Материал: Лескин С.Т., Слободчук В.И., Шелегов А.С., Кашин Д.Ю. Теплотехнические основы производства электроэнергии и тепла на АЭС

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»

Теплотехнические основы производства электроэнергии и тепла на АЭС

Учебное пособие

Допущено Федеральным учебно-методическим объединением в системе высшего образования по УГСН 14.00.00 Ядерная энергетика и технологии в качестве учебного пособия для студентов высших

учебных заведений, обучающихся по специальности 14.05.02 «Атомные станции: проектирование, эксплуатация

и инжиниринг» и по направлению подготовки 14.03.01, 14.04.01 «Ядерная энергетика и теплофизика»

Москва 2021

УДК 621.311.25 (075.8) ББК 31.47 Т 34

Теплотехнические основы производства электроэнергии и тепла на АЭС: Учебное пособие / С.Т. Лескин, В.И. Слободчук, А.С. Шелегов, Д.Ю. Кашин [Электронный ресурс]. – M: НИЯУ МИФИ, 2021. – 52 с.

В пособии изложены теплотехнические основы производства электрической и тепловой энергии на атомных станциях (АС). Представлено обоснование выбора параметров теплоносителя и рабочего тела на АС с разными типами реакторных установок. Проанализированы основные факторы, влияющие на коэффициент полезного действия рабочего цикла и блока в целом, рассмотрены вопросы выбора оптимальных параметров регенеративной схемы.

Учебное пособие рассчитано, в первую очередь, на студентов 4–5 курсов, обучающихся по специальности 14.05.02 – «Атомные станции: проектирование, эксплуатация и инжиниринг», а также по направлению подготовки 14.03.01; 14.04.01 – Ядерная энергетика и теплофизика. Оно также может быть полезным для студентов смежных специальностей, изучающих курс «Ядерные энергетические установки». Данное пособие можно рассматривать и как учебный материал для иностранных студентов, обучающихся по указанным выше специальностям.

Рецензент А.В. Морозов, д-р техн. наук, ведущий научный сотрудник АО «ГНЦ РФ – ФЭИ»

Редактор Е.Е. Шумакова

Оригинал-макет изготовлен С.В. Тялиной

Подписано в печать 24.09.2021. Формат 60×84 1/16. Печ. л. 3,25. Уч.-изд. л. 3,25. Изд. № 024-1.

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ». 115409, Москва, Каширское ш., д. 31.

2

3.Выбор начальных и конечных параметров термодинамического цикла,

3.1.Термодинамические циклы ЯЭУ. Основные параметры термодинамического цикла. Определение термического

3

1. Основное оборудование ЯЭУ. Теплоносители и рабочие тела

1.1. Типы ЯЭУ, назначение, перспективы

Известно, что энергия деления ядерного топлива выводится из реактора в виде тепловой энергии (теплоты) и преобразуется в другие виды энергии, нужные потребителю.

Комплекс оборудования, обеспечивающий работу ядерного реактора, вывод из реактора тепловой энергии и преобразования ее в энергию другого вида, составляет ядерную энергетическую установку (ЯЭУ).

Всех потребителей по виду используемой энергии можно разделить на три группы:

1)потребители тепловой энергии;

2)потребители электрической энергии;

3)потребители механической энергии.

На подобные же группы можно разделить и ЯЭУ. В установках первой группы потребителям отдается тепло (это АСТ, опреснительные установки, энерготехнологические). В установках второй группы потребителю отпускается электроэнергия (это АЭС и судовые установки с электродвигателем). Наконец, в установках третьей группы используется механическая энергия (транспортные ЯЭУ).

ЯЭУ указанных типов можно, в свою очередь, разделить на несколько групп по другим признакам (по числу контуров, по виду теплоносителя, по энергии нейтронов и т.д.). Условия работы установок и требования к ним существенно различаются в зависимости от назначения. Для стационарных ЯЭУ главные требования – это надежность и высокая экономичность при длительной эксплуатации (ресурс – не менее 30–40 лет). Для судовых установок важны в первую очередь массогабаритные характеристики, а также безопасная работа оборудования в автономном режиме в условиях ограниченного объема судна. Срок службы судовой ЯЭУ может быть уменьшен, но возрастают требования к маневренности установки. К космическим ЯЭУ предъявляют еще более жесткие требования по массогабаритным характеристикам при относительно не-

4

большом ресурсе работы, а также устойчивость работы при больших механических нагрузках.

Перспективы развития ядерной энергетики определяются состоянием экономики и потребностями различных отраслей индустрии. В любом случае необходимость развивать ядерную энергетику продиктована ограниченностью ресурсов органического топлива и ограниченностью мощностей других альтернативных источников энергии. Основное направление развития – разработка ядерных реакторов повышенной безопасности. Другое направление развития – разработка установок по трансмутации (переработке) отходов, накапливающихся при работе ныне действующих ЯЭУ.

1.2. Основное технологическое оборудование ЯЭУ. Назначение, требования к нему

Поскольку типов ЯЭУ довольно много, то и основное технологическое оборудование будет различаться. Остановимся на характеристике основного оборудования ЯЭУ, предназначенных для производства электроэнергии и тепла. Что касается транспортных и космических ЯЭУ, то по мере необходимости будем возвращаться и к ним, отмечая характерные особенности этих типов ЯЭУ.

Итак, основное технологическое оборудование ЯЭУ с реакторами типа ВВЭР.

В настоящее время эксплуатируются три типа отечественных реакторных установок с реакторами типа ВВЭР-440, ВВЭР-1000 и ВВЭР-1200. Основное технологическое оборудование: реакторная установка (РУ), турбинная установка (ТУ).

Реакторная установка включает: реактор, главные циркуляционные насосы (ГЦН), главные запорные задвижки (если они предусмотрены проектом), главные циркуляционные трубопроводы (ГЦТ), парогенераторную установку (ПГ), вспомогательные системы (компенсации объема, подпитки и продувки, систему аварийного охлаждения активной зоны (САОЗ), организованных протечек и т.д.).

Назначение РУ – обеспечение нормальной работы реактора, отвод выделяющегося тепла и передача его во второй контур.

5