Добавил:
okley
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Курсовой проект 5 кафедра (спецы 4 курс) / 177_Атомные электростанции с реакторами типа ВВЭР_PWR
.pdf
Глава 3. АЭС с реакторными установками PWR поколения III+
290
разования энергии и вспомогательное оборудование. Турбинное здание
расположено на отдельном фундаменте.
Здание дизель-генератора также не влияет на безопасность, в нем раз-
мещаются два резервных дизельных генератора, а также оборудование для
цикла преобразования энергии и вспомогательное оборудование. Здание
дизель-генератора расположено на отдельном фундаменте на отдалении
от зданий «ядерного острова».
3.2. EPR-1600 —
EPR-1600 (European Pressurized water Reactor) электрической мощностью
около 1650 мегаватт ‒ наследник той эпохи, когда в Европе атомную энерге-
тику считали прогрессивной и полезной. Разработка реактора началась еще
в начале 1990-х гг. объединением немецких и французских разработчиков
Siemens NP и Framatome (в 2000 году слившихся в компанию Areva). Проект
EPR вобрал в себя множество прогрессивных решений и представлялся как
вершина эволюции реакторов типа PWR.
С проекта EPR началось деление реакторных установок на поколения,
чтобы подчеркнуть новизну проектных решений и конструкторское нова-
торство. Новый реактор был отнесен по классификации, предложенной
Areva, к поколению III+ (рис. 3.24).
Тепловая мощность у EPR-1600 (4300 МВт) и электрическая (1650
МВт) являются рекордными среди всех типов РУ. При этом диаметр ре-
актора (~5,4 метра) всего на метр больше ВВЭР-1200, мощность которо-
го 3200 МВт(т). Масса реакторной установки тоже не сильно выше, чем
у реакторов мощностью 1200 МВт. Энергоблок имеет рекордный КПД —
40,7% брутто и 38,6% нетто. EPR-1600 должен был стать первым в мире
типом реактора с полностью цифровым управлением, включая системы
безопасности. АСУТП проектировали в компании Siemens NP, известной
Поколение I
Поколение II
Поколение III
Поколение IV
1950 1970 1990 2010 2030 2050 2070 2090
UNGG
CHOOZ
REP 900
REP 1300
N4
EPR
. 3.24. Развитие проектов реакторных установок Framatome/Areva
3.2. EPR-1600 — европейский реактор сводой под давлением
291
своими передовыми решениями в области автоматики и цифровых систем
управления.
Основные характеристики EPR-1600 представлены в табл. 3.2.
3.2. Технико-экономические характеристики EPR-1600
Мощность тепловая (брутто), МВт 4590
Мощность электрическая, МВт 1600
Расход теплоносителя через реактор , м
3
/ч 113 320
Давление номинальное навыходе изактивной зоны, МПа 15,5
Температура теплоносителя вреакторе, °С
– навходе вактивную зону 295,9
– навыходе изактивной зоны 327,2
Количество циркуляционных петель, шт. 4
Число горячих ниток петель 4
Число холодных ниток петель 4
Число ТВС вактивной зоне, шт. 241
Тип TВС Квадрат, 17×17
Количество твэлов вТВС 264
Диаметр твэлов, мм 9,5
Количество приводов СУЗ вреакторе, шт. 81
Тип парогенератора Вертикальный
Количество ГЦН, шт. 4
Стоит отметить, что у EPR-1600 входы и выходы воды первого конту-
ра сделаны на одном уровне (в отличие от двухуровневой конструкции
патрубков ВВЭР), т.е. как у большинства реакторов PWR, начиная с АЭС
«Shippingport», где входные и выходные патрубки находятся на одном уров-
не. Это усложняет внутриреакторную конструкцию, но укорачивает и об-
легчает корпус реактора.
Активная зона реактора состоит из 241 кассеты стандартного западного
типа «квадрат 17×17». Кассет заметно больше, чем в 1–1,2 гигаваттных ре-
акторах.
Второй контур реактора собран из 4 вертикальных парогенераторов
(в отличие от AP1000 и APR-1400, в которых их по 2). Системы безопасности
представлены 4 независимыми каналами, каждый из которых включает си-
стему впрыска холодной борированной воды и систему ступенчатого расхо-
лаживания (конечным поглотителем остаточного тепла выступает большой
бассейн с водой внутри реакторного отделения).
Глава 3. АЭС с реакторными установками PWR поколения III+
292
Автономность реактора по расхолаживанию, по разным данным, от 48
до 72 часов. Имеется и ловушка расплава, причем в отличие от российско-
го варианта она представляет собой большой «бассейн», а не относительно
небольшую «бочку» (что является предметом критики среди профессиона-
лов).
Диаметр двойного контейнемента (защитной оболочки) реакторного зда-
ния — 46 метров, всего на 2 метра больше, чем у ВВЭР-1200, однако высота
контейнмента выше более чем на 10 метров (причина — вертикальные пароге-
нераторы). При этом надо помнить, что у ВВЭР в контейнменте располагается
часть систем безопасности (гидроемкости САОЗ) и бассейн выдержки отрабо-
танного топлива, у EPR это все вынесено в пристройки вокруг реактора.
Все эти и многие другие особенности привели к тому, что построить
EPR-1600 оказалось непросто и дорого. В целом путь воплощения про-
екта EPR-1600 получился долгим, сложным, можно сказать тяжелым.
Сооружение энергоблока Фламанвиль-3 существенно задержалось из-за
многочисленных технических проблем, в том числе со сварными швами
вторичной защитной оболочки, трещинами в бетонном основании, произ-
водственным браком корпуса реактора, повреждением насосов питательной
воды и прочими, в том числе и проблемами с увеличением выбросов.
Франция получает около 70% электроэнергии из атомных электростан-
ций благодаря давней политике, направленной на обеспечение энергетиче-
ской безопасности.
Государственная политика, принятая в 2014 году, была направлена на то,
чтобы к 2025 году доля атомной энергетики в производстве электроэнер-
гии сократилась до 50%. В 2019 году эта цель была перенесена на 2035 год,
а в 2023 году от нее отказались.
В феврале 2022 года Франция объявила о планах построить шесть новых
реакторов и рассмотреть возможность строительства еще восьми. В 2025 году
во Франции эксплуатировались 57 реакторов, выводились из эксплуатации
14 и ни одного блока не сооружалось.
На начало 2025 года в мире эксплуатируются всего четыре блока с реак-
торами EPR:
• два энергоблока на АЭС Тайшань-1, 2 (Китай). Строительство нача-
лось в 2009 году, введены в коммерческую эксплуатацию в декабре
2018 г. и в сентябре 2019 г. соответственно;
• один энергоблок на АЭС Олкилуото-3 (Финляндия). Строительство на-
чалось в 2005 г., введен в коммерческую эксплуатацию в апреле 2023 г.;
• один энергоблок на АЭС Фламанвиль-3 (Франция), строился с 2007 г.,
первое включение в сеть 21.12.2024, ввод в эксплуатацию планируется
в середине 2025 г.
В стадии строительства находятся два блока и два планируются к соору-
жению:
3.2. EPR-1600 — европейский реактор сводой под давлением
293
• два энергоблока АЭС Хинкли Пойнт C-1, 2 (Великобритания), соору-
жаются с 2018 и 2019 г. соответственно;
• два энергоблока АЭС Сайзвелл C (Великобритания) планируются
к началу строительства в 2025 г.
EPR-1600
EPR-1600 представляет собой РУ c четырехпетлевой системой перво-
го контура охлаждения активной зоны водой под давлением (рис. 3.25).
Реакторная установка состоит из корпуса реактора, содержащего активную
зону из тепловыделяющих сборок, компенсатора давления (PZR), включа-
ющего системы управления для поддержания давления в системе, одного
главного циркуляционного насоса (RCP) на каждой петле, одного паро-
генератора (SG) на каждой петле, относящегося к оборудованию второго
контура, трубопроводов и соответствующих систем управления и защиты
(рис. 3.26).
Система спроектирована с четырьмя петлевыми контурами для обеспе-
чения потока теплоносителя через активную зону реактора, каждый из ко-
торых соединен с корпусом реактора (RPV) собственными патрубками.
Трубопровод первого контура реактора представляет собой:
Компенсатор
давления
Парогенераторы
Парогенераторы
Главные
циркуляционные
насосы (ГЦН)
Реактор
ГЦН
ГЦН
. 3.25. Компоновка основного оборудования реакторной установки EPR-1600
Глава 3. АЭС с реакторными установками PWR поколения III+
294
• четыре петли, каждая из которых содержит горячую нитку, соединяю-
щую корпус реактора с ПГ (SG), промежуточную часть, соединяющую
ПГ с ГЦН (RCP), и холодную нитку, соединяющую ГЦН с корпусом
реактора;
• одна линия трубопровода, соединяющая компенсатор давления (КД)
с горячей ниткой третьей петли (Pressurizer Surge Nozzles);
• две линии впрыска в КД (Pressurizer Spray Nozzles), соединяющие
распылительные форсунки внутри корпуса КД с холодными нитками
второй и третьей петель.
При нормальной работе функция охлаждения активной зоны обеспечи-
вается за счет циркуляции теплоносителя первого контура и передачи тепла
через парогенераторы второму контуру.
РЕАКТОР
2
2
2
2
3
4
4
1
1
1
1
5
5
ГЦН 1
ПГ 1
ГЦН 4
ГЦН 2
ГЦН 3
ПГ 2
ПГ 4
ПГ 3
РЕАКТОР
КД
© Яуров С.В.
. 3.26. Конфигурация оборудования и трубопроводов первого контура EPR-1600.
1 – система отвода остаточного тепла реактора (SIS/RHRS); 2 – система дополнительно-
го борирования [RBS (EBS)], система аварийного впрыска/система отвода остаточного
тепла реактора [RIS/RRA (SIS/RHRS)]; система гидроемкостей (гидроаккумуляторов);
3 – забор воды в систему подпитки-продувки 1 контура RCV (CVCS); 4 – подача воды
от системы подпитки-продувки 1 контура RCV (CVCS); 5 – линии впрыска компенсатора
давления (КД)
3.2. EPR-1600 — европейский реактор сводой под давлением
295
В нормальных условиях эксплуатации принудительная циркуляция че-
рез активную зону обеспечивается четырьмя главными циркуляционными
насосами реактора. В случае, если насосы не работают, остаточное тепло от-
водится в режиме естественной циркуляции теплоносителя первого контура
через активную зону.
РеакторEPR-1600
Корпус реактора. Корпус реактора (Reactor Pressure Vessel ‒ RPV) пред-
ставляет собой цилиндрический сосуд со сварным полусферическим дни-
щем и съемным фланцевым полусферическим верхним блоком — крышкой
с прокладкой (рис. 3.27).
Верхний блок предназначен для обеспечения объема, необходимого для
размещения активной зоны реактора, регулирующих стержней, внутрикор-
пусных устройств (ВКУ), отражающих поток нейтронов, поддерживающих
топливные сборки и направляющих поток теплоносителя.
Корпус реактора изготовлен из низколегированной стали. Для корро-
зионной стойкости вся внутренняя поверхность корпуса реактора покрыта
плакирующим слоем из нержавеющей стали.
Корпус реактора (рис. 3.28) имеет четыре входных патрубка и четыре
выходных патрубка петель первого контура, расположенных в горизонталь-
Адаптер
привода
СУЗ
Верхний блок
Чехол
стержня СУЗ
Шахта
активной зоны
Входной
патрубок
Выходной
патрубок
К
орпус реактора
Выгородка-
отражатель
Капсула
образцов-
свидетелей
Опорная плита
активной зоны
Устройство
распределения
потока
Уровнемер
Термокомпенсатор
адаптера привода
СУЗ
Кластерный
стержень СУЗ
ТВС
Крышка
реактора
– верхний
блок
Активная
зона
Днище
реактора
. 3.27. Конструкция реактора EPR-1600
Глава 3. АЭС с реакторными установками PWR поколения III+
296
ной плоскости чуть ниже фланца
корпуса реактора, но над верхней ча-
стью активной зоны. Теплоноситель
из холодных ниток петель поступа-
ет в корпус через входные патруб-
ки и направляется потоком вниз
по кольцевому зазору, образованно-
му пространством между активной
зоной и внутренней стенкой корпуса
реактора. На днище корпуса поток
теплоносителя отклоняется, чтобы
пройти вверх через активную зону
к выходным патрубкам. Нагретый
теплоноситель выходит из корпу-
са реактора через четыре выходных
патрубка, поступая в горячие нит-
ки петель к ПГ. Цилиндрическая
оболочка корпуса реактора состоит
из двух обечаек: верхней и нижней.
Шахта активной зоны (рис. 3.29)
опирается выступом опорного флан-
ца на кромку фланца главного разъ-
ема реактора (ГРР) и центрируется
с помощью выравнивающих штиф-
тов. В нижней части радиальная
опорная система ограничивает вра-
щательные и тангенциальные движения, но допускает радиальное тепловое
и осевое смещения.
Шахта активной зоны в сборе состоит из верхнего фланца, который
опирается на фланец ГРР и служит для передачи нагрузок как от тепловыде-
ляющих сборок, так и от нижних сборок на корпус и обечаек шахты, прива-
ренных к фланцу.
Верхняя часть шахты имеет четыре выпускных патрубка перед четырьмя
выходными патрубками корпуса. Они обеспечивают проход для теплоносите-
ля реактора от активной зоны к выходным патрубкам петель первого контура.
Максимальный радиальный зазор между шахтой и патрубками корпуса кон-
тролируется для ограничения величины байпасного потока теплоносителя.
Корзины и капсулы для размещения образцов-свидетелей крепятся бол-
тами к внешней стороне шахты активной зоны в местах, где поток нейтро-
нов облучения выше, чем на внутренней стороне корпуса в районе активной
зоны.
Нижние внутрикорпусные устройства поддерживают, размещают, удер-
живают, защищают основные компоненты (тепловыделяющие сборки),
12717,5
4995
. 3.28. Корпус реактора EPR-1600
скрышкой
3.2. EPR-1600 — европейский реактор сводой под давлением
297
обеспечивают однородное охлаждение активной зоны. Нижние внутрикор-
пусные устройства ограничивают механические нагрузки от основных ком-
понентов и позволяют загружать, выгружать и перегружать ТВС. Нижние
внутренние устройства служат для достижения однородного распределения
потока теплоносителя в активной зоне, чтобы свести к минимуму увели-
чение подъемных сил на тепловыделяющие сборки и вибрации топливных
стрежней, вызванных движением теплоносителя первого контура за счет ра-
боты ГЦН.
Выгородка (рис. 3.30)предназначена для отражения нейтронов и сниже-
ния их воздействия на материалы корпуса реактора.
Выравнивающи
й
штифт
Фланец опорный
Корпус шахты
Распылительные
форсунки
Корзина
для образцов-
свидетелей
Выгородка-
отражатель
Нижняя
опорная
плита
Устройство
распределения
потока
. 3.29. Разрез шахты активной зоны реактора EPR-1600 свыгородкой-отражателем
Глава 3. АЭС с реакторными установками PWR поколения III+
298
Байпасный поток теплоносителя, необходимый для охлаждения отража-
теля, ограничен 1,5% от общего расхода на входе в реактор. Таким образом
предотвращается попадание струи воды из отражателя на периферийные то-
пливные стержни.
Отражатель включает в себя набор из одиннадцати массивных перфо-
рированных плит и одной нижней плиты, закрепленных вместе восемью
трапециевидными замковыми полосами в вертикальных пазах. Выгородка-
отражатель фиксируется внизу с помощью четырех позиционных ключей,
закрепленных на нижней опорной плите шахты.
АктивнаязонаEPR-1600
Активная зона (рис. 3.31) реактора EPR-1600 представляет собой массив
из 241 ТВС, расположенных в корпусе реактора.
ТВС содержит топливные элементы с обогащением топлива до 5% мас.
235
U, некоторые ТВС включают в себя поглотитель Gd
2
O
3
с концентрацией
Gd от 2 до 10%.
Основные характеристики активной зоны (табл. 3.3) и условия ее экс-
плуатации обеспечивают высокий тепловой КПД установки, низкие за-
траты на топливный цикл и гибкость для увеличения продолжительности
топливного цикла.
. 3.30. Общий вид исекторальный разрез выгородки-отражателя EPR-1600
3.2. EPR-1600 — европейский реактор сводой под давлением
299
3.3. Характеристики активной зоны EPR-1600
Мощность тепловая, МВт 4500
Количество тепловыделяющих сборок, ед. 241
Шаг тепловыделяющей сборки вактивной зоне (холодный), мм 215,04
Количество твэлов втепловыделяющей сборке, ед. 265
Длина тепловыделяющей сборки (холодная, без пружин), мм 4805
Активная длина (холодная), мм 4200
GG
GG GG
GG GG
GG
G
G
G
G
GG
GG
G
G
G
G
G
G
G
G
G
– высокое обогащение с гадолинием
– высокое обогащение
– среднее обогащение
– низкое обогащение
. 3.31. Картограмма активной зоны реактора EPR-1600
Соседние файлы в папке Курсовой проект 5 кафедра (спецы 4 курс)