Tại sao một số nhà máy điện hạt nhân không có tháp giải nhiệt?

 

 

 

I.Phương pháp làm mát quyết định sự cần thiết của tháp giải nhiệt

 

Yêu cầu làm mát cốt lõi của nhà máy điện hạt nhân là xả nhiệt thải của hơi thải từ tua bin hơi nước. Hệ thống làm mát được chia làm 3 loại:một lần-làm mát, làm mát tuần hoàn vòng lặp khép kín, Vàlàm mát không khí. Tháp giải nhiệt chỉ được sử dụng trong các hệ thống làm mát tuần hoàn vòng kín.

 

 

 

2.Làm mát tuần hoàn vòng lặp khép kín (cần có tháp giải nhiệt)

 

Các nhà máy điện hạt nhân nội địa, bị hạn chế bởi nguồn nước hạn chế, áp dụngnước tuần hoàn + tháp giải nhiệtcách thức. Nước tuần hoàn hấp thụ nhiệt trong bình ngưng và sau đó được bơm lên tháp giải nhiệt để tản nhiệt và giảm nhiệt độ thông qua quá trình bay hơi, trước khi chảy ngược lại để tái sử dụng, nhờ đó tránh lãng phí nước. Các dự án điện hạt nhân nội địa (ví dụ, một số nhà máy điện hạt nhân nội địa ở Châu Âu và Hoa Kỳ) phải được trang bị tháp giải nhiệt theo cấu hình tiêu chuẩn.

 

3. Hệ thống làm mát không khí (không cần tháp giải nhiệt truyền thống)

 

Một số nhà máy điện ở vùng khô cằn sử dụng hệ thống làm mát không khí trực tiếp hoặc gián tiếp, trong đó khả năng tản nhiệt đạt được thông qua tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp giữa không khí và thiết bị trao đổi nhiệt. Phương pháp này không gây tổn thất bay hơi và không cần tháp giải nhiệt, nhưng nó có hiệu suất trao đổi nhiệt thấp hơn và cần diện tích trao đổi nhiệt lớn hơn cũng như tiêu thụ năng lượng quạt cao hơn.

.

II. Tác động chính của điều kiện địa lý và nguồn nước

 

1.Ưu điểm của các vị trí ven biển/sông{1}}liền kề

 

Nước biển và nước sông dồi dào có thể đáp ứng yêu cầu nạp và xả nước một lần-thông qua quá trình làm mát, loại bỏ nhu cầu sử dụng tháp giải nhiệt. Hiện tại, tất cả các nhà máy điện hạt nhân đang hoạt động ở Trung Quốc đều nằm dọc theo bờ biển nên nhìn chung không lắp đặt tháp giải nhiệt.

 

2. Những hạn chế của các khu vực khan hiếm nội địa/nước{1}}

 

Các vùng nội địa phải đối mặt với nguồn cung cấp nước khan hiếm. Việc làm mát-một lần bị hạn chế bởi các quy định bảo vệ môi trường và giới hạn lượng nước, khiến cho việc làm mát tuần hoàn-vòng kín trở thành một lựa chọn bắt buộc và do đó, tháp giải nhiệt trở thành một thành phần tiêu chuẩn. Ví dụ, các nhà máy điện hạt nhân nội địa ở Hoa Kỳ và Pháp đều được trang bị tháp làm mát hyperboloid lớn.

.

 

 

III. Sự khác biệt về loại lò phản ứng và chất làm mát

 

Thiết kế hệ thống làm mát khác nhau giữa các loại lò phản ứng khác nhau và một số loại lò phản ứng vốn không yêu cầu tháp giải nhiệt truyền thống.

 

Loại lò phản ứng	chất làm mát	Đặc tính làm mát	Yêu cầu tháp giải nhiệt
Lò phản ứng nước áp lực (PWR)	nước áp lực cao	Các vòng sơ cấp và thứ cấp được tách ra; vòng thứ cấp yêu cầu làm mát hơi nước thải	Không bắt buộc đối với các nhà máy ven biển sử dụng-làm mát một lần; cần thiết cho các nhà máy trên đất liền sử dụng hệ thống làm mát-vòng kín
Lò phản ứng nước sôi (BWR)	Nước	Chất làm mát sôi trực tiếp để tạo ra hơi nước; hơi thải cần được ngưng tụ	Không bắt buộc đối với các nhà máy ven biển sử dụng-làm mát một lần; cần thiết cho các nhà máy trên đất liền sử dụng hệ thống làm mát-vòng kín
Lò phản ứng nhanh làm mát bằng natri-	Natri lỏng	Kim loại lỏng mang lại hiệu suất trao đổi nhiệt cao; không cần làm mát bay hơi	Nói chung không cần tháp giải nhiệt truyền thống
Lò phản ứng được làm mát bằng khí-nhiệt độ cao{1}}	Heli	Làm mát khí bằng tản nhiệt thông qua bộ trao đổi nhiệt	Không cần tháp giải nhiệt truyền thống
Lò phản ứng muối nóng chảy dựa trên Thorium-	Muối nóng chảy	Làm mát bằng muối nóng chảy; thiết kế hệ thống không yêu cầu bay hơi nước để tản nhiệt	Không cần tháp giải nhiệt truyền thống

 

 

 

 

IV.Sự cân bằng-giữa bảo vệ môi trường và các yếu tố kinh tế

 

1.Tuân thủ môi trường

Việc làm mát một lần-phải đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường về nhiệt độ nước xả và ô nhiễm nhiệt. Các khu vực ven biển có sức chứa nước lớn nên dễ dàng đáp ứng các yêu cầu tuân thủ. Hệ thống làm mát tuần hoàn khép kín-trong đất liền kiểm soát quá trình xả nhiệt qua tháp giải nhiệt để tuân thủ các quy định về môi trường.

 

 

2.Kinh tế

Làm mát một lần-có chi phí xây dựng cơ bản và chi phí vận hành thấp nhưng lại bị hạn chế về nguồn nước. Quá trình làm mát tuần hoàn khép kín- đòi hỏi phải xây dựng tháp giải nhiệt, đòi hỏi vốn đầu tư cao nhưng phù hợp với những khu vực khan hiếm nước-. Hệ thống làm mát bằng không khí tiết kiệm nước-nhưng tiêu thụ nhiều năng lượng từ quạt, dẫn đến chi phí vận hành lâu dài-cao hơn.

                                                

Kịch bản đặc biệt và tối ưu hóa thiết kế

 

1. Lắp đặt điện hạt nhân (tàu/tàu ngầm)

Do không gian hạn chế, các hệ thống làm mát nhỏ gọn (ví dụ: làm mát bằng nước biển-một lần kết hợp với bộ trao đổi nhiệt-hiệu suất cao) được sử dụng mà không cần lắp đặt tháp giải nhiệt.

 

2. Lò phản ứng mô-đun nhỏ (SMR)

Một số thiết kế áp dụng làm mát tích hợp hoặc làm mát không khí, đơn giản hóa hệ thống và loại bỏ nhu cầu về tháp giải nhiệt lớn.

 

Tóm lại, việc một nhà máy điện hạt nhân có được trang bị tháp giải nhiệt hay không là một quyết định toàn diện dựa trên các phương pháp làm mát, điều kiện địa lý, thiết kế lò phản ứng và các yếu tố kinh tế. Ven biển-thông qua hệ thống làm mát, các loại lò phản ứng đặc biệt (ví dụ: lò phản ứng làm mát nhanh-natri, lò phản ứng làm mát bằng khí-nhiệt độ cao{6}}) và hệ thống làm mát không khí không yêu cầu tháp giải nhiệt truyền thống, trong khi các hệ thống làm mát tuần hoàn vòng-đóng trong đất liền phải được trang bị tháp giải nhiệt. Với việc mở rộng năng lượng hạt nhân đến các khu vực nội địa và khan hiếm nước-, việc áp dụng tháp giải nhiệt sẽ trở nên phổ biến hơn. Trong khi đó, công nghệ làm mát không khí và các loại lò phản ứng mới cũng đang thúc đẩy sự đa dạng hóa việc phát triển hệ thống làm mát.