回油温度和每个轴承座的润滑油温度都需要时刻的关注，不能长期出现过于高温的润滑油报警或者是接近润滑油报警温度的数值。
3.发电机转子氢气循环冷却系统受环境温度的上升影响，核电冷却系统采用成熟的水氢氢气循环冷却的方式，氢气只在一台发电机的定子腔室中进行循环，设置4个氢气冷却器，发电机转子的端部有一个带散热套的风扇，运行中风扇是随着发电机转子在空中转动的，依靠散热套风扇将发电机四角的氢气循环冷却器冷却后的发电机冷风吹入与发电机定转子之间的发电机腔室，然后从发电机穿出去，依次穿越发电机的冷热风室，到中间热风室后，从发电机定子腔室外边出来，后又经四角氢气冷却器的冷却进行新的氢气循环。当发电机环境温度的上升后，氢冷系统内部还设置了随着环境温度的上升而自动调整的氢气冷却系统，适应不同的环境温度[5]。
四、结语
本文针对炎热的夏季高温天气对核电站运行所产生的影响进行分析，并对过程中的问题进行干预和管理，其采取的思路可以为类似问题提供简单的参考，具有一定的实用价值。
参考文献：
[1]余曦.高温天气对核电站运行的影响及应对措施[J].电子测试，2019（16）：91-92.
[2]王占元，王兰兰.核电站用高温高压核级仪表阀设计研究[J].仪器仪表用戶，2019，26（07）：94-96+7.
[3]秦旭映，宋元鑫，钱宽.三维设计在高温气冷堆核电站设计中的应用[J].中国管理信息化，2019，22（11）：180-181.
[4]张蛟，许红姗，陈琳.压水堆核电站1E级K1类高压三相异步电动机研制[J].防爆电机，2019，54（03）：19-21+25.
[5]张朋.高温天气对田湾核电站运行的影响及应对措施[J].产业与科技论坛，2018，17（12）：58-59.
