Характеристики реакторов типа ВВЭР

№ п/п	Показатель	ВВЭР-440	ВВЭР-1000
	Электрическая мощность, МВт	2х220	2х500
	КПД, проценты
	Давление пара перед турбиной, МПа	4,4
	Давление воды в первом контуре, МПа	12,5
	Температура воды на входе в реактор, 0С
	Средний подогрев воды в реакторе, 0С
	Активная зона: диаметр, м высота, м	2,88 2,5	3,5 3,5
	Число топливных кассет
	Диаметр твэла, см	9,1	9,1
	Число стержней в кассете

Недостатки ВВЭР: 1) используют только потенциальную энергию изотопа ²³⁵U; 2) невысокие параметры пара - 6 МПа и 300 (450) °С, что снижает термодинамические качества АЭС.

Реакторы па быстрых нейтронах (БН). Реакторы серии БН позволяют вовлечь в топливный цикл не только ²³⁵U; но и весь естественный уран, т.е. ²³⁸U, а также торий (²³²Th). При попадании быстрых нейтронов в ядро ²³⁸U осуществляется несколько ядер­ных реакций, в ре­зультате которых об­разуется новое деля­щееся вещество - плу­тоний (²³⁹Рu).

Реакторы БН строятся так, чтобы изъять всевозмож­ные замедлители нейтронов. В качестве теплоносителя используется жидкий металл (натрий). Активная зона состоит из ТВС со стержнями обогащенного урана. Она окружается экраном из стержней с воспроизводя­щимся материалом (²³⁸U или ²³²Th). Цепная реакция происходит в активной зоне.

Процесс деления и воспроизводства ядерного топлива происходит в твэл, которые в виде кассет находятся в активной зоне реактора и являются его конструктивным элементом.

На рис. 3.42 приведена структурная схема реактора - размножителя на быстрых нейтронах. В результате реакции деления в ядерном горючем ²³⁹Pu образуются быстрые нейтроны, ее продукты деления выделяют в топливных элементах теплоту. Затем теплота поглощается теплоносителем и используется для производства пара. В защитном слое из воспроизводящего материала ²³⁸U быстрые нейтроны образуют новое ядерное горючее. Выделение плутония из защитного слоя осуществляется химическим путем.

 

Рис. 3.42. Схема потока вещества и энергии в реакторе - размножителе

на быстрых нейтронах:

1 - обогащение урановой руды; 2 - делящийся материал; 3 - ядерное топливное сырье;

4 - восстановление делящегося материала; 5 - продукты радиоактивного распада;

6 - полезная работа; 7 - конденсатор; РБН – реактор - размножитель на быстрых нейтронах;

БН - быстрые нейтроны; СБТ - сбросная теплота; Т – теплоноситель

Регулирование процесса производится вводом урановых стержней в активную зону. При делении одного ядра высво­бождается 2,5÷2,9 нейтрона. Один из этих нейтронов производит новое деление, а оставшиеся 1,5÷1,9 выходят за пределы активной зоны и поглощаются в оболочке, состоящей из стержней U (или Th). В оболочке идет образование искусственного ядерного горючего - плутония (или ²³³U). «Сжигая» 1 кг ²³⁹Рu, реактор БН дает дополнительно 0,4...0,7 кг ²³⁹Рu, который может служить новым ядерным топливом. Таким образом, реакторы БН являются наработчиками ядерного горючего с ко­эффициентом воспроизведения до 1,4..1,7. АЭС с реакторами на тепловых и быстрых нейтронах может выдавать энергию почти без поступления извне исходного горючего (²³⁵U).

Ядерный реактор на БН установлен на Белоярской АЭС.

В реакторе на БН в качестве теплоносителя нельзя применять воду, поскольку замедление нейтронов в данном случае нежелательно. Использование в качестве теплоносителя жидкого натрия позволяет увеличить термический КПД АЭС с 30 до 40%. Реакторы - размножители на быстрых нейтронах могут найти широкое распространение, поскольку их внедрение обеспечит многократное увеличение запасов урана.

Характеристики реакторов типа БН приведены в табл. 3.5.

Таблица 3.5

Характеристики реакторов типа БН

№ п/п	Параметр	БН-350	БН-600
	Электрическая мощность, МВт
	КПД, %
	Температура, 0С
	Температура пара в первом контуре: на входе в реактор, 0С на выходе из реактора, 0С
	Размеры активной зоны: диаметр, см высота, см

 

Воздействие тепловых и атомных электростанций

На окружающую среду

Влияние ТЭС. Отрицательное влияние ТЭС на окружающую среду связано с расходованием большого количества кислорода на горение топлива и вы­бросом в атмосферу углекислого газа, а также с повышением температуры ок­ружающего воздуха (рис.3.43).

Кроме того, ТЭС загрязняют окружающую среду окислами азота, серы, углерода, углеводородами. Тепло­вая станция мощностью 2400 МВт при высоте дымовой трубы 180 м создает концентрации вредных выбросов в атмосферу, которые на расстоянии 1 км от ТЭС в 3...12 раз превышают предельно допустимые значения. На долю ТЭС приходится около 14 % общего загрязнения атмосферы техническими средствами. Станции, работающие на угле, в большей степе­ни загрязняют окружающую среду: кроме выбросов ТЭС создают значительные золоотвалы.

Рис.3.43. Воздействие ТЭС на окружающую среду:

1 - котел; 2 - дымовая труба; 3 - турбина; 4 - генератор; 5 - подстанция; 6 – конденсатор;

7 - конденсатный насос; 8 - питательный на­сос; 9 - линия электропере­дачи; 10 - потребители ЭЭ

За счет сбро­са в водоемы воды, подогре­той в конденсаторах, происходит «тепловое загрязнение» водоемов и ин­тенсивное размножение во­дорослей.

АЭС и окружающая среда. Воздействие АЭС на окружающую среду показано на рис.3.44.

Рис.3.44. Воздействие АЭС на окружающую среду:

1 - реактор; 2 - парогенератор; 3 - турбина; 4 - генератор; 5 - подстанция; 6 - кон­денсатор; 7 - конденсатный насос; 8 - регенеративный подогреватель; 9 - питатель­ный насос; 10, 11 - циркуляционные насосы; 12 – ЛЭП; 13 - потребители ЭЭ

 

Эксплуатация АЭС позволяет снизить уровень загрязнения окружающей среды компо­нентами, характерными для работы ТЭС: СО_х, SO₂, NО _х и т.д. Радиационное загрязнение окружающей среды проис­ходит за счет пылевидных частиц, находившихся под воздействием излучения и вынесенных через вентиляционные каналы за пределы станции. Кроме того, имеет место проникающая радиация через корпус реактора. Однако суммар­ная доля загрязнения, вносимого АЭС, незначительна: уровень естественного фона, как правило, превышает уровень радиации от АЭС.

Потенциальная опасность выброса в атмосферу значительного количества радиоактивных продуктов может возникнуть при аварийном нарушении герметичности защитных барьеров, которые воз­двигаются на пути возможного распространения радиоактивных веществ.

Тепловое воздействие АЭС – одна из проблем ядер­ной энергетики. В расчете на единицу производимой энергии АЭС сбрасывает в окружающую среду боль­ше тепла, чем ТЭС при аналогичных условиях. Это связано с низким КПД АЭС. Более высокий КПД реакторов на БН (40÷.42%) по сравнению с реакторами ВВЭР и РБМК (32÷34%) позволяет примерно на 1/3 сократить сброс теплоты в окружающую среду.

Важной особен­ностью АЭС является не­обходимость демонтажа и захо­ронения элементов оборудова­ния, обладающего радиоактив­ностью. Существует несколько способов захоронения радиоак­тивных отходов: 1) помещение радиоактивных элементов в шахтные выработ­ки; 2) периодическая дезактивация оборудования на месте с захо­ронением концентрированных отходов и смывов.

Гидроэнергетика

3.5.1. Типы гидроэнергетических установок

Гидроэнергетические установки (ГЭУ) представляют собой совокупность гидротехнических сооружений, энергетического и механического оборудования; на них происходит преобразование механической энергии водного потока в электрическую или, наоборот, электрическая энергия превращается в механическую энергию воды. На ГЭУ различают верхний и нижний бьефы.

	Водное пространство перед подпорными сооружениями (плотиной) имеет более высокую отметку уровня и называется верхним бьефом. Водное пространство за плотиной имеет низкие отметки уровней и называется нижним бьефом.
Рис.3.45. Схема сосредоточения напора: ВБ – верхний бьеф; НБ – нижний бьеф

 

Гидроэлектростанции

На гидроэлектростанциях (ГЭС) производится 21% всей российской электроэнергии (общемировой показатель - 20%, мировой лидер Норвегия - 95% ЭЭ на ГЭС). В проектировании, строительстве и эксплуатации ГЭС РФ занима­ет передовые позиции в мире. Особенности ГЭС:

· использование возобновляемых природных источников энергии рек;

· высокий КПД преобразования гидроэнергии в электроэнергию (> 90%);

· полная автоматизация процессов производства электроэнергии;

· долговечность сооружений гидроузлов, простота и надежность их оборудования;

· большая маневренность (способность мгновенно и без потерь производить смены режимов работы, принимать и сбрасывать нагрузки и т.п.).

Основная часть ГЭС - плотина, она задерживает воду в водохранилище и создает необходимый ее напор. Вода под напором вращает турбину, которая приводит в движение ротор гидрогенератора, вырабатывающего электрический ток.

Наиболее крупными ГЭС в РФ являются: Саяно-Шушенская (р.Енисей) - 6400 МВт; Красноярская (р.Енисей) - 6000 МВт; Устъ-Илимская (р.Ангара) - 4320 МВт; Братская (р.Ангара) - 4100 МВт; Волжская (р.Волга) - 2541 МВт. Самая мощная электростанция в мире: Итайпу (Бразилия) - ГЭС 12600 МВт.

Насосные станции

Гидроэнергетическая установка, предназначенная для перекачки воды с низких отметок на высокие и для перемещения воды в удаленные пункты, называется насосной станцией. На насосных станциях устанавливаются насосные агрегаты, у которых на одном валу находится насос и электрический двигатель. Насосные станции являются потребителем электрической энергии, они применяются для коммунально-бытового и промышленного водоснабжения, водоснабжения ТЭС и т. д.

Крупнейшая насосная станция – Каховская с суммарной подачей воды 530 м³/с, расчетным напором 25 м и суммарной мощностью электродвигателей 168 МВт. Насосные станции канала Иртыш – Караганда рассчитаны на подъем воды на 418 м и суммарную подачу 76 м³/с на расстояние 458 км. Их суммарная мощность 350 МВт.