Электрические сети энергосистем Турбины тепловых и атомных электростанций Развитие атомной энергетики Анализ мирового энергетического рынка Воздействие радиации на человека Машиностроение для энергетики

Система аккумулирования тепловой энергии (САТЭ) повысит конкурентоспособность АЭС в условиях суточного регулирования электрических нагрузок

Утвержденная в 2006 году Федеральная целевая программа «Развитие атомного энергопромышленного комплекса России на 2007-2010 годы и на перспективу до 2015 года» предполагает масштабное строительство новых атомных энергоблоков, призванных заменить выбывающие мощности и удовлетворить непрерывный рост энергетических потребностей населения и хозяйства страны. Если до 2012 года в строй войдут строящиеся сейчас энергоблоки АЭС, то в 2011-2015 году планируется построить десять энергоблоков АЭС и начать строить столько же. В целях ускорения строительства атомных энергоблоков предусматривается их строительство по типовому проекту, получившему условное название «АЭС-2006». Именно такие темпы строительства новых энергоблоков необходимы, чтобы обеспечить рост доли ядерной генерации в производстве энергии.

Задача строительства новых энергоблоков и повышения доли атомной генерации актуальна также в связи с растущей степенью износа генерирующих мощностей, причем темпы старения оборудования электростанций опережают их обновление. Износ активной части фондов в электроэнергетике находится на уровне 60-65%. К настоящему времени доля оборудования на электростанциях, выработавшего свой ресурс, превысила 15% всех мощностей, которые по этой причине не могут привлекаться к работе в маневренных режимах. Ситуация усугубилась ещё и тем, что за последние 10 лет вводы мощностей сократились в 5 раз по сравнению с 1980-ми годами.

За последние годы неоднократно говорилось, что решение имеющихся энергетических проблем невозможно без использования атомной энергии. Применительно к нашей ситуации это означает, что в ближайшие 5-10 лет складывающееся состояние в электроэнергетике ведет к неизбежной постановке задачи по изысканию возможностей участия АЭС в регулировании нагрузки в ЕЭС России. Институт «Энергосетьпроект» прогнозирует, что покрытие переменной зоны графика электрических нагрузок в отдельных объединенных энергосистемах (ОЭС) невозможно будет обеспечить без участия АЭС, начиная с 2015 г.

Однако при увеличении роли АЭС в энергообеспечении возникает такая проблема, как регулирование подачи тепла в разное время суток – увеличение мощности в дневное время, когда работают промышленные предприятия и увеличено потребление электроэнергии населением и, соответственно, ночное время, когда потребности в энергии, и, соответственно, мощности, значительно снижаются. Обеспечить такое регулирование мощности технологически нетрудно для тепловых и гидроэлектростанций, однако произвольно менять мощность ядерного реактора значительно труднее. В принципе, есть два пути решения проблемы – либо создание АЭС с улучшенными маневренными характеристиками (позволяющими в определенных пределах менять мощность реактора в зависимости от потребностей в энергии), либо создание механизмов, позволяющих в ночное время, когда потребности в вырабатываемой энергии минимальны, запасать вырабатываемую тепловую тем, чтобы днем, когда энергетические потребности как промышленности, так и населения резко возрастут, выдавать запасенную энергию потребителям.

На АЭС решать эту задачу возможно одним из следующих способов:

- разработка специализированных высокоманевренных АЭС, допускающих изменение мощности энергоблока в широком диапазоне. Несомненно, что для этого потребуются многомиллиардные затраты. Важно, что использование специализированных маневренных АЭС ведет к снижению КИУМ и к росту упущенной выгоды от недовыработки электроэнергии;

- создание систем аккумулирования тепловой энергии (САТЭ), которые обеспечат возможность участия АЭС во всех видах регулирования электрической нагрузки (на действующих АЭС в пределах перегрузочного резерва турбогенератора, допустимого по ТУ), и с широким диапазоном изменения мощности, но на вновь проектируемых АЭС с ВВЭР-1000, в частности, на АЭС, сооружаемых в рамках проекта «АЭС-2006», а также на реакторных установках (РУ) нового поколения;

- возможно и третье направление, сочетающее два вышеотмеченных, но таким образом, что требуемый диапазон регулирования мощности достигается: с одной стороны, за счет частичного снижения мощности РУ, при котором существенно смягчаются условия работы тепловыделяющих элементов и РУ, а с другой, за счет накопления избыточной теплоты в САТЭ. В режиме выдачи пиковой мощности САТЭ выполняет двоякую роль, а именно, одновременно обеспечивает выдачу пиковой мощности и поддерживает безопасный режим выхода РУ на номинальную нагрузку.

Рассмотрим, для примера, первый вариант. В простейшем случае энергоблоки АЭС будут вынуждены разгружаться на ночь, а утром восстанавливать мощность до номинального уровня. Этот режим предстоит обосновывать для энергоблоков с ВВЭР-1000 со специализированными твэлами, допускающими ежесуточную разгрузку до 75-80% номинальной мощности. В этом случае число циклов нагрузка/разгрузка для основного оборудования троекратно возрастает и достигнет 900 за 1 год, а за 30 лет - не менее 27000 циклов. При этом для твэлов число циклов составит на уровне 2700-4500 (в зависимости от длительности кампании).

Предстоит провести комплекс работ по обоснованию допустимости такого количества циклов нагрузка/разгрузка для топлива и основного оборудования АЭС в зависимости от диапазона (амплитуды) изменения нагрузки.

При этом необходимо иметь в виду, что технологическим регламентом работа АЭС в маневренных режимах (в части регулирования суточного графика нагрузки) не предусмотрена и, более того, является экономически невыгодной для АЭС. Кроме того, следует иметь в виду, что работа АЭС в режиме маневрирования будет сопровождаться снижением КИУМ и, следовательно, уменьшением выработки электроэнергии. В этой связи тариф на электроэнергию по зонам суточного графика должен компенсировать возможные потери от недовыработки электроэнергии при работе АЭС в маневренных режимах.

С точки зрения технической реализации возможен следующий набор вариантов:

1) АЭС с улучшенными маневренными характеристиками;

2) Энергокомплексы АЭС + газотурбинная установка (ГТУ) или АЭС + парогазовая установка (ПГУ);

3) Энергокомплексы с аккумулированием энергии: АЭС+ГАЭС (гидроаккумулирующая станция) либо АЭС+САТЭ (система аккумулирования тепловой энергии).

Такие варианты, как создание энергокомплекса АЭС+ГТУ, АЭС+ПГУ или АЭС+ГАЭС не требует новых технических разработок и обосновывается исключительно экономической целесообразностью.

Сравнение вариантов участия АЭС в регулировании суточного графика электрических нагрузок указывает на относительно низкую эффективность вариантов АЭС с дооснащением их ГТУ или ПГУ. Срок окупаемости ГТУ, ПГУ превышает 20 лет по отношению к варианту АЭС со спецтвэлами.

Наиболее же экономически эффективным представляется вариант создания АЭС с системой аккумулирования тепловой энергии (САТЭ). Ее основные преимущества по сравнению с другими вариантами состоят в следующем: во-первых, АЭС в составе энергокомплекса АЭС+САТЭ эксплуатируется в стационарном (базовом) режиме. При этом коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) системы АЭС+САТЭ в маневренных режимах близок к значению КИУМ для АЭС, работающей в базовом режиме.

Дополнительные технические и потребительские качества энергокомплекса АЭС+САТЭ могут быть раскрыты и обоснованы при разработке технического проекта, например:

- участие в регулировании мощности при аварийном изменении частоты в энергосистеме;

- возможность оптимизации собственной нагрузки в суточном регулировании, исходя из экономической целесообразности, и т.п.


На главную