1вопрос

Типы АЭС и их основное оборудование.

Атомная станция (АС) – ядерная установка для производства энергии в заданных режимах и условиях применения, включающая в свой состав помимо ядерного реактора комплекс систем, устройств и сооружений, обеспечивающих в совокупности выполнение основной задачи станции.

Различают: АЭС, АСТ и АЭТС.

АЭС – атомная станция, предназначенная для производства электрической энергии. АСТ – атомная станция, предназначенная для производства тепловой энергии в целях

отопления и горячего водоснабжения.

АЭТС – атомная энерготехнологическая станция, предназначенная для производства электроэнергии и энергии для технологических нужд.

Атомная энергетика отличается от традиционной теплоэнергетики принципиально только источником получения тепловой энергии, превращаемой в турбине в механическую. Пока это происходит на электростанциях конденсационного типа, отпускающих потребителю только электроэнергию. Именно такие электростанции получили наименование атомные электростанции. Однако возможно создание атомных станций, отпускающих потребителям не только электроэнергию, но и теплоту. Такие электростанции называют атомными теплоэлектроцентралями (АТЭЦ). Длительное время находится в эксплуатации Билибинская АТЭЦ на Чукотке мощностью 48 МВт. Планировалось создание первенца мощных АТЭЦ — Одесской АТЭЦ.

Можно также использовать внутриядерную энергию только для целей горячего водоснабжения на атомных станциях теплоснабжения (ACT). В ACT парообразование отсутствует. Сооружение ACT уже началось. Наряду с этим разрабатываются также атомные станции промышленного теплоснабжения (АСПТ) для снабжения технологическим паром с давлением около 2 МПа промышленных предприятий.

К настоящему времени атомная энергетика используется в основном для производства электроэнергии. В качестве двигателя на атомных электростанциях пока применяют только паровые турбины. Но в отношении реакторных установок существует большое разнообразие, отражающееся на общей организации технологического процесса электростанции и требующее их классификации. В этом отношении для атомных электростанций наибольшее значение имеет классификация по числу контуров. В числе действующих имеются одноконтурные,

двухконтурные и трехконтурные АЭС.

Всистеме любой АЭС различают теплоноситель и рабочее тело. Рабочим телом, т. е. средой, совершающей работу, с преобразованием тепловой энергии в механическую, является водяной пар. Требования к чистоте пара, поступающего на турбину, настолько высоки, что могут быть удовлетворены с экономически приемлемыми показателями только при конденсации всего пара и возврате конденсата в цикл. Поэтому контур рабочего тела для АЭС, как и для любой современной тепловой электростанции, всегда замкнут и добавочная вода поступает в него лишь в небольших количествах для восполнения утечек и некоторых других потерь конденсата.

Назначение теплоносителя на АЭС — отводить теплоту, выделяющуюся в реакторе. Для предотвращения отложений на тепловыделяющих элементах необходима высокая чистота теплоносителя. Поэтому для него также необходим замкнутый контур и в особенности потому, что теплоноситель реактора всегда радиоактивен.

Если контуры теплоносителя и рабочего тела не разделены, АЭС называют одноконтурной (рис.1а). В реакторе происходит парообразование, пар направляется в турбину, где производит работу, превращаемую в генераторе в электроэнергию. После конденсации всего пара в конденсаторе конденсат насосом подается снова в реактор. Такие реакторы работают с принудительной циркуляцией теплоносителя, для чего устанавливают главный циркуляционный насос.

Водноконтурных схемах все оборудование работает в радиоактивных условиях, что осложняет его эксплуатацию. Большое преимущество таких схем — простота и большая экономичность. Параметры пара перед турбиной и в реакторе отличаются лишь на значение потерь в паропроводах. По одноконтурной схеме в СССР работают Ленинградская, Курская, Чернобыльская и Смоленская АЭС.

Если контуры теплоносителя и рабочего тела разделены, то АЭС называют двухконтурной (рис.1,б). Соответственно контур теплоносителя называют первым, а контур рабочего тела —

вторым. В таких схемах реактор охлаждается теплоносителем, прокачиваемым через него и парогенератор главным циркуляционным насосом. Образованный таким образом контур теплоносителя является радиоактивным, он включает в себя не все оборудование станции, а лишь его часть. В систему первого контура входит компенсатор объема, так как объем теплоносителя изменяется в зависимости от температуры.

Рис. 2.1. Классификация АЭС в зависимости от числа контуров: а — одноконтурные; б — двухконтурные; в — трехконтурные;

1 — реактор; 2—паровая турбина; 3 — электрический генератор; 4 — конденсатор; 5 — питательный насос; 6 —циркуляционный насос; 7 — компенсатор объема; 8 — парогенератор; 9 — промежуточный теплообменник.

Пар из парогенератора двухконтурной АЭС поступает в турбину, затем в конденсатор, а конденсат из него насосом возвращается в парогенератор. Образованный таким образом второй контур включает в себя оборудование, работающее в отсутствие радиационной активности; это упрощает, эксплуатацию станции. На двухконтурной станции обязателен парогенератор — элемент, разделяющий оба контура, поэтому он в равной степени принадлежит как первому, так и второму. Передача теплоты через поверхность нагрева требует перепада температур между теплоносителем и кипящей водой в парогенераторе. Для водного теплоносителя это означает поддержание в первом контуре более высокого давления, чем давление пара, подаваемого на турбину. Стремление избежать закипания теплоносителя в активной зоне реактора приводит к необходимости иметь в первом контуре давление, существенно превышающее давление во втором контуре. По двухконтурной схеме работают Нововоронежская, Кольская, Армянская, Ровенская АЭС, а также АЭС, построенные при содействии СССР, а в последние годы России, за рубежѐм В качестве теплоносителя в схеме АЭС, показанной на рис.1,6, могут быть использованы также и газы. Газовый теплоноситель прокачивается через реактор и парогенератор газодувкой, играющей ту же роль, что и главный циркуляционный насос, но в отличие от водяного для газовых теплоносителей давление в первом контуре может быть не только выше, но и ниже, чем во втором. Каждый из описанных двух типов АЭС с водяным теплоносителем имеет свои преимущества и недостатки, поэтому развиваются АЭС обоих типов. У них имеется ряд общих черт, к их числу относится работа турбин на насыщенном паре средних давлений. Одноконтурные и двухконтурные АЭС с водяным теплоносителем наиболее распространены, причем в мире в основном предпочтение отдается двухконтурным АЭС, а в СССР на их долю пока приходится менее половины установленной мощности. В период одиннадцатой пятилетки и далее ввод новых мощностей предполагается в большей мере на двухконтурных АЭС.

В процессе эксплуатации возможно возникновение неплотностей на отдельных участках парогенератора, особенно в местах вварки парогенераторных трубок в коллекторе или за счет коррозионных повреждений самих трубок. Если давление в первом контуре выше, чем во втором, то может возникнуть перетечка теплоносителя, вызывающая радиоактивность второго контура. В определенных пределах такая перетечка не нарушает нормальной эксплуатации АЭС. Но существуют теплоносители, интенсивно взаимодействующие с паром и водой. Это может создать

опасность выброса радиоактивных веществ в обслуживаемые помещения. Таким теплоносителем является, например, жидкий натрий. Поэтому создают дополнительный, промежуточный контур для того, чтобы даже в аварийных ситуациях можно было избежать контакта радиоактивного натрия с водой или водяным паром. Такие АЭС называют трех-контурными (рис. ).

Радиоактивный жидкометаллический теплоноситель насосом прокачивается через реактор и промежуточный теплообменник, в котором отдает теплоту нерадиоактивному жидкометаллическому теплоносителю. Последний прокачивается через парогенератор по системе, образующей промежуточный контур. Давление в промежуточном контуре поддерживается более высоким, чем в первом. Поэтому перетечка радиоактивного натрия из первого контура в промежуточный невозможна. В связи с этим при возникновении неплотности между промежуточным и вторым контурами контакт воды или пара будет только с нерадиоактивным натрием. Система второго контура для трехконтурной схемы аналогична двухконтурной схеме. Трехконтурные АЭС наиболее дорогие из-за большого количества оборудования.

По трехконтурной схеме работают Шевченковская АЭС и третий блок Белоярской АЭС.

Кроме классификации АС по числу контуров можно выделить отдельные типы АС в зависимости от:

1)типа реактора – на тепловых или быстрых нейтронов;

2)параметров и типа паровых турбин – с турбинами на насыщенном или перегретом паре;

3)параметров и типа теплоносителя – с газовым теплоносителем, теплоносителем «вода под давлением», жидкометаллическим теплоносителем и др;

4)конструктивных особенностей реактора, например с реакторами канального типа или корпусного типа, кипящим с естественной или принудительной циркуляцией, и др;

5)типа замедлителя реактора, например графитовым или тяжеловодным замедлителем, и др. Полная характеристика АС объединяет все эти классификации. Например, Ленинградская

одноконтурная атомная электростанция с кипящим реактором канального типа на тепловых нейтронах с графитовым замедлителем и турбинами на насыщенном паре; Белоярская трехконтурная атомная станция с жидкометаллическим реактором на быстрых нейтронах и турбинами перегретого пара.