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 →

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:

Економічна теорія

Предмет економічної теорії, економічні процеси. Економічні потреби суспільства. Економічна система. Форми організації виробництв. Грошова система її структурні елементи й основні типи. Ринкове господарство. Капітал як економічна теорія. Державна політика. Кредитна система. Ринкова трансформація економіки України.

Статистика. Ответы на вопросы

Статистика как общественная экономическая наука Методы статистики. Свой предмет статистика изучает при помощи своих, специфических методов

Программа производственной практики Гостиничный сервис

Прием, размещение и выписка гостей. Организация деятельности службы приема, размещения и выписки гостей  Квалификация выпускника - менеджер базовая подготовка

Міжнародна економіка. Лекційний курс

Міжнародний поділ праці як основа розвитку міжнародних  економічних відносин. Світовий ринок. Теорії міжнародної торгівлі, сучасна міжнародна торгівля товарами, регулювання міжнародної торгівлі на національному та міжнародному рівнях. Міжнародна міграція робочої сили. Міжнародний ринок капіталів. Світова валютна система. Платіжний баланс. Сутність та особливість міжнародної економічної інтеграції.

Английский язык. Методичка

Кафедра иностранных языков Английский язык методические указания и контрольные задания для студентов 1 курса экономических специальностей заочной формы обучения

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok