РЕГУЛИРУЕМАЯ АЭС

Техническое решение относится к области энергетики и предназначено для использования на атомных электростанциях.
Широко известна проблема регулирования суточных нагрузок энергоблоков, особенно актуальная для атомных электростанций (АЭС). Одним из путей решения этой проблемы является использование гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС), (см. сайт ). Другим путем решения проблемы является использование систем аккумулирования тепловой энергии с использованием жидких теплоаккумулирущих веществ, (см. сайт ).
В качестве ближайшего аналога предложенного технического решения выбрана ГАЭС, при работе которой при снижении электрической нагрузки, например, на энергоблок атомной электростанции, избыток электроэнергии вращает насосы гидроаккумулирующей станции, перекачивающей воду с нижнего на верхнее водохранилище. Сброс воды из верхнего водохранилища в нижнее компенсирует недостаток электроэнергии в энергосистеме. Главный недостаток ГАЭС заключается в необходимости использования больших территорий для водохранилища, что приводит к нарушению экологической обстановки. Стоимость ГАЭС порядка 1000 $ за 1 кВт против 100 $ теплоаккумуляторов с твердым теплоаккумулирующим веществом.
В отличие от известных систем, предложенное техническое решение позволит снизить стоимость систем регулирующих нагрузку энергоблока и уменьшить их размеры. При использовании предложенного технического решения будет достигнут технический результат, заключающийся в стабилизации электрической нагрузки энергоблока и возможности использования накопленного тепла для подогрева питательной воды энергоблока и/или для отопления и горячего водоснабжения.
Ожидаемый технический результат достигается тем, что предложена регулируемая АЭС, включающая, по меньшей мере, один, энергоблок. АЭС работает в автономном режиме или участвует в покрытии переменных графиков нагрузки энергосистемы, в т.ч. в регулировке работы в маневренных режимах энергоблоков. В отличие от известных технических решений АЭС снабжена твердотельным теплоаккумулятором (СТЭ) с теплоаккумулирующим веществом. Теплоаккумулирующее вещество выполняется из твердого материала, в него встраиваются электронагреватель и теплообменные трубы СТЭ. Теплообменные трубы СТЭ используются для подогрева питательной воды энергоблока или сетевой воды потребителей тепловой энергии, расположенных на близком и/или достаточно удаленном расстоянии от энергоблока атомной электростанции.
В частных случаях осуществления технического решений СТЭ может снабжаться теплоизоляцией, либо быть выполнен в виде, по меньшей мере, одного блока, спроектированных и/или смонтированных по индивидуальному проекту. Электрический нагреватель может быть выполнен в виде трубчатых электронагревательных элементов (ТЭН), размещаемых в теплоаккумулирующем рабочем теле, выполненном из твердого материала. Для подогрева сетевой воды может быть использована система смешивания через инжектор части нагретой воды, до пароводяного состояния сетевой воды, с основным потоком сетевой воды.
Техническое решение поясняется чертежом на котором приведена схема, предложенной АЭС.
Регулируемая АЭС содержит энергоблок 1 АЭС, работающей в переходных (маневренных) и/или автономном режимах и подключенной к потребителю электроэнергии 11, и СТЭ 4 со встроенным в его рабочее тело электрическим нагревателем 3, электрически подключенным напрямую или через электрораспределительную систему к энергоблоку атомной АЭС 1. СТЭ 4 выполнен с теплоизоляцией 3, твердое рабочее тело СТЭ 8 выполнено с трубопроводами 7 и теплообменником 6 для отвода тепла. Регулируемая АЭС работает следующим образом:
В периоды времени, когда вырабатываемая энергоблоком атомной электростанции АЭС 1 электрическая мощность больше мощности, потребляемой нагрузкой 11, избытки вырабатываемой АЭС 1 электрической энергии направляется на электронагревательный элемент 5. Поскольку элемент 5 встроен в рабочее тело 8 СТЭ 4, температура рабочего тела повышается. Теплоизоляция 3, расположенная между корпусом 9 СТЭ 4 и его рабочим телом 8 позволяет сохранить тепло нагреваемого рабочего тела 8. Отвод тепла от рабочего тела 8 СТЭ 4 происходит через теплообменник 6, расположенный в рабочем теле 8 СТЭ 4, между рабочим телом 8 и теплоизоляцией 3 СТЭ 4 или внутри теплоизоляции 3.
Тепло из теплообменника 6 передается напрямую по трубопроводу 7 или через промежуточную отопительную систему потребителю тепла 2. Использование в предлагаемой регулируемой АЭС СТЭ 4 повышенной мощности в месте расположения атомной электростанции, работающей в переходных (маневренных) и/или автономном режимах, обеспечивает стабилизацию уровня потребления электроэнергии, вырабатываемой АЭС в течение суток. При этом отпадает необходимость строительства гидроаккумулирующих электростанций вблизи АЭС. Кроме этого, использование твердотельных аккумуляторов тепла позволяет повысить устойчивость работы АЭС за счет равномерной нагрузки в течение суток, что существенно влияет на снижение вероятности возникновения аварийных ситуаций.
Дополнительным преимуществом является возможность использования предложенного технического решения на плавучих атомных электростанций АЭС, используемых в районах крайнего Севера или же в любых удаленных точках.
На практике использование автономного источника энергии совместно с твердотельным аккумулятором тепла позволяет решить крупную задачу - энергообеспечение Крайнего Севера в рамках так называемого «Северного завоза», требующего ежегодно из бюджета разных уровней значительных денежных средств. При использовании в Европейской части России отпадет необходимость в выделении значительных территорий, где в основном расположены АЭС, при модернизации которых прогнозируется строительство ГАЭС.
Таким образом, предложенная регулируемая АЭС будет обладать повышенной надежностью при работе в переходных (маневренных) режимах или в местах, где АЭС является основным источником электроэнергии. При этом, за счет стабилизации электрической нагрузки на АЭС в течение суток будет снижена вероятность аварии на АЭС из - за возможных резких изменений нагрузки у потребителя электроэнергии. Также будет повышена эффективность энергоснабжения потребителя, потребитель будет обеспечен энергией и теплом без увеличения мощности АЭС за счет рационального использования вырабатываемой электроэнергии и утилизации избытков генерируемой электрической энергии в твердотельном аккумуляторе тепла, обусловленных несовпадением графиков генерации и потребления электроэнергии.