Русская версия English version

АЭС малой мощности с аккумулятором теплоты фазового перехода

В.А. Лебедев, А.С. Деев, А.Д. Ступкин

Вестник ИГЭУ, 2023 г. выпуск 5, сс. 19—27

Скачать PDF

Аннотация на русском языке: 

Состояние вопроса. АЭС, как источники энергоснабжения, характеризуются низкой маневренностью. Данный факт обостряет проблему баланса генерируемой и потребляемой мощности в энергосистеме при использовании АЭС в качестве источника энергии. Данная проблема особенно актуальна для изолированных энергосистем. Одним из способов повышения маневренности АЭС является использование аккумуляторов теплоты непосредственно в схеме АЭС.

Материалы и методы. Исследование проведено для двух наиболее привлекательных вариантов включения аккумулятора теплоты в схему АЭС: 1) параллельно подогревателю высокого давления для нагрева питательной воды; 2) для генерации дополнительного пара для цилиндра низкого давления. Эффективность каждого из вариантов определена на основании расчета тепловых схем АЭС с аккумулятором теплоты.

Результаты. Произведены расчеты мощности турбоустановки и выработки электроэнергии при включении аккумулятора теплоты в схему АЭС. Анализ полученных данных показывает, что при включении аккумулятора теплоты в схему АЭС параллельно ПВД для нагрева питательной воды мощность турбоустановки в режиме разряда аккумулятора была увеличена на 7,2 %, дополнительная выработка электроэнергии за счет аккумулированной теплоты составила 0,63 МДж на каждый килограмм сбросного пара; при использовании аккумулятора теплоты для генерации дополнительного пара для цилиндра низкого давления мощность турбоустановки в режиме разряда аккумулятора была увеличена на 6,6 %, дополнительная выработка электроэнергии за счет аккумулированной теплоты составила 0,40 МДж на каждый килограмм сбросного пара.

Выводы. Применение аккумуляторов теплоты в схемах АЭС позволит использовать аккумулированную теплоту для выработки дополнительной электроэнергии в часы повышенного спроса. Таким образом, использование аккумуляторов теплоты в схемах АЭС является способом повышения маневренности АЭС, снижения негативного влияния маневренных режимов на оборудование АЭС, снижения количества жидких радиоактивных отходов. Наиболее эффективным и простым вариантом применения аккумулятора теплоты в схеме АЭС является вариант с включением аккумулятора параллельно подогревателям высокого давления. В дальнейшем планируется определение конструкции аккумулятора теплоты и моделирование теплообменных процессов в нем.

Список литературы на русском языке: 
  1. Реакторы малой мощности для удаленных районов севера: билибинская АТЭЦ и другие проекты / Ю.Д. Баранаев, В.В. Долгов, Л.А. Николенко и др.  // Атомная энергия. – 1997. – Т. 83, № 6. – С. 420–426.
  2. Копкова Е.С., Иманова Х.Г. Атомная энергетика России: современное состояние, проблемы и перспективы развития отрасли в условиях цифровой экономики // Проблемы региональной экономики. – 2018. – № 42. – С. 3–26.
  3. Scenario Modeling of Sustainable Development of Energy Supply in the Arctic / Y. Zhukovskiy, P. Tsvetkov, A. Buldysko, et al. // Resources. – 2021. – Vol. 10, No. 12.
  4. Назарова З.М., Желнин Е.П. Состояние и перспективы развития минерально-сырьевой базы и добычи урана в Российской Федерации // Записки Горного института. – 2008. – Т. 179. – С. 36–41.
  5. Влияние маневренных режимов реакторов ВВЭР-1000 на оболочки ТВЭЛ и на КИУМ / В. Киров, Я. Комарова, В. Душок, А. Латий  // Sciences of Europe. – 2019. – № 45-1(45). – С. 25–32.
  6. Сукрушев А.В., Браславский Ю.В., Аникевич К.П. О возможности переработки боросодержащих вод при сниженном давлении с использованием центробежных нагнетателей // Энергетические установки и технологии. – 2018. – Т. 4, № 1. – С. 36–40.
  7. Дьяков А.А., Перехожева Т.Н., Иванов В.Ю. Применение пластиковых трековых детекторов для определения делящихся материалов в жидких радиоактивных отходах АЭС // Записки Горного института. – 2005. – Т. 166. – С. 175–178.
  8. Тодорцев Ю.К., Фощ Т.В., Никольский М.В. Анализ методов управления мощностью энергоблока c водо-водяным реактором при маневрировании // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2013. – Т. 6, № 8(66). – С. 3–10.
  9. Семченков Ю. Использование топлива в реакторах ВВЭР: состояние и перспективы // Росэнергоатом. – 2014. – № 11. – С. 8.
  10. Lavrik A., Zhukovskiy Y., Tcvetkov P. Optimizing the size of autonomous hybrid microgrids with regard to load shifting // Energies. – 2021. – Т. 14, № 16. – С. 5059.
  11. Кругликов П.А., Лебедев В.А., Рудченко С.А. Перспективы использования систем аккумулирования тепла на атомных электрических станциях // Энергоэффективность энергетического оборудования: сб. тр. Междунар. науч.-практ. конф., г. Санкт-Петербург, 8–9 октября 2014 г. – 2014. – Т. 1. – С. 204.
  12. Ростунцова И.А., Шевченко Н.Ю. Оценка эффективности энергоблоков АЭС при покрытии переменной части графика электрических нагрузок // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 9-3. – С. 474–479.
  13. Yurin V.E., Egorov A.N. Primary frequency regulation in the power system by nuclear power plants based on hydrogen-thermal storage // International Journal of Hydrogen Energy. – 2022. – Т. 47, № 8. – С. 5010–5018.
  14. Ulanov, V.L., Ulanova, E.Yu. Impact of External Factors on National Energy Security // Journal of Mining Institute. – 2019. – Vol. 238. – P. 474.
  15. Shklyarskiy Y.E., Batueva D.E. Operation mode selection algorithm development of a wind-diesel power plant supply complex // Journal of Mining Institute. – 2022. – Vol. 253. – P. 115–126.
  16. Алексеев С.В., Зайцев В.А., Толстоухов С.С. Дисперсионное ядерное топливo. – М.: ТЕХНОСФЕРА, 2015. – 248 с.
  17. Aleksandrova T.N., Talovina I.V., Duryagina A.M. Gold–sulphide deposits of the Russian Arctic zone: Mineralogical features and prospects of ore benefication // Geochemistry. – 2020. – Т. 80, No. 3. – С. 125510.
  18. Задачи атомных станций малой мощности в энергообеспечении / П.Н. Алексеев, Ю.Н. Удянский, С.А. Субботин, Т.Д. Щепетина // Атомная энергия. – 2007. – Т. 102, № 4. – С. 203–208.
  19. Бажанов В.В., Лощаков И.И., Щуклинов А.П. Исследование возможности использования на АЭС аккумуляторов тепловой энергии при регулировании частоты тока в сети // Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. – 2013. – № 4. – С. 29–36.
  20. Косицын А.А. Повышение маневренных характеристик АЭС применением аккумулирования теплоты // Энергетика, электромеханика и энергоэффективные технологии глазами молодежи: материалы IV Российской молодежной научной школы-конференции, г. Томск, 01–03 ноября 2016 года. – Томск, 2016. – С. 351–356.
  21. Абросимова Н.И., Каверзнев М.М. К вопросу о конкурентоспособности системы аккумулирования тепловой энергии как способа организации маневренного режима АЭС // Вестник Московского энергетического института. – 2016. – № 5. – С. 57–62.
  22. Kenisarin M.M. High-temperature phase change materials for thermal energy storage // Renewable and sustainable energy reviews. – 2010. – Т. 14, № 3. – С. 955–970.
  23. Обликовый проект АСММ с реакторной установкой РИТМ-200 / В.В. Петрунин, Ю.П. Фадеев, А.Н. Пахомов и др. // Атомная энергия. – 2018. – Т. 125, № 6. – С. 323–327.
  24. Букаринов А.Э. Проект АСММ на базе РУ РИТМ-200 // Бутаковские чтения: материалы I Всерос. с междунар. участием молодежной конф., г. Томск, 15–16 декабря 2021 г. – Томск, 2021. – С. 185–189.
  25. Турбоагрегаты для атомных ледоколов и подводных лодок [Электронный ресурс] // Информационное агентство «ПРоАтом». Режим доступа: http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=2794 (дата обращения: 19.03.2023).
  26. Опыт создания и освоения новых электрогидравлических систем регулирования турбин ЛМЗ для атомных электростанций / И.З. Черномзав, А.Д. Меламед, А.А. Морозова и др. // Теплоэнергетика. – 2013. – № 10. – С. 56.
Ключевые слова на русском языке: 
АЭС малой мощности, аккумулятор теплоты, материалы с фазовым переходом, ВВЭР, суточный график потребления энергии
Ключевые слова на английском языке: 
Low-power NPP, heat accumulator, phase change material, PWR, daily energy consumption schedule
Индекс DOI: 
10.17588/2072-2672.2023.5.019-027
Количество скачиваний: 
25