Отвод сбросного тепла от АЭС


Технические системы

отвода сбросного тепла от АЭС

В.М. БОЛДЫРЕВ к.т.н.,

Заслуженный энергетик Российской Федерации,

Член Международной Энергетической Академии.

Как известно, водяной пар, отработав в турбине АЭС, должен быть сконденсирован для замыкания термодинамического цикла. Выделяющееся при этом тепло конденсации сбрасывается через определённые технические системы в окружающую среду путём подогрева и испарения природных водных ресурсов и подогрева атмосферного воздуха.

Для конденсации отработавший водяной пар турбины АЭС может направляться:

- в трубчатый теплообменник-конденсатор, где и конденсируется на поверхностях трубок, внутри которых течёт охлаждённая техническая вода;

- в смешивающий струйный конденсатор, в котором происходит непосредственное смешение конденсирующегося водяного пара и охлаждённой очищенной воды;

- в “сухой” конденсатор, в котором отработавший водяной пар конденсируется в воздушных теплообменниках без применения промежуточного теплоносителя

В России для отвода сбросного тепла от АЭС используются в основном системы технического водоснабжения

Системы технического водоснабжения подразделяют на прямоточные, смешанные и оборотные.

Для прямоточной системы водоснабжения природным источником служит река (первая очередь Нововоронежской АЭС – река Дон), озеро (Кольская АЭС – озеро Имандра) или море (Ленинградская АЭС – Финский залив). При прямоточной системе учитывались санитарные требования, требования рыбоохраны.

Река использовалась, если минимальный расход воды в реке был не меньше потребности в воде АЭС. Речная вода проходит через конденсатор один раз и после этого сбрасывается в реку. Сброс производится ниже по течению, чтобы исключить подмешивание сбросной воды к свежей. Расстояние между забором и сбросом определяется уклоном русла, скоростью течения реки, силой и направлением ветров в районе сброса и забора воды. В ряде случаев прямоточная схема может потребовать создания искусственного подпора (плотины).

При использовании морской воды должны были также предусматриваться мероприятия по защите оборудования от коррозии, в первую очередь конденсатора (электрохимическая защита, крепление трубок и т.д.).

Преимуществами прямоточной системы водоснабжения являются низкая температура воды, обеспечивающая глубокий вакуум, относительно недорогие гидротехнические сооружения.

Однако c 1 января 2007 г. в Российской Федерации введена новая редакция Водного кодекса РФ, принятого Государственной  Думой 03.06.2006 г. № 74-ФЗ, в статье 60 которого указывается: «п.4. Проектирование прямоточных систем технического водоснабжения не допускается.» Следует также иметь ввиду, что «в настоящее время в США в законодательном порядке требуют обязательного включения градирен в состав блоков АЭС, работающих на «прямотоке» (ОАО «АТОМЭНЕРГОПРОЕКТ». Отчёт о научно-исследовательской работе «Технико-экономические исследования по сравнению «мокрых» и «сухих» градирен применительно к условиям площадки НВАЭС-2». М. 2010.).

Смешанная (прямоточно-оборотная) система технического водоснабжения выполняется с бесплотинным водозабором или с русловой плотиной и применяется на АЭС в случаях, когда дебет источников в период малой воды недостаточен для прямоточного водоснабжения. При смешанной схеме водоснабжения предусматриваются искусственные охладители или часть оборотной воды в районе водозабора смешивается со свежей речной водой. Например, смешанная (прямоточно–оборотная) система водоснабжения 4-го энергоблока Белоярской АЭС выполнена с использованием существующей русловой плотины на р. Пышма т.к. дебет источников в период малой воды недостаточен для прямоточного водоснабжения блоков №3 и №4. К свежей речной воде в районе водозабора добавляется часть оборотной воды.

Оборотная система технического водоснабжения выполнялась с прудами-охладителями, градирнями и брызгальными бассейнами.

Пруды-охладители широко применяются в российской атомной энергетике.

Так, например, техническое водоснабжение Балаковской АЭС осуществляется по оборотной схеме из наливного водоема-охладителя отсечного типа, образованного отсечением мелководной части Саратовского водохранилища (река Волга) ограждающей дамбой. Техническое водоснабжение Волгодонской АЭС осуществляется по оборотной схеме с использованием водоема-охладителя отсечного типа, образованного отсечением глухой плотиной мелководной части Цимлянского водохранилища.

Техническое водоснабжение Курской АЭС осуществляется по оборотной схеме с использованием водоема-охладителя наливного типа, специально созданного в левобережной пойме реки Сейм. Для поддержания постоянного уровня воды служит ограждающая дамба с напорными откосами

Техническое водоснабжение Калининской АЭС осуществляется по оборотной схеме с использованием водоема-охладителя озерного типа, образованного на базе природных озер Удомля и Песьво, зарегулированных плотиной на реке Съежа, вытекающей из системы озер. Забор воды осуществляется из озера Удомля, сброс – в озеро Песьво и озеро Удомля. При этом часть подогретой технической вода перед сбросом в озеро Удомля дополнительно охлаждается в двух испарительных градирнях.

Техническое водоснабжение Смоленской АЭС осуществляется по оборотной схеме с использованием водоема-охладителя руслового типа, созданного на реке Десна. Для поддержания постоянного уровня воды служит земляная плотина на реке Десна. Равномерное распределение нагретой воды по акватории водоема-охладителя осуществляется двумя отводящими каналами с использованием существующего рельефа местности.

Техническое водоснабжение пятого энергоблока Ново-воронежской АЭС осуществляется по оборотной схеме с использованием водоема-охладителя наливного типа. Водоем-охладитель оснащен струенаправляющей дамбой для равномерного распределения нагретой воды по акватории и струераспределительной (водораспределительной) дамбой для повышения охлаждающей способности воды.

Следует сказать, что в общем случае пруды-охладители могут сооружаться не только в поймах рек, но и в стороне от них, могут создаваться на базе небольшой реки, с переменными расходами воды от максимума до нуля. При такой схеме для задержки воды устанавливается плотина и ложе пруда-охладителя за 2÷3 года заполняется водой. Из пруда-охладителя вода подаётся на конденсатор, после конденсатора вода сбрасывается в пруд-охладитель на расстояние, обеспечивающее ее последующее охлаждение на 8÷12°С перед возвратом в конденсатор. Пруды-охладители наливного типа могут заполняться из источников водоснабжения расположенных и на десятки километров от АЭС. Источник водоснабжения должен компенсировать потери воды в пруде-охладителе Использование пруда-охладителя с точки зрения получения более охлаждённой технической воды на входе в конденсатор турбины предпочтительнее градирен, так как обеспечивает более глубокий вакуум в конденсаторе и отсюда больший термический к.п.д. энергетической установки.

Испарительные градирни. По способу перемещения воздуха испарительные градирни разделяются на башенные, вентиляторные и открытые, а по способу образования поверхности охлаждения технической воды – на плёночные, капельные, брызгальные. В зависимости от направления движения воды и воздуха градирни могут быть противоточные, поперечноточные и смешанного типа. В башенных градирнях движение воздуха создаётся вытяжной башней, в вентиляторных – вентилятором, а в открытых – естественным движением воздуха (ветром). Так, например, техническое водоснабжение третьего и четвертого энергоблоков Ново-воронежской АЭС осуществляется по оборотной схеме с использованием для охлаждения воды семи башенных градирен.

Для энергетики России сейчас характерно применение плёночных башенных градирен с естественной тягой. Вода циркуляционными насосами прокачивается через конденсатор турбин и подаётся к распределительным трубам, расположенным над оросительным устройством. Интенсивность охлаждения плёночной градирни по сравнению с капельной в 1,5÷2 paза выше. Вытяжные башни современных градирен выполнены из монолитного железобетона гиперболической формы.

В российской атомной энергетике реализована оборотная система технического водоснабжения с использованием вентиляторных «сухих» градирен на заполярной Билибинской АТЭЦ. В этих системах техническая вода проходит и охлаждается внутри поверхностных алюминиевых охладителей, снаружи охлаждаемых воздушным потоком от вентиляторов с электроприводами. Подпитка системы технического водоснабжения осуществляется из специально созданного водохранилища на ручье Б. Поннеурген.

«Сухие» градирни системы Геллера с поверхностными воздушными охлаждением очищенной воды в сочетании со смешивающим струйным конденсатором сводят к минимуму неблагоприятное воздействие на окружающую среду технических систем отвода сбросного тепла от АЭС. В этих системах очищенная вода проходит и охлаждается в градирне внутри поверхностных алюминиевых охладителей, которые снаружи омываются воздухом. Охлаждающие колонки располагаются по периметру в нижней части башни в окнах для входа охлаждающего воздуха. Если движение воздуха в градирне происходит за счёт естественной тяги, то она создаётся высотою 100 м и более в виде башни гиперболической формы, выполненной или из монолитного железобетона или изготовленной на основе обшитого алюминием каркаса из конструкционной стали. Охлаждённая вода подаётся в смешивающий струйный конденсатор, конденсирует отработавший в турбине пар, а затем часть общего потока на выходе из конденсатора подаётся в контур питательной воды парогенератора, а другая часть возвращается на охлаждение в градирню.

Комбинированная система сухого/орошаемого охлаждения типа HEAD работает с сухим охлаждением весь год, за исключением наиболее жарких летних часов, когда вода подаётся на ребристые трубчатые поверхности теплообменников типа ФОРГО.

Системы отвода сбросного тепла с «сухими» градирнями имеют бо,льшую стоимость, однако их применение перспективно в связи с обостряющимся дефицитом природной воды и ожидаемым ростом её дороговизны. Кроме того, надо учитывать, например, что Закон США «О Чистой Воде» (U.S. Clean Water Act; Selections 316(a) and 316(b)), принятый в 1972 г. требует, чтобы размещение, проектирование, строительство и мощность охлаждения водозаборных сооружений отражало передовые технологии, приемлемые для сведения к минимуму неблагоприятного воздействия на окружающую среду.

По публикации от 27.12.2007г. в «The Baltimore San» французская группа AREYA предложила проект EPR-1600 для строительства на берегу Чесапикского залива в южном штате Мериленд двух реакторов на АЭС «Калверт Клиффс» со стоимостью энергоблока 4млрд. долларов. По французскому проекту в системе водоснабжения планируется применить

гибридную градирню, в которой выходной воздух испарительной секции градирни смешивается с воздухом нагретым в «сухой» секции посредством оребрённых трубных пучков, установленных в стенках выше влажной секции. Стоимостью гибридной градирни - 125млн. долларов на каждый блок. (т.е. >3,2% от стоимости энергоблока). При применении традиционных башенных испарительных градирен их стоимость составит ~1,2% от стоимости энергоблока. Два действующих сейчас блока PWR прокачивают каждый по 273600 м3/час воды из залива. Воду возвращают в залив нагретую примерно на 10 градусов. При этом ежегодно гибнут 69000 рыб. По правилам принятым американским агентством защиты окружающей среды в 2001году новые АЭС обязаны использовать передовые технологии и не допускать гибели водной фауны. Новый энергоблок будет забирать из залива на 98% воды меньше, чем два действующих на АЭС, построенные в 70-е годы. Малая высота градирни (50,3м) соответствует новым современным требованиям: градирню можно будет увидеть только с моря, но не из ближайших населённых пунктов.

С учётом сказанного выше, странным выглядит предложение ОАО «Росатомэнерго» внесённое в Госдуму Р.Ф.: «О целесообразности отмены нормы ст. 60 Водного кодекса Российской Федерации о запрете проектирование прямоточных систем водоснабжения для объектов атомной энергетики».

Длительный срок службы АЭС и усугубление экологических проблем уже в ближайшей перспективе обусловят необходимость отказа от применения испарительного охлаждения технической воды на АЭС, как отказались от прямоточного охлаждения конденсаторов водой из рек, озер и морей. Поэтому можно утверждать, что, «похоже, альтернатив для сухих градирен нет»!

Ну и о всё ещё модном «парниковом эффекте». Как уже сказано, основная часть «сбросного» тепла, как из пруда-охладителя, так и из градирни отводится в результате испарения технической воды и сброса водяного пара в приземный слой атмосферы. «Парящие» градирни стали неотъемлемой частью пейзажа многих населенных пунктов. Общеизвестно, что главным газом, создающим парниковый эффект, является именно водяной пар, относительное содержание которого в атмосфере составляет менее 0,3%. Следующий по значению парниковый газ – диоксид углерода (CO2) с относительным содержанием порядка 0,03%. Относительное содержание остальных парниковых газов не превосходит 3.10-4 % (см. Данилов-Данилян В.И., Лосев К.С. Экологический вызов и устойчивое развитие - М.: Прогресс-Традиция, 2000). В наше время парниковый эффект в среднем на 78% обусловлен парами воды и только на 22% углекислым газом. Таким образом, в приземном слое атмосферы, где собственно и возникает парниковый эффект, на 10 весовых частей водяного пара, создающих 78% парникового эффекта, приходится 1 весовая часть углекислого газа, создающая, однако, 22% «парникового эффекта». Поскольку при континентальном климате содержание паров воды в атмосфере (влажность) значительно меньше 100%, то конденсации их не происходит, и 2,82 весовые части водяного газа создают тот же парниковый эффект, что одна весовая часть углекислого газа.

Из изложенного выше легко определить суммарный вклад выбросов водяного пара и углекислого газа в «парниковый эффект» для различных энергетических установок на континентах:

- для ТЭС на угле при расходе горючего 428 г у. т. на кВт.час расход атмосферного кислорода составляет 1117 г, выбросы CO2 – 1340 г, выбросы H2O в венттрубу – 0 (условно), испарение H2O в градирне – 3432 г, суммарный «парниковый эффект» в CO2-эквиваленте - 2557 г на кВт.час;

- для ТЭС на газе при расходе топлива - 313 г у. т. на кВт. час расход атмосферного кислорода составляет 733 г, выбросы CO2 – 505 г, выбросы H2O в венттрубу - 413 г, испарение H2O в градирне - 1843 г, суммарный «парниковый эффект» в CO2-эквиваленте - 1305 г на кВт. час;

-для АЭС расход атмосферного кислорода, выбросы CO2 и H2O в венттрубу - нулевые, испарение H2O в градирне составляет 3612 г на кВт. час, суммарный «парниковый эффект» в CO2-эквиваленте - 1281 г на кВт.час.

Ну а если сбросное тепло от электростанций отводить только за счёт нагрева атмосферного воздуха, то «парниковый» эффект в CO2-эквиваленте составит (без учёта снижения к.п.д.):

- для ТЭС на угле - 1340 г на кВт.час,

- для ТЭС на газе - 651,5 г на кВт.час

- для АЭС будет нулевым!

Конечно, для многих учёных тезис о «глобальном изменении климата» как результата человеческой деятельности кажется весьма сомнительным, (и не без основания!), но…

В настоящее время плата за потребление природной воды составляет незначительную часть в себестоимости электроэнергии, так как не учитывается, в том числе, влияние испарений охлаждаемой воды в «мокрых» градирнях на климат региона. Уже ни одно лето из-за жары Европа из самого благополучного континента превращалась в регион, страдающий от дефицита воды. Беспрецедентное обмеление многочисленных рек приводило к многократному росту цен на электроэнергию на энергетических биржах стран Евросоюза. Однако вода рек и озёр по-прежнему используется в энергетике как расходный материал для сброса тепла в окружающую среду. Например, на реке Луаре, на которой расположены 12 атомных станций расход воды течения в 9000 куб. м. в секунду, по национальным нормативам может снижаться до минимально допустимого значения – 48 куб. м. в секунду (реально он снижался летом до 60 куб. м. в секунду). Хотя, как уже отмечалось, существуют хорошо отработанные технические средства – «сухие» градирни, позволяющие отказаться от расхода воды рек и озёр для сброса тепла. Их применение исключает выбросы электростанциями в атмосферу паров воды, что во многом решает и проблему «локального» парникового эффекта.

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Файл

23. Отвод сбросного тепла от АЭС -Болдырев.docx

23. Отвод сбросного тепла от АЭС -Болдырев.docx
Размер: 381.2 Кб

.

Пожаловаться на материал

ак известно, водяной пар, отработав в турбине АЭС, должен быть сконденсирован для замыкания термодинамического цикла.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Содержание образования как фундамент базовой культуры личности

Понятие и сущность содержания образования. Сущность содержания образования, его компоненты. Исторический характер формирования содержания образования. Концепции содержания образования в современной отечественной науке. Структурализм. Государственный образовательный стандарт.

Программное обеспечение ЭВМ. Теоретические вопросы

Психология общения

Определение, структура и виды общения. Коммуникативная сторона общения. Перцептивная сторона общения. Интерактивная сторона общения. Позитивное общение.

Военный коммунизм

Военный коммунизм. Во время гражданской войны Советская власть была вынуждена мобилизовать все имеющиеся у неё ресурсы, превратив страну в единый военный лагерь. Введение НЭПа. Сущность новой экономической политики большевиков

Оценка функционирования рыночной экономики

Анализ структуры форм собственности в РФ. Проблемы и пути решения. Конституция Российской Федерации предусматривает разнообразные формы собственности в РФ, их существование, равноправное и независимое, и защищает их законом.

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok