Атомные источники теплоснабжения

К атомным источникам теплоснабжения относятся:

· АТЭЦ – атомные ТЭЦ

· АСТ (АК) – атомные станции теплоснабжения (атомные котельные)

Немного об истории использования ядерной энергии в энергетике.

В мае 1950 года близ посёлка Обнинское Калужской области начались работы по строительству первой в мире АЭС.

Первая в мире промышленная атомная электростанция мощностью 5 МВт была запущена 27 июня 1954 года в СССР, в городе Обнинск, расположенном в Калужской области. В 1958 году была введена в эксплуатацию 1-я очередь Сибирской АЭС мощностью 100 МВт, впоследствии полная проектная мощность была доведена до 600 МВт. В том же году развернулось строительство Белоярской промышленной АЭС, а 26 апреля 1964 года генератор 1-й очереди дал ток потребителям. В сентябре 1964 года был пущен 1-й блок Нововоронежской АЭС мощностью 210 МВт. Второй блок мощностью 365 МВт запущен в декабре 1969 года. В 1973 году запущена Ленинградская АЭС.

За пределами СССР первая АЭС промышленного назначения мощностью 46 МВт была введена в эксплуатацию в 1956 году в Колдер-Холле (Великобритания).Через год вступила в строй АЭС мощностью 60 МВт в Шиппингпорте (США).

АСТ и АТЭЦ

Первые проекты таких станций были разработаны ещё в 70-е годы XX века, однако из-за наступивших в конце 80-х гг экономических потрясений и жёсткого противодействия общественности, до конца ни один из них реализован не был. Исключение составляют Билибинская АЭС небольшой мощности, снабжающая теплом и электричеством посёлок Билибино в Заполярье (10 тыс. жителей) и местные горнодобывающие предприятия, а также оборонные реакторы (главной задачей которых является производство плутония): Сибирская АЭС, поставлявшая тепло в Северск и Томск.  Реактор АДЭ-2 на Красноярском горно-химическом комбинате, с 1964  г. поставляющий тепловую и электрическую энергию для города Железногорска. Было также начато строительство следующих АСТ на базе реакторов, конструктивно близких ВВЭР-1000:  •Воронежская АСТ (не путать с Нововоронежской АЭС), Горьковская АСТ, Ивановская АСТ (только планировалась). Строительство всех трёх АСТ было остановлено во второй половине 1980-х или начале 1990-х годов.  В настоящий момент концерн «Росэнергоатом» планирует  построить плавучую АСТ для Архангельска, Певека и других заполярных городов на базе реакторной установки КЛТ-40, используемой на атомных ледоколах. Есть вариант малой необслуживаемой АСТ на базе реактора «Елена», и передвижной (железнодорожным транспортом) реакторной установки «Ангстрем».

Применение атомных энергетических установок (АЭУ) существенным образом меняет условия функционирования систем теплоснабжения.

Появление АЭУ оказывает серьезное влияние на функции и условия работы существующих источников, надежность и параметры теплоснабжения, структуру топливного баланса и экологические (включая радиационную) нагруз­ки города, изменяются сроки вывода и обновления существующего оборудования ТЭЦ, котельных и тепловых сетей, так как становится существенным фактор их морального старения и уровень загрязнения окружающей среды, изменяется экономика энергоснабжающего ком­плекса и энергосистемы в целом.

1. Экономическая конкурентоспособность АЭС как источников теплоснабжения в сравнении с вариантами теплоснабжения от районных котельных на угле, газе, мазуте и АСТ выглядит таким образом: при удалении АЭС от города на 30 — 40 км теплоснабжение от нее находится вне конкуренции с любыми из этих источников. Теплоснабжение от АЭС равноэкономично теплоснабжению от угольных котельных при удалении АЭС от потребителя на 45 — 50 км и экономичнее, чем теплоснабжение от котельных на газомазутном топливе и АСТ при удалении до 55 - 75 км. Увеличение мощности системы теплоснабжения, повышение температуры теплоносителя в транзитном теплопроводе, затрат на органическое топливо, а также переход на открытую систему тепло­снабжения расширяют зону конкурентоспособности АЭС как источника теплоснабжения.

2. Оправдан переход на температуру теплоносителя в транзитном теплопроводе от АЭС до 170 —200°С. Оптимальная температура теплоносителя слабо зависит и от расстояния транспорта теплоты. Повышение температуры составляет примерно 0,5°С на каждый километр увеличения расстояния.

3. Если АЭС как источник теплоснабжения подключается к под­готовленной тепловой нагрузке, то оптимальное значение часового коэффициента теплофикации α_аэс находится в пределах 0,5—0,6. Для вновь создаваемых систем теплоснабжения α_аэс = 0,7—0,8.

4. Применение однотрубного транспорта теплоты целесообразно в том случае, когда минимально возможная мощность реконструируемых конденсационных турбин или устанавливаемых на АЭС теплофикационных турбин значительно меньше суммарной тепловой нагрузки системы теплоснабжения (города) и соизмерима с нагрузкой горячего водоснабжения. При однотрубном транспорте теплоты предельное рас­стояние от АЭС до города может превышать 100 км.

5. Увеличение числа зон теплоснабжения (числа самостоятельных теплопроводов) от АЭС, т. е. разукрупнение тепловых нагрузок, приводит к уменьшению экономически оправданного расстояния транспорта теплоты в 1,5—2,7 раза в зависимости от числа транзитных теплопроводов.

6. Учет эколого-экономического фактора существенно повышает конкурентоспособность АЭС как источника теплоснабжения. Напри­мер, при замещении районных котельных на мазуте и угле экономичес­ки предельное расстояние транспорта теплоты от АЭС возрастает на 30-100%.

Особую актуальность приобретает применение аккумулирования теплоты на ядерных энергоисточниках, работающих в изолированных системах электро- и теплоснабжения. Примером может служить Билибинская АТЭЦ, участвующая в регулировании графика электрической нагрузки, хотя такой режим противоречит экономической сути произ­водства электроэнергии и теплоты на ядерном горючем.

Рассмотрим технические решения по системе теплоаккумулирования для автономной двухблочной АТЭЦ небольшой мощности «Север-2», принятой к сооружению в пос. Оленек Крайнего Севера. Тепловая мощность реактора 15 МВт, мощность турбины: номинальная - 1,9 МВт, максимальная - 2,8 МВт. Приня­та система аккумулирования с АГВ. Максимальный рабочий объем баков-аккумуляторов с промежуточным контуром для диапазона теп­ловых нагрузок 8-17 МВт составляет 1 500 м³, а с АСВ - 6000 м³. За счет аккумулирования теплоты можно обеспечить полное покрытие тепловых нагрузок во время их дневного максимума в течение 70 - 80 % длительности отопительного периода.

Использование аккумуляторов теплоты при автономной работе АТЭЦ может дать значительный экономический эффект благодаря заметному увеличению ее номинальной мощности в часы прохождения максимума нагрузок энергосистемы. Применение систем аккумулирования теплоты целесообразно на АТЭЦ, работающих в изолированных энергосистемах.

Рис.1.Принципиальная схема автономной маневренной АТЭЦ "Се­вер-2" с промежуточным контуром аккумулирования теплоты:

1 - реактор; 2 - парогенератор; 3 - турбина; 4 - конденсатор; 5 — деаэратор; 6 — насос питательный; 7 — сетевой подогреватель; 8 - бак-аккумулятор; 9, 10 - соответственно пароводяной и водоводяной теплообменники контура аккумулирования; 11,12- насосы контура акку­мулирования; 13 — насос сетевой