Атомная электростанция

А́томная электроста́нция

(АЭС), электростанция, на которой ядерная преобразуется в электрическую. Первичным источником энергии на АЭС служит ядерный реактор , в котором протекает управляемая цепная реакция деления ядер некоторых тяжёлых элементов. Выделяющаяся при этом теплота преобразуется в электрическую энергию, как правило, так же, как на обычных тепловых электростанциях (ТЭС). Ядерный реактор работает на ядерном топливе, в основном на уране-235, уране-233 и плутонии-239. При делении 1 г изотопов урана или плутония выделяется 22.5 тыс. кВт·ч энергии, что соответствует сжиганию почти 3 т условного топлива.

Первая в мире опытно-промышленная АЭС мощностью 5 МВт была построена в 1954 г. в России в г. Обнинске. За рубежом первая АЭС промышленного назначения мощностью 46 МВт была введена в эксплуатацию в 1956 г. в Колдер-Холле (Великобритания). К кон. 20 в. в мире действовало св. 430 энергетических ядерных реакторов общей электрической мощностью ок. 370 тыс. МВт (в т. ч. в России – 21.3 тыс. МВт). Приблизительно одна треть этих реакторов работает в США, более чем по 10 действующих реакторов имеют Япония, Германия, Канада, Швеция, Россия, Франция и др.; единичные ядерные реакторы – многие другие страны (Пакистан, Индия, Израиль и т. д.). На АЭС вырабатывается ок. 15 % всей производимой в мире электроэнергии.

Основными причинами быстрого развития АЭС являются ограниченность запасов органического топлива, рост потребления нефти и газа для транспортных, промышленных и коммунальных нужд, а также рост цен на невозобновляемые источники энергии. Подавляющее большинство действующих АЭС имеют реакторы на тепловых нейтронах: водо-водяные (с обычной водой в качестве и замедлителя нейтронов, теплоносителя); графитоводные (замедлитель – графит, теплоноситель – вода); графитогазовые (замедлитель – графит, теплоноситель – газ); тяжеловодные (замедлитель – тяжёлая вода, теплоноситель – обычная вода). В России строят гл. обр. графитоводные и водо-водяные реакторы, на АЭС США применяют в основном водо-водяные, в Англии – графитогазовые, в Канаде преобладают АЭС с тяжеловодными реакторами. Кпд АЭС несколько меньше, чем кпд ТЭС на органическом топливе; общий кпд АЭС с водо-водяным реактором составляет ок. 33 %, а с тяжеловодным реактором – ок. 29 %. Однако графитоводные реакторы с перегревом пара в реакторе имеют кпд, приближающийся к 40 %, что сопоставимо с кпд ТЭС. Зато АЭС, по существу, не имеет транспортных проблем: напр., АЭС мощностью 1000 МВт потребляет за год всего 100 т ядерного топлива, а аналогичной мощности ТЭС – ок. 4 млн. т угля. Самым большим недостатком реакторов на тепловых нейтронах является очень низкая эффективность использования природного урана – ок. 1 %. Коэффициент использования урана в реакторах на быстрых нейтронах гораздо выше – до 60–70 %. Это позволяет использовать делящиеся материалы с гораздо меньшим содержанием урана, даже морскую воду. Однако быстрые реакторы требуют большого количества делящегося плутония, который извлекается из выгоревших тепловыделяющих элементов при переработке отработанного ядерного топлива, что достаточно дорого и сложно.

Все реакторы АЭС снабжаются теплообменниками; насосами или газодувными установками для циркуляции теплоносителя; трубопроводами и арматурой циркуляционного контура; устройствами для перезагрузки ядерного топлива; системами специальной вентиляции, сигнализации аварийной обстановки и др. Это оборудование, как правило, находится в отсеках, отделённых от других помещений АЭС биологической защитой. Оборудование машинного зала АЭС примерно соответствует оборудованию паротурбинной ТЭС. Экономические показатели АЭС зависят от кпд реактора и другого энергетического оборудования, коэффициента использования установленной мощности за год, энергонапряжённости активной зоны реактора и т. д. Доля топливной составляющей в себестоимости вырабатываемой электроэнергии АЭС – всего 30–40 % (на ТЭС 60–70 %). Наряду с выработкой электроэнергии АЭС используются также для опреснения воды (Шевченковская АЭС в Казахстане).

Энциклопедия «Техника». - М.: Росмэн . 2006 .

Смотреть что такое "атомная электростанция" в других словарях:

Электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую энергию. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор. Синонимы: АЭС См. также: Атомные электростанции Электростанции Ядерные реакторы Финансовый словарь… … Финансовый словарь

- (АЭС) электростанция, на которой ядерная (атомная) энергия преобразуется в электрическую. На АЭС тепло, выделяющееся в ядерном реакторе, используется для получения водного пара, вращающего турбогенератор. 1 я в мире АЭС мощнностью 5 МВт была… … Большой Энциклопедический словарь

Электростанция, на которой ядерная (атомная) энергия преобразуется в электрическую, где тепло, выделяющееся в ядерном ректоре за счет деления атомных ядер, используется для получения водяного пара, вращающего турбогенератор. EdwART. Словарь… … Словарь черезвычайных ситуаций

атомная электростанция - Электростанция, преобразующая энергию деления ядер атомов в электрическую энергию или в электрическую энергию и тепло. [ГОСТ 19431 84] Тематики атомная энергетика в целом Синонимы АЭС EN atomic power plantatomic power stationNGSNPGSNPPNPSnuclear… … Справочник технического переводчика

атомная электростанция - Электростанция, на которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Syn.: АЭС … Словарь по географии

- (АЭС) Nuclear Power Plant атомная станция, предназначенная для производства электроэнергии. Термины атомной энергетики. Концерн Росэнергоатом, 2010 … Термины атомной энергетики

Сущ., кол во синонимов: 4 атомный гигант (4) аэс (6) мирный атом (4) … Словарь синонимов

См. также: Список АЭС мира Страны с атомными электростанциями … Википедия

- (АЭС) электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор (см. Ядерный реактор). Тепло, которое выделяется в реакторе в результате цепной реакции деления… … Большая советская энциклопедия

- (АЭС), электростанция, на которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. На АЭС тепло, выделяющееся в ядерном реакторе, используется для получения водяного пара, вращающего турбогенератор. В качестве ядерного горючего в составе… … Географическая энциклопедия

- (АЭС) электростанция, в к рой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. На АЭС теплота, выделяющаяся в ядерном реакторе в результате цепной реакции деления ядер нек рых тяжёлых элементов, в осн. 233U, 235U, 239Рu, преобразуется в… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Книги

• Записки строителя , А. Н. Комаровский , Воспоминания Героя Социалистического Труда, лауреата Ленинской и Государственной премий, доктора технических наук, профессора, генерал-полковника-инженера Александра Николаевича Комаровского… Категория: Градостроительство и архитектура Издатель:

Как первый закон термодинамики позволяет организовать учет энергии в рамках технологического процесса или установки?

В частности, первый закон термодинамики утверждает, что энергия не может создаваться или уничтожаться, но может лишь переходить из одной формы в другую. Это позволяет организовывать учет энергии в рамках технологического процесса или установки, рассчитывать КПД процессов и т.п.

Как второй закон термодинамики определяет потери тепла или энергии?

Согласно второму закону термодинамики, никакой процесс преобразования энергии не допускает совершения полезной работы, равной 100% затраченной энергии. Неизбежно существуют потери в форме рассеяния низкопотенциального тепла или энергии, и, как следствие, КПД никакого процесса или машины не может достигать 100%.

Чем обусловлена оптимизация расхода пара на деаэратор?

В результате деаэрации концентрации растворенного кислорода и диоксида углерода снижаются до уровня, безопасного с точки зрения коррозии. Для предотвращения коррозии в большинстве котлов высокого давления (> 13,79 бар (м)) концентрация кислорода не должна превышать 5 част./млрд. (частей на миллиард).

Пар, подаваемый в деаэратор, обеспечивает нагрев смеси возвратного конденсата и подпиточной воды до температуры насыщения, а также физическое действие (барботирование), приводящее к выделению растворенных газов. После использования большая часть пара конденсируется, однако незначительная его доля (как правило, от 5 до 14 %) выбрасывается вместе с газами в составе выпара. Потребности деаэратора в паре должны быть проанализированы и оценены при рассмотрении любых планов реконструкции паровых систем, а также мер по возврату конденсата и утилизации тепловой энергии.

(Как правило, при проектировании деаэраторов рассчитывается расход пара, необходимый для подогрева воды, а затем проектировщики при необходимости обеспечивают достаточность расхода и для барботажа. При высокой степени возврата конденсата (>80 %) и его высоком давлении по сравнению с давлением в деаэраторе требуется лишь небольшое количество греющего пара, и могут быть приняты меры по конденсации избыточного барботажного пара.)

Какие параметры пара называют суперсверхкритическими?

300 атмосфер при температуре выше 580 градусов.

Низкие <1,3Мпа и 200-330С, средние 5Мпа и 420-450С, высокие 9Мпа и 480-535С, докритические 13Мпа 540С, критические 16Мпа и 540С, сверхкритические 24Мпа и 540С, суперсверхкритические >30Мпа и >650С.

Назовите показатели, которыми характеризуется экономичность работы ТЭЦ.

ТЭЦ отпускает два вида энергии - электрическую и тепловую. По­этому для оценки качества работы ТЭЦ необходимо иметь также два показателя.

Коэффициент полезного использования тепла топлива. Если у конденсационных ТЭС России он не превышает 40 %, то для ТЭЦ он может достигать 85 % (а 15 % составляют потери с уходящими газами энергетических и водогрейных котлов, с конденсацией той части пара, которая проходит в конденсатор, собственные нужды).

Выработка электроэнергии на тепловом потреблении  = N э /Q т. Ясно, что если, например, две ТЭЦ отпускают одинаковое количество тепла Q т и имеют одинаковый коэффициент использования топлива, то из них лучше та, которая отпускает больше электроэнергии.

Эти два показателя полностью характеризуют экономичность работы ТЭЦ.

На практике и в отчетной документации ТЭЦ используют два других эквивалентных упомянутым выше показателям: привычный нам удельный расход условного топлива на производство электроэнергии b э в г/(кВт·ч) и удельный расход условного топлива на производство 1 Гкал тепла b т в кг/Гкал. Для ТЭЦ b т = 150-170 кг/Гкал. Эти величины подсчитываются в соответствии с нормативными документами по распределению затраченного топлива на производство электроэнергии и тепла.

Какие из нетрадиционных и возобновляемых энергетических ресурсов наиболее перспективны для использования в энергетике.

Ветроэнергетика, биотопливо, гелиоэнергетика, приливные и волновые ГЭС, геотермальная энергетика, использование тепловых насосов.

Укажите составляющие суммарной экономии энергии при глубокой утилизации теплоты уходящих газов.

Метод глубокой утилизации теплоты дымовых газов позволяет увеличить КПД топливопотребляющей установки на 2-3%, что соответствует снижению расхода топлива на 4-5 кг у.т. на 1 Гкал выработанного тепла.

Перечислите основные энергосберегающие мероприятия, рекомендуемые для котельных установок в целях уменьшения потерь теплоты с уходящими газами.

· поддержание оптимального коэффициента избытка воздуха в топке котла а т и снижение присосов воздуха по его тракту.

· поддержание чистоты наружных и внутренних поверхностей нагрева, что позволяет увеличить коэффициент теплопередачи от дымовых газов к воде;

· увеличение площадей хвостовых поверхностей нагрева;

· поддержание в барабане парового котла номинального давления, обеспечивающего расчетную степень охлаждения газов в хвостовых поверхностях нагрева;

· поддержание расчетной температуры питательной воды, определяющей температуру уходящих после экономайзера дымовых газов;

· перевод котлов с твердого или жидкого топлива на природный газ и др.

Изменение температуры уходящих газов на 20 °С приводит к изменению КПД котла на 1 %

Каким образом температура окружающей среды влияет на КПД паротурбинной установки?

Увеличение температуры холодного воздуха ведет к снижению КПД, так как температура дымовых газов будет повышаться а как следствие будет увеличиваться q2.

Как влияет коэффициент избытка воздуха на КПД котла?

Увеличение коэффициента избытка воздуха приведет к увеличению потерь с уходящими газами. Чрезмерное уменьшение коэффициента избытка воздуха приведет к появлению зон с недостатком кислорода. В таких зонах не происходит полного окисления элементов топлива и образуется сажа.

Почему перевод котла на газовое топливо приводит к росту его КПД (брутто) и КПД (нетто)?

При переводе котла на сжигание газа эффект достигается за счет снижения потребления условного топлива (повышение КПД котла, снижение расхода тепла на собственные нужды).

Поясните, каким образом определяется рациональное распределение нагрузки между отдельными котлами в котельных установках?

Из условий наибольшей экономичности котельной установки вытекает требование такого распределения нагрузки между котлами, чтобы относительные приросты расхода топлива, приходящиеся на увеличение нагрузки котла (например, в 1 г/ч), были бы одинаковые.

Факторы, влияющие на величину потери тепла с уходящими газами

Основным определяющим фактором, влияющим на потерю теплоты уходящими газами, является их температура. Для снижения Т ух увеличивают площадь теплоиспользующих поверхностей нагрева - воздухоподогревателей и экономайзеров.

Величина Т ух влияет не только на КПД агрегата, но и на капитальные затраты, необходимые для установки воздухоподогревателей или экономайзеров.

Чем определено повышение потери теплоты с механическим недожогом для низкореакционных топлив.

Повышение потери у низкореакционных топлив определяются поздним воспламенением коксовых частиц и затянутым горением в кинетической области, в связи с этим низкореакционные топлива весьма чувствительны к режиму эксплуатации.

Типы паровых турбин

Конденсационная (К), теплофикационная с отопительным отбором пара (Т), теплофикационная с производственным отбором пара (П), теплофикационная с производственным и отопительным отбором пара (Пт), с противодавлением (Р). Разновидности: ПР, ТР, ТК, КТ.

Условное топливо

Это топливо, имеющее теплоту сгорания 7000ккал/кг (29,3МДж/кг). Используется в повседневной практике как показатель эффективности работы котельного агрегата.

Способы увеличения КПД ТЭС

Основные типы деаэраторов

Деаэратор - техническое устройство, реализующее процесс деаэрации некоторой жидкости, то есть её очистки от присутствующих в ней нежелательных газовых примесей. На многих электрических станциях и котельных также играет роль бака запаса питательной воды для паровых котлов или подпитки теплосети.

В зависимости от предназначения применяют деаэраторы:

· для питательной воды парогенераторов;

· для подпиточной воды и обратного конденсата;

· для подпиточной воды тепловых сетей.

В зависимости от давления пара бывают устройства:

· повышенного давления (давление пара от 0,6 до 0,8 МПа); Деаэраторы ДП имеют больш́ую толщину стенок, зато их применение в схеме ТЭС позволяет сократить количество металлоёмких ПВД и использовать выпар как дешёвую рабочую среду для пароструйных эжекторов конденсатора (эжектор-устройство, в котором происходит передача кинетической энергии от одной среды, движущейся с большей скоростью, к другой); деаэрационная приставка конденсатора, в свою очередь, является вакуумным деаэратором.

· атмосферные (0,12 МПа). Из атмосферных деаэраторов выпар удаляется под действием небольшого избытка давления над атмосферным.

· вакуумные (давление пара от 7,5 до 50 кПа). Вакуумные деаэраторы могут работать в условиях, когда на котельной нет пара, однако им требуется специальное устройство для отсоса выпара (эжектор)

В зависимости от конструкции:

· струйные; (В деаэраторах струйного типа вода проходит активную зону в виде струй, на которые она может быть разбита 5-10 дырчатыми тарелками (кольцевые с центральным проходом пара чередуются с круговыми меньшего диаметра, обтекаемыми по краю). Струйные деаэрационные устройства имеют простую конструкцию и малое паровое сопротивление, но интенсивность деаэрации воды сравнительно низка.)

· струйно-барботажные; (В струйно-барботажных деаэраторах деаэрация происходит в основном, под действием барботажа. В уменьшенной колонке деаэратора (две тарелки) происходит подогрев воды и деаэрация на 85-90%. Последняя заканчивается только в результате барботажа. При барботаже используется эффект вскипания перегретой воды при подъеме ее из нижней части бака к поверхности (разность давлений 0,2-0,25 кгс/см2).)

• пленочного типа;

1) пленочного типа с неупорядоченной насадкой;

2) пленочные с упорядоченной насадкой.

(В первом случае поверхность контакта пара с водой создается в процессе их движения, а во втором - поверхность контакта фиксированная.)

(В деаэраторных колонках пленочного типа деаэрируемая вода разбивается на тонкие пленки, стекая вниз по поверхности насадки. Используется упорядоченная или неупорядоченная насадка. Упорядоченная насадка выполняется из вертикальных, наклонных или зигзагообразных листов, концентрических цилиндров, укладываемых правильными рядами колец или других элементов, обеспечивающих непрерывное направленное движение воды.)

Типы питательных насосов

Питательный насос- насос для подачи питательной воды в паровой котел. Питательные насосы бывают поршневыми и центробежными с электрич. и паровым приводами, а также струйными - инжекторами.

В отопит, установках используют поршневые насосы для питания котлов водой при темпре до 100 С с рабочим давлением 0,4- 2,0 МПа и произ-стыо 2-б т/ч. Однако из-за недостатков (низкая экономичность, высокий расход пара, неравномерность подачи воды, чувствительность к механич. примесям и загрязнениям) их используют как резервные.

В качестве осн. применяют центробежные с электроприводом. Их преимущества: экономичность и надежность работы, удобство регулирования произвести, простота обслуживания и др.

Инжекторы (пазоструйные устройства) используют для питания водой мелких отопит, котельных. Для их надежной работы темп-pa питат. воды должна быть не выше 40 С и высота подачи - не более 2 м. Расход пара инжекторами составляет 7-9% кол-ва подаваемой воды. П.н. - важный элемент котельной установки, т.к. даже кратковремен. прекращение подачи воды может привести к аварии котла. Вследствие этого питательный насос, как и др. насосы тепловой схемы, оборудуют устройством автоматического включения резерва (АВР). Произ-сть, число, типы питательных насосов и их приводов для производств.-отопит, и энер-гетич. котельных регламентированы правилами технич. эксплуатации электростанций.

В каких диапазонах варьируется КПД производства электроэнергии на различных ТЭС?

Коэффициент полезного действия ТЭС достигает 40%. Большая часть энергии теряется вместе с горячим отработанным паром. Тепловые электростанции - так называемые теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) - позволяют значительную часть энергии отработанного пара использовать на промышленных предприятиях и для бытовых нужд (для отопления и горячего водоснабжения). В результате КПД ТЭЦ достигает 60-70%, АЭС- до 80 %.

ТЭС 33-35% (уголь, газ, мазут. Торф); ТЭЦ 35-38% (уголь, газ, мазут, торф); ГРЭС 36-44% (уголь, газ, мазут, торф); ПГУ 50-65% (газ); ГТЭС (газотурбинные ЭС) 30-35% (газ); ГПЭС (газопоршневые ЭС) 40-46% (газ, дизтопливо).

Массовая энергонапряженность

Объемная энергонапряженность.

2 Тепловые схемы АЭС

Основное технологическое оборудование

2.1.Типы атомных станций

В настоящее время практически все стации работают как конденсационные, т. е. в качестве рабочей среды используется водяной пар.

Атомные электрические станции АЭС – предназначены для коммерческого производства электрической энергии, но на практике они в той или иной мере производят отпуск тепловой энергии сторонним организациям, но доля его намного меньше затрат на получение электроэнергии. АЭС предназначенные не только для производства электроэнергии, но и для выработки тепла называют АТЭЦ (атомная тепловая электроцентраль), классический пример – Билибинская. Кроме того, существуют ядерные энергетические установки, предназначенные только для отпуска тепловой энергии – АСТ (атомные станции теплоснабжения).

В системе любой станции различают теплоноситель и рабочее тело. Для АЭС рабочим телом является среда, с помощью которой тепловая энергия переходит в механическую (в большинстве АЭС рабочим телом является водяной пар). Однако с точки зрения термодинамики существенно выгоднее использовать в качестве рабочего тела газовые среды.

Назначение теплоносителя – отводить тепло при освобождении внутриядерной энергии. При этом необходим замкнутый контур теплоносителя по следующим причинам:

· теплоноситель активируется;

· требуется высокая чистота теплоносителя, поскольку любые отложения на поверхности ТВЭЛ приводят к существенному увеличению температуры оболочек твэл. В этой связи основная классификация АЭС зависит от числа контуров.

2.1.1 Одноконтурные АЭС

В общем случае, для любой ядерно-энергетической установки можно выделить контур теплоносителя и контур рабочего тела. Если два этих контура совмещены, то такая АЭС называется одноконтурной. В активной зоне ядерного реактора происходит парообразование, но вода только частично превращается в пар, что обусловлено нейтронной физикой. Пар и вода разделяются либо в самом корпусе реактора, либо в барабан сепараторе, далее пар поступает на турбину, конденсируется и возвращается в реактор. Приведем упрощенную схему такой одноконтурной АЭС.

Рис.2.1. Упрощенная схема одноконтурной АЭС.

1 – реактор с кипением и внутри корпусным разделением паровой и жидкой фаз; 2 – паровая турбина; 3 – электрический генератор; 4 – конденсатор (чтобы увеличить перепад давления на турбине давление в конденсаторе должно быть меньше атмосферного); 5 – конденсатный насос; 6 – циркуляционный насос.

В корпусе реактора происходит разделение смеси, барабан-сепаратор отсутствует. Внутренняя энергия теплоносителя, запасенная в реакторе, переходит в механическую энергию вращения вала турбины, (рабочее тело существенно увеличивает свой объем). Все оборудование контура подвержено радиоактивному загрязнению, что усложняет как эксплуатацию, так и проведение ремонтных работ .

По одноконтурной схеме работает реактор РБМК (канальный реактор)

Рис.2.2. Тепловая схема реактора РБМК.

1- технологический канал реактора с кипящим теплоносителем; 2 – паровая турбина; 3 – генератор; 4 – конденсатор; 5 – питательный насос;6 – циркуляционный насос;7 – барабан-сепаратор.

Если контур ТН и рабочее тело разделены, то такая АЭС называется двухконтурной.

Если парообразование в первом контуре отсутствует, необходим 2 элемент, который служит устройством для компенсации объема расширяющегося рабочего тела, находящегося в жидкой фазе. С точки зрения радиационного облучения персонала второй контур можно считать безопасным.

Если в первом и во втором контуре в качестве теплоносителя используется легкая вода, то необходимо удовлетворить следующие условия.

Температура теплоносителя в первом контуре выше температуры рабочего тела второго контура Т1> Т2 , и соответственно давление Р1>Р2 . Так для водо- водяного реактора ВВЭР-1000 эти параметры примерно составляют–Т1 =320 , Т2 =289 ; Р1 =16 МПа, Р2 =7 МПа, чем обеспечиваются условия для реализации активного парообразования во втором контуре при отсутствии такового в первом.

С точки зрения капитальных затрат одноконтурные и двухконтурные реакторы одинаковой мощности имеют примерно паритет. Это объясняется необходимостью изготавливать технологический контур в первом варианте из дорогостоящих коррозионно-стойких материалов. Однако себестоимость электрической энергии для одноконтурной АЭС оказывается несколько ниже чем для двухконтурной.

Рис. 2.3. Тепловая схема двухконтурной АЭС.

1 – реактор с не кипящим теплоносителем; 2 – компенсатор объема; 3 – парогенератор (ПГ), где энергия теплоносителя первого контура превращается в энергию парообразования во втором контуре (в первом контуре теплоноситель, во втором контуре – рабочее тело); 4 – паровая турбина; 5 – генератор; 6 – конденсатор; 7 – конденсатный насос; 8 – циркуляционный насос; I к. – первый контур; II к. – второй контур.

Существует неполная двухконтурная схема (1 – 2 блоки БАЭС).

Рис. 2.4 Тепловая схема 1-го и 2-го блоков БАЭС.

1 – реактор с кипящим теплоносителем; 2 – паровая турбина; 3 – генератор; 4 – конденсатор; 5 – конденсаторный насос; 6 – циркуляционный насос; 7 – парогенератор (ПГ); 8 – барабан-сепаратор; 9 - пароперегревательный канал (ППК); 10 – испарительный канал (ИК).

Существенное отличие данной схемы от ниже рассмотренной заключается в том, что пар второго контура (как же и теплоноситель первого контура) направляется в пароперегревательные каналы, в которых реализуются условия ППК, в ИК вода кипит, в барабан сепараторе – разделяется. Трехконтурная АЭС. БН-– аналогично.

2.2.Основное технологическое оборудование.

По отдельным стадиям технологического процесса все оборудование подразделяют на реакторную, парогенераторную, паротурбинную, конденсатную установки, питательный тракт.

Рассмотрим упрощенную схему двухконтурной АЭС. Как для одноконтурной, так и для двухконтурной АЭС с водным теплоносителем начальный перегрев пара весьма незначителен. Следовательно, в турбину поступает пар практически на линии насыщения, где при расширении и снижении температуры он быстро увлажняется. Во избежание интенсивного износа лопаточного аппарата турбины. предельное значение допустимой влажности пара в турбине составляет 10÷12%. С этой целью турбину разделяют на цилиндры высокого, среднего и низкого давления, между которыми устанавливаются устройства, где либо от паровой фазы отделяется жидкая фаза – сепараторы, либо подводом тепла переводят жидкость в пар - подогреватели.

Рис.2.5. Тепловая схема ЯЭУ.

1-реакторная установка; 2-компенсатор объема; 3-парогенератор; 4-цилиндр турбины высокого давления; 5--цилиндр турбины низкого давления; 6-электрогенератор; 7-сепаратор пара; 8-конденсатор; 9-конденсационный насос; 10-конденсационная очистка (фильтр); 11-подогреватели низкого давления (ПНД); 12-диаэраторная колонка; 13-диаэраторный бак; 14-питательный насос; 15-подогреватели высокого давления (ПВД); 16-сетевой подогреватель; 17- ГЦН; 18-сетевой насос.

Таким образом, основными технологическими звеньями энергоблока атомной установки являются: реактор, парогенератор, турбина-генератор, конденсатная установка, диэраторная установка, питательный тракт (насосы, баки), ПВД и ПНД, питательные конденсатные насосы, ГЦН.

2.3 Организация термодинамического цикла.

Регенерация. КПД.

Применение законов термодинамики для реактора позволяет записать:

(2.1)

Разнообразие существующих типов ядерных реакторов, теплоносителей и энергетического оборудования обуславливает разнообразие термодинамических циклов - совокупности взаимных рабочих процессов, происходящих в энергетической системе в виде взаимных контуров АЭС. Термодинамический цикл влияет на экономичность АЭС, обуславливает выбор схемы и основных параметров энергетической установки. Основным показателем термодинамического цикла служит термический КПД (или КПД цикла Ренкина) – это отношение теоретической работы цикла к количеству теплоты, подведенной к рабочему телу.

Теоретическая работа цикла:

где https://pandia.ru/text/78/252/images/image062_12.gif" width="36" height="27 src="> - теоретическая работа расширения без учета потерь; - коэффициент, учитывающий необратимость процесса расширения; аналогично

. (2.3)

Рис.2.6. Схема простейшего термодинамического цикла в TS -координатах.

Из этой диаграммы следует:

1 - начало процесса сжатия рабочего тела

1-2 – адиабатическое сжатие рабочего тела с ростом внутренней энергии;

2-3 -отбор тепловой энергии от нагревателя, площадь фигуры 23S2S1 – пропорциональная подводимому теплу;

3-4 – адиабатическое расширение рабочего тела за счет уменьшения внутренней энергии;

4-1 -отвод тепловой энергии в холодильнике, площадь фигуры 14S2S1 – пропорциональная отводимому теплу Q2 ,

Lцт - теоретическая работа цикла.

(2.4)

Отсюда следует

(2.5)

Или в сокращенном виде

(2.6)

Рис.2.7. Схема простейшей паротурбинной установки.

1-парогенератор; 2- турбогенератор; 3- конденсатор; 4- главный циркуляционный насос.

Для турбины, работающей на насыщенном паре КПД цикла Карно можно представить в виде

(2.7)

где iк, iпв – энтальпия воды на выходе из конденсатора и после насоса соответственно, кДж/кг; i0 , - энтальпия пара перед турбиной и на входе в конденсатор при адиабатическом расширении в турбине, кДж/кг.

Выражение (2.7) можно представить в виде

. (2.8)

На Рис.2.8 изображен рабочий процесс расширения пара в турбине на T-S диаграмме, из которой можно отметить, что разность i0 - в уравнении (2.8) представляет собой располагаемый (адиабатный) перепад энтальпии в турбине (работа расширения). Разность энтальпий iпв-ik в рассматриваемых условиях выражает затраты энергии в насосе, отнесенные к 1 кг воды при ее адиабатическом сжатии (работа сжатия). Если учесть неадиабатичность расширения пара в турбине, то энтальпия пара на выходе из турбины возрастет и примет значение , что на Рис. 2.12 соответствует точке 6. На это увеличение энтальпии возрастет количество тепла, передаваемое на 1 кг пара охлаждающей воде в конденсаторе.

В первом приближении вторым слагаемым в числиможно пренебречь, так как в реальных установках затраты на сжатие водного теплоносителя составляют ~1% от работы расширения. Тогда КПД цикла Ренкина можно записать в упрощенном виде:

где i1 - i2 - перепад энтальпий на турбине, i3 –удельная энтальпия воды на выходе из конденсатора.

Рис.2.8. Термодинамический цикл Ренкина для простейшей паротурбинной установки при работе на насыщенном паре.

Из приведенной диаграммы Рис. 2.8 видно, что термический КПД определяют две адиабаты и две изобары, в то же время КПД цикла Карно зависит от двух адиабат и двух изотерм. КПД цикла Карно всегда больше КПД термического цикла так как

Важно отметить, что величина термического КПД для современных энергетических блоков составляет 30-40 %, или, другими словами, площади фигур 123451 и S112345S4 на Рис.2.8 в реальном масштабе имеют точно такое соотношение.

Способы повышения термического КПД.

· Повышать давление, следовательно, парообразование будет реализовываться при больших температурах.

· В конденсатор подавать более холодную воду для более сильного охлаждения рабочего тела.

2.4 Выбор теплофизических параметров для получения максимального термического КПД

Рассмотрим влияние теплофизических параметров рабочего тела на входе в турбину (точка 4 Рис.2.8). Из справочных данных можно построить графические зависимости удельной энтальпии как функции удельной энтропии при разных давлениях теплоносителя в точке 4 термодинамического цикла, который будет иметь следующий вид:

Рис.2.9. Графический вид зависимости теплосодержания от энтропии.

Давление в конденсаторе; https://pandia.ru/text/78/252/images/image080_13.gif" width="23 height=24" height="24">.gif" width="29" height="31 src=">.jpg" width="584" height="752">

Рис.2.10. Схема организации регенеративного цикла.

, , , – доли пара в отборах соответствующих цилиндров; https://pandia.ru/text/78/252/images/image089_12.gif" width="13" height="24 src=">.gif" width="20" height="24 src="> - доля пара, попадающая в конденсатор; 8, 9, 10 – три теплообменника для подогрева рабочего тела. 1–7?

Рис.2.11. Теплофизика ЯЭУ с организацией регенерации тепла.

Анализируя график зависимости Т(S) можно видеть, что в реальном масштабе переменных Т и S площадь фигуры 5’4C4’5’ будет соответствовать уменьшению числителя в определении термического КПД, однако и знаменатель этой формулы уменьшится на величину существенно большей площади фигуры 5”5"4"4”5” . Из рисунка видно, что КПД цикла Ренкина при организации регенеративного отбора будет значительно большим, чем при работе в безотборном режиме. Но в данной схеме необходимо всегда собдюдать условие, площадь фигуры S34’4”5”5’3 (количество тепла всех отборов) должна быть меньше площади фигуры (отбор тепла для нагрева рабочего тела до насыщения), так как в противном случае в теплообменниках регенеративных подогревателей будут идти процессы кипения, а значит, мы лишимся отбора тепла за счет теплоты парообразования в самом реакторе или парогенераторе.

В этом варианте термический КПД может быть представлен в следующей форме:

(2.11)

Где https://pandia.ru/text/78/252/images/image095_11.gif" width="77 height=45" height="45">, можно записать

Следовательно, всегда выполняется условие:

При бесконечном числе отборов КПД Карно и термический КПД равны, что является мощным способом увеличения реального КПД. Использование регенеративных подогревателей ведет к увеличению температуры питательной воды на входе в парогенератор. Термический КПД определяется интегралом от средней температуры при нагреве теплоносителя. Необходимо найти оптимальное соотношение числителя и знаменателя термического КПД для любого числа отборов. Исходя из паспортных данных турбины, задаваясь температурой и давлением теплоносителя на выходах из регенеративных подогревателей можно по справочнику найти энтальпии теплоносителя в данных условиях. Составляя уравнения материального и теплового баланса для сборника конденсата можно рассчитать КПД такого устройства.

Рис. 2.12. График зависимости роста КПД от температуры питательной воды и числа отборов.

При бесконечном числе отборов нет максимума на зависимости термического КПД от температуры питательной воды. Анализ показывает, что организация оптимального трехотборного режима увеличивает термический КПД более чем на 10%, что в обычных условиях потребовало бы увеличения давления в конденсаторе с 30 до 60 атм. При температуре Т =3500С, что в существенной мере упрощает проблему прочности реактора.

2.6 Внутренний КПД турбины.

Термический КПД оценивает эффективность идеального преобразования (адиабатного) перепада энтальпии. В реальных условиях рабочего процесса за счет трения пара, в проточной части турбины, увеличивается энтропию на выходе из турбины на величину S6-S1 (точка 6 на Рис.2.8). Очевидно, что на такое же значение возрастет количество тепла, передаваемое охлаждающей воде, рассчитанные на 1 кг пара. Важно отметить, что в данном случае мы имеем ситуацию уменьшению термического КПД за счет существенного увеличения сброса тепла в конденсатор при незначительном росте его полезного использования. Отношение адиабатного перепада энтальпии в идеальной турбине к реальному перепаду (характеризует совершенство проточной ее части) называют внутренним относительным КПД турбины, который определяют следующим образом:

. (2.13)

Обычно MsoFooter" style="border-collapse: collapse;border:none">

2.7 Коэффициент полезного действия АЭС

Мы рассматривали , который характеризует механическое преобразование тепловой энергии в электрическую, однако, для АЭС больший интерес представляет общий КПД «брутто» и «чистый» КПД – «нетто». «Брутто» характеризует совершенство преобразования ядерной энергетической установкой энергии реактора в электрическую энергию. «Нетто» же учитывает расходы электрической энергии на собственные нужды и оценивает теплотехническую и экономическую надежность станции.

86. Определить длину волны де-Бройля электронов, при бомбардировке которыми невозбужденных атомов водорода в их спектре появились две линии в первой инфракрасной серии.

87. Фотон с энергией 3 МэВ в поле тяжелого ядра превратился в пару электрон-позитрон. Если скорости этих частиц одинаковы, то какова их кинетическая энергия в МэВ? ().

88. Найти массу урана-238, имеющего такую же активность, как и стронций-90 массой 1 мг. Периоды полураспада урана и стронция соответственно 4·10 9 и 28 лет.

90 =96 . Атомная электростанция, имеющая КПД 25% расходует в сутки 235 г урана-235. Определите мощность станции, если при делении одного ядра урана выделяется
Дж энергии.

91 =95 . КПД атомной электростанции 20%. При делении одного ядра
выделяется 200 МэВ энергии. Сколько урана расходуется за 1 час работы электростанции мощностью 10 6 Вт.

92. Счетчик Гейгера, установленный вблизи препарата радиоактивного изотопа серебра регистрирует поток -частиц. При первом измерении поток Ф 1 частиц был равен 87 с -1 , а по истечении времени t = 1 сут поток Ф 2 оказался равным 22 с -1 . Определить период полураспада Т 1/2 изотопа.

93. Определить удельную энергию связи изотопа кислорода
. (масса нейтрона 1,00867a.e.м. , масса атома водорода 1,00783 a.e.м. , масса атома кислорода 16, 99913 a.e.м.). (МэВ).

94 . Определить суточный расход чистого урана
атомной электростанцией тепловой мощностьюР = 300 МВт, если энергия Е , выделяющаяся при одном акте деления ядра урана составляет 200 МэВ.

97 . КПД атомной электростанции мощностью 5000 кВт – 17%. При делении одного ядра
выделяется энергия 200 МэВ. Какое количество урана (г) расходует электростанция за сутки? (
).

99. Определить число атомов, распадающихся в радиоактивном изотопе за время t = 1 c, если его активность А = 0,1 МБк. Считать активность постоянной в течение указанного времени.

• I. Общие вопросы тэс и аэс
• 1. Каковы основные требования к работе тепловых и атомных электростанций?
• 2. Какие электрические и тепловые нагрузки могут покрываться тепловыми и атомными электростанциями? Какие существуют графики электрических и тепловых нагрузок?
• 3. Какие существуют показатели режимов производства и потребления электрической и тепловой энергии?
• 4. Каковы возможность и целесообразность аккумулирования электрической и тепловой энергии?
• 5. Какие существуют тепловые электростанции по виду используемой первичной природной энергии и по типу двигателя?
• 6. Как классифицируются тэс по виду опускаемой энергии и по установленной электрической мощности? Что такое грэс? к какому типу электростанций по виду отпускаемой энергии относятся аэс?
• 7. Как классифицируются электростанции по степени загрузки? к какому типу электростанций по этому признаку относятся грэс, тэц, аэс, гэс?
• 8. Как классифицируются тэс по начальным параметрам водяного пара? к какому типу электростанций по этому признаку могут относиться грэс, тэц, аэс?
• 9. Чем отличаются блочные и неблочные (с поперечными связями) тепловые схемы тэс? Каковы их достоинства и недостатки? Как выбирается структура тепловой схемы электростанции?
• II. Технологическая схема электростанции
• 10. Что такое технологическая схема тэс? Что включает в себя технологическая схема пылеугольной тэс? Какое оборудование тэс и аэс считается основным, а какое вспомогательным?
• 11. Как происходит процесс преобразования энергии на тэс, работающей на органическом топливе?
• 12. Как осуществляется подготовка топлива на электростанциях, работающих на угле, мазуте, природном газе, и на аэс?
• 13. Каково назначение дутьевого вентилятора, регенеративного воздухоподогревателя, дымососа, золоуловителя, дымовой трубы? Как производится золошлакоудаление на пылеугольной тэс?
• III. Показатели тепловой экономичности
• 14. Какие потери энергии учитывает термический кпд цикла рабочего тела? Каковы основные способы повышения термического кпд цикла?
• 16. Какие потери энергии учитывает кпд тепловой электростанции в целом? Чем отличаются кпд станции брутто и нетто?
• 17. Что такое условное топливо? Введите понятия: удельный расход пара на турбину, удельный расход теплоты на турбоустановку, удельный расход условного топлива электростанции.
• IV. Выбор начальных и конечных параметров пара
• 19. Как выбираются начальные параметры пара на тэс, чем они ограничены? Что такое равнопрочные начальные параметры пара? Каковы начальные параметры пара в отечественной теплоэнергетике?
• 21. Какие факторы влияют на выбор конечных параметров пара? Что такое кратность охлаждения в конденсаторе? Каково конечное давление пара на тэс и аэс?
• 22. Какие существуют способы расширения действующих электростанций турбоустановками высоких параметров? Каковы достоинства и недостатки этих способов?
• V. Промежуточный перегрев пара
• 23. Каково назначение промежуточного перегрева пара? Как он осуществляется на тэс и аэс? Сравните эффективность промперегрева на кэс и тэц.
• 24. Как выбирается количество ступеней и давление промперегрева? Почему давление промперегрева на тэц желательно иметь выше, чем на кэс?
• VI. Регенеративный подогрев питательной воды
• 25. Каково назначение системы регенеративного подогрева питательной воды? Как выбирается количество ступеней подогрева?
• 26. Как распределяется суммарный подогрев между ступенями? Как определяется оптимальная температура питательной воды парогенератора?
• 27. Каковы достоинства и недостатки регенеративных подогревателей смешивающего и поверхностного типов? Как определяется расход отборного пара в них и оптимальная величина недогрева?
• 28. Что такое коэффициент недовыработки мощности паром отбора? Как определяется расход свежего пара на турбоустановку с регенеративным подогревом питательной воды?
• 29. Каково влияние регенеративного подогрева на конечную влажность пара? Как влияет промперегрев пара на эффективность регенерации? Сравните эффективность регенерации на кэс и тэц.
• 30. Какие бывают схемы вывода дренажей регенеративных подогревателей? Каково назначение охладителей дренажа и пароохладителей?
• VII. Восполнение потерь пара и конденсата
• 32. Какие внутристанционные и внешние потери пара и конденсата имеют место на тэс и аэс? Сравните потери рабочего тела на кэс и тэц.
• 33. Какие существуют методы подготовки добавочной воды? Каковы назначение и принцип действия расширителей, испарителей и паропреобразователей?
• VIII. Конденсационные установки
• 34. Каковы назначение и состав конденсационной установки? Как выбираются конденсатные насосы?
• 35. Каковы назначение и принцип действия эжектора? Почему на тэс и аэс предусматриваются пусковые эжекторы наряду с основными?
• IX. Системы технического водоснабжения
• 36. Каковы назначение и структура системы технического водоснабжения? Для каких целей используется техническая вода на тэс и аэс?
• X. Деаэрационно-питательные установки
• 38. Каково назначение деаэрации на тэс и аэс? Опишите пути поступления газов в пароводяной контур. Каково воздействие растворенных в воде газов на работоспособность оборудования?
• 39. Какие существуют способы деаэрации воды? Каков принцип действия деаэраторов тэс и аэс?
• 40. Приведите классификацию деаэраторов. Каковы условия применимости бездеаэраторных схем?
• 41. Каково назначение питательной установки? Зачем устанавливается бустерный насос? Каковы возможные схемы включения питательных насосов?
• XI. Отпуск тепловой энергии внешним потребителям
• 43. Как определяется присоединенная тепловая нагрузка электростанции? Приведите классификацию систем теплоснабжения.
• 44. Каковы назначение и состав сетевой подогревательной установки? Какие параметры прямой и обратной сетевой воды могут иметь системы теплоснабжения?
• XII. Трубопроводы и арматура
• XIII. Энергетические характеристики оборудования
• 47. Что такое паровая и тепловая характеристика турбоустановки? Какими энергетическими потерями обусловлен расход пара на холостой ход турбины, что такое коэффициент холостого хода?
• 48. Введите следующие понятия: номинальная, нормальная, располагаемая, рабочая, максимальная мощность агрегата. Почему номинальная мощность, как правило, превосходит располагаемую и нормальную?
• 49. Для чего строятся диаграммы режимов турбоустановок? Как ими пользоваться? Что такое конденсационный хвост турбины, зачем нужен вентиляционный пропуск пара в конденсатор?
• XIV. Выбор мощности электростанций и энергоблоков
• 50. Как выбирается мощность электростанции в целом и мощность отдельных турбоагрегатов? Чем ограничена максимальная мощность тэс и аэс?
• 51. Что представляют собой скрытый и явный резерв мощности? Что такое станционная, электросетевая, теплосетевая, системная авария? Как оценивается надежность оборудования?
• XV. Выбор места строительства тэс и аэс
• 52. Каковы основные требования к месту строительства электростанции? Каковы особенности выбора места строительства аэс? Что такое роза ветров в районе размещения станции?
• 53. Какие изыскания проводятся при определении возможных площадок строительства тэс и аэс? Как принимается окончательное решение о выборе места строительства электростанции?
• XVI. Генеральный план электростанции
• 54. Что такое генеральный план электростанции? Что показывается на генеральном плане?
• 55. Каков порядок составления генерального плана тэс и аэс? Каковы основные требования к генеральному плану?
• 56. Какие количественные показатели характеризуют совершенство генерального плана? Каковы особенности генерального плана тэц? Каковы особенности генерального плана аэс?

• Вышеназванный КПД ТЭС в целом – это КПД станции брутто , т.е. .

  Часть электроэнергии, вырабатываемой ТЭС и АЭС, расходуется на собственные нужды электростанции – на привод различных насосов, подготовку пылеугольного топлива к сжиганию, освещение цехов и т.д. Это обстоятельство учитывает КПД станции нетто , равный произведениюна величину (1 - К сн), где К сн – это доля расхода электроэнергии на собственные нужды, составляющая обычно от 4 до 10% общей мощности электростанции.

  17. Что такое условное топливо? Введите понятия: удельный расход пара на турбину, удельный расход теплоты на турбоустановку, удельный расход условного топлива электростанции.

  Для сопоставления запасов и расхода различных видов энергоресурсов (органическое топливо, гидроэнергия, ядерное топливо и др.) используется условное топливо , имеющее теплотворную способность 29310 кДж/кг (7000 ккал/кг). Это позволяет сравнивать между собой тепловую экономичность электростанций, использующих разные виды первичной природной энергии.

  Удельный расход пара на турбину – это расход свежего пара на единицу произведенной электроэнергии, кг/кВт·ч.

  Удельный расход теплоты на турбоустановку – это расход теплоты топлива на единицу произведенной электроэнергии. Данная величина является безразмерной.

  Удельный расход условного топлива электростанции – это расход условного топлива на единицу произведенной электроэнергии, гут/кВт·ч (гут – 1 грамм условного топлива).

  18. Опишите возможные способы теплоэлектроснабжения потребителей. Какие существуют показатели тепловой экономичности ТЭЦ? Что такое коэффициент теплофикации, как он зависит от температуры наружного воздуха?

  Существует два основных способа теплоэлектроснабжения потребителей :

  На базе комбинированного производства тепловой и электрической энергии (КПТЭ) турбинами ТЭЦ;

  - раздельная схема теплоэлектроснабжения , когда потребитель получает электроэнергию от энергосистемы, а тепловую энергию – от районной котельной.

  Производство электроэнергии теплофикационными турбинами ТЭЦ обеспечивает более высокие показатели тепловой экономичности по сравнению с КЭС, ибо на ТЭЦ часть работавшего в турбине пара отдает при конденсации свою теплоту не в окружающую среду, а тепловым потребителям.

  Тепловая экономичность ТЭЦ характеризуется следующими показателями:

  КПД ТЭЦ по производству электроэнергии, равный отношению электрической мощности к расходу теплоты топлива на выработку электрической энергии;

  КПД ТЭЦ по производству теплоты, равный отношению отпуска теплоты потребителям к расходу теплоты топлива на выработку тепловой энергии; этот КПД учитывает только потери в сетевых подогревателях и трубопроводах;

  Удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении, равная отношению теплофикационной электрической мощности (т.е. той части общей электрической мощности, которая обеспечивается паром, не доходящим до конденсатора) к расходу теплоты топлива на выработку тепловой энергии.

  При значительном возрастании тепловой нагрузки ТЭЦ может покрывать ее не только за счет отборов турбин, но и с помощью пиковой котельной. Коэффициент теплофикации α ТЭЦ показывает, какую долю суммарной тепловой нагрузки ТЭЦ покрывает за счет отборов турбин. В наиболее холодное время года α ТЭЦ уменьшается, так как возрастает доля тепловой нагрузки ТЭЦ, покрываемая за счет пиковой котельной.