Введение
В Стратегии энергетического развития России до 2050г для атомной энергетики поставлена нетрадиционная задача:
Таким образом, речь идет о новой концепции атомных станций, т.е., маневренных. Это сброс и наброс нагрузки на блоке. Для реакторной установки это означает динамику тепловой мощности вместо ее стационарного номинального уровня.
Есть проблемы
АЭС вовсе не тот тип генерирующих мощностей, чтобы сделать из них маневренные мощности за счет разгрузки. Это просто не реально и никогда такого не будет по задумке Росатома в том ключе, как они себе это представляют. И на это есть ряд весомых причин:
- усталостный износ оболочек ТВЭЛ;
- усталостный износ капиталоемкого оборудования паротурбинной части;
- ксеноновое отравление активной зоны (йодная яма);
- даже не снижение, а потеря экономичности станции.
Первое напрямую повышает и без того существующий риск радиационного выхода продуктов деления в теплоноситель 1-го контура, тем самым увеличивая и без того его немалую активность, а также активность всего оборудования 1 контура. А кроме того, это еще спровоцирует увеличение и без того имеющейся наведённой активности коррозионных отложений в 1 контуре.
Даже если изобретут такой состав оболочек ТВЭЛ, который будет устойчив к циклическим нагрузкам, то это вовсе ничего гарантирует по той причине, что число циклов будет весьма ограниченным и проработать в маневренном режиме такой блок сможет довольно малое время.
Второе приведет к ускоренному сокращению рабочего ресурса и, как следствие, необходимости ускоренного обновления дорогостоящего оборудования.
Третье влечет риск не запланированного падения тепловой мощности реактора в случае малого запаса количества делящегося материала в активной зоне на момент разгрузки.
Четвертое повлечет увеличение себестоимости отпускаемой электроэнергии из-за высокой капитальной составляющей несмотря на снижение расхода ядерного топлива из-за разгрузки реактора согласно приведенной зависимости:
Топливная составляющая на АЭС особо ничего не решает. Но в то же время это не означает, чтобы не разгружать реактор. Перерасход топлива тоже не устраивает. Так что все тарифы, как известно, фиксированы, поэтому атомная станция просто будет работать себе в убыток и никто не позволит ей отпускать электроэнергию по иной цене. А то, что себестоимость растет это уже «ваши проблемы», как говорится.
Так что из всего перечисленного, очевидно, что поставленная задача в Стратегии абсолютно невыполнима. Почему? Очень просто: никто не будет разгружать блоки АЭС на таких условиях.
Как быть?
В такой ситуации с целью недопущения разгрузки единственным выходом является необходимость комбинирования АЭС с энергетическими аккумуляторными установками и варианты для этого вполне есть:
- водородный комплекс;
- системы аккумулирования тепловой энергии (САТЭ) на основе аккумуляторов фазового перехода (АФП);
- САТЭ на основе жидкостного органического теплоносителя.
Первое заключается в получении водорода и кислорода электролизом воды, временное хранение и сжигание водорода в кислороде с преобразованием тепловой энергии в электрическую в паротурбинном цикле АЭС, что позволит поднять ее КПД в часы пиковой нагрузки в энергосистеме. При этом тандем АЭС+электролиз это единый энергетический комплекс, а не два разных предприятия, где электролиз играет роль средства обеспечения АЭС базисной нагрузкой, а значит берет электроэнергию от АЭС по себестоимости.
Второе подразумевает отбор некоторой доли свежего пара (перед турбиной) и его подача в АФП, где за счет теплоты конденсации плавится специальное теплоаккумулирующее вещество. Конденсат возвращается в тракт питательной воды. Это зарядка. При разрядке часть питательной воды после всех подогревателей высокого давления подается через АФП, где осуществляется ее дополнительный подогрев и смешение с основным расходом. В результате этого необходимо увеличить подачу питательной воды через парогенератор, что в итоге позволит увеличить его паропроизводительность и не изменять температуру теплоносителя 1 контура на выходе из парогенератора, согласно тепловому балансу.
Третье по сути то же, что и второе с той разницей, что в качестве теплоаккумулирующего вещества используется органический жидкий теплоноситель, запасаемый в специальном баке-аккумуляторе. В режиме разрядки конденсат после первых двух подогревателей низкого давления (ПНД) подается в специальные теплообменник, где забирает тепло от органического теплоносителя, что позволяет не использовать отбор пара из турбины в два других ПНД.
Выводы
- Стратегия развития энергетики России до 2050г ставит одним из требований к АЭС - маневренность за счет их разгрузки. Это не эффективный и бесперспективный путь, т.к., помимо усталостного износа оболочек ТВЭЛ еще и приводит к потере экономичности станции.
- В случае с АЭС добиться маневренности возможно только одним единственным путем - применение аккумуляторов энергии. Таким образом, станция в любое время, когда возникнет необходимость в разгрузке запасает часть энергии, чтобы затем ее вновь вернуть в цикл и преобразовать в полезную мощность. Реактор при этом работает в номинальном режиме.