Атомные электрические станции Лекция 8 Схема работы

Атомные электрические станции Лекция 8

Схема работы АЭС с двухконтурным реактором ВВЗР. Энергия, выделяемая в активной зоне реактора, передаётся теплоносителю первого контура. Далее теплоноситель поступает в теплообменник (парогенератор), где нагревает до кипения воду второго контура. Полученный при этом пар поступает в турбины, вращающие электрогенераторы. На выходе из турбин пар поступает в конденсатор, где охлаждается большим количеством воды, поступающим из водохранилища. Давление в 1 -м контуре может доходить до 160 атмосфер (ВВЭР-1000). Помимо воды, в различных реакторах в качестве теплоносителя может применяться также расплавленный натрий или газ.

Ядерные энергетические установки n Паротурбинные ЯЭУ (КАЭС, АСТ): n ВВЭР-440, 1000 МВт: на турбину пар с Р=6. 3 МПа, Т=551 град. К, кпд=33% n РБМК-1000, 1500, 2400 МВт: Р=6. 5 МПа, Т=723 град. К, кпд=37% (с ядерным перегревом пара) n БН-350 (Шевченко), 600 (Белоярская): 1 -2 контуры с жидким натрием при Т=823 град. К, 3 -4 – вода n Газотурбинные ЯЭУ (ГТАЭС) на быстрых и тепловых нейтронах : He – P=6 МПа, Т=1123 град. К, кпд=35% n магноксовые - СО 2 Т<635 град. К n N 2 O 4 - диссоциирующий n

Кипящий реактор

Термоэмиссионные преобразователи – ядерный разогрев катода (ТЭП) n Термоэлектрический генератор (эффект Пельтье) – нагрев горячих спаев разнородных электродов n МГД-генераторы (магнитогидродинамический генератор) n Электрические генераторы машинного типа – с механическим приводом от паровой, реже газовой турбины n

Немного истории… Первый в мире ядерный реактор был построен в декабре 1942 года в США под руководством Энрико Ферми. n Первая в мире атомная электростанция мощностью 5 МВт была запущена 27 июня 1954 года в СССР, в городе Обнинске. n За пределами СССР первая АЭС промышленного назначения мощностью 46 МВт была введена в эксплуатацию в 1956 в Колдер-Холле (Великобритания). Через год вступила в строй АЭС мощностью 60 МВт в Шиппингпорте (США). n

Гонка ЯЭУ на море 1955 – АПЛ «Наутилус» (США) n Декабрь 1958 – сдана в эксплуатацию первая советская АПЛ «К-3» ( «Ленинский комсомол» ) n 1959 – спущен первый атомный ледокол «Ленин» n 1960 – первая ракетная лодка «Джордж Вашингтон» (США) n 1961 – первый атомный авианосец «Энтерпрайз» и атомный крейсер «Лонг-Бич» n 17 июля 1962 г. АПЛ «К-3» впервые всплыла на Северном полюсе n

n Декабрь 1969 – на вооружение принята ПЛАРК проекта 661 «Анчар» из титанового сплава. Рекорд подводной скорости 44. 7 узла – не побит до сих пор.

1980 -е: ПЛАБР «Акула» (Тайфун) проект 941 – самая большая АПЛ в истории флота. Может всплывать в арктических широтах, ломая

Схема расположения АЭС в мире

Сегодня АЭС вырабатывают 16% всей электроэнергии в России n n n России сейчас эксплуатируются 30 энергоблоков на десяти АЭС общей установленной мощностью более 21, 2 ГВт (эл. ). В их числе энергоблоки большой, средней и малой мощности: 13 энергоблоков с корпусными водо-водяными реакторами типа ВВЭР (6 энергоблоков с ВВЭР-440 и 7 энергоблоков с ВВЭР-1000); 11 энергоблоков с канальными реакторами типа РБМК-1000; 1 энергоблок с реактором на быстрых нейтронах БН-600; 4 энергоблока малой мощности - по 12 МВт Билибинской АТЭЦ с канальными водографитовыми реакторами.

АЭС в России

Самая крупная АЭС в России - Балаковская АЭС (1993) – на левом берегу Саратовского водохранилища. Установленная электрическая мощность - 4000 МВт: 4 энергоблока ВВЭР-1000. Ежегодно она вырабатывает более 30 миллиардов к. Вт·ч электроэнергии. Общая площадь, занимаемая Балаковской АЭС, составляет 487, 4 га. С вводом второй очереди (пятый и шестой энергоблоки) станция должна сравняться с самой мощной в Европе Запорожской АЭС.

Белоярская АЭС имени И. В. Курчатова Три энергоблока: два с реакторами на тепловых нейтронах и один с реактором на быстрых нейтронах. В настоящее время единственным действующим энергоблоком является 3 -й энергоблок с реактором БН-600 электрической мощностью 600 МВт, пущенный в эксплуатацию в апреле 1980 — первый в мире энергоблок промышленного масштаба с реактором на быстрых нейтронах. Он до сих пор является крупнейшим в мире энергоблоком с реактором на быстрых нейтронах.

Билибинская АЭС — первая за полярным кругом и единственная в зоне вечной мерзлоты атомная электростанция. Решение о строительстве АЭС было принято в 1965 году. Станция состоит из четырёх одинаковых энергоблоков общей электрической мощностью 48 МВт. Введены в эксплуатацию в 1974— 1976.

Волгодонская (Ростовская) АЭС расположена вблизи города Волгодонска, Ростовской области. Самая молодая АЭС (введена в эксплуатацию в 2001 году). Мощность 1040 МВт обеспечивается работой единственного энергоблока. В ближайшем будущем планируется запустить еще один энергоблок.

Калининская АЭС n Калининская АЭС расположена на севере Тверской области в 125 км от г. Тверь, в 330 км от Москвы и в 400 км от Санкт-Петербурга на берегу оз. Удомля. Состоит из 3 энергоблоков, общей мощностью 3000 МВт, которые были введены в эксплуатацию в 1984, 1987 и 2004 годах.

Кольская АЭС – в 20 км от города Полярные Зори. Первая АЭС, построенная за Полярным кругом (1973 -1984). Станция состоит из четырёх энергоблоков. Тепловая мощность АЭС составляет 5 500 МВт, что соответствует установленной электрической мощности 1 760 МВт.

Курская АЭС расположена в г. Курчатове Курской области, в 40 км к западу от г. Курска на берегу реки Сейм. Станция состоит из четырёх энергоблоков (РБМК) общей мощностью 4 ГВт.

Ленинградская АЭС Расположена в 80 км западнее города Санкт-Петербурга на побережье Финского залива в г. Сосновый Бор (1967 -1981). Мощность блоков (РБМК) станции 1 000 МВт каждый.

Нововоронежская АЭС

Смоленская АЭС расположена в 3 км от города Десногорск Смоленской области. 3 энергоблока (РБМК-1000), введены в эксплуатацию в 1982, 1985 и 1990. В состав каждого энергоблока входят: один реактор тепловой мощностью 3200 МВт и два турбогенератора электрической мощностью по 500 МВт каждый.

Мировые лидеры в производстве ядерной электроэнергии: 1. 2. 3. 4. 5. США (788, 6 млрд к. Вт·ч/год) Франция (426, 8 млрд к. Вт·ч/год) Япония (273, 8 млрд к. Вт·ч/год) Германия (158, 4 млрд к. Вт·ч/год) Россия (154, 7 млрд к. Вт·ч/год). На начало 2004 года в мире действовал 441 энергетический ядерный реактор, российское ОАО «ТВЭЛ» поставляет топливо для 75 из них

Крупнейшая АЭС в мире "Касивадзаки-Карива" (Япония, префектура Ниигата): в эксплуатации 5 кипящих ядерных реакторов (BWR) и 2 продвинутых кипящих ядерных реакторов (ABWR), суммарная мощность которых составляет 8, 212 ГВт.

Перспективы n n Довести долю АЭС до 25% Заменить выработанные блоки Новые станции: в сентябре 2010 г. принято решение о строительстве Балтийской АЭС в Калининградской области Проектируемые атомные станции n n n n Нижегородская (до 2020) Плавучая Калининградская (Балтийская) Северская (2015 -2017) Тверская (2011 -2015) Южно-Уральская (4600 МВт) Костромская (Центральная) АЭС (возобновление – к 2015 -2017, 2300 МВт)

АЭС в России

Размещение АЭС n n n земли, отводимые для сооружения АЭС, непригодны или малопригодны для сельскохозяйственного производства; площадка строительства располагается у водоёмов и рек, на прибрежных незатапливаемых паводковыми водами территориях; грунты площадки допускают строительство зданий и сооружений без проведения дополнительных дорогостоящих мероприятий; уровень грунтовых вод находится ниже глубины заложения подвалов зданий и подземных инженерных коммуникаций и на водопонижение при строительстве АЭС не требуется дополнительных затрат; площадка имеет относительно ровную поверхность с уклоном, обеспечивающим поверхностный водоотвод, при этом земляные работы сведены к минимуму.

Варианты компоновки АЭС Разомкнутая n Сомкнутая n Интегральная n Системы водоснабжения АЭС Прямоточная n Оборотная n Смешанная n

Разомкнутая компоновка (5 энергоблок Нововоронежской АЭС): 1 -реакторное отделение, 2 -машинный зал, 3 -этажерка энергоустройства, 4 -спецкорпус, 5 -вентиляционная труба

Поперечный разрез главного здания двухконтурной АЭС (сомкнутая компоновка): 1 - турбоагрегат, 3 – деаэратор, 7 – реактор, 15 – турбинный генератор

Интегральная компоновка: 4 - реактор, 5 – газовая турбина и компрессор

Полуинтегральная компоновка

Конструкция и компоновка АЭС «Тулуза-2» 1 – ядерная паропроизводящая установка 2 – шахта трубопроводов свежего пара 3 – шахта трубопроводов питательной воды 4 – турбогенератор 5 – конденсатор пара 6 – деаэратор питательной воды 7 – подъемный кран для обслуживания реакторного отделения 8 – хранилище отработанного ядерного топлива 9 – вентиляционная шахта 10 – вентиляционная труба

Воздействие на окружающую среду n n n n Естественный радиационный фон: Радон - 55% Внутреннее облучение природными радионуклидами – 11% (40 К, 232 Th, 235 U, 238 U) Космическое излучение – 8% Радиоактивность горных пород – 8% Медицинские изотопы – 15% Техногенные радионуклиды – 3%.

Техногенные радионуклиды n n n 95% - ядерные испытания: до 1980 г. 423 испытания ядерного оружия в атмосфере (545 Мт: США-96. 72, СССР-85. 46, Великобритания-10. 5, Франция-10. 87, Китай-12. 82 Мт). В атмосфере рассеяно около 10 т Pu АЭС – вклад в фоновое обучение < 1% - эквивалентно 1 часу полета на авиалайнере. Производство плутония для военных целей и переработка облученного ядерного топлива, подземные хранилища отходов. Аннушка – 1948. ВУРС - 1957. Аварии на ядерных предприятиях – ЧАЭС – в биосферу попало менее 3% радионуклидов, выброшенных при испытаниях оружия. Сбросы отходов в мировой океан, аварии на подлодках, потери источников и бомб.

Термоядерная энергия n D+T->He+n

Ветровые электростанции n Установленная мощность ветровых электростанций в России на 2006 год составляет около 15 МВт.