Разработка и оптимизация автономной системы теплового аккумулирования на АЭС с ВВЭР

В настоящее время в Российской Единой энергетической системе (ЕЭС) прослеживается дефицит пиковых и полупиковых энергоустановок, способных экономично и надежно проходить провалы нагрузки и обеспечивать энергосистему электроэнергией в часы максимумов нагрузок. На полупиковый режим переведено большинство тепловых станций на органическом топливе, что негативно сказывается на их экономичности и надежности. При этом в ЕЭС прослеживается активный рост доли АЭС, что только усугубляет проблемы, связанные с прохождением минимумов и максимумов нагрузок, вследствие экономически оправданной загрузки атомных электростанций с максимальным коэффициентом использования установленной мощности. Кроме того, для АЭС кроме экономической нецелесообразности имеются технологические ограничения маневренных характеристик. Эти проблемы можно устранить, найдя эффективные пути участия АЭС в регулировании графиков нагрузки в ЕЭС. Одним из таких путей может стать комбинирование АЭС с установками, позволяющими аккумулировать дешевую ночную внепиковую энергию и использовать ее в пиковые часы нагрузки.Использование аккумулирующих систем позволит оптимизировать структуру энергогенерирующих мощностей с возможностью увеличения доли мощных энергоблоков в ЕЭС; позволит сократить выбросы в окружающую среду, и увеличить экспорт природного газа и других нефтепродуктов за счет снижения доли тепловых электростанций, работающих на органическом топливе.Большинство известных аккумулирующих систем предполагает использование аккумулированного тепла в основном цикле АЭС, что повлечет за собой дорогостоящую модернизацию основной паротурбинной установки и замену электрогенератора. Кроме того, при повышении нагрузки увеличится износ основного оборудования. Использование систем теплового аккумулирования с дополнительной маломощной паровой турбиной позволит повысить маневренность АЭС, избежав дорогостоящей модернизации основной турбины и увеличения ее износа.Одним из перспективных видов аккумуляторов являются аккумуляторы фазового перехода (АФП). Их использование позволит получать пар для дополнительной турбины не изменяя расход в основном цикле АЭС, избежать модернизации оборудования и увеличения его износа. Заявителями разработана и запатентована конструкция АФП, способного работать в режиме парогенерации. При этом имеет место существенный недостаток таких аккумуляторов: высокая стоимость. Одним из решений может стать комбинирование аккумулятора фазового перехода и дополнительной ПТУ с недорогими относительно АФП аккумуляторами питательной воды, которые также, как и АФП будут заряжаться ночью за счет свежего пара. АФП при этом будет только выполнять роль парогенератора. Таким образом, будет создана автономная система теплового аккумулирования, способная конкурировать с манёвренными энергоустановками, работающими на органическом топливе. При этом не потребуется никаких изменений в основном цикле АЭС.Ожидаемые по окончании проекта научные результаты:- методика оптимизации с использованием компьютерного моделирования и оптимизированная структурная модель энергокомплекса на базе комбинирования АЭС с системой теплового аккумулирования, включающей в себя аккумуляторфазового перехода, бак-аккумулятор горячей воды, дополнительную маломощную паровую турбину;- основные термодинамические и технико-экономические показатели эффективности разработанной оптимизированной системы;- результаты сравнительного анализа разработанной системы с выявлением зон дисконтированной эффективности газотурбинной установки и разработанной аккумулирующей системы в зависимости от динамики тарифов на электроэнергию и цен на топливо, а также системного эффекта от замещения органического топлива в Российской Единой энергетической системе с последующей отправкой его на экспорт.Полученные выводы и разработанные на их основе рекомендации могут быть использованы при проектировании систем теплового аккумулирования.Результаты проекта могут быть использованы для уточнения идеологии проектирования новых и модернизации уже работающих энергоблоков АЭС, а также в учебном процессе: аспирантами в исследовательских работах и студентами при дипломном проектировании.