Атомные электростанции

Первая в мире атомная электростанция (АЭС) – Обнинская – была пущена и 1954 году в России. Персонал 9 российских АЭС составляет 40,6 тыс. человек или 4 % от общего числа населения, занятого в энергетике. На АЭС вырабатывается 11,8 %, или 119,6 млрд. кВт. всей электроэнергии, производимой в России. Планировалось, что удельный вес АЭС в производстве электроэнергии достигнет в СССР к 1990 г. 20 %, однако фактически это составило только 12,3 % – Чернобыльская катастрофа вызвала сокращение программы атомного строительства, с 1986 г. в эксплуатацию были введены только 4 энергоблока. АЭС, являющиеся наиболее современным видом электростанций, имеют ряд существенных преимуществ перед другими их видами: при нормальных условиях функционирования они абсолютно не загрязняют окружающую среду, не требуют привязки к источнику сырья и, соответственно, могут быть размещены, как правило, везде; новые энергоблоки имеют мощность, равную мощности средней ГЭС, однако коэффициент использования установленной мощности на АЭС (80 %) значительно превышает этот показатель у ГЭС или ТЭС.

В качестве источника тепловой энергии используется цепная реакция деления ядерного топлива, которым является уран-235. Процесс выделения мощного потока тепловой энергии происходит в атомных реакторах на медленных нейтронах. В нашей стране про­водятся исследования опытных образцов и создаются новые весь­ма перспективные реакторы на быстрых нейтронах, в которых используется уран-238 и одновременно, с получением энергии, воспроизводится новое ядерное горючее – плутоний-239.

Атомные электростанции достаточно маневренны, позволяют быстро включать их в работу, могут сооружаться различной мощности и не требуют больших затрат на транспортировку ядерногогорючего. Они не загрязняют воздух и поэтому в перспективе най­дут широкое применение в крупных населенных пунктах в каче­стве электростанций не только конденсационного, но и теплофикационного типа. Стоимость электроэнергии, вырабатываемой наатомных электростанциях, уже сейчас соизмерима со стоимостью энергии, вырабатываемой на конденсационных теплоэлектростанциях, и в перспективе она значительно будет снижена, это сде­лает атомные электростанции еще более экономичными.

В основном сейчас на атомных электростанциях применяются графитовые реакторы на медленных (тепловых) нейтронах. Рассмотрим для примера одну из возможных схем пароэнергетических установок АЭС, в которой атомный реактор состоит из графитовых бло­ков с большим количеством цилиндрических отверстий, являющихся рабочими каналами (рис. 3.4). В каждом канале устанавливается урановая втулка, которая является источником тепловой энергии. Во втулках размещены
U-образные водяные или паровые стальные трубки, по которым в замкнутом контуре циркулирует охлажденная вода и пар. По одной половине стальных трубок вода и пар проходят вниз, а по другой – возвращаются вверх. Концы всех U-образных трубок присоединены к коллекторам. Как видно на схеме (рис. 3.4), вода с помощью насоса под большим давлением подается в водяные трубки (условно показаны два канала), нагревается и поступает из коллекторов в сепаратор, в верхней части которого собирается насыщенный пар. Из сепаратора насыщенный пар (ПН)поступает в паровые трубки (условно показаны также два рабочих канала), где подсушивается и перегревается. Далее из коллекторов паровых трубок перегретый пар (ПП)под высоким давлением поступает в парогенератор, который cocтоит из трех камер теплообменника пароперегревателя, парогенератора насыщенного пара и подогревателя конденсата. Затем конденсат вместе с водой из сепаратора насосом подается в стальные U-образные трубки, в результате осуществляется полный циркуляционно-замкнутый процесс первого контура, который на рис. 3.4 обозначен жирными линиями.

Перегретый пар (ПП) второго и замкнутого контура (на рис. 3.4 условно показан тонкими линиями) из теплообменника парогенератора поступает в паровую турбину. Он не обладает радиоактивностью, поэтому все устройства контура не имеют специальной защиты, тогда как реактор, парогенератор и вода, доходящая через них, являются носителями радиоактивных из­лучений. Для целей обеспечения безопасности обслуживающего персонала реактор и парогенератор надежно изолируют, а управление ими автоматизируют. Радиоактивные остатки собирают в специальные изолированные хранилища. Воздух на атомной станции очищают от возможных аварийных утечек радиоактивного вещества и выбрасывают его через высокую вентиляционную трубу. На станции, в санитарной, ведется строгий контроль воздуха, атмосферных осадков и местности специально организованной дозиметрической службой контроля.

Рис. 3.4. Принципиальная схема атомной электростанции: 1 – атомный реактор; 2 – графитовый блок; 3 – урановая втулка; 4 – паровые стальные трубки; 5 – водяные стальные трубки; 6 – коллекторы стальных трубок; 7 – сепаратор; 8 – насос; 9 – пароперегреватель; 10 – парогенератор насыщенного пара; 11 – подогрева­тель конденсата; 12 – парогенератор (теплообменник); 13 – водоподогреватель; 14 – деаэратор; 15 – паровая турбина; 16 – конденсатор; ЭГ – электрический генератор  

Поскольку технологическая схема паротурбинной установки атомной электростанции аналогична принципиальной технологи­ческой схеме конденсационной электростанции (с той лишь разницей, что перегретый пар для работы турбины получают не в котельных агрегатах, а в парогенераторах), то эта схема здесь не описывается.

В далекой перспективе возможна и другая схема, когда будет осуществляться прямое преобразование энергии термоядерного синтеза в энергию электрическую, минуя тепловую стадию.

3.2.3. Электростанции с магнитогидродинамическими
генераторами

Рассмотрим электростанции с магнитогидродинамическими (МГД) генераторами, в которых электроэнергия вырабатывается в неподвижном сильном магнитном поле благодаря пересечению его силовых линий с быстро перемещающейся струей ионизированного газа или жидкости. Сильное неподвижное магнитное поле создается электромагнитами, обмотки которых работают при температурежидкого гелия, т. е. в условиях сверхпроводимости. На рис. 3.5 представлена принципиальная схема одного из возможных вариантов газового МГД-генератора. B камере сгорания создается газ сверхвысокой температуры, а в газовом канале с электромагнитами МГД генератора вырабатывается постоянный ток, который инверторным агрегатом преобразуется в переменный.

Рис. 3.5. Принципиальная схема МГД – генератора: 1 – камера сгорания; 2 – газовый канал с электромагнитами МГД генератора; 3 – первая газовая турбина: 4 – вторая газовая турбина; 5 – генератор газовых тур­бин; 6 – инверторный преобразователь; 7 – трансформатор; 8 – генератор па­ровых турбин; 9, 10 и 11 – паровые тур­бины; 12 – конденсатор пара; 13 – па­роперегреватель; 14 – парогазовый теп­лообменник

Поток горячего газа при этой схеме (рис. 3.5) далее полностью используют для работы газовых и паровых турбогенераторов. Несколько остывший газ при температуре 1400 °С из канала МГД-генератора поступает в первую газовую турбину и далее в парогазовый теплообменник, где осуществляется двукратный перегрев пара дотемпературы 750 °С. Затем из теплообменника газ, с относительно еще высокой температурой, поступает во вторую газовую турбину, а после отработки в ней – в пароперегреватель. Эта турбина совместно с первой вращает генератор переменного тока.

В пароперегревателе газ отдает свое тепло конденсату, поступившему в него из конденсатора после отработки в третьей паровой турбине. Конденсат, превратившись в пароперегревателе опять в перегретый пар, является источником для питания первой паровой турбины; так
повторяется замкнутый цикл движения пара в паровых турбинах. Все три паровые турбины, находящиеся на одном валу, вращают второй
генератор, который, как и первый, присоединен к шинам распределительного устройства переменного тока подстанции. В соответствии
со схемой (рис. 3.5) на шипы подстанции поступает электроэнергия от МГД-генератора через инверторный преобразователь и от двух турбогенераторов – газового и парового. На электростанциях с МГД-генератора в перспективе может быть использовано не только органическое топливо, но и ядерное горючее. Однако, несмотря на простоту схемы работы МГД-генератора, предстоит еще решить ряд сложных научно-техни­чес­ких проблем, с тем, чтобы добиться высокой экономической эффективности производства электроэнергии.

Дата добавления: 2015-07-15