05.05.2020

Glavne karakteristike ru sa vtgr. Upotreba visokotemperaturnih modularnih helijumskih reaktora za opskrbu toplinom energetski intenzivnih industrija Glavne tehničke karakteristike


Rusija i Sjedinjene Države zajednički razvijaju projekat nuklearna elektrana budućnost. Prema riječima programera, značajno će nadmašiti sve dosadašnje sisteme u pogledu sigurnosti, efikasnosti i mnogih drugih parametara. Unatoč porastu upotrebe solarni paneli, energiju vjetra i valova, te druge alternative, nećemo napustiti „klasičnu“ energiju u narednim decenijama. I ovdje je, možda, ekološki najprihvatljivija, začudo, nuklearna energija.

Ekolozi stalno govore o tome da termoelektrane truju atmosferu milionima tona otrova i stakleničkih plinova. Hidroelektrane, odnosno prateći rezervoari, nepovratno mijenjaju prirodu na desetine kilometara unaokolo, utiču na stanište hiljada vrsta i vrše ogroman pritisak na zemljinu koru.

Nova NPP šema eliminiše mnoge stare sisteme iz svog dizajna. Sa američke strane, glavni učesnik u projektu je General Atomics, a sa ruske strane Eksperimentalni konstruktorski biro mašinstva imena I.I. Afrikantov u Nižnjem Novgorodu, podređen Federalna agencija za atomsku energiju Ruske Federacije.

A budući da stručnjaci budućnost nuklearne energije vide u novom tipu nuklearne elektrane, hajde da saznamo kako će ona funkcionirati.

Ovaj sistem se zove Gas Turbina - Modular Helium Reactor (GT-MHR), a na ruskom - "Gas Turbine - Modular Helium Reactor reaktor" - GT-MGR. Veliki broj američkih i ruskih institucija i organizacija, kao i kompanija iz Francuske i Japana, uključen je u stvaranje fundamentalno nove nuklearne elektrane.

Novost projekta leži u dva glavna postulata: nuklearni reaktor hlađen plinovitim helijumom i sa inherentnom sigurnošću (odnosno, što je zagrijavanje jače, reakcija je slabija) i najkraća konverzija energije vrućeg helija u električnu pomoću plinske turbine takozvanog zatvorenog Braytonovog ciklusa. Budući da su kapsule aktivne tvari zakopane u zemlju, nema potrebe za korištenjem dodatne opreme (pumpe, turbine, površinske cijevi), što pojednostavljuje instalaciju stanice i smanjuje troškove njene izgradnje i održavanja.

Sve je inkapsulirano. U ovom slučaju, čak ni kvar kontrolnog sistema ne dovodi do topljenja goriva. Sve se automatski vlaži i polako hladi zbog odvođenja toplote u tlo koje okružuje stanicu.

Gorivo za stanicu je uranijum oksid i karbid ili plutonijum oksid, napravljen u obliku kuglica prečnika samo 0,2 milimetra i prekriven sa nekoliko slojeva različite keramike otporne na toplotu. Visoko reaktivni metali se „sipaju“ u šipke, koje formiraju sklop, itd. Fizički (masa strukture, reakcioni uslovi) i geometrijski parametri reaktora su takvi (na primer, relativno niska gustina energije) da se u svakom slučaju, čak i pri potpunom gubitku rashladne tečnosti, ove kuglice neće istopiti.

Cijela aktivna zona je napravljena od grafita - uopće nema metalnih konstrukcija, a legura otporna na toplinu koristi se samo u krajnjem vanjskom kućištu - kapsuli. Dakle, čak i ako svo osoblje elektrane iz nekog razloga ne može početi servisirati opremu, temperatura u srcu nuklearke će skočiti na maksimalno 1600 stepeni Celzijusa, ali se jezgro neće istopiti. Sam reaktor će početi da se hladi, odajući toplotu okolnom tlu.

Rad stanice, kao što je gore navedeno, zasniva se na gasna turbina- modularni helijumski reaktor. GT-MGR je grafitno-gasni reaktor sastavljen u dva modula: visokotemperaturnu reaktorsku jedinicu i jedinicu za konverziju energije (PCU). Prvi sadrži jezgro i sistem upravljanja i zaštite reaktora (CPS), a drugi uključuje: gasnu turbinu sa generatorom, rekuperator, frižidere. Pretvorba energije - zatvoreni Braytonov ciklus s jednom petljom.

Oba modula reaktorskog postrojenja nalaze se u vertikalnim armiranobetonskim šahtovima ispod nivoa zemlje. Glavne prednosti upotrebe ovog uređaja su njegova visoka efikasnost i nemogućnost uništenja jezgra u slučaju nesreće. Nedostatak koji programeri trenutno ističu je mala snaga. Za zamjenu jedne VVER-1000 jedinice potrebne su četiri GT-MGR jedinice. Ovaj nedostatak je uzrokovan, s jedne strane, upotrebom rashladnog sredstva na plin koji ima mali toplinski kapacitet u odnosu na vodu ili natrijum, as druge strane, niska gustoća energije jezgra kao rezultat povećani zahtevi na sigurnost reaktora. Ali ova naizgled beznačajna, na prvi pogled, karakteristika dovodi u sumnju argumente o pojednostavljivanju dizajna nuklearnih elektrana sa GT-MHR.

Doktor tehničkih nauka I JA. Stolyarevsky, vodeći istraživač, Nacionalni istraživački centar "Kurčatov institut",
direktor Centra KORTES, Moskva;
dr.sc. N.G. Kodochigov, glavni dizajner, A.V. Vasyaev, šef odeljenja,
d.t.s. V.F. Golovko, Glavni specijalista, M.E. Ganin, vodeći inženjer dizajna,
OKBM Afrikantov OJSC, Nižnji Novgorod

1. Uvod

Rast svjetske potražnje za gorivom i energijom uz resursna i ekološka ograničenja tradicionalne energije čini pravovremenom pripremu nove energetske tehnologije koja može preuzeti značajan dio povećanja energetskih potreba, stabilizirajući potrošnju fosilnih goriva. Energetska strategija Rusije za period do 2020. godine definiše komunalno snabdijevanje toplotom kao društveno najznačajniji i gorivima najintenzivniji sektor privrede. Potražnja za nuklearnim izvorima energije u oblasti proizvodnje električne energije i domaće toplinske energije uzrokovana je sve većim cijenama fosilnih goriva i povećanjem potrošnje energije. Ključni faktori u stvaranju nuklearnih blokova su visoka sigurnost elektrana i njihova komercijalna privlačnost. „Strategija razvoja nuklearne energije u Rusiji do 2030. i za period do 2050. godine“, koju je odobrila Vlada Ruska Federacija predviđa proizvodnju toplote nuklearnim izvorima energije do 30 miliona Gcal/godišnje do 2020. godine uz godišnju zamjenu potrošnje do 24 milijarde m 3 gasa. Stvaranjem i implementacijom nuklearnih elektrana u sektoru opskrbe toplinom stvorit će se novi proizvodni kapaciteti i obezbijediti uštede u prirodnom gasu za izvoz u inostranstvo, što je faktor od geopolitičkog značaja.

Međutim, čak ni masovno uvođenje nuklearne energije u oblast proizvodnje električne energije i komunalne topline ne rješava problem rastuće potražnje za motornim gorivom i industrijskom toplinom. Dugoročni scenario razvoja nuklearne energije do 2050. predviđa zamjenu fosilnih goriva ne samo u javnom sektoru, već iu energetski intenzivnim industrijama proširenjem obima nuklearne energije za proizvodnju vodonika, procesne topline, i sintetičko gorivo. Neminovnost masovne upotrebe novih energetskih tehnologija određena je kvalitativnom promjenom ekoloških zahtjeva u energetskom sektoru i transportu.

Potencijal za uvođenje nuklearne energije u "neelektričnu" sferu određen je obimom potrošnje energije procesne topline u industriji i nije inferioran po obimu u odnosu na elektroprivredu. U oblasti prerađivačke industrije, lideri u potrošnji toplotne energije su hemijska industrija, prerada nafte, metalurgija (tabela 1).

Tabela 1. Potrošnja topline po proizvodnim industrijama (2007.)

Vrsta proizvodnje Million GJ miliona Gcal %
prehrambena industrija 206,4 49,3 10,8
Laka industrija 26,8 6,4 1,4
Obrada drveta 46,5 11,1 2,4
Proizvodnja koksa 12,1 2,9 0,6
Proizvodnja naftnih derivata 268,8 64,2 14,1
Hemijska proizvodnja 492,8 117,7 25,8
Proizvodnja nemetalnih proizvoda 83,7 20,0 4,4
Metalurška proizvodnja 300,2 71,7 15,7
mehanički inžinjering 181,3 43,3 9,5
Ostalo 291,8 69,7 15,3
Ukupno 1910,4 456,3 100

Stoga je uvođenje nuklearnih tehnologija u opskrbu toplinom industrijskih procesa hitan zadatak koji tek treba riješiti.

Danas jedina nuklearna tehnologija koja je zaista sposobna najpotpunije riješiti problem zamjene fosilnih goriva u industrijskom opskrbi i transportu topline je tehnologija visokotemperaturnih modularnih helijumskih reaktora (MHR).

Prednosti MGR-a određene su sljedećim faktorima:

Mogućnost zagrijavanja rashladne tekućine na izlazu iz jezgre na temperaturu od 1000 °C, čime se širi opseg Nuklearna energija ne samo za proizvodnju električne energije i toplinske energije, već i za tehnološke svrhe, uključujući proizvodnju vodonika;

Mogućnost korištenja različitih shema pogonskog agregata: sa gasnoturbinskim ciklusom, sa ciklusom parne turbine, sa krugom za prenos toplote visoke temperature u tehnološku proizvodnju;

Pasivni princip odvođenja preostale toplote, obezbeđivanje visoki nivo sigurnost, uključujući u slučaju potpunog gubitka primarne rashladne tekućine;

Osiguravanje režima neproliferacije fisionih materijala koji se zasniva na svojstvima keramičkih mikrogoriva;

Nizak toplotni efekat na okruženje zbog mogućnosti implementacije efektivnih termodinamičkih ciklusa za pretvaranje toplotne energije u električnu (u direktnom Braytonovom ciklusu gasne turbine, efikasnost konverzije energije može dostići 50% ili više);

Mogućnost kombinovane proizvodnje električne i toplotne energije;

Minimalni broj sistema i komponenti reaktorskog postrojenja (RP) i postrojenja pri korištenju gasnoturbinskog ciklusa u primarnom krugu, stvarajući preduslove za smanjenje kapitalnih i operativnih troškova;

Mogućnost modularne izvedbe jedinice sa širokim rasponom snage modula (od 200 do 600 MW) i varijacijom AC snage po setu modula;

2. Projektna rješenja energetskih izvora za industrijsku toplinsku energiju

Na osnovu prediktivnih studija razvoja i potreba energetskog tržišta, predkonceptualne studije prototipa komercijalnog MGR reaktorskog postrojenja sa unificiranim modularnim helijumskim reaktorom toplotne snage ~200 MW i, na osnovu njega, nizom izvora energije za različite energetske tehnološke primjene.

Osnova dizajna za ove razvoje bilo je svjetsko iskustvo u stvaranju eksperimentalnih objekata sa visokotemperaturnim plinskim hlađenim reaktorom (HTGR), iskustvo u razvoju u Rusiji (više od 40 godina) projekata reaktorskih postrojenja sa HTGR različitih nivoa snage ( od 100 do 1000 MW) i namjene.

Korišćeni su i rezultati razvoja projekta reaktorskog postrojenja GT-MGR sa modularnim helijumskim reaktorom, sprovedenog u okviru rusko-američkog programa.

U sklopu studije razmatrano je nekoliko opcija za MHR za potrebe energetike:

Za proizvodnju električne i komunalne toplotne energije, uz konverziju toplotne energije jezgra u električnu energiju u direktnom gasnom turbinskom (GT) ciklusu Brajton - MGR-100 GT;

Za proizvodnju električne energije i vodonika visokotemperaturnom parnom elektrolizom (HEP) - MGR-100 VEP;

Za proizvodnju vodonika metodom parnog reforminga metana (SCM) -
MGR-100 PKM;

Za visokotemperaturno grijanje petrohemijska proizvodnja(NP) -MGR-100 NP.

Svaka verzija instalacije MGR-100 sastoji se od energetskih i tehnoloških dijelova.

Energetski dio je maksimalno unificiran za sve opcije i predstavlja pogonsku jedinicu koja uključuje reaktor i, ovisno o namjeni, plinskoturbinsku jedinicu za pretvaranje energije (PCU) namijenjenu za proizvodnju električne energije i (ili) blokove opreme za izmjenu topline.

Tehnološki dio MGR-100, ovisno o namjeni, je ili procesno postrojenje za proizvodnju vodonika ili visokotemperaturna toplotna kola koja opskrbljuju toplinom različite tehnološke procese.

Glavni kriteriji pri odabiru tehničkih rješenja bili su osigurati visoke tehničko-ekonomske pokazatelje u pogledu proizvodnje električne energije i toplotne energije visokog potencijala, minimizirajući uticaj na uslužno osoblje, stanovništva i životne sredine, isključenje radioaktivne kontaminacije tehnološkog proizvoda.

Konfiguracija izvora energije zasniva se na sljedećim principima.

Snaga reaktora i njegov dizajn su univerzalni za sve varijante izvora energije, razlikuju se samo parametri rashladnog sredstva. Izbor nivoa snage RI (215 MW) određen je:

potrebe elektroprivrede i komunalnog snabdijevanja toplinom;

Potrebe industrijskih preduzeća za snabdevanje toplotom visoke i srednje temperature tehnološkim procesima;

Tehnološke mogućnosti domaćih preduzeća za proizvodnju glavne opreme reaktorskog postrojenja, uključujući kućišta.

Reaktor je modularni reaktor sa aktivnom zonom koja se sastoji od heksagonalnih prizmatičnih gorivnih sklopova, sa helijumskim rashladnim sredstvom, koje ima svojstva unutrašnje samozaštite. Sigurnost je osigurana korištenjem pasivnih principa rada sistema. Preostalo oslobađanje toplote i akumulirana toplota se odvode iz jezgre kroz reaktorsku posudu do sistema za hlađenje osovine reaktora i dalje u atmosferu korišćenjem prirodnih fizičkih procesa provođenja toplote, zračenja, konvekcije bez prekoračenja granica bezbednog rada goriva, uključujući i nesreće sa potpuni gubitak primarne rashladne tečnosti, u slučaju kvara svih aktivnih sredstava cirkulacije i izvora napajanja.

Rashladna tečnost cirkuliše u petljama primarnog kruga pomoću glavnog ventilatora cirkulacionog gasa (MCP) ili kompresora BPE turbomašina.

Raspored svih razmatranih varijanti MGR-100 napravljen je uzimajući u obzir zahtjeve za bezbjedan rad reaktorskog postrojenja u svim mogućim akcidentima u NEK. Svako reaktorsko postrojenje nalazi se u glavnoj zgradi NE, koju čine prizemni dio, a to je zgrada za održavanje i dopunu reaktora (centralna hala) i podzemni kontejnment niskog pritiska (RI kontejnment), koji se nalazi ispod centralne hale.

Kontejnment sadrži energetsku opremu reaktorskog postrojenja i opremu glavnih sistema važnih za sigurnost. Kontejner je izrađen od monolitnog armiranog betona, hermetički zatvoren, unutrašnjih dimenzija: prečnik 35 m, visina ne veća od 35 m, sposoban da izdrži unutrašnji pritisak medija do 0,5 MPa u slučaju smanjenja pritiska primarnog kruga reaktora postrojenja i/ili cjevovoda sekundarnog kruga. Kontejnment omogućava optimalno iskorišćenje prostora i zapremine prostorija, visoku kompaktnost postavljanja opreme, olakšavanje operacija zamene opreme i punjenja goriva, nepropusnost u odnosu na susedne prostorije glavne zgrade NEK i okolinu, vanprojektno odvođenje toplote na tlo bazične nezgode.

Dizajn opreme primarnog kola ima blok dizajn. Glavna energetska oprema MGR-100 nalazi se u čeličnom bloku zgrada, koji se sastoji od vertikalne reaktorske posude, jedne do tri vertikalne posude WPT-a i opreme za izmjenu topline i jedne do tri horizontalne spojne posude koje povezuju vertikalne posude. u jednu posudu pod pritiskom (slika 1). Kućišta glavne opreme su po veličini slična plovilu reaktora VVER. Posebna pažnja obratio pažnju na minimiziranje broja vanjskih cjevovoda primarnog kruga.

Fig.1. Izgled reaktorskih postrojenja: a) MGR-100 GT; b) MGR-100 VEP; c) MGR‑100 PKM; d) rafinerija MGR‑100

Opcije izvora energije za MGR-100 GT i MGR-100 VEP (Sl. 2.3) predviđaju upotrebu objedinjene gasne turbine PET. Centralno mjesto u BPE zauzima turbostroj (TM), koji je vertikalna jedinica koja se sastoji od turbokompresora (TC) i generatora, čiji rotori imaju različite brzine rotacije - 9000 o/min i 3000 o/min, respektivno. Kao glavni ležajevi koriste se elektromagnetni ležajevi. Generator se nalazi izvan kruga cirkulacije helijuma u zračnom okruženju. WPT pred i međuhladnjaci su postavljeni oko TC. Izmjenjivač topline se nalazi u gornjem dijelu kućišta iznad ose toplote dimovodne cijevi. Otpadna toplota se odvodi iz primarnog kruga u WPT precooler i aftercooler sistemom rashladne vode i dalje u atmosferski vazduh u ventilatorskim suhim hladnjakima. Moguće je razmotriti mogućnost korištenja otpadne topline za potrebe grijanja i tople vode.

Jedinice izmjenjivača topline dizajnirane su za prijenos toplinske energije od reaktora do potrošača u proizvodnji energetske tehnologije. U zavisnosti od radnog okruženja, vrste procesa i verovatnoće da radioaktivnost dospe u proizvod tehnološke proizvodnje i kontaminacije opreme radioaktivnim proizvodima, može se koristiti RI šema sa dve ili tri petlje.

Tako se u NEK za proizvodnju vodonika metodom visokotemperaturne elektrolize pare (MGR-100 VEP) i metodom parnog reforminga metana (MGR-100 PKM) koristi dvokružna shema. U ovim procesima, glavna komponenta procesnog medija je vodena para. Izvršena analiza pokazuje da uz moguće vanredne situacije sa smanjenjem pritiska generatora pare ili visokotemperaturnog izmjenjivača topline, efekti ulaska proizvoda koji sadrže vodonik u reaktor pouzdano se regulišu kontrolnim i zaštitnim sistemima reaktora.

Varijanta izvora energije za snabdevanje toplotom petrohemijske proizvodnje (MGR-100 NP) predviđa toplotnu šemu sa tri kruga. Prijenos topline od reaktorskog postrojenja do potrošača vrši se preko visokotemperaturnog helijum-helijumskog međuizmjenjivača topline i međukruga helija, a zatim u NP mrežni krug. Ovo rješenje ograničava ispuštanje radioaktivnosti u mrežni krug, osiguravajući radijacionu čistoću proizvodnog procesa, kao i minimalnu kontaminaciju primarnog kruga procesnim nečistoćama.

Glavne tehničke mjere usmjerene na otklanjanje potencijalne opasnosti od ulaska radioaktivnosti u proizvod tehnološke proizvodnje su stvaranje i održavanje garantovanog pada tlaka (~0,5 MPa) usmjerenog prema primarnom kolu, a za verziju MGR-100 NP i uvođenje srednjeg kola. Operativna curenja helijuma iz međukruga u primarni krug nemaju negativan uticaj na reaktorsko postrojenje.

2.1 Izvor energije MGR-100 GT za proizvodnju električne energije i opskrbu toplinom

Izvor napajanja MGR-100 GT je namijenjen za proizvodnju električne energije u direktnom gasnoturbinskom ciklusu. Toplota otpadna toplota ciklusa gasne turbine (više od 100 °C) omogućava njeno korišćenje za snabdevanje toplom vodom i toplotom. U klimatskim uslovima Rusije takva je funkcionalnost od velike važnosti. Dokaz tome su podaci o godišnjoj potrošnji prirodnog gasa za proizvodnju električne i toplotne energije, koja iznosi ~135 odnosno 200 milijardi m 3 .

MGR-100 GT može raditi u dva režima: samo u načinu proizvodnje električne energije iu kombinovanom načinu proizvodnje električne energije i opskrbe toplinskom energijom zbog povrata otpadne topline. Dakle, pored veće efikasnosti proizvodnje električne energije, MGR-100 GT pruža potencijalnu priliku za dobijanje faktora iskorišćenja toplote od oko 99%.

Kada postrojenje radi u kombinovanom režimu, otpadna toplota se odvodi do toplotnog nosača mrežnog kola u mrežnim izmenjivačima toplote. U načinu rada samo sa napajanjem, mrežna petlja se isključuje i otpadna toplina se odvodi u vanjski zrak u hladnjacima sa ventilatorom.

dijagram strujnog kola MGR-100 GT je prikazan na sl. 2. Potrebna temperatura mrežne vode koja se isporučuje potrošaču (150 ºS) obezbeđuje se smanjenjem protoka i povećanjem pritiska u krugu vode za hlađenje WPT. Kako bi se spriječilo da u kombinovanom režimu temperatura helijuma na ulazu izmjenjivača topline prekorači dozvoljene granice (600 °C), pored izmjenjivača toplote na HP strani (od HPC izlaza do izlaza izmjenjivača topline na HP strani).

Fig.2. Šematski dijagram MGR-100 GT

Glavni parametri MGR-100 GT u režimu proizvodnje električne energije i javnog snabdevanja toplotom prikazani su u tabeli 2. U kombinovanom režimu, električna snaga postrojenja će biti 57 MW, a toplotna snaga koju odvodi voda iz mreže. biće 154 MW.

Tabela 2. Glavni parametri MGR-100 GT
Naziv parametra Značenje
Način proizvodnje energije Kombinirani način rada
215 215
46,1 25,4
558 / 850 490 / 795
Temperatura helijuma niskog pritiska na ulazu u izmenjivač toplote, °C 583 595
139,1 134
Brzina protoka helijuma kroz bajpas od izlaza HPC do izlaza izmjenjivača topline na strani visokog pritiska, kg/s - 32,2
4,91 4,93
Omjer ekspanzije turbine 2,09 1,77
Brzina generatora / TC, o/min 3000/9000 3000/9000
Potrošnja vode za hlađenje WPE, kg/s 804 480
Temperatura vode u mreži na ulazu/izlazu, °C - 70 / 145

Trošak proizvedene električne energije, uzimajući u obzir korisna upotreba otpadna toplota za potrebe grijanja domaćinstava je skoro prepolovljena u odnosu na opciju rada samo u načinu proizvodnje električne energije. Istovremeno, treba uzeti u obzir ekonomski efekat od isključenja toplotnih emisija u životnu sredinu.

2.2 Izvori energije MGR-100 VEP i MGR-100 PKM za proizvodnju vodonika

Prelazak na vodoničnu ekonomiju zasniva se, između ostalog, na stvaranju tehnologije za korištenje HTGR energije u procesima proizvodnje vodonika koji imaju visoku termodinamičku i tehničko-ekonomsku efikasnost. Ovi procesi, ako je moguće, treba da isključe potrošnju fosilnih goriva, prvenstveno nafte i gasa, koji imaju ograničene rezerve i vredna su sirovina za industriju. Ovi procesi uključuju proizvodnju vodika iz vode korištenjem sljedećih glavnih metoda: elektroliza, termohemijska razgradnja i elektroliza parom na visokim temperaturama. Njihov trošak ne zavisi od stalno rastućih cena nafte i gasa, za razliku od, na primer, proizvodnje vodonika iz metana. Istovremeno, za prvu fazu razvoja vodikova energija, dok je još relativno niske cijene na gas, razmatraju se procesi dobijanja vodonika iz metana. Analiza zahtjeva za efikasnošću proizvodnje potrošene energije i nivoa temperature topline omogućava nam da formuliramo zahtjeve za HTGR kao izvor energije, od kojih su glavni:

Proizvodnja toplote visokog potencijala do 950 °S;

Nema kontaminacije vodonika radioaktivnim supstancama ili njihovog prihvatljivog niskog nivoa;

Niska cijena proizvodnje vodonika u odnosu na tradicionalne metode;

Visok nivo sigurnosti energetskog tehnološkog kompleksa.

Kao glavni procesi proizvodnje vodonika u fazi konceptualnog razvoja MGR-100 smatraju se:

Visokotemperaturna elektroliza vode;

Parna reforma prirodnog gasa (metana).

Tabela 3. Glavni parametri MGR-100 VEP
Naziv parametra Značenje
Toplinska snaga reaktora, MW 215
Korisna električna snaga generatora, MW 87,1
Efikasnost proizvodnje električne energije (neto), % 45,7
Temperatura helijuma na ulazu/izlazu iz reaktora, °C 553 / 850
Protok helijuma kroz reaktor, kg/s 138
Pritisak helijuma na ulazu u reaktor, MPa 4,41
Omjer ekspanzije turbine 2,09
Brzina generatora / TC, o/min 3000/ 9000
Potrošnja helija kroz turbinu, kg/s 126
Temperatura helijuma na WPT ulazu/izlazu, °C 850 / 558
SG kapacitet, MW 22,3
Potrošnja helija kroz generator pare, kg/s 12,1
Temperatura helijuma na ulazu/izlazu SG, °C 850 / 494
Kapacitet pare, kg/s 6,46
Pritisak pare na izlazu SG, MPa 4,82

dijagram strujnog kola MGR-100 VEP za proizvodnju električne energije i pregrijane pare potrebnih parametara za dobivanje vodonika visokotemperaturnom elektrolizom prikazano je na sl. 3.

Varijanta MGR-100 VEP je bazirana na RP konfiguraciji sa paralelnim rasporedom petlji za izmjenu topline u primarnom krugu. Jedna petlja uključuje reaktor, jedinicu za proizvodnju pare i GCH. Drugi je reaktor i WPT. Tako se dio toplotne energije (~10%) proizvedene u jezgri reaktora prenosi u PGB za potrebe proizvodnje vodonika, a ostatak se pretvara u WPT u električna energija u direktnom ciklusu gasne turbine.

Rice. 3. Šematski dijagram MGR-100 VEP

Glavni parametri instalacije dati su u tabeli 3. Temperatura helijuma na izlazu iz reaktora je 850 °C, što ne prelazi odgovarajuću temperaturu u GT-MGR prototipu reaktorskog postrojenja. Drugi krug je dizajniran za proizvodnju pregrijane pare u generatoru pare (slika 4). Cirkulaciju helijuma u PGB-u vrši glavni cirkulacioni ventilator. Voda se dovodi i para se odvodi kroz poklopac SG. Pregrijana do potrebnih parametara, para se kroz cjevovode odvodi do visokotemperaturne elektrolizne jedinice bazirane na elektrohemijskim ćelijama čvrstih oksida, u kojoj se vodena para razlaže na vodik i kisik odvajanjem ovih reagenasa. WEP instalacija se napaja električnom energijom koju proizvodi WPT generator.

dijagram strujnog kola MGR‑100 PKM za proizvodnju toplote visokog potencijala u cilju dobijanja vodonika metodom parnog reforminga metana prikazana je na Sl.5.

Parni reforming metana je trenutno glavni industrijski ovladan i prilagođen za prvu fazu uvođenja tehnologija proizvodnje vodonika (zajedno sa HTGR) procesa. Zasnovan je na postojećoj svjetskoj proizvodnji vodonika. Kombinacija HTGR i PCM omogućava smanjenje potrošnje prirodnog gasa za oko 40%, a samim tim i troškova potrebnih za proizvodnju vodonika. Ekonomska efikasnost implementacija PCM-a određena je cijenom gasa i temperaturom utrošene toplote. Potrebna temperatura zagrijavanja mješavine plina i pare ne smije biti niža od 800 C, a daljnje povećanje temperature praktično nema utjecaja na efikasnost procesa.

Sl.5. Šematski dijagram MGR-100 PKM

Toplotna energija se odvodi iz reaktora u radni medij sekundarnog kruga (mješavina para-gas) u visokotemperaturnim izmjenjivačima topline (HTO), koji su sastavni dio termokonverzivnog aparata (TKA). Implementacija konverzije metana (CH 4 +H 2 0 (para) + toplota→CO 2 +4H 2) odvija se u TKA prema trostepenoj šemi. Smjesa para-gas (para - 83,5%, CH 4 - 16,5%) se dovodi uzastopno u tri faze - TKA1, TKA2 i TKA3. Ovo određuje konfiguraciju jedinice za prijenos topline reaktorskog postrojenja. Sastoji se od tri odvojena visokotemperaturna izmjenjivača topline VTO 1, VTO 2, VTO 3 (slika 6), koji predstavljaju zasebne stupnjeve (sekcije) jedinice. Položaj WTO sekcija duž primarnog toka rashladne tekućine je paralelan, a duž toka mješavine plina i pare je sekvencijalan.

Nakon TKA-3, mešavina gasa i pare (para-55%, CH4, H2, CO, CO2 - 45%) sa visokom koncentracijom vodonika uzastopno prolazi kroz jedinicu za prečišćavanje CO2 i H2O i šalje se u jedinica za odvajanje vodonika. povratni razlomak i prirodni gas pomiješan sa pregrijanom parom i zatim poslat u TKA. Cirkulaciju helijuma u primarnom krugu vrši GCH, mješavinu para i plina cirkuliraju kompresori.

Glavni parametri instalacije dati su u tabeli 4. Temperatura helijuma na izlazu iz reaktora je 950 ºS.

Tabela 4. Glavni parametri MGR-100 PKM
Naziv parametra Značenje
Toplinska snaga reaktora, MW 215
450 / 950
Protok helijuma kroz reaktor, kg/s 81,7
Pritisak helijuma na ulazu u reaktor, MPa 5,0
Pritisak mješavine pare i plina na ulazu u izmjenjivač topline, MPa 5,3
WTO-TKA1
Snaga izmjenjivača topline, MW 31,8
12,1 / 43,5
350 / 650
WTO-TKA2
Snaga izmjenjivača topline, MW 58,5
Potrošnja mješavine helij/para-gas, kg/s 22,2 / 60,9
Temperatura mješavine pare i plina na ulazu/izlazu, °C 350 / 750
WTO-TKA3
Snaga izmjenjivača topline, MW 125
Potrošnja mješavine helij/para-gas, kg/s 47,4 / 101
Temperatura mješavine pare i plina na ulazu/izlazu, °C 350 / 870

Ovisno o vrsti rasporeda (petlja ili blok) glavne opreme rasklopnog uređaja, konfiguracija jedinice za prijenos topline može biti različita. U blokovskom rasporedu, glavna oprema reaktorskog postrojenja je povezana kratkim cijevima tipa "cijev u cijevi", a preporučljivo je uključiti i MCH u jedinicu za prijenos topline.

2.3 Izvor energije MGR‑100 rafinerija za petrohemijsku proizvodnju

Rafinerija MGR-100 je projektovana za proizvodnju toplote visokog ili srednjeg kvaliteta za zadovoljavanje tehnoloških potreba petrohemijske proizvodnje (grejanje mrežnih toplotnih nosača), čime će se uštedeti oko 14% prerađene nafte. Dizajnerska baza za njega razvijena je u Rusiji 80-ih godina idejni projekat modularni reaktor sa jezgrom od sfernih gorivih šipki i izlaznom temperaturom helijuma od 750 °C. Projekat je bio fokusiran na procesnu proizvodnju toplote na osnovu zahteva tipične rafinerije.

Fig.7. Šematski dijagram rafinerije MGR-100

Šematski dijagram rafinerije MGR-100 prikazan je na Sl.7. Cirkulacija helijuma u primarnom i sekundarnom krugu je prisilna i obavlja se pomoću cirkulacionih puhala. Radni medij mrežnog kola je nitrit-nitratna sol. Glavni parametri instalacije prikazani su u tabeli 5.

Tabela 5. Glavni parametri rafinerije MGR-100
Naziv parametra Značenje
Toplinska snaga reaktora, MW 215
Temperatura helijuma na ulazu/izlazu iz reaktora, °C 300 / 750
Protok helijuma kroz reaktor, kg/s 91,5
Pritisak helijuma na ulazu u reaktor, MPa 5,0
Snaga priključnog vratila, MW 217
Protok helijuma primarnog/sekundarnog kruga kroz PTO, kg/s 91,5 / 113
Temperatura helijuma primarnog kruga na ulazu/izlazu izmjenjivača topline, °C 750 / 294
Temperatura helijuma sekundarnog kruga na ulazu/izlazu izmjenjivača topline, °C 230 / 600
Pritisak helijuma sekundarnog kruga na ulazu PHE, MPa 5,50

Glavni potrošači rafinerijske toplote (~50% toplotne snage reaktora) su cevaste peći dizajnirane za termičku katalitičku rafinaciju ulja. Prema stepenu zagrijavanja naftnih derivata u pećima, procesi prerade nafte dijele se na tri tipa: niskotemperaturni (do 400 °C), srednjetemperaturni (do 550 °C) i visokotemperaturni (do 900 °C). °C). Toplina iz rafinerije MGR-100 se također koristi za pokrivanje potreba rafinerije u procesnoj pari (~35% toplinske snage reaktora) i električnoj energiji (~15% toplinske snage reaktora).

Jedinica za prijenos topline sastoji se od srednjeg izmjenjivača topline (PHE), GCH, unutrašnjih metalnih konstrukcija (VKM).

PHE (slika 8) sastoji se od sistema cijevi, seta kanala (37 kom), sabirnih komora „vrućeg“ helijuma međukruga, elemenata za njihovo pričvršćivanje i zaptivanje. Glavni cirkulirajući plinski ventilator je montiran u donjem dijelu tijela PHE.

3 Zabrinjavajuća pitanja

U okviru završenih projekata izrađena je šematska konfiguracija i 3-D raspored instalacija, određeni parametri kola i karakteristike glavne opreme, proračunska opravdanost glavnih komponenti konstrukcije, analiza izvedeni su operativni i vanredni režimi, preliminarne analize utvrđuju se troškovi izgradnje i izgradnje reaktorskih objekata, faze i planovi istraživanja i razvoja. Većina potrebnih istraživanja i razvoja, uključujući reaktor, turbostroj i njegove komponente, rekuperator, preliminarne i međuhladnjake, VKM, trenutno se izvodi u okviru tehnološkog razvoja GT-MGR i MGR-T reaktora.

Glavna pitanja koja zahtijevaju dodatno istraživanje i razvoj su:

Razvoj proizvodnosti visokotemperaturnih izmjenjivača topline;

Obrazloženje sigurnosti reaktorskih postrojenja za proizvodnju vodonika;

Razvoj RP algoritama upravljanja snagom zajedno sa sistemima upravljanja procesima;

Izvođenje atestnih ispitivanja metalnih materijala otpornih na toplotu.

Jedno od glavnih ograničenja za povećanje temperature helija na izlazu iz reaktora je maksimalno dozvoljena temperatura za dugotrajni rad VKM reaktora. Sa povećanjem temperature helijuma na ulazu u jezgru na 600 °C, kako bi se postigla prihvatljiva temperatura materijala reaktorske posude (~350 °C), planira se doraditi dizajn jezgre u smislu odvođenja toplote na sistem za hlađenje posude reaktora.

Ozbiljni zahtjevi postavljaju se za plinske kanale koji transportuju zagrijani procesni medij s temperaturom do 900°C, koji ne bi trebao opadati zbog gubitaka topline, jer efikasnost procesa ovisi o nivou temperature.

Proizvodnja vodonika je potencijalni izvor opasnosti od eksplozije. Prilikom analize sigurnosti MGR-100, nezgode u tehnološkom dijelu postrojenja ili na industrijskim lokacijama treba smatrati početnim događajima. U ovim nesrećama moguće je ispuštanje tehnoloških sirovina ili prerađenih proizvoda. Sa stanovišta zaštitnog djelovanja, najgore moguće posljedice po sigurnost mogu biti posljedica eksplozija nakon eksplozije ovih proizvoda.

Jedan od sigurnosnih kriterija treba uzeti u obzir da ne prekorači maksimalno ispuštanje eksplozivnih smjesa tehnološka proizvodnja. Količina ispuštanja određena je dozvoljenom vrijednošću viška tlaka u prednjem dijelu udarnog talasa, usvojenom za zaštitnu jedinicu, sisteme i elemente NEK.

Prilikom analize ovakvih nesreća treba uzeti u obzir oba scenarija sa mogućnošću eksplozije u neposrednoj blizini reaktora, te osiguranjem sigurnosti zbog prostornog razdvajanja nuklearnog i tehnološkog dijela.

4 Zaključak

Razvoj MHR tehnologije u Rusiji od samog početka bio je usmjeren na korištenje nuklearne energije ne samo za proizvodnju električne energije, već i za industrijsku toplinsku energiju kao alternativu korištenju fosilnih goriva.

Tehnologija modularnog HTGR-a, zbog jedinstvenih svojstava efikasnosti, sigurnosti i ekološke prihvatljivosti, može obezbijediti integrirano napajanje električnom energijom, toplinom i gorivom, uključujući stvarni problem isplativa proizvodnja vodonika.

Nuklearne elektrane niskog kapaciteta bazirane na HTGR-u, koje su ekološki sigurne i zahtijevaju male troškove izgradnje i održavanja, mogu postati važni elementi nuklearne energetske infrastrukture tekućeg stoljeća.

Do sada završeni projektantski i eksperimentalni radovi na varijantama modularnog MGR-100 za različite energetske primjene potvrđuju mogućnost ispunjavanja zahtjeva za reaktorska postrojenja nove generacije.

Razvoj HTGR energetske tehnologije zasnovane na MGR-100 značajno će smanjiti ukupni troškovi u okviru programa HTGR i demonstrirati mogućnosti i prednosti za dalju komercijalizaciju ove tehnologije.

Bibliografija

1. „Nuklearno grijanje u Rusiji – postojeće iskustvo, potencijal industrije, razvojni problemi“ Boldyrev V.M., Zbornik sažetaka intersektorske naučno-tehničke konferencije „Regionalna nuklearna energija“ (Atom Region-2009), 17-18. novembra 2009., Nižnji Novgorod .

2. Energetska strategija Rusije za period do 2030. godine. Odobreno naredbom Vlade Rusije od 13. novembra 2009. br. 1715

3. „Mogućnosti i izgledi korištenja visokotemperaturnih nuklearnih reaktora za snabdijevanje energetski intenzivnih industrija nosiocima energije“ N. N. Ponomarev-Stepnoy, A. Ya. Stolyarevsky, N. G. Kodochigov. Zbornik sažetaka intersektorske naučno-tehničke konferencije “Regionalna nuklearna energija” (Atom Region-2009), 17-18. novembra 2009., Nižnji Novgorod.

4. Članak "Razvoj daljinskog grijanja u Rusiji", str. 2-15. Časopis „Toplotehnika №12; 2009» S.P. Filippov, Institut za energetska istraživanja Ruske akademije nauka.

5. Vasyaev A.V., Vladimirsky M.K. i dr. Izvor energije zasnovan na HTGR za primjenu energetske tehnologije. Shematska i konstruktivna rješenja. - Zbornik radova Međunarodnog foruma o problemima nauke, tehnologije i obrazovanja (2. tom) / Urednik V.V. Vishnevsky. - M.: Akademija nauka o Zemlji, 2008., str.108-112, ISBN 978-5-93411-050-6.

6. Kirjušin A.I., Kodočigov N.G., Kuzavkov N.G. e.a. Projekat visokotemperaturnog helijumskog reaktora GT-MHR sa gasnom turbinom. – Nucl. Engng Design, 1997, v. 173, str. 119–129.

7. Visokotemperaturni plinski hlađeni reaktor – izvor energije za komercijalnu proizvodnju vodonika. Mitenkov F.M., Kodochigov N.G., Vasyaev A.V., Golovko V.F., Ponomarev-Stepnoy N.N., Kukharkin N.Ye., Stolyarevsky A.Ya. - Nuklearna energija, vol. 97, broj 6, decembar 2004, str. 432-446.

Rusija i Sjedinjene Države zajednički razvijaju projekat nuklearne elektrane budućnosti. On će značajno nadmašiti sve dosadašnje sisteme u pogledu sigurnosti, efikasnosti i mnogih drugih parametara. Nuklearna energija još nije rekla svoju posljednju riječ.

Unatoč porastu upotrebe solarnih panela, energije vjetra i valova i drugih alternativa, u narednim decenijama nećemo pobjeći od „klasične“ energije. I ovdje je, možda, ekološki najprihvatljivija, začudo, nuklearna energija.

Da, reciklaža nuklearno gorivo je težak problem, ali nimalo beznadežan. Pročitajte o nekim projektima: stvarnim i već u toku, ali fantastičnijim.

O opasnostima od nesreća u nuklearnim elektranama govorit ćemo u nastavku. Ali ako ne postoje - čini se da nuklearna elektrana ne postoji - njene emisije su nule.

Ali termoelektrane truju atmosferu milionima tona otrova i stakleničkih plinova. I radioaktivne materije, inače, koje se nalaze, recimo, u uglju i dospevaju u dimnjak sa izduvnim gasom stanice.

Hidroelektrane su izgleda čiste. Ali ne možete ih staviti svuda, a rezervoari, inače, nepovratno mijenjaju prirodu na desetine kilometara unaokolo, utiču na stanište hiljada vrsta, vrše ogroman pritisak na zemljinu koru (koja nije baš velika u seizmičkim zonama ).

Nuklearna fuzija? Da, postoje zanimljive opcije (ne ITER), ali ovo je za budućnost. I u narednim godinama, čini se da se krug zatvara - "spalićemo" uranijum. Na primjer, u supernuklearnoj elektrani, koju su zajedno razvile Rusija i Sjedinjene Države.

Nova NPP šema eliminiše mnoge stare sisteme iz svog dizajna. A kako ima manje čvorova, pouzdanost je veća (ilustracija sa stranice gt-mhr.ga.com).

Sa američke strane, glavni učesnik u projektu je General Atomics, a sa ruske, Eksperimentalni konstruktorski biro mašinstva imena I. I. Afrikantova (OKBM) u Nižnjem Novgorodu, podređen Federalnoj agenciji za atomsku energiju Ruske Federacije. .

Minatom i započeo saradnju sa Amerikancima na ovaj projekat davne 1993. godine. I do sada je izrađen nacrt projekta reaktora (i stanice), a mnogo detaljniji razvoj odavno je u punom jeku.

A budući da stručnjaci budućnost nuklearne energije vide u novom tipu nuklearne elektrane, hajde da saznamo kako će ona funkcionirati.

Ovaj sistem se zove Gas Turbine - Modular Helium Reactor (GT-MHR), a na ruskom - "Gas Turbine - Modular Helium Reactor" - GT-MHR.

Ovdje postoje dvije glavne ideje. Nuklearni reaktor hlađen plinovitim helijumom i sa inherentnom sigurnošću (odnosno, što je zagrijavanje jače, reakcija je slabija, jednostavno na osnovu "fizike" reaktora, do prirodnog gašenja, bez ikakvog učešća kontrolnog sistema) i - najkraća konverzija energije vrućeg helijuma u električnu - uz pomoć gasne turbine takozvanog zatvorenog Braytonovog ciklusa, uz postavljanje turbogeneratora i reaktora u zatvorene kapsule pod zemljom.

Nema velikih cijevi, pumpi, turbina i mase drugih komada željeza iznad površine. Dizajn nuklearne elektrane je znatno pojednostavljen.

Desetine sistema nestaju magijom. Nema rashladnih tečnosti koja menjaju međufazu (tečnost-para), nema glomaznih izmenjivača toplote, gotovo da nema šanse za moguće curenje nečeg radioaktivnog.

Sve je inkapsulirano. U ovom slučaju, čak ni kvar kontrolnog sistema ne dovodi do topljenja goriva. Sve se automatski vlaži i polako hladi zbog odvođenja toplote u tlo koje okružuje stanicu.

Gorivo za stanicu je uranijum oksid i karbid ili plutonijum oksid, napravljen u obliku kuglica prečnika samo 0,2 milimetra i prekriven sa nekoliko slojeva različite keramike otporne na toplotu. Kuglice se "sipaju" u šipke, koje čine sklop, itd.

Fizički (masa strukture, reakcioni uslovi) i geometrijski parametri reaktora su takvi (na primer, relativno niska gustina energije) da se u svakom slučaju, čak i pri potpunom gubitku rashladne tečnosti, ove kuglice neće istopiti.

Da, i cijelo jezgro je napravljeno od grafita - ovdje uopće nema metalnih konstrukcija, a legura otporna na toplinu koristi se samo u krajnjem vanjskom kućištu - kapsuli.

Dakle, čak i ako svo osoblje stanice zajedno "ode piti pivo", ništa strašno se neće dogoditi s okolinom - temperatura u srcu nuklearke skočit će na maksimalno 1600 stepeni Celzijusa, ali se jezgro neće istopiti. Sam reaktor će početi da se hladi, odajući toplotu okolnom tlu.

Šema "srca" stanice. Na lijevoj strani je turbina sa elektrogeneratorom i izmjenjivačima topline, desno je reaktor (ilustracija sa gt-mhr.ga.com).

Upotreba helijuma kao rashladnog sredstva obećava niz prednosti. Hemijski je inertan i ne izaziva koroziju komponenti. Ne mijenja svoje stanje agregacije. Ne utiče na faktor umnožavanja neutrona. Konačno, zgodno ga je usmjeriti u plinsku turbinu.

Inkapsuliran je zajedno sa pumpama i izmenjivačima toplote i okreće se isključivo na aksijalnim i radijalnim elektromagnetnim ležajevima - kotrljajni ležajevi su predviđeni kao hitni.

Posebno treba spomenuti izmjenjivače topline. Helijum koji hladi reaktor pravi nekoliko „petlji“ u turbinskom postrojenju, dajući svoju energiju turbogeneratoru što je više moguće. Osim toga, postoji dodatno hlađenje helijuma vodom, ali u slučaju nesreće, sistem će uopće bez njega, reaktor se neće otopiti.

Rezultat svih ovih inovacija je efikasnost stanice- do 50%, naspram 32% za postojeće nuklearne elektrane, plus - mnogo kompletnija proizvodnja nuklearnog goriva (što znači manje ozračenog uranijuma i manje visokoaktivnog otpada po megavat-satu primljene energije), jednostavnost dizajna, što znači manje troškove izgradnje i lakšu kontrolu nad radom.

I, naravno, sigurnost. Amerikanci pišu da je GT-MGR prva nuklearna elektrana na svijetu koja će zadovoljiti prvi nivo sigurnosti.

Ima ih 4, od kojih je nula najveća. 0 je fantastično. Ovde se nikada ništa ne može desiti, i generalno - ne opasnih materija. Prvi nivo je najviši mogući nivo. Uz to, nuklearne elektrane, teoretski, ne zahtijevaju posebne sigurnosne sisteme, budući da sam reaktor ima interni, strukturno unaprijed određen "imunitet" od bilo kakvih grešaka operatera i tehničkih oštećenja.

Stanica u Černobilju imala je, prema Amerikancima, treći (najgori) nivo sigurnosti, što znači kritičnost sistema prema ljudskim greškama ili kvaru opreme. Sada su mnoge operativne stanice dostigle nivo sigurnosti "2".

OKBM piše da „Strategija razvoja nuklearne energije u Rusiji predviđa izgradnju glavne nuklearne elektrane GT-MGR i pogona za proizvodnju goriva za nju u Sibirskom hemijskom kombinatu (Seversk, Tomska oblast) do 2010. godine, a do 2012-2015 - izrada i puštanje u rad prve četvoromodulske NE GT-MGR.


Dijagram cirkulacije helija (ilustracija sa gt-mhr.ga.com).

Amerikanci pak iznose zanimljive detalje: budući da GT-MGR može da troši ne samo uranijum, već i plutonijum za oružje, takve nuklearne elektrane postaju idealan uređaj za njegovo zbrinjavanje, ne samo siguran, već i isplativ u određenom smisao. Na primjer, Seversk će se (djelimično, naravno) snabdjeti strujom iz "smanjenih" ruskih bojevih glava.

A plutonijum, koji će se nakon "rada" istovariti iz reaktora, po svojim parametrima potpuno je neperspektivan za hipotetičku upotrebu u nuklearno oružje, što je dobro i za svjetsku sigurnost.

Ali Sjedinjene Države su takođe zainteresovane za projekat - visoka termička efikasnost veze "helijum reaktor - zatvorena gasna turbina" je ogromna korist, kako u pogledu ekonomije tako i u pogledu bezbednosti životne sredine.

Treba dodati da će toplotna snaga jedne takve instalacije biti 600 megavata, a električne 285 megavata.

Procijenjeni vijek trajanja GT-MGR je 60 godina. Hoće li do tog vremena imati vremena da razviju industrijske fuzijske reaktore ili će alternativna energija postati stvarno masovna?

Ciljevi projekta GT-MGR

  • Stvaranje postrojenja koje ispunjava zahtjeve tehnologije 21. stoljeća u smislu sigurnosti, konkurentnosti i minimiziranja utjecaja na okoliš.
  • Puštanje u rad prve GT-MGR jedinice najkasnije 2023. godine uz minimiziranje istraživanja i razvoja korištenjem akumuliranog svjetskog iskustva u HTGR tehnologiji.
  • Upotreba prve i nekoliko narednih jedinica za spaljivanje viška plutonijuma za oružje.
  • Stvaranje baze za naknadnu komercijalnu primenu ove tehnologije za proizvodnju električne i toplotne energije za domaće i industrijske potrebe, uključujući i proizvodnju vodonika.

Karakteristike dizajna

Gorivne šipke su mikrosfere od plutonijum oksida, uranijum oksida ili nitrida prečnika 0,2-0,5 mm u višeslojnoj ljusci od pirolitičkog ugljika i silicijum karbida. U skladu sa projektnim proračunima, takav element mikrogoriva je sposoban da efikasno zadrži fisione fragmente kako u normalnim radnim uslovima (1250 0 C), tako i u vanrednim uslovima (1600 0 C).

Oba modula reaktorskog postrojenja nalaze se u vertikalnim armiranobetonskim šahtovima ispod nivoa zemlje.

Glavne tehničke karakteristike

Snaga instalacije:
  • termalna, MW
  • električna, MW

600
285
rashladna tečnost helijum
Cirkulacija rashladne tečnosti 1 krug prisiljen
tip rasporeda integral
Raspon snage 15 - 100%
Parametri proizvedene električne energije
  • napon na terminalima generatora, kV
  • frekvencija struje, Hz

20
50
Parametri kruga rashladnog sredstva 1
  • pritisak, MPa
  • temperatura na ulazu u reaktor, C
  • temperatura na izlazu iz reaktora, C

7,24
Potrošnja električne energije za sopstvene potrebe, MW 7,5
Vek trajanja, godine 60
Seizmička otpornost opreme 8 bodova (MSK 64)

Prednosti

  • Visoka efikasnost;
  • Pojednostavljenje projektiranja nuklearnih elektrana zbog modularnog dizajna reaktora;
  • Upotreba goriva u obliku mikročestica sa višeslojnim keramičkim premazom omogućava efikasno zadržavanje proizvoda fisije pri visokim stopama sagorevanja (do 640 MW dan/kg) i temperaturama (do 1600 °C);
  • Upotreba prstenastog jezgra niske gustoće snage omogućava odvođenje preostale topline iz reaktora korištenjem metoda prirodne cirkulacije zraka;
  • Višestruka redundantnost sistema upravljanja i zaštite;
  • Upotreba helijuma kao rashladnog sredstva, supstance koja je hemijski inertna i ne utiče na ravnotežu neutrona;
  • Projektom je predviđena i mogućnost zbrinjavanja plutonijuma za oružje. Jedna GT-MGR jedinica, koja se sastoji od četiri reaktora, sposobna je da tokom svog rada preradi 34 tone ove supstance. U skladu sa projektnom dokumentacijom, takvo ozračeno gorivo može se odlagati bez dodatne obrade.

Nedostaci

  • Mala snaga. Za zamjenu jedne VVER-1000 jedinice potrebne su četiri GT-MGR jedinice. Ovaj nedostatak je uzrokovan, s jedne strane, upotrebom rashladne tekućine na plin, koja ima mali toplinski kapacitet u odnosu na vodu ili natrijum, as druge strane, niskim energetskim intenzitetom jezgra kao rezultatom spajanja povećani sigurnosni zahtjevi reaktora. Ova karakteristika dovodi u sumnju argumente o pojednostavljenju dizajna nuklearnih elektrana sa GT-MHR;
  • Obrazovanje veliki brojβ-aktivni ugljen 14 C , za koji ne postoje prihvatljivi načini odlaganja, a rezerve akumulirane tokom rada RBMK reaktora su već prilično velike. Kada se ispusti u životnu sredinu, 14 C ima tendenciju da se akumulira u živim organizmima;
  • Nedostatak prihvatljive šeme za preradu i odlaganje istrošenog goriva. Prerada supstanci koje sadrže silicijum je veoma teška hemijska tehnologija. Dakle, kada gorivo uđe u reaktor, ono će biti trajno uklonjeno iz ciklusa nuklearnog goriva.
  • Trenutno nema završenih industrijska tehnologija proizvodnju gorivnih elemenata od plutonijuma, što je povezano sa njegovom izuzetno složenom hemijom. Uspostavljanje takve proizvodnje zahteva kapitalna ulaganja koja su uporediva ili čak veća od ulaganja u preradu uranijuma u istoriji nuklearna industrija. Stoga izjava o upotrebi GT-MHR za zbrinjavanje plutonijuma za oružje izgleda prilično sumnjiva. Pri tome treba uzeti u obzir i da je u svijetu akumulirano samo oko 400 tona plutonijuma, odnosno može biti dovoljno za životni ciklus ukupno 10 energetskih jedinica (po 4 reaktora).
  • Upotreba helijuma kao rashladnog sredstva, jer u slučaju nesreće povezane sa smanjenjem pritiska u reaktoru, ceo rashladni fluid će neizbežno biti zamenjen težim vazduhom.

Glavne faze

  • 1995-1997 - idejno rješenje.
  • 2000-2002 - idejni projekat.
  • 2003-2005 - tehnički projekat.
  • 2005-2008 - puštanje u rad proizvodnja goriva za prototip modula.
  • 2009-2010 - puštanje u rad prototipa modula GT-MGR.
  • 2007-2011 - puštanje u rad proizvodnje goriva za 4-modulnu pogonsku jedinicu AS GT-MGR.
  • 2012-2015 - puštanje u rad 4-modulnog pogonskog agregata AS GT-MG

Trenutno postoji detaljniji razvoj projekta.


2023
newmagazineroom.ru - Računovodstveni izvještaji. UNVD. Plata i osoblje. Valutno poslovanje. Plaćanje poreza. PDV Premije osiguranja