3. Эксергетические потери и эксергетический кпд аэс

Эксергия источника теплоты (ТВЭЛ)

(10)

Эксергетические потери АЭС определяются по теореме Гюи-Стодоллы.

Потери эксергии за счет необратимости процесса горения топлива определяются выражением (11)

(11)

Потери эксергии за счет необратимости процесса теплообмена между ТВЭЛ и водой в ядерном реакторе определяются выражением (12)

(12)

Потери эксергии за счет необратимости процесса теплообмена в парогенераторе АЭС с ВВЭР определяется выражением (13)

(13)

Потери эксергии за счет необратимостей процессов в ПТУ определяются выражением (14)

(14)

Эксергетический КПД цикла АЭС с ВВЭР определяется выражением (15)

(15)

Эксергетический и балансовый КПД АЭС одинаковы, что указывает на правильность выполненных расчетов.

Таблица 4. Эксергетический КПД и основные потери цикла

	E1 кДж	Е1 кДж/кг	ЕтоЯР кДж/кг	ЕтоПГ кДж/кг	ЕП1 кДж/кг	ЕПП кДж/кг	ЕК кДж/кг	ЕПТ кДж/кг	ехАЭС
Значения	2317,8	1073,13	111,75	88,18	53,44	13,78	69,51	95,57	35,0
% от E1	-	46,3	4,8	3,8	2,4	0,6	3,0	4,1	-

КПД АЭС с ВВЭР с учетом затрат работы на привод насоса первого контура АЭС определяется выражением (16)

(16)

где _сн=(l_iпту- l_iН1)/l_iпту  коэффициент, учитывающий затраты работы на собственные нужды АЭС ,

а l_iН1=d₁(h_A-h_в)/_н = d₁ 0,001р_яр+пг/_н  удельная работа насоса первого контура. Принять: р_яр+пг =2 МПа=2000 кПа, _н=0,85, т.е. а l_iН1=d₁ 2/0,85 кДж/кг,

l_iпту - удельная работа ПТУ.

l_iН1=13,980·2/0,85=32,89 кДж/кг

η_сн=(838,36-32,89)/ 838,36=0,96

=0,96·35,0=33,6 %

3. Вывод о достоинствах и недостатках аэс с ввэр

Особенностями АЭС имеющей Водо-Водяной Энергетический Ректор можно считать использование реактора корпусного типа, двухконтурной схемы, а также водный теплоноситель в обоих контурах. Его главными достоинствами являются, во-первых, компактность и относительная простота конструкции, во-вторых, хорошая управляемость.

Использование воды в качестве теплоносителя и теплоносителя-замедлителя в ядерных установках имеет ряд преимуществ:

• Технология изготовления таких реакторов хорошо изучена и отработана.

• Вода, обладая хорошими теплопередающими свойствами, относительно просто и с малыми затратами мощности перекачивается насосами.

• Невоспламеняемость и невозможность затвердевания воды упрощает проблему эксплуатации реактора и вспомогательного оборудования.

• Обычная химобессоленая вода дешева.

К недостаткам водо-водяных реакторов стоит отнести необходимость подбора коррозионно-устойчивых материалов для ТВЭЛов и корпуса реактора.

Использование двухконтурной схемы добавляет потери теплоты в парогенераторе, но имеет свои плюсы ввиду нерадиоактивности второго контура: повышение срока службы элементов ПТУ и относительной безопасности утечки.

Для проведения анализа тепловой экономичности заданного цикла сведем в таблицу данные полученные методом теплового баланса, расчета энтропий и эксергий.

Таблица 5. Сводные данные по АЭС с ВВЭР

Данные теплового баланса
qр кДж/кг		q1 кДж/кг		qр- q1 кДж/кг		lт кДж/кг		q2 кДж/кг		ηаэс
2365,1		2317,8		47,3		838,36		1479,4		35,4
%		-		2		35,4		62,6
Эксергетический расчет
E1 кДж	Е1 кДж/кг		ЕтоЯР кДж/кг	ЕтоПГ кДж/кг	ЕП1 кДж/кг		ЕПП кДж/кг	ЕК кДж/кг	ЕПТ кДж/кг		ехАЭС
2317,8	1073,13		111,75	88,18	53,44		13,78	69,51	95,57		35,0
%	46,3		4,8	3,8	2,4		0,6	3,0	4,1

Анализ расчетных данных позволяет сделать следующие выводы:

• КПД АЭС с ВВЭР-1000 при заданных параметрах равен 35,0%;

• Тепловой баланс показывает, что основные потери теплоты относятся к конденсатору паротурбинной установки (62,6%);

• Энтропийные составляющие цикла АЭС (табл 5) позволяют сделать выводы только об эффективности теплообмена в элементах обоих контуров. С этой позиции наименее экономичными являются ядерный реактор и паровые турбины. (потери соответственно 25,8% и 22,1%);

Эксергетический метод анализа наиболее точен, так как включает в себя потери во всех элементах расчетного цикла. Он показывает:

• Большие (46,3%) потери эксергии, происходят в ядерном реакторе при делении ядерного топлива;

• В первом контуре АЭС теряется 8,6% возможной работы;

• В цикле ПТУ наибольшие потери приходятся на паровые турбины и конденсатор (составляют 4,1% и 3.0% соответсвенно)

На основании расчетных данных можно сделать следующие выводы:

• наибольший КПД (36,4) соответствует АЭС с РБМК, что обусловлено наличием двух контуров (раздельный реактор и парогенератор),между 2мя контурами теряется теплота, а также часть энергии расходуется на работу насоса 1го контура,

• остальные элементы ПТУ имеют незначительные отличия в увеличениях энтропий и потерях эксергий, это связано с похожими исходными параметрами термодинамического цикла.