Исследование эффективности участия АЭС в покрытии переменной части графика электрических нагрузок на основе водородно-теплового аккумулирования

Объектом исследования является АЭС в комбинировании с энергокомплексом на базе водородно-теплового аккумулирования. Цель работы – поиск эффективных схемно-параметрических решений и режимов работы системы конверсии внепиковой электроэнергии на атомных электростанциях. В рамках проекта проведено исследование эффективности участия АЭС в покрытии переменной части графика электрических нагрузок на основе водородно-теплового аккумулирования (ВТА). Разработан способ экономически эффективного обеспечения участия АЭС в регулировании неравномерностей графика электрических нагрузок в энергосистеме с постоянным КИУМ реакторных установок посредством использования ВТА. Для повышения эффективности разработанного способа предложена структурная схема ВТА на основе комбинирования бака-аккумулятора горячей воды постоянного давления и встроенного в него водород-кислородного парогенератора с замкнутым циклом сжигания водорода. Проведено исследование и выбор наиболее эффективной методики расчета горения водород-кислородной смеси и тепломассообмена с точки зрения точности и временных затрат. Показано, что наиболее подходящей является модель Species Transport, включающая в себя механизм детального описания реакций Eddy Dissipation Concept, которая была использована на завершающих этапах оптимизации ВТА. Разработана оригинальная расчетная 3-d модель ВТА и алгоритм исследования на основе компьютерного моделирования. На основе предварительно проведенного исследования режимов зарядки/разрядки разработанной ВТА, с использованием компьютерного моделирования, показано, что наиболее подверженным износу элементом является водород-кислородный парогенератор. На основе полученной динамики распределения температурных полей, а также с учетом воздействия избыточного давления, построено распределение термомеханических напряжений в металле камеры сгорания (КС) водород-кислородного парогенератора. Проведена апробация разработанной комплексной методики выявления тарифных зон эффективного функционирования разработанной многофункциональной системы водородно-теплового аккумулирования на АЭС. На основании результатов исследования проведена технико-экономическая и режимно-параметрическая оптимизация ВТА. Проведено сравнительное технико-экономическое исследование ВТА и обоснование его системной экономической эффективности. Показана конкурентоспособность ВТА в сравнении с ГАЭС, а также с электростанциями на базе ГТУ, в том числе с учетом положительного системного эффекта от снижения потребления органического топлива в энергосистеме и предотвращения принудительной разгрузки АЭС. Полученные результаты доказывают эффективность и целесообразность обеспечения участия АЭС в регулировании неравномерностей графика электрических нагрузок в энергосистеме на основе ВТА с учетом текущих технико-экономических условий.