Электроснабжение / Lektsia_4_SB

№4 Основные способы получения электрической энергии

Реактор уран-графитовый, канальный, на тепловых нейтронах, с графитовым замедлителем и теплосъемом воды под давлением.

Тепловая мощность – 30 МВт; Топливо – обогащенный уран

(5-10% U-235) – 560 кг;

Давление в контуре – 100 атм.

Астахов С.М.

№4 Основные способы получения электрической энергии

Конструкция Первой АЭС: 1-реактор; 2-центральный зал; 3-сервоприводы стержней управления; 4-бассейн выдержки; 5-коллектор 1-го контура; 6-центральный пульт управления; 7-парогенератор; 8-привод задвижки 1-го контура; 9-коридор коммуникаций 1-го контура; 10циркуляционный насос; 11-насосный узел; 12-подпиточный насос 1-го контура; 13-физическая

№4 Основные способы получения электрической энергии

Первая в мире АЭС мощностью 5 МВт была запущена 27 июня 1954 года в городе Обнинск. В 1958 была введена в эксплуатацию 1-я очередь Сибирской АЭС мощностью 100 МВт (полная проектная мощность 600 МВт) (остановлена в 2008 г. 2 блока реконструируются). В том же году развернулось строительство Белоярской промышленной АЭС, а 26 апреля 1964 генератор 1-й очереди дал ток потребителям. В сентябре 1964 был пущен 1-й блок Нововоронежской АЭС мощностью 210 МВт. Второй блок мощностью 350 МВт запущен в декабре 1969. В 1973 г. запущена Ленинградская АЭС. 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).

Курчатов Игорь Васильевич

(30 декабря 1902 - 7 февраля 1960)

Советский физик, главный научный руководитель работ по атомной проблеме в СССР, один из основоположников использования ядерной энергии в мирных целях, основатель и первый директор Института атомной энергии. При участии Курчатова были созданы первая советская атомная бомба, первая в мире термоядерная бомба, первая в мире промышленная атомная электростанция, первый в мире атомный реактор для подводных лодок и атомных ледоколов.

Астахов С.М.

№4 Основные способы получения электрической энергии

Атомные электростанции классифицируются в соответствии с установленными на них реакторами:

1. Реакторы на тепловых нейтронах, использующие специальные замедлители для увеличения вероятности поглощения нейтрона ядрами атомов топлива:

1) Реакторы на легкой воде;

2) Реакторы на тяжелой воде.

2. Реакторы на быстрых нейтронах;

3. Субкритические реакторы, использующие внешние источники нейтронов;

4. Термоядерные реакторы.

Атомные станции по виду отпускаемой энергии можно разделить на:

1.Атомные электростанции (АЭС), предназначенные для выработки только электроэнергии;

2.Атомные теплоэлектроцентрали (АТЭЦ), вырабатывающие как электроэнергию, так и тепловую энергию.

Однако, на всех атомных станциях России есть теплофикационные установки, предназначенные для подогрева сетевой воды.

Астахов С.М.

№4 Основные способы получения электрической энергии

Схема работы энергоблока с водо-водяным реактором (ВВЭР)

1 — реактор, 2 — топливо, 3 — регулирующие стержни, 4 — приводы СУЗ, 5 — компенсатор давления, 6 — теплообменные трубки парогенератора, 7 — подача питательной воды в парогенератор, 8 — цилиндр высокого давления турбины, 9 — цилиндр низкого давления турбины, 10 — генератор, 11 — возбудитель, 12

— конденсатор, 13 — система охлаждения конденсаторов турбины, 14 — подогреватели, 15 — турбопитательный насос, 16 — конденсатный насос, 17 — главный циркуляционный насос, 18 — подключение генератора к сети, 19 — подача пара на турбину, 20 — гермооболочка.

Астахов С.М.

№4 Основные способы получения электрической энергии

Энергия, выделяемая в активной зоне реактора, передаётся теплоносителю первого контура. Вода первичного контура, циркулирующая непосредственно через реактор, приобретает радиоактивность, представляющую опасность для обслуживающего персонала. Поэтому оборудование этого контура размещается под землей в отдельных камерах с толстыми (до 1,5 м) бетонными стенками. Управление оборудованием осуществляется дистанционно. 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.

Компенсатор давления представляет собой довольно сложную и громоздкую конструкцию, которая служит для выравнивания колебаний давления в контуре во время работы реактора, возникающих за счёт теплового расширения теплоносителя. Давление в 1-м контуре может доходить до 160 атмосфер (ВВЭР-1000).

Астахов С.М.

№4 Основные способы получения электрической энергии

Помимо воды, в различных реакторах в качестве теплоносителя может применяться также расплавленный натрий или газ. Использование натрия позволяет упростить конструкцию оболочки активной зоны реактора (в отличие от водяного контура, давление в натриевом контуре не превышает атмосферное), избавиться от компенсатора давления, но создаёт свои трудности, связанные с повышенной химической активностью этого металла.

Общее количество контуров может меняться для различных реакторов, схема на рисунке приведена для реакторов типа ВВЭР (Водо-Водяной Энергетический Реактор). Реакторы типа РБМК (Реактор Большой Мощности Канального типа) используют один водяной контур, а реакторы БН (реактор на Быстрых Нейтронах) - два натриевых и один водяной контуры.

В случае невозможности использования большого количества воды для конденсации пара, вместо использования водохранилища, вода может охлаждаться в специальных охладительных башнях (градирнях), которые благодаря своим размерам обычно являются самой заметной частью атомной электростанции.

Для предохранения персонала АЭС от радиационного облучения реактор окружают биологической защитой, основным материалом для которой служат бетон, вода, песок.

Астахов С.М.

№4 Основные способы получения электрической энергии

Схема энергоблока АЭС с реактором типа РБМК

1 – графитовый замедлитель, 2 – стержни управления и защиты, 3 – технологические каналы, 4 – пар, 5 – вода, 6 – барабан-сепаратор, 7 – сухой пар, 8 – турбина высокого давления, 9 – турбины низкого давления, 10 – электрический генератор, 11 – циркуляционные насосы, 12

– охладитель (конденсатор), 13 – вспомогательный водяной контур.

Астахов С.М.

№4 Основные способы получения электрической энергии

Достоинства атомных станций:

1.Сравнительный объем топлива, используемого за год одним реактором типа ВВЭР-1000:

2.Небольшой объём используемого топлива и возможность его повторного использования после переработки (для сравнения, ежедневно одна только Троицкая ГРЭС мощностью 2000 МВт сжигает за сутки два железнодорожных состава угля);

3.Высокая мощность: 1000—1600 МВт на энергоблок;

4.Низкая себестоимость энергии, особенно тепловой;

5.Возможность размещения в регионах, расположенных вдали от крупных водноэнергетических ресурсов, крупных месторождений угля, в местах, где ограничены возможности для использования солнечной или ветряной электроэнергетики;

6.При работе АЭС в атмосферу выбрасывается некоторое количество ионизированного газа, однако обычная тепловая электростанция вместе с дымом выводит еще большее количество радиационных выбросов, из-за естественного содержания радиоактивных элементов в каменном угле.

Астахов С.М.

№4 Основные способы получения электрической энергии

Недостатки атомных станций:

1.Облученное топливо опасно, требует сложных и дорогих мер по переработке и хранению;

2.Нежелателен режим работы с переменной мощностью для реакторов, работающих на тепловых нейтронах;

3.С точки зрения статистики и страхования крупные аварии крайне маловероятны, однако последствия такого инцидента крайне тяжёлые;

4.Большие капитальные вложения, как удельные, на 1 МВт установленной мощности для блоков мощностью менее 700-800 МВт, так и общие, необходимые для постройки станции, её инфраструктуры, а также в случае возможной ликвидации.

Надзор за безопасностью российских АЭС осуществляет Ростехнадзор. Несмотря на указанные недостатки, атомная энергия представляется

самой перспективной. Альтернативные способы получения энергии на данный момент отличаются невысоким уровнем добываемой энергии и её низкой концентрацией.

Россия приступила к строительству первой в мире плавающей АЭС, позволяющей решить проблему нехватки энергии в отдалённых прибрежных районах страны (Академик Ломоносов 2×35 МВт).

Астахов С.М.