ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ

Электростанции
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ТИПЫ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Тепловые станции
  • Парогенератор
  • Основные энергетические насосы КЭС
  • Газотурбинные установки
  • Теплофикационные электростанции
  • Общее знакомство с паровой турбиной ТЭС
  • Атомные станции
  • Перспективы атомных электростанций
  • Нейтрон
  • Основные компоненты ядерного реактора
  • Классификация ядерных реакторов
  • Тепловые контуры атомных станций
  • Экономическая эффективность ядерной энергии
  • Основные типы реакторов,
    принятые к промышленной реализации
  • АЭС с уран-графитовыми канальными реакторами
  • АЭС с реакторами на быстрых нейтронах (БН)
  • Неоклассическая диффузия
    в магнитном поле токамака
  •  

    АЭС с уран-графитовыми канальными реакторами

     Реакторы этого типа работают на тепловых нейтронах, в качестве замедлителя используется графит, а в качестве теплоносителя – обычная вода.

    В реакторах типа РБМК (рис.3.3) топливо размещено в большом количестве отдельных труб (каналов), по которым течет охлаждающая вода. Давление удерживается не одним корпусом высокого давления, а многими трубами. Ядерным топливом в реакторе этого типа служит диоксид урана с обогащением по урану-235 до 2 — 2,4%, размещенный в трубках из коррозионностойких циркониевых сплавов диаметром 13,6 мм. Смонтированные в тепловыделяющую сборку 18 трубок с топливом помещают в вертикально расположенный канал, по которому прокачивается охлаждающая вода, которая превращается в пар непосредственно в реакторе. Система теплосъема – одноконтурная. В реакторе под давлением 6,5 МПа при температуре 280 оС вырабатывается пар, который подается на турбины. Диаметр активной зоны современного реактора РБМК – около 12 м, высота – 7 м. В активной зоне находится, как правило, 1693 работающих канала, содержащих около 200 т урана. Мощность большинства реакторов РБМК составляет 1000 МВт.

    В реакторах такого типа отсутствуют ограничения по развитию мощности. Преимуществом этого реактора является возможность без остановки, в процессе эксплуатации, выполнять ежесуточную замену двух-пяти ТВС. Одноконтурная схема АЭС позволяет создавать в реакторе давление, близкое давлению перед турбиной (около 7 МПа), т.е. существенно меньшее, чем для двухконтурных АЭС.

    По данным на начало 2007 г. в России действовало 11 энергоблоков с реакторами РБМК общей электрической мощностью около 1,1·104 МВт и 2 энергоблока в Литве общей электрической мощностью 0,26·104 МВт.

    Рис.3.3. Принципиальная схема АЭС с реактором РБМК:

    1 – корпус (контеймент); 2 – графитовый замедлитель; 3 – стержни СУЗ; 4 – водяные каналы с ядерным топливом (активная зона); 5 – барабан-сепаратор пара; 6 – главный циркуляционный насос; 7 – питательный насос; 8 – конденсатор; 9 – циркуляционный насос; 10 – турбина; 11 – генератор; 12 – трубопровод внешнего охладителя

    АЭС с тяжеловодными реакторами

     Реакторы этого типа охлаждаются тяжелой водой под давлением (PHWR – Pressurized Heavy Water Reactor). Это реактор канального типа (рис.3.4), в котором в качестве замедлителя используется тяжелая вода D2O, а теплоносителем может служить как обычная, так и тяжелая вода или углекислый газ. Контур теплоносителя в реакторе представляет собой систему труб, пронизывающих емкость с тяжелой водой. Тепловыделяющие сборки находятся внутри труб и омываются теплоносителем. В качестве оболочек твэлов применяются циркониевые или магниевые сплавы, при этом критичность реактора и запас реактивности на кампанию достигается на природном уране с использованием диоксида урана. Теплосъем в наиболее совершенных реакторах этого типа – канадских реакторах CANDU – осуществляется тяжелой водой без кипения в каналах. Во втором контуре используется обычная вода.

    Рис.3.4. Принципиальная схема АЭС с реактором PHWR:

    1 – корпус (контеймент); 2 – парогенератор; 3 – емкость с тяжелой водой (замедлитель); 4 – стержни СУЗ; 5 – водяные каналы с ядерным топливом (активная зона); 6 – циркуляционный насос замедлителя; 7 – охладитель замедлителя; 8 – главный циркуляционный насос; 9 – питательный насос; 10 – конденсатор; 11 – турбина; 12 – генератор; 13 – циркуляционный насос; 14 – трубопровод внешнего охладителя

    По данным на начало 2003 г. в мире находились в эксплуатации 34 энергоблока с реакторами такого типа. Из них 14 – в Канаде, 12 – в Индии, 4 – в Корее, по 1 – в Аргентине, Китае, Пакистане и Румынии. Общая электрическая мощность всех АЭС такого типа составляет около 1,8·104 МВт.

    АЭС с газографитовыми реакторами

     АЭС с газографитовыми (магноксовыми – MAGNOX) реакторами построены по двухконтурной схеме с использованием углекислого газа в качестве теплоносителя и водяного пара во втором турбинном контуре (рис. 3.5).

    Замедлителем в реакторах этого типа служит графит, топливом – природный уран в виде металлических стержней в оболочке из магнокса – сплава магния с алюминием и бериллием (лат. magnesium – магний, гр. oxys – кислый). Этот сплав слабо поглощает нейтроны и химически не реагирует с диоксидом углерода. Активная зона набирается из графитовых блоков, имеющих центральные отверстия для размещения твэлов. Между графитом и ребристым стержнем продувается углекислый газ. Давление газа воспринимается прочным корпусом.

    Рис.3.5. Принципиальная схема АЭС с газографитовым реактором:

    1 – корпус (контеймент); 2 – парогенератор; 3 – стержни СУЗ; 4 – прочный корпус; 5 – каналы с ядерным топливом (активная зона); 6 – графит (замедлитель); 7 – газодувка; 8 – питательный насос; 9 – конденсатор; 10 – турбина; 11 – генератор; 12 – циркуляционный насос; 13 – трубопровод внешнего охладителя

    Существенным недостатком реакторов этого типа является ограничение по температуре теплоносителя, связанное с предельно допустимой температурой на магноксовых покрытиях.

    Более высокую температуру теплоносителя имеет усовершенствованный газоохлаждаемый реактор AGR (Advanced Gas-cooled Reactor). Замедлителем здесь служит графит, теплоносителем – углекислый газ, топливом – диоксид урана с обогащением по урану-235 до 2-3%. Оболочка твэла представляет собой трубку из нержавеющей стали. Это реактор корпусного типа, работающий по двухконтурной схеме. В АЭС с реакторами этого типа парогенераторы и газодувки помещаются внутри корпуса из предварительно напряженного железобетона.

    По данным на начало 2003 г. в Великобритании находились в эксплуатации 14 энергоблоков с магноксовыми реакторами общей электрической мощностью около 3·103 МВт и 14 энергоблоков с AGR-реакторами общей электрической мощностью около 9·103 МВт.

    ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ