УСТАНОВКА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МАНЕВРЕННОСТИ АТОМНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

Полезная модель относится к области энергетики и может быть использована на атомных электрических станциях (АЭС) и тепловых электрических станциях (ТЭС).
Известна установка для повышения безопасности и маневренности двухконтурных атомных электростанций с водо-водяными реакторами путем производства водорода на электролизной установке в период спада электрической нагрузки (заявка №2004118371). Недостатком этой установки является ограниченность спектра решаемых задач, при больших капитальных вложениях на ее производство, так как предлагается использование установки в качестве резервного источника энергии, наравне с дизельным генератором, при аварийном обесточивании атомной станции.
Наиболее близкой по технической сущности является энергетическая установка двухконтурной АЭС (учебник под редакцией Монахова А.С. Атомные электрические станции и их технологическое оборудование: Учеб. пособие для техникумов. - М.: Энергоатомиздат, 1986, с.13 рис.2.2), состоящая из цилиндра высокого давления, сепаратора, промперегревателя, цилиндра низкого давления, сетевых подогревателей, конденсатора, конденсатного насоса, конденсатоочистки, охладителя основного эжектора, охладителя эжектора уплотнений, подогревателей низкого давления, дренажных насосов, деаэратора, питательного насоса, подогревателей высокого давления. Недостатком данной энергоустановки является невозможность обеспечения соответствия вырабатываемой электрической мощности внешней переменной нагрузке потребителя, по причине инертности первичного источника энергии - ядерного реактора.
Задачей полезной модели является повышение маневренности электростанций путем перевода АЭС или ТЭС из режима работы в базовой части графика электрической нагрузки в переменную часть графика.
Техническим результатом полезной модели является разработка установки для обеспечения маневренности АЭС, обеспечивающей соответствие вырабатываемой электрической мощности внешней переменной нагрузке потребителя.
Поставленная задача решается тем, что установка для обеспечения маневренности АЭС, содержит ядерный реактор, парогенератор, паровую турбину, соединенную с электрогенератором и, через конденсатор и конденсатный насос, с системой регенеративных подогревателей низкого давления, связанной последовательно установленными деаэратором, питательным насосом парогенератора, подогревателями высокого давления, соединенными с парогенератором, подогреватели низкого и высокого давления через конденсатор связаны с паровой турбиной, выходной вал паровой турбины соединен с электрогенератором, который связан с реактором для получения кислорода и водорода, за которым установлены емкости для накопления и хранения кислорода и водорода, соединенные с расположенными в технологической последовательности камерой сгорания, паровой турбиной сверхкритических параметров, вторыми конденсатором и конденсатным насосом, связанным через регулирующий клапан с подогревателями низкого давления, деаэратором, питательным насосом камеры сгорания, подогревателями высокого давления, связанными с камерой сгорания, при этом конденсатный насос соединен с резервуаром для воды, связанный с помощью насосов с реактором для получения кислорода и водорода с одной стороны и с камерой сгорания с другой, а подогреватели низкого и высокого давления соединены, через второй конденсатор, с паровой турбиной сверхкритических параметров, соединенной со вторым электрогенератором.
На чертеже представлена схема установки для обеспечения маневренности АЭС. Установка состоит из следующих элементов: ядерный реактор 1, парогенератор 2, паровая турбина 3 средних параметров, пароперегреватель 4, электрогенератор 5 паровой турбины 3, конденсатор 6 паровой турбины 3, конденсатный насос 7 конденсатора 6, подогреватель низкого давления 8, деаэратор 9 парогенератора 2, питательный насос 10 парогенератора 2, подогреватель высокого давления 11, реактор 12 для получения кислорода и водорода, емкость 13 для накопления и хранения водорода, емкость 14 для накопления и хранения кислорода, камера сгорания 15, паровая турбина 16 сверхкритических параметров, электрогенератор 17 паровой турбины 16, конденсатор 18 паровой турбины 16, конденсатный насос 19 конденсатора 18, регулирующий клапан 20, группа подогревателей низкого давления 21, деаэратор 22 камеры сгорания 15, питательный насос 23 камеры сгорания 15, группа подогревателей высокого давления 24, резервуар 25 с водой, пусковой насос 26, насос 27.
Установка работает следующим образом. В ядерном реакторе 1 нагревается теплоноситель (вода под давлением) до температуры 322-325°С, которая отдает тепло рабочему телу (пар) в парогенераторе 2. Из парогенератора 2 насыщенный пар с температурой 280-282°С и давлением порядка 6,5 МПа по паропроводу поступает в паровую турбину 3. В паровой турбине 3 пар, расширяясь, преобразует тепловую энергию в механическую энергию вращения ротора турбины. Отработавший в турбине пар по паропроводу поступает в конденсатор 6.
Конденсат пара, перекачиваемый конденсатным насосом 7, проходит через систему регенеративных подогревателей низкого давления 8, где конденсат подогревается паром из отборов паровой турбины 3, подводимым по паропроводам, и попадает в деаэратор 9. После деаэратора 9, в котором из воды удаляются коррозионно-агрессивные газы, питательная вода, перекачиваемая питательным насосом 10, поступает в систему регенеративных подогревателей высокого давления 11. В подогревателях
высокого давления 11 питательная вода подогревается паром из отборов паровой турбины 3, подаваемым по паропроводам. После подогревателей высокого давления 11 питательная вода питательным насосом 10 подается в парогенератор 2.
Механическая энергия ротора паровой турбины 3 преобразуется в электрическую посредством электрогенератора 5. В периоды минимума нагрузок станции избыточная электрическая энергия, вырабатываемая электрогенератором 5, будет направлена на клеммы реактора 12 для получения кислорода и водорода, что даст возможность энергоблокам станции избежать разгрузки и перехода основного оборудования на неэкономичный режим частичной нагрузки, тем самым, обеспечив маневренность станции.
Таким образом, в периоды минимума нагрузок, путем расщепления воды в реакторе 12, подаваемой по трубопроводу из резервуара 25 насосом 27, в реакторе будет осуществляться генерация водорода и кислорода. Таким образом, реактор 12 выполняет роль дополнительной нагрузки, повышает маневренность станции, защищает реактор от необходимости разгрузки, позволяя ему работать в номинальном режиме круглый год, сохраняя все преимущества ядерного энергоблока. Полученные газы (кислород и водород) по трубопроводам будут поступать в емкость 13 для накопления и хранения водорода и емкость 14 для накопления и хранения кислорода, где будет происходить их аккумулирование. В периоды максимумов нагрузок и нехватке электрической мощности блока, компенсация недостающей мощности будет осуществляться энергетическим потенциалом сгенерированных газов. В период пика нагрузки кислород и водород из емкостей 13 и 14 по трубопроводам будут подаваться в камеру сгорания 15, где, соединяясь, будут выделять химическую энергию реакции горения. В результате, в камере сгорания 15 образуется пар с температурой, порядка 3000°С. В настоящее время среди существующих паровых и газовых турбин не известны турбоустановки, способные выдерживать температурные
напряжения, создаваемые паром с такими параметрами, в проточной части ступеней турбины. Для снижения температуры пара примерно до 1200°С в камеру сгорания 15 будет впрыскиваться питательная вода, подаваемая по трубопроводу питательным насосом 23, что даст существенное увеличение объема генерируемого пара. Для увеличения производительности камеры сгорания в схеме предусмотрен регенеративный подогрев конденсата. Таким образом, конденсат отработавшего в паровой турбине 16 пара, перекачиваемый конденсатным насосом 19, проходит через группу регенеративных подогревателей низкого давления 21, где конденсат подогревается паром из отборов паровой турбины 16, подводимым по паропроводам. Далее конденсат попадает в деаэратор 22. После деаэратора 22, в котором из воды удаляются коррозионно-агрессивные газы, питательная вода, перекачиваемая питательным насосом 23, поступает в группу регенеративных подогревателей высокого давления 24. В регенеративных подогревателей высокого давления 24 питательная вода подогревается паром из отборов паровой турбины 16 до температуры порядка 260-270°С, подаваемым по паропроводам (на схеме группа подогревателей и паропроводы отборов показаны условно - одним элементом или линией соответственно, в связи с тем, что структура схемы регенеративного подогрева зависит от типа паровой турбины 16, выбор которой обусловлен большим количеством различных факторов, в каждом конкретном случае этот вопрос должен решаться с учетом специфики энергообъекта). После регенеративных подогревателей высокого давления 24 питательная вода питательным насосом 23 по трубопроводу подается в камеру сгорания 15. После конденсатного насоса 19 регенеративной системы паровой турбины 16 в установке предусмотрен регулирующий клапан 20, который пропускает в систему регенерации необходимое количество конденсата, избыток которого сбрасывается в резервуар 25.
В период пуска установки, пар в камере сгорания 15 будет охлаждаться холодной водой из резервуара 25, подаваемой по трубопроводу пусковым
насосом 26. По мере набора нагрузки питание камеры сгорания 15 будет переведено на питательный насос 23. Пар, полученный таким образом, по паропроводу будет подаваться в паровую турбину 16, которая, с помощью генератора 17, преобразует тепловую энергию пара в электрическую. Генерируемая электрическая энергия будет отдаваться в сеть потребителя, покрывая пиковую часть графика нагрузки.
Предлагаемая полезная модель позволит реализовать установленную мощность АЭС при удовлетворении спроса потребителя на электрическую энергию и мощность в любой момент времени. Положительный экономический эффект от внедрения полезной модели будет получен за счет увеличения термического КПД цикла, осуществляемого при более высоких начальных параметрах, чем цикл получения полезной энергии для генерации первичных энергоносителей (кислород, водород).