2.4. Атомные электростанции (аэс)

АЭС – это по существу тепловые электростанции, которые используют тепловую энергию ядерных реакций. Один из основных элементов АЭС – реактор.

Атомные электростанции проектируются и сооружаются с реакторами различного типа на тепловых или быстрых нейтронах по одноконтурной, двухконтурной или трехконтурной схеме. АЭС могут сооружаться для производства только электрической энергии, аналогично КЭС, или для производства тепловой и электрической энергии, аналогично ТЭЦ.

Упрощенная принципиальная схема двухконтурной АЭС приведена на рис. 1.4. Как видно, оборудование второго контура, включающего турбину Тб и конденсатор К., аналогично оборудованию тепловых электростанций. Первый, радиоактивный контур содержит реактор, парогенератор и питательный насос.

Рис. 2.8. Принципиальная схема двухконтурной АЭС

В качестве расщепляющегося материала на АЭС обычно используется уран ²³⁵U (92 протона и 143 нейтрона) в виде концентрата закиси-окиси урана U₃O₈.

Поглощая один нейтрон, уран ²³⁵U делится на две части (осколки) с выделением энергии. При расщеплении 1 кг урана ²³⁵U выделяется энергии 21,6 млн. кВт·ч, что эквивалентно энергии, выделяющейся при сгорании примерно 2900 т угля.

Урана на земле не так мало, но ²³⁵U в нем только 0,714%, а основную массу (99,28%) составляет ²³⁸U, который нормально не расщепляется. Найдена возможность использовать и этот изотоп с получением плутония, также расщепляющегося материала;

На АЭС возможно также использовать торий, из которого получается расщепляющийся материал ²³³U.

Предполагалось, что к 2000 г. выработка электроэнергии на АЭС в мире может достигнуть 50 % общей выработки электроэнергии. Однако в настоящее время прогнозные оценки развития АЭС в мире на 2000 г. в силу ряда причин существенно снизились.

Особенности АЭС следующие:

1) могут сооружаться в любом географическом месте, в том числе и в труднодоступном;

2) по своему режиму автономны от ряда внешних факторов;

3) требуют малого количества топлива;

4) могут работать по свободному графику нагрузки (за исключением атомных ТЭЦ);

5) чувствительны к переменному режиму, особенно АЭС с реакторами на быстрых нейтронах; по этой причине, а также с учетом требования экономичности работы для АЭС выделяется базовая часть графика нагрузки энергосистемы;

6) слабо загрязняют атмосферу; выбросы радиоактивных газов и аэрозолей незначительны и не превышают значений, допустимых санитарными нормами. В этом отношении АЭС оказываются более чистыми, чем ТЭС.

2.5. Газотурбинные установки.

Основу современных газотурбинных электростанций составляют газовые турбины мощностью 25-100 МВт. Упрощенная принципиальная схема ГТУ представлена на рис. 1.5.

Топливо (газ, дизельное горючее) подается в камеру сгорания, туда же компрессором нагнетается сжатый воздух. Горячие продукты сгорания отдают свою энергию газовой турбине, которая вращает компрессор и синхронный генератор. Запуск установки осуществляется при помощи разгонного двигателя и длится 1-2 мин, в связи с чем газотурбинные установки отличаются высокой маневренностью и пригодны для покрытия пиков нагрузки в энергосистемах.

Коэффициент полезного действия газотурбинных установок с агрегатами 25 - 100 МВт составляет 29 - 34 %.

Рис. 2.9. Принципиальная схема газотурбинной электростанции:

КС — камера сгорания; Тб — турбина; КП — компрессор; М — пусковой двигатель.