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

Аккумуляторы теплоты в энергетике используются достаточно давно. Их применение началось еще в начале ХХ столетия. Первая энергетическая пиковая турбинная установка с аккумулятором теплоты (АТ) была сооружена 1920 г. в Мальме (Швеция). Крупная система аккумулирования питательной воды была построена в 1920 г. в Мангейме (Германия), а в 1929 г. – энергоустановка мощностью 50 МВт (э) в г. Шарлоттенбурге, которая по прошествии более 50 лет, по-прежнему, несет круглосуточную службу пиковой и резервной станции в энергосистеме г. Берлина.

Фирма “Дженерал электрик” разработала САТЭ для ТЭС на сверхкритических параметрах с нагрузкой в базе 741 МВт (эл) и в часы “пик” 400МВт (эл). При этом используется водомасляные теплообменники в контуре САТЭ (косвенное аккумулирование).

Считается, что тепловое аккумулирование на АЭС еще более перспективно, чем на тепловых электростанциях, во-первых, по причине низкой топливной составляющей (ядерное топливо сравнительно недорого), во-вторых, по причине того, что высокие капитальные затраты на АЭС оправдывают применение аккумулирование энергии в большей мере, чем на ТЭС на органическом топливе.

С середины 1970-х годов существует повышенный интерес к теплоаккумулирующим системам, главным образом, в связи с необходимостью экономии и замены нефтепродуктов при выработке теплоты и электроэнергии. Наибольшее применение в энергетике получило аккумулирование питательной воды (прямое аккумулирование). При использовании базисных энергоустановок, работающих на угле и ядерном топливе, замена пиковых установок на САТЭ обеспечит, с одной стороны, экономию жидкого топлива и природного газа, с другой, рост КИУМ на АЭС и ТЭС на угле.

В России наибольшее применение аккумулирования тепловой энергии получило на ТЭЦ, главным образом, в крупных городах с развитой системой централизованного теплоснабжения. В основе применяются аккумуляторы теплоты атмосферного типа суммарной мощностью до 100 000 м3 для хранения горячей воды с температурой 950С.

Ставится задача найти технические решения и средства по обеспечению участия АЭС в регулировании нагрузки и определить при каких условиях экономически выгодно реализовать их на действующих и вновь проектируемых АЭС, включая и сооружаемые в рамках проекта «АЭС-2006».

Такая система разрабатывается во Всероссийском Научно-исследовательском институте по эксплуатации атомных электростанций (ОАО ВНИИАЭС) под руководством доктора технических наук В.М.Чаховского. В период 1981-83 гг. был выполнен проект АЭС+САТЭ с ВВЭР-1000. В тот период планировалось реализовать этот проект на Татарской АЭС, строительство которой в то время было начато. Однако после Чернобыльской аварии строительство Татарской АЭС было прекращено, и проект остался нереализованным. Однако теперь, когда на повестке дня стоит задача строительства новых атомных генерирующих мощностей для обеспечения растущих энергетических потребностей экономики страны, задача создания такой системы вновь стала актуальной.

Применение на АЭС систем аккумулирования тепловой энергии (САТЭ) позволит решить следующие задачи:

- режимно-системные, в т.ч., покрытие пиковых и полупиковых нагрузок в любое время суток; прохождение ежесуточных снижений нагрузки (главным образом ночных провалов нагрузки); поддержание частоты в режимах общего первичного регулирования частоты;

- режимно-технологические, в т.ч., поддержание постоянной нагрузки ядерной паропроизводящей установки (ЯППУ) с обеспечением выдачи пиковой мощности; снижение термоциклической усталости металла оборудования при работе энергоблока в режиме регулирования нагрузки; создание текущего и многочасового (суточно-недельного) резерва мощности; в условиях вынужденной глубокой разгрузки поддерживает безопасный режим выхода РУ на номинальную нагрузку;

- системно-экономические, в т.ч., повышение конкурентоспособности АЭС с САТЭ в условиях свободных цен на электроэнергию на оптовом рынке; повышенная прибыльность АЭС с САТЭ при работе в режиме регулирования мощности; обеспечение высоких значений КИУМ при работе АЭС в режиме отслеживания суточного графика электрических нагрузок (на уровне 0,8 и выше).

Применение САТЭ давно освоено в традиционной и нетрадиционной теплоэнергетике, они применяются на тепловых электростанциях РФ для покрытия пиковых тепловых и электрических нагрузок.

До настоящего времени АЭС эксплуатируются в базовом режиме. Это вызвано жесткими требованиями обеспечения надежной и безопасной работы АЭС и экономической целесообразностью (высокие удельные капиталовложения в АЭС и низкие топливные издержки предполагают обеспечение высоких значений КИУМ, что возможно при работе АЭС в базовом режиме).

Атомный энергоблок с САТЭ, участвуя в регулировании мощности и поддержании частоты, обеспечит:

- дополнительную выработку электроэнергии в пиковой и полупиковой зонах суточного графика электрических нагрузок, благодаря переброски запасаемой в ночное время дешевой избыточной энергии в аккумуляторе теплоты (АТ) и выдачи её по более дорогому тарифу в часы пиковой нагрузки;

- постоянную нагрузку ЯППУ в течение суток при участии энергоблока в регулировании нагрузки и КИУМ на уровне его значений в базовом режиме

В 2003-2004 годах во ВНИИАЭС проведены предварительные проработки по оценке эффективности новых решений по использованию САТЭ на АЭС с ВВЭР-1000 и ВВЭР-1500, проведены исследования по обоснованию модернизированной САТЭ для АЭС с ВВЭР, разработана принципиальная тепловая схема подключения САТЭ к энергоблоку, произведен выбор основного оборудования и органического теплоносителя; определены маневренные характеристики САТЭ при участии АЭС в суточном регулировании мощности, получены экспертные оценки технико-экономического обоснования (ТЭО) проекта САТЭ, проведен анализ и выбор высокотемпературного теплоносителя (ВТТ) из числа применяемых в энергетике в качестве аккумулирующих сред (АМТ-300; миарол МТ-250; МТ-270), выполнены обоснование размеров и выбор баков-аккумуляторов, применяемых в энергетике, емкостью до 30000 м3, выполнено обоснование по использованию серийных теплообменных аппаратов (конструкции НПО ЦКТИ, изготовитель завод «Красный котельщик»).

24 ноября 2004 года в Росатоме состоялось совместное заседание секции №4 "Эксплуатация АЭС, продление их ресурса и снятие с эксплуатации" НТС №1 Росатома и НТС концерна "Росэнергоатом" с повесткой дня, посвященной внедрению системы аккумулирования тепловой энергии (САТЭ) на действующих и вновь проектируемых АЭС в режимах регулирования суточного графика электрических нагрузок. С основным докладом выступил один из основных разработчиков САТЭ доктор технических наук В.М.Чаховский. На основе его доклада и была подготовлена настоящая статья.

Резюмируя сказанное, можно сделать вывод, что в условиях дифференцированного суточного тарифа на электроэнергию энергокомплекс АЭС+ САТЭ будет обладать повышенной конкурентоспособностью в сравнении с традиционными электростанциями. Создание «маневренного» энергокомплекса АЭС+САТЭ может быть организовано как коммерческий проект с относительно низкой стоимостью установленной регулировочной мощности и сроком окупаемости не более 6 лет.


На главную