В данной работе, посвященной высокотемпературным газоохлаждаемым реакторам, рассмотрены цели и причины необходимости осуществления проектов втгр. Исследованы




НазваниеВ данной работе, посвященной высокотемпературным газоохлаждаемым реакторам, рассмотрены цели и причины необходимости осуществления проектов втгр. Исследованы
страница1/9
Дата публикации22.03.2013
Размер0.58 Mb.
ТипДокументы
uchebilka.ru > Физика > Документы
  1   2   3   4   5   6   7   8   9
Аннотация

В данной работе, посвященной высокотемпературным газоохлаждаемым реакторам, рассмотрены цели и причины необходимости осуществления проектов ВТГР. Исследованы перспективы и область применения данных типов реакторов. Проанализирована история развития данных установок, а также все основные конструкторские и технологические решения. Проанализированы проблемы, стоящие на пути коммерциализации ВТГР и пути их решения. Дана краткая справка по современному состоянию развития ВТГР.

Annotation

In this paper which covers the very-high temperature reactors contains the examination of all aspects, prospects, reasons and aims of the necessity of the implementation of the VHTR projects. The prospects and field of application of this type of reactors were analyzed. The history of development of the VHTR along with all engineering information and technological base were observed as well. The different challenges which stand in a way of commercialization of the VHTR were also analyzed along with the solutions to these challenges. The modern condition of development of the VHTR was covered.

Оглавление



1.Введение 3

2.История развития ВТГР 4

3.Физико-технические основы и характеристики 11

4.Основные конструкторские решения 16

4.1.Компоновка ЯЭУ 16

4.2.Твэл 18

4.3.Активная зона 19

4.4.Высокотемпературный промежуточный теплообменник 21

5.Ядерная безопасность 24

6.Потенциал применения ВТГР 27

6.1Потребности, технология производства и рынок водорода 30

6.1.1Водород как энергоноситель 30

6.1.2Технологии производства водорода 34

6.1.3Прогнозы мировых потребностей и рыночного потенциала водорода 38

7.Проблемы, стоящие на пути коммерциализации ВТГР 41

8.Современный статус разработок ВТГР за рубежом 45

9.Место ВТГР в ядерно-энергетическом комплексе Российской Федерации 49

10.Заключение 53

11.Список использованной литературы 54


1.Введение


В настоящее время атомная энергетика развивается практически только для целей производства электроэнергии, доля которой в общем потреблении энергоресурсов составляет сейчас около 20%. Остальные 80% энергетических ресурсов (нефть, уголь, природный газ) расходуются для получения промышленной и бытовой тепловой энергии, на транспорте, а также используются в виде химических компонентов металлургических и химических процессов. Темп роста потребления органического топлива существенно превосходит скорость пополнения их ресурсной базы. Поэтому, вполне вероятно, что к середине текущего века спрос на энергию нельзя будет обеспечить за счет традиционных технологий использования ископаемых ресурсов. Развертывание крупномасштабной атомной энергетики позволит вытеснить более дорогой уголь, экономить нефть и газ в тех производствах, где их сложнее заменить.[1]

Естественно, что для успешного внедрения в новые области, ядерная энергетика должна будет технически изменится. Уже много лет во многих странах мира ведутся работы по созданию высокотемпературных реакторов с гелиевым теплоносителем с рабочей температурой выходящих газов около 1000°С. Освоение высоких температур позволяет получить не только высокий КПД при производстве электроэнергии, но и эффективно использовать реакторы для обеспечения тепловой энергией различные технологические процессы в промышленности, а также для получения водорода, необходимого для экономии природного газа и снижения нагрузки на окружающую среду.
^

2.История развития ВТГР



Первые практические шаги по разработке газоохлаждаемых ре­акторов были сделаны за рубежом в 50-х годах прошлого столетия, в таких странах как США, ФРГ и др. Причем на первом этапе страны Западной Европы и США рассматривали ВТГР главным образом для целей электроэнергетики, где этот реактор обещал определенные преимущества: высокий КПД (40%), меньшие тепловые сбросы и потребности в охлаждающей воде, экономичный топливный цикл, возможность эффективного использования воздушного охлаждения в случае применения прямого цикла, высокая безопасность и др.

Заметные успехи по технологиям ВТГР приходятся на середину 60-х годов прошлого столетия, когда были созданы экспериментальные реакторы небольшой мощности: «Драгон» (Великобритания), АЭС Peach Bottom (США), AVR (Герма­ния). Первые два реактора проработали около 10 лет, а последний более 20 лет, показав надежную работу. На этих реакторах был получен огромный опыт эксплуатации и проведен большой объем ценных исследований по гелиевой технологии.

Во второй половине 1970-х годов в США был пущен прототипный энергетический реактор на АЭС «Fort St. Vrain» мощностью 330 МВт (эл), а в Германии — демонстрационный реактор THTR мощностью 300 МВт (эл). Эти реакторы находились в эксплуатации до второй половины 1980-х годов.

Основные характеристики этих реакторов приведены в докладе МРГ по ВТГР на Международной конференции МАГАТЭ в сентябре 1982 года (табл. 1).



Характеристика

«Драгон»

«Пич-Боттом»

AVR

THTR

FSV

Мощность, МВт (тепл.)/МВт (эл)

20/—

115/40

46/15

750/300

837/330

Форма топлив­ного элемента

Цилиндри­ческая

Цилиндри­ческая

Сферичес­кая

Сферичес­кая

Гексаго­нальная

^ Температура теплоносителя (вход/выход), "С

350/750

377/750

270/950

270/750

400/785

Давление теплоносителя, МПа

2,0

2,5

1,1

4,0

4,8

Топливная композиция

Торий, дикарбид урана

^ Торий, дикарбид урана

Торий, окислы урана

Торий, окислы урана

Торий, дикарбид урана

^ Материал корпу­са реактора

Сталь

Сталь

Сталь

ПНЖБ

ПНЖБ

Начало/конец эксплуатации

1963/1976

1967/1974

1968/1988

1984/1989

1976/1989


Попытка вывода АЭС с HTGR на коммерческий рынок, предпринятая в США в первой половине 1970-х годов, ока­залась неудачной по ряду причин:

— в этот период произошло резкое сокращение заказов на АЭС всех типов (PWR, BWR), в том числе и на восемь АЭС с реакторами HTGR в США;

— в этих условиях реакторам HTGR трудно было конкурировать с освоенными промышленностью АЭС с легководными реакторами;

— отрицательную роль сыграла также задержка с вводом в эксплуатацию реактора FSV.

В результате исследования перспектив развития ВТГР, проведен­ного в рамках созданной при МАГАТЭ Меж­дународной рабочей группы (МРГ) по газоохлаждаемым реакторам, стало ясно, что многие страны рассматривают применение ВТГР, в первую очередь, как источник тепловой энергии для промышлен­ности и коммунально-бытового сектора.

Изучение масштабов и структуры потребления топливных ре­сурсов в энергообеспечении ряда стран показало наличие большого потенциального рынка для использования тепловой энергии ВТГР в целях замещения значительных количеств нефти и газа.

На последующих этапах работы по ВТГР были сориентированы на комбинированную выработку электроэнергии и тепловой энер­гии среднего и высокого потенциала, где их преимущества перед другими реакторами несомненны: во-первых, ВТГР обеспечивают вытеснение наиболее высококалорийных видов топлива (нефти и газа), во-вторых, дают более высокое замещение органического топлива на единицу вырабатываемой ядерной мощности.

Возможность выработки высокопотенциальной тепловой энергии и низкие радиоактивные выбросы инициировали в США деятельность по разработке проектов ВТГР крупной мощности. Это проекты «Фултон» и «Саммит» мощностью 860 и 1160 МВт(т) соответственно, предназна­ченные для совместной выработки электроэнергии и высокопотенци­альной тепловой энергии. Эти реакторы предполагалось использовать на нефтеперегонных заводах и в других отраслях промышленности. Энергетическими кампаниями было заказано 8 АЭС этого типа для строительства на внутреннем рынке США, однако в связи с нефтяным кризисом 1974 года возник ряд причин (рост стоимости строительства АЭС, энергосберегающая политика ряда ведущих стран мира и др.), приведших к сокращению заказов на строительство АЭС, в том числе и освоенных типов. Это привело также к расторжению контрактов в США на строительство АЭС с ВТГР.

Выведенный в США в конце 1981 г. на полную мощность ре­актор FSV, несмотря на серию лицензионных и технических за­держек, подтвердил проектные характеристики, безопасность в эксплуатации и обеспечение нормальной радиационной обстановки.

Генеральный директор «Дженерал атомик» Гарольд М. Агню, анализируя состояние в атомной энергетике США после аварии на АЭС «Три-Майл-Айленд», отметил, что АЭС с FSV ока­залась единственной в США (из 71 действовавших в то время), на которую не распространилось требование Комиссии по ядерному контролю об обязательном присутствии на станции специального эксперта по безопасности.

В связи с успешной эксплуатацией FSV, несмотря на продолжаю­щийся застой в атомной энергетике США, ряд энергетических фирм выразили заинтересованность в строительстве первого крупного промышленного HTGR. Строительство АЭС мощностью 2240 МВт (тепл.) для одновременного производства электроэнергии и пара для технологических нужд предполагалось начать в 1987 году, а ввод в промышленную эксплуатацию осуществить в конце 1994 года. Финансирование проекта должно было осуществляться совместно группой энергетических фирм и правительством. Затраты на стро­ительство по курсу 1982 года оценивались в 2,127 млрд дол.

Этот проект, называемый HTGR-SC/C, — первый из поколения коммерческих реакторов с гелиевым охлаждением и умеренной температурой теплоносителя (750°С). Исследования рынка тепловой энергии показали, что в интервале 260—540°С в США требуется около 34% энергии.

Следующим более трудоемким и длительным по реализации являлся проект HTGR-R, который был предназначен для покрытия потребностей в высокопотенциальной тепловой энергии. В настоя­щее время в США для этих целей расходуются дефицитные нефть и газ, вклад которых в топливный баланс страны составляет 70%.

После проведения комплекса исследований по ГТУ замкнутого цикла предполагалось приступить к реализации проекта HTGR-GT, считалось, что более высокий КПД, малые потребности в охлаж­дающей воде и ряд других преимуществ обеспечат этому проекту достаточную конкурентоспособность и необходимую поддержку энергетических фирм.

Потенциальный рынок HTGR различного назначения на перс­пективу (2020 г.) оценивался в США (по данным DOE) на уровне 500 ГВт (тепл.) (нижняя оценка).

В ФРГ был осуществлен вывод на мощность крупного прототипного реактора с шаровыми твэлами THTR-300.

Хотя эта станция запроектирована в паротурбинном варианте, сброс тепловой энергии в ней осуществлялся через сухую градир­ню. Испытания силового железобетонного корпуса реактора THTR подтвердили проектные результаты по напряжениям и продемонс­трировали высокую герметичность по гелию.

В ФРГ была разработана линия последовательного развития и коммерческого внедрения HTR по мере их технического освоения. Основными сферами применения ВТГР считаются гази­фикация бурого и каменного углей, которая снижает зависимость страны от импорта нефти и газа, выработка тепловой энергии и пара для промышленного и коммунально-бытового секторов, дальний транспорт тепловой энергии и применение газотурбинного цик­ла. Для этих целей в ФРГ проводились разработки проектов HTR (500 МВт (эл)), PNP (1000 МВт (тепл.)) и ННТ.

В дальнейшем работы по реакторам ВТГР получили развитие в Японии, Китае, где построены опытные реакторы, в ЮАР и других странах.[2-3]
В нашей стране активные исследования по ВТГР были начаты в 1960-х годах с разработки проектов экспериментального реактора АБТУ-15 и опытно-промышленной установки АБТУ-ц-50 с реакто­ром BГP-50. Последняя была предназначена для выработки элек­троэнергии и радиационной модификации различных материалов (полиэтилена, древесины, резины и др.). Инициатором и научным руководителем разработки был ИАЭ им. И.В. Курчатова, Главным конструктором был Всесоюзный научно-исследовательский институт атомного машиностроения (г. Москва), в то время — Московский филиал Центрального котлотурбииного института им. И.И. Ползунова.

На основе анализа мирового опыта и собственных работ в качестве топлива была предложена концепция микротвэлов (МТ), состоящих из топливного сердечника (U02, UC) малого диаметра (500 мкм) с нанесенными на него защитными слоями из пироуглерода (РуС) и карбида кремния (SiC). На основе этих МТ создавались шаровые твэлы прессованного и монолитного типов.

В начале 1970-х годов к работам по ВТГР подключилось ОКБМ (г. Нижний Новгород), ставшее главным конструктором этих установок.

При научном руководстве ИАЭ им. И.В. Курчатова в ОКБМ были разработаны проекты опытно-промышленных установок ВГ-400, ВГМ, ВГМ-П, предназначенных для совместной выработки электро­энергии и высокопотенциальной тепловой энергии для энерготехнологических целей. Разработка проектов ВТГР сопровождалась созданием мощной экспериментальной и технологической базы. В Курчатовском инсти­туте для отработки технологии и проведения ресурсных испытаний шаровых твэлов на материаловедческом реакторе MP была создана крупная гелиевая петля ПГ-100. Для экспериментальной отработ­ки физики реакторов ВГР-50 и ВГ-400 были созданы критические стенды «Астра» и ГРОГ. Для отработки гелиевой технологии и процесса паровой конверсии метана были созданы стенды ЦГС и ХТС.[4]

В США, Японии, ФРГ и ряде других стран Западной Европы также были созданы стенды по отработке компонентов оборудования ВТГР (газодувок, парогенераторов, органов СУЗ, арматуры, моделей бетонных корпусов и т. д.). В ФРГ создана крупная гелиевая установка HHV для отработки газотурбинного цикла для проекта ННТ, создана установка ADAM—EVA мощностью 10 МВт (тепл.) для изучения процесса паровой конверсии метана и дальнего транспорта тепловой энергии.

Созданный в Японии крупный гелиевый стенд HENDEL суммарной мощностью нагревателей 16 МВт (тепл.) является уникаль­ной базой для испытания высокотемпературных теплообменников, парогенераторов, крупных узлов теплоизоляции, топливных сборок и другого оборудования.
Зарубежные и отечественные исследования выявили ряд важных преимуществ высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов по сравнению с реакторами на легкой воде. Среди них:

— более эффективное производство электроэнергии (КПД до 50% в прямом газотурбинном цикле);

— возможность использования высокопотенциальной тепловой энергии в технологических производствах (получение водорода, синтез аммиака и пр.);

— повышенная безопасность (самозащищенность, невозможность расплавления активной зоны при тяжелых авариях);

— возможность использования различного ядерного топлива (гибкий топливный цикл) на основе урана, плутония, тория;

— возможность организации расширенного воспроизводства ядерного топлива в быстрых газовых реакторах;

— возможность сжигания долгоживущих актиноидов для сни­жения радиационного воздействия радиоактивных отходов на при­родную среду.

Способность реакторов ВТГР обеспечивать температуру теплоно­сителя на выходе из активной зоны на уровне 1000°С предопределяет их нишу в структуре ядерного энергообеспечения в перспективе. Высокий уровень безопасности, который может быть достигнут на этом типе реакторов, позволит их размещать в непосредственной близости от предприятий и жилых массивов. Имеющаяся экспериментальная база, накопленный опыт проектирования и эксплуатации установок позволяют проводить дальнейшие исследования по решению проблем, связанных с соз­данием перспективных ВТГР, которые можно отнести к реакторам четвертого поколения.

Таким образом, к настоящему времени в мире накоплен значи­тельный научно-технический потенциал по ВТГР, а опыт эксплу­атации созданных и действовавших до настоящего времени экспе­риментальных и крупных прототипных реакторов подтвердил ряд положительных качеств и важных преимуществ этих реакторов.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

В данной работе, посвященной высокотемпературным газоохлаждаемым реакторам, рассмотрены цели и причины необходимости осуществления проектов втгр. Исследованы iconТретий конструкционные материалы реакторов новых поколений, реакторов...
Современное состояние работ по высокотемпературным газоохлаждаемым реакторам (втгр) в мире и перспективы их применения

В данной работе, посвященной высокотемпературным газоохлаждаемым реакторам, рассмотрены цели и причины необходимости осуществления проектов втгр. Исследованы iconУчебник. Ход урока I. Организационный момент
Цели урока: познакомить учащихся с признаками сложноподчинённых предложений с придаточными причины и цели, научить находить в тексте...

В данной работе, посвященной высокотемпературным газоохлаждаемым реакторам, рассмотрены цели и причины необходимости осуществления проектов втгр. Исследованы iconДобровольский А. Ю
В данной работе рассматриваются проблемы связанные с использованием детского труда. Анализируются причины, которые побуждают детей...

В данной работе, посвященной высокотемпературным газоохлаждаемым реакторам, рассмотрены цели и причины необходимости осуществления проектов втгр. Исследованы iconМолодежная безработица в украине: причины и перспективы
В данной работе раскрывается сущность молодежной безработицы, причины безработицы, анализируется ситуация в Украине, а так же расматриваются...

В данной работе, посвященной высокотемпературным газоохлаждаемым реакторам, рассмотрены цели и причины необходимости осуществления проектов втгр. Исследованы iconВведение 4
Целью данной работы является изучение журнально-ордерной системы (формы) бухгалтерского учета. Для осуществления поставленной цели...

В данной работе, посвященной высокотемпературным газоохлаждаемым реакторам, рассмотрены цели и причины необходимости осуществления проектов втгр. Исследованы icon«Зануление»
В данной курсовой работе были рассмотрены принципы и средства электрической защиты. В частности зануление. Также были включены в...

В данной работе, посвященной высокотемпературным газоохлаждаемым реакторам, рассмотрены цели и причины необходимости осуществления проектов втгр. Исследованы iconИспользование Системы сбалансированных показателей для оценки эффективности...
В статье определены факторы, влияющие на принятие решений по внедрению информационных систем менеджмента в деятельность пердприятия,...

В данной работе, посвященной высокотемпературным газоохлаждаемым реакторам, рассмотрены цели и причины необходимости осуществления проектов втгр. Исследованы iconСоциальные конфликты в сфере труда
Любой конфликт имеет свои причины, поэтому у людей есть возможность научиться прогнозировать их. Для этого каждому необходимы хотя...

В данной работе, посвященной высокотемпературным газоохлаждаемым реакторам, рассмотрены цели и причины необходимости осуществления проектов втгр. Исследованы icon1. Сущность предмета исследования
Рыночной экономике присущ определенный механизм формирования источников финансирования инвестиционной деятельности, распределения...

В данной работе, посвященной высокотемпературным газоохлаждаемым реакторам, рассмотрены цели и причины необходимости осуществления проектов втгр. Исследованы iconКонкретные цели Цели исходного уровня
Цель(общая): уметь определять макро- и микроскопические проявления общих расстройств кровообращения, объяснять их причины и механизм...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<