很多朋友都不清楚為什麼核電站要建在海邊或者河流旁邊,這是因為核電在發電時會燒開水形成水蒸氣,再推動汽輪機工作後經過冷卻成水重新進入水蒸汽循環,因此核電站用來冷卻的水也會被大幅度加熱,需要大量的湖水或者海水來冷卻,但這些熱量都是白白流向大海或者湖泊了,這有多浪費?為什麼不拿來取暖?
核電站是怎麼發電的?
要看能不能利用廢熱,首先得來看看核電站的發電過程,核電站其實有兩種,一種是聚變,另一種是裂變,當然現代技術下能實現商業發電的只能是裂變!下文的核反應堆指的就是裂變堆!
裂變堆是利用重原子核的裂變過程中產生質量虧損轉換而來的量,現代比較常見的裂變堆大都以鈾-235作為燃料,經由熱中子撞擊會裂變成鋇-141和氪-92,同時會釋放出2-3顆熱中子並產生一定的質量虧損!
由於質量虧損產生轉換成能量的公式為質能方程E=mc,所以它的能量是十分驚人的,比如鈾裂變的虧損比例為0.0945%,理論上1千克鈾即可產生1克質量虧損,它的能量大約是2萬噸TNT當量,與廣島原子彈威力相當!
核反應堆的發電過程
和裂變堆有有輕水堆和重水堆,輕水堆用的是普通處理過的水,而重水堆用的則是重水,兩者的差異是輕水的中子減速效率不太好(裂變需要慢中子,因此需要減速),所以輕水堆燃料濃度很高!而重水堆用重水減速,效率很高,它可以用極低濃度甚至鈾礦石直接裂變。
而輕水堆有沸水堆和壓水堆的區別,重水堆則只能是壓水堆,因為輕水直接沸騰可以帶出熱量,但重水卻不合適,沸水堆直接通過堆芯,會將放射性汙染帶到汽輪機,因此沸水堆只有一迴路,的安全性是比較差的,一旦高壓蒸汽洩露,那直接就會造成超級汙染!
壓水堆則將重水作為介質,將熱量導出反應堆後加熱鍋爐裡的介質水,使其沸騰後產生蒸汽再推動蒸汽輪機,因此從結構上來看,壓水堆更安全一些,因為一迴路中放射性和二迴路中的蒸汽是隔離的!
廢熱能用來加熱水,並用來取暖嗎?
蒸汽能利用的整個循環利用率是比較差的,大概只有30%多一點!熱電廠的廢熱用來取暖或者其它工業用途已經非常普遍了,那麼核電站的的廢熱為什麼要白白流向大海呢?還加熱了海水造成熱汙染!其實從理論上來說並無不可,但從安全角度來看,卻是難以實現!
首先要用來加熱的話,就必須要有介質,而整個取暖時用水作為介質的,在沸水堆中,那麼需要進入二次迴路將水加熱,傳遞到外部,因此從理論上來看,它存在比較大的洩露風險,首先從心理層面上就過不去,從核反應堆裡通向外部的取暖用水,實在太嚇人了!
如果在壓水堆中,則需要設置一個三迴路來傳導熱量,這個安全性明顯高於二迴路,因為隔離了兩次,但仍然存在一個問題,給整個城市供暖的熱源中有放射性洩露風險的存在,那麼一旦洩露這影響會有多大?
因此從安全角度來考量,整個方案是不可能通過的,除非到了非常時期,比如礦石能源(煤炭、石油、天然氣)已經消耗殆盡,又或者地球產生重大變故,進入了冰川期,取暖成為人類頭等大事卻沒有合適能量來源時,用核電站廢熱取暖才會成為大家的選擇!但至少在當前,相信核電站很難成為取暖的熱源!