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很多朋友都不清楚为什么核电站要建在海边或者河流旁边,这是因为核电在发电时会烧开水形成水蒸气,再推动汽轮机工作后经过冷却成水重新进入水蒸汽循环,因此核电站用来冷却的水也会被大幅度加热,需要大量的湖水或者海水来冷却,但这些热量都是白白流向大海或者湖泊了,这有多浪费?为什么不拿来取暖?
核电站是怎么发电的?
要看能不能利用废热,首先得来看看核电站的发电过程,核电站其实有两种,一种是聚变,另一种是裂变,当然现代技术下能实现商业发电的只能是裂变!下文的核反应堆指的就是裂变堆!
核聚变堆裂变堆是利用重原子核的裂变过程中产生质量亏损转换而来的量,现代比较常见的裂变堆大都以铀-作为燃料,经由热中子撞击会裂变成钡-和氪-92,同时会释放出2-3颗热中子并产生一定的质量亏损!
裂变过程由于质量亏损产生转换成能量的公式为质能方程E=mc,所以它的能量是十分惊人的,比如铀裂变的亏损比例为0.%,理论上1千克铀即可产生1克质量亏损,它的能量大约是2万吨TNT当量,与广岛原子弹威力相当!
广岛(左)与长崎(右)原子弹爆炸核反应堆的发电过程
和裂变堆有有轻水堆和重水堆,轻水堆用的是普通处理过的水,而重水堆用的则是重水,两者的差异是轻水的中子减速效率不太好(裂变需要慢中子,因此需要减速),所以轻水堆燃料浓度很高!而重水堆用重水减速,效率很高,它可以用极低浓度甚至铀矿石直接裂变。
沸水堆结构而轻水堆有沸水堆和压水堆的区别,重水堆则只能是压水堆,因为轻水直接沸腾可以带出热量,但重水却不合适,沸水堆直接通过堆芯,会将放射性污染带到汽轮机,因此沸水堆只有一回路,的安全性是比较差的,一旦高压蒸汽泄露,那直接就会造成超级污染!
压水堆则将重水作为介质,将热量导出反应堆后加热锅炉里的介质水,使其沸腾后产生蒸汽再推动蒸汽轮机,因此从结构上来看,压水堆更安全一些,因为一回路中放射性和二回路中的蒸汽是隔离的!
废热能用来加热水,并用来取暖吗?
蒸汽能利用的整个循环利用率是比较差的,大概只有30%多一点!热电厂的废热用来取暖或者其它工业用途已经非常普遍了,那么核电站的的废热为什么要白白流向大海呢?还加热了海水造成热污染!其实从理论上来说并无不可,但从安全角度来看,却是难以实现!
暖气片首先要用来加热的话,就必须要有介质,而整个取暖时用水作为介质的,在沸水堆中,那么需要进入二次回路将水加热,传递到外部,因此从理论上来看,它存在比较大的泄露风险,首先从心理层面上就过不去,从核反应堆里通向外部的取暖用水,实在太吓人了!
如果在压水堆中,则需要设置一个三回路来传导热量,这个安全性明显高于二回路,因为隔离了两次,但仍然存在一个问题,给整个城市供暖的热源中有放射性泄露风险的存在,那么一旦泄露这影响会有多大?
因此从安全角度来考量,整个方案是不可能通过的,除非到了非常时期,比如矿石能源(煤炭、石油、天然气)已经消耗殆尽,又或者地球产生重大变故,进入了冰川期,取暖成为人类头等大事却没有合适能量来源时,用核电站废热取暖才会成为大家的选择!但至少在当前,相信核电站很难成为取暖的热源!