авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Обоснование оптимальных схем, характеристик и системной эффективности водородных надстроек на аэс с ввэр

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Портянкин Алексей Владимирович

ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ СХЕМ, ХАРАКТЕРИСТИК
И СИСТЕМНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОДОРОДНЫХ НАДСТРОЕК
НА АЭС С ВВЭР

Специальность 05.14.01 – Энергетические системы и комплексы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов 2011

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении
высшего профессионального образования

«Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Хрусталев Владимир Александрович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Николаев Юрий Евгеньевич кандидат технических наук, доцент Малов Валерий Тимофеевич
Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский институт по эксплуатации атомных
электрических станций, г. Москва

Защита состоится 29 июня 2011 г. в 1400 на заседании диссертационного совета Д 212.242.07 при Саратовском государственном техническом университете по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77,
Саратовский государственный технический университет, корп. 1,
ауд. 159.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической
библиотеке Саратовского государственного технического университета.

Отзыв на автореферат (в двух. экз.), заверенный печатью, просим
выслать по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77, каф. ТЭС.

Автореферат разослан «27» мая 2011 г.

Автореферат размещен на сайте СГТУ http://www.sstu.ru . «27» мая 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Ларин Е.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы и объект исследования. В настоящее время одной из особенностей энергетики России является существенное количество работающих и находящихся в резерве турбоустановок, построенных еще в середине прошлого века, которые давно отработали свой расчетный срок службы. Это связано с тем, что за последние 10-15 лет практически не вводились в эксплуатацию новые электрические станции из-за трудной экономической ситуации в стране.

С ростом экономики и развитием промышленности может возникнуть дефицит электрических мощностей в энергосистемах, поэтому необходимо выводить из эксплуатации устаревшие турбоустановки и строить новые, современные электрические станции. Восполнить вывод электрических мощностей в ближайшие 5-8 лет можно в основном только за счет строительства АЭС, что подтверждается программой развития энергетической стратегии России на период до 2020 и 2030 года.

С дальнейшим ростом выработки электроэнергии на АЭС появится необходимость в увеличении доли их разгрузки, что связано с диспетчерскими ограничениями в часы провала графика электрических нагрузок, особенно в европейской части страны. Это приведет к снижению коэффициента использования установленной мощности (КИУМ) и росту удельных затрат в производство электрической энергии, что весьма неэффективно. Поэтому к АЭС будут предъявляться следующие весьма актуальные требования:



– базовые режимы работы, в том числе в часы провала графика электрических нагрузок энергосистем;

– работа с повышенной электрической мощностью и КПД станции
в пиковые часы графика электрических нагрузок.

Один из способов повышения КИУМ на АЭС – это сооружение водородных надстроек (ВН), где базовые режимы работы обеспечиваются
за счет выработки водорода и кислорода в электролизных установках. Работа с повышенной мощностью и КПД турбоустановки АЭС может обеспечиваться за счет использования в тепловой схеме дополнительного количества пара, полученного при сжигании водорода в кислородной среде. В связи с этим актуальным является исследование и обоснование оптимальных схем, характеристик и системной эффективности водородных надстроек на АЭС с ВВЭР.

Связь диссертационной работы с приоритетными НИР. Данная диссертационная работа выполнялась на базе бюджетных фундаментальных научных исследований Отделения энергетики, механики, машиностроения и процессов управления РАН: «Обоснование приоритетных направлений развития энергогенерирующих мощностей с учетом обеспечения безопасности, устойчивого развития и долгосрочных интересов страны» 2006 – 2008 гг.; «Разработка научных основ повышения коэффициента использования установленной мощности АЭС в энергосистеме» 2009 – 2011 гг.; в рамках гранта РФФИ «Разработка научных основ построения водородных циклов на АЭС» 2007 – 2009 гг.

Цель диссертационной работы – обоснование оптимальных схем, характеристик и системной эффективности водородных надстроек на АЭС с ВВЭР.

Основные задачи диссертации:

1 Разработка метода анализа эффективности водородной надстройки АЭС с ВВЭР с учетом особенностей термодинамических циклов основного и дополнительного рабочих тел.

2 Обоснование стоимостных показателей и выбор электролизного оборудования основного комплекса водородной надстройки на АЭС
по показателю себестоимости водорода и затрат в его производство.

3 Разработка новых схем водородных надстроек на АЭС и анализ
их эффективности с учетом комплекса системных факторов.

4 Обоснование физического метода раздельного расчета и сравнения себестоимости водорода и кислорода, полученных электролизом на АЭС
и другими способами.

5 Оценка эффективности водородных надстроек на АЭС и ГАЭС
для покрытия переменных графиков электрических нагрузок с учетом пиковых тарифов на электроэнергию в условиях долгосрочных прогнозов.

Направления исследований. Работа направлена на исследование
и обоснование оптимальных схем, характеристик и системной эффективности водородных надстроек на АЭС с ВВЭР.

Методы исследования: методы анализа термодинамической эффективности циклов влажно-паровых АЭС; методика оценки и обоснования технико-экономических показателей в энергетике; методика оценки надежности и расчета безопасного расстояния по действию воздушных ударных волн.

Достоверность полученных результатов и выводов диссертационной работы обоснована использованием апробированных и широко распространенных в энергетике методик расчета термодинамической эффективности циклов влажно-паровых АЭС, системного технико-экономического анализа экономичности энергокомплексов, методик расчета безопасного расстояния по действию воздушных ударных волн,
а также приемлемой сопоставимостью основных результатов данной работы с результатами других авторов.

На защиту выносятся:

1 Метод анализа эффективности водородной надстройки АЭС с ВВЭР с учетом особенностей термодинамических циклов основного и дополнительного рабочих тел.

2 Результаты выбора рациональных типов электролизеров для водо-

родной надстройки на АЭС по показателю себестоимости водорода и затрат в производство водорода.

3 Схемные решения водородных надстроек на АЭС с учетом комплекса системных факторов.

4 Физический метод расчета себестоимости водорода и кислорода,
полученных электролизом и сравнение технико-экономической эффективности получения этих продуктов на АЭС с риформингом газа и разделением воздуха.

5 Результаты технико-экономического сопоставления АЭС с водородной надстройкой и ГАЭС для покрытия переменных графиков электрических нагрузок с учетом пиковых тарифов на электроэнергию в условиях долгосрочных прогнозов.

Научная новизна:

1 Обоснованы дополнительные критерии и коэффициенты, оценивающие эффективность работы водородной надстройки в составе АЭС
с ВВЭР с учетом особенностей термодинамических циклов основного
и дополнительного рабочих тел;

2 Разработан метод оценки себестоимости водорода и кислорода
различной чистоты при электролизе, позволяющий сопоставить электролиз
по эффективности с производством этих продуктов другими способами;

3 Предложены приоритетные схемы водородных надстроек на действующих и проектируемых АЭС, повышающие их эффективность,
в том числе за счет: вытеснения паропарового перегрева, повышения
температуры пара перед ЦВД и ЦНД и использования переменной концентрации тяжелой воды в обычном водном теплоносителе;

4 Обоснована вынесенная схема компоновки водородо-кислородного парогенератора на АЭС взамен встроенной, что удовлетворяет требованию МАГАТЭ к современным реакторным установкам по непревышению частоты аварий с плавлением активной зоны.

Практическая значимость результатов диссертационной работы.

Произведенные расчетные оценки экономической эффективности водородных надстроек на АЭС показали условия, при которых необходимо сооружать их в целях коммерческой продажи водорода и кислорода
и (или) с их помощью вырабатывать пиковую электроэнергию.

Производство водорода и кислорода за счет использования внепиковой электроэнергии электролизом воды позволяет попутно получать тяжелую воду, которая может эффективно использоваться на АЭС с ВВЭР как компонент теплоносителя.

Схема компоновки водородо-кислородного парогенератора на АЭС
в отдельном здании должна использоваться для действующих, так и перспективных АЭС, что удовлетворяет требованиям МАГАТЭ к современным и перспективным реакторным установкам. Сооружение отдельного здания не приведет к серьезной реконструкции турбинного отделения
по сравнению с встроенной компоновкой водородо-кислородного
парогенератора. Присоединение паропровода от водородо-кислородного парогенератора к основному паропроводу турбины в этом случае можно осуществить в период планового ремонта турбоустановки и в короткие сроки.

Разработанная методика разделения себестоимости водорода и кислорода может быть использована в составе многопродуктовой модели экономической эффективности на энергопредприятиях, включая энергокомплексы производящие водород и кислород электролизом воды.

Разработанные схемы и методики анализа АЭС с водородной надстройкой могут использоваться в учебном процессе, аспирантами в НИР и студентами в дипломном проектировании, а также при проектировании оборудования перспективных АЭС.

Апробация результатов диссертационной работы. Изложенные
в диссертации материалы докладывались: на внутривузовских конференциях молодых ученых СГТУ в 2007, 2008 гг.; на Международных научных конференциях «Современные научно-технические проблемы теплоэнергетики и пути их решения» в г. Саратове 29-31 октября 2008 г. и 26-29 октября 2010 г.

Публикации. По исследуемой проблеме опубликованы 6 печатных работ, в том числе 1 в издании, рекомендованном ВАК РФ, получен
1 патент на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, четыре главы, заключение, направление дальнейших исследований, список использованных источников, включающий 140 наименований, содержит 37 рисунков, 30 таблиц. Объем диссертации составляет 142 страницы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследуемой проблемы.

В первой главе дан анализ работ, выполненных по теме диссертации. Приведены основные характеристики водорода как топлива. Приведены требования, предъявляемые к водороду и кислороду различной частоты. Показаны рыночные цены на водород и кислород различной чистоты. Приведены стоимостные показатели производства водорода различными методами. Анализируются современные разработки получения водорода электролизом воды. Проведен общий анализ безопасности при получении, транспортировании, хранении и использовании водорода и кислорода. Рассмотрены способы хранения и транспорта водорода. Анализируются схемы использования водорода и кислорода на АЭС.

Выполненный обзор по исследованию и обоснованию оптимальных схем, характеристик и системной эффективности водородных надстроек
на АЭС с ВВЭР выявил некоторые недостатки в имеющихся
научных подходах к решению указанной задачи. Не в полной мере
обосновываются системные технико-экономические решения, требует
доработки и уточнения многофакторная экономико-энергетическая
модель анализа эффективность атомно-водородной энергетики на базе АЭС с ВВЭР. Не учтена наблюдаемая динамика стоимостных исходных (базовых) данных. В связи с этим поставлены цель и основные задачи
диссертации.

Во второй главе приводятся результаты расчета схем с производством и использованием водородных технологий на АЭС. Рассмотрены
схемы с вытеснением паропарового перегрева пара на АЭС, позволяющие получать дополнительную электрическую мощность за счет водородных технологий. Рассмотрены схемы с получением слабоперегретого
свежего пара. Предложены и обоснованы критерии и коэффициенты,
характеризующие эффективность работы водородной надстройки
в составе АЭС с ВВЭР. Разработана схема использования электролиза на АЭС для повышения эффективности топливоиспользования.

Схемы с вытеснением паропарового перегрева пара на АЭС с водородной надстройкой позволяют повысить электрическую мощность турбины АЭС в диапазоне от 1070 до 1100 МВт.

Рассмотрена схема АЭС с водородной надстройкой при повышении температуры пара перед ЦНД (рис. 1).

 хема АЭС с водородной-4  хема АЭС с водородной-5






Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.