Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СХЕМ МОДЕРНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ АЭС

Ростунцова И.А. 1 Шевченко Н.Ю. 2
1 ФГБОУ ВПО Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.
2 ФГБОУ ВПО Камышинский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО Волгоградский государственный технический университет
Проведена разработка и оценка эффективности схем модернизации системы технического водоснабжения блоков АЭС. На большинстве АЭС с реактором ВВЭР-1000 охлаждение циркуляционной воды происходит только в пруду-охладителе. Сброс нагретых вод определяет тепловое воздействие атомных электростанций на экологию водных объектов, используемых для охлаждения циркуляционной воды. Для решения проблемы предотвращения теплового загрязнения водных ресурсов применяют дополнительные охладители иных типов: градирни и брызгательные бассейны. Проведено сравнение трех схем оборотного водоснабжения АЭС с реакторами ВВЭР-1000: стандартной схемы охлаждения циркуляционной воды с прудом – охладителем и схем с последовательным и параллельным включением градирни и пруда охладителя в системе охлаждения циркуляционной воды. Разработана методика оценки технико-экономической эффективности при усовершенствовании системы технического водоснабжения АЭС. Проведен экономический анализ целесообразности модернизации системы технического водоснабжения.
атомная электростанция
система технического водоснабжения
пруд-охладитель
градирня
последовательная схема
параллельная схема
1. Аминов Р.З. АЭС с ВВЭР: режимы, характеристики, эффективность / Р.З. Аминов, В.А. Хрусталев, А.С. Духовенский, А.И. Осадчий/ М.: Энергоатомиздат, 1990. 245 с.: ил.
2. Аркадьев В.А. Режимы работы турбоустановок АЭС / В.А. Аркадьев. М.: Энергоатомиздат, 1986. 219 с.:ил.
3. Бекман Г. Тепловое аккумулирование энергии / Г. Бекман, П. Гилли: Пер. с англ. В.Я. Сидорова, Е.В. Сидорова. М.: Мир, 1987. 272 с.: ил.
4. Белоконова А.Ф. Водно-химический режим тепловых электростанций / А.Ф. Белоконова. М.: Энергоатомиздат, 1985. 248 с.:ил.

Введение

В настоящее время на большинстве АЭС с реактором ВВЭР-1000 охлаждение циркуляционной воды происходит только в пруду-охладителе. Сброс нагретых вод определяет тепловое воздействие тепловых и атомных электростанций на экологию водных объектов, используемых для охлаждения циркуляционной воды. С другой стороны при увеличении нагрузки пруда-охладителя снижается качество охлаждения циркуляционной воды, что негативно отражается на работе основного оборудования в схеме АЭС [1]. Для решения проблемы предотвращения теплового загрязнения водных объектов и соблюдения норм на температуру охлаждения в цикле тепловой схемы применяют дополнительные охладители иных типов: градирни, брызгательные установки или другие водные объекты. В большинстве случаев эти охладители используются для предварительного охлаждения части циркуляционной воды с последующим охлаждением всего количества в основном водоеме или водотоке.

Методика определения температуры воды охладителя

Эффективность работы охлаждающего устройства определяется температурой воды на выходе из него, стремящейся к минимальному значению. Температура циркуляционной воды на выходе из пруда-охладителя определяется:

Т1вп = Tнв + δt, (1)

где, Тнв – температура наружного воздуха оС; δt – поправка, определяемая по номограмме пруда-охладителя, используя исходные данные для расчетов, оС.

Температура на выходе из конденсатора:

Т2вп = Т1вп + Δtцв, (2)

где Δtцв – нагрев циркуляционной воды в конденсаторе, оС.

Анализ схем охлаждения циркуляционной воды

На рис. 1 приведены три схемы охлаждения циркуляционной воды: в пруде охладителе; в пруде охладителе и градирни при последовательном их включении; в пруде охладителе и градирни при параллельном их включении.

Принцип работы модернизированной схемы №2 (рис. 1 б) заключается в том, что часть циркуляционной воды в количестве αгр) на выходе из конденсатора последовательно охлаждается в градирне и в пруде охладителе. После чего смешения потоков вода поступает в конденсатор турбины. При этом параметры циркуляционной воды на входе в пруд-охладитель будут ниже, тем самым уменьшая показатель Δt который прямопропорционально влияет на поправку δt.

missing image file

а - схема №1

б - схема №2

в - схема №3

Рис. 1. Схемы технического водоснабжения при охлаждении циркуляционной воды: а – в пруде охладителе; б – в пруде охладителе и градирни при последовательном их включении; в – в пруде охладителе и градирни при параллельном их включении

В схеме №3 (рис. 1 в) главное отличие от предыдущей заключается в том, что точка смешения находится непосредственно перед конденсатором. Вода с градирни не проходит через пруд-охладитель, что позволяет при том же значении fуд существенно снизить общую площадь зеркала пруда-охладителя.

Для корректного сравнения схем следующие значения примем постоянными:

qг = 10 м3/(м2/сут) – плотность орошения в градирни; fуд= 1,6 м2/(м3/сут) – удельная плотность пруда-охладителя; Δtцв = 10 oC; αгр = 60% от Gцв – количество воды, проходящей через градирню.

Для схемы №1 по представленной выше методике определены температуры воды на входе и выходе из пруда охладителя в зависимости от температуры наружного воздуха. Результаты расчета приведены в табл. 1.

Таблица 1

Параметры воды в схеме №1

Месяц

Тнв, С

δt, С

Т1вп, С

Т2вп, С

Апрель

8,2

8,8

17

27

Май

15,8

6,7

22,5

32,5

Июнь

20,5

5,2

25,7

35,7

Июль

22,5

5

27,5

37,5

Август

20,3

5,1

25,4

35,4

Сентябрь

14,2

6,5

20,7

30,7

Октябрь

6,5

9,2

15,7

25,7

Оценка эффективности схем с градирней

Оценка эффективности схем с градирней проводится по следующей методике: расчет начинается с определения параметров циркуляционной воды на выходе из градирни, затем считаются параметры в точке смешения, определяется новое значение Δt и пересчитывается температура циркуляционной воды на выходе из пруда-охладителя:

1. Определяются параметры воды на выходе из градирни:

tгр = T + 0,5∙Vветра, (3)

где Т – температура по номограмме градирни, находится по начальным данным для расчета; 0,5∙Vветра – поправка на скорость ветра.

2. Рассчитаются параметры воды после точки смешения, на входе в пруд-охладитель. Для этого составим тепловой баланс точки смешения:

hгр∙αгр + hп ∙ (α - αгр) = α ∙ hсм=

0,6 ∙hгр + 0,4 ∙ hп = 1 ∙ hсм (4)

Значения энтальпии определяем по температуре и заданному давлению циркуляционной воды. По полученному hсм и Pц.в. определяем температуру воды tсм. на входе в пруд-охладитель.

3. Для пруда-охладителя в каждом месяце рассчитается новое значение нагрева воды в конденсаторе: Δt’ = tсм - tп

4. Рассчитается температура на выходе из пруда охладителя в каждом месяце для новых значений Δt’: Т= tнв + δt’

Так как параметры воды на входе в градирню и сами градирни одинаковые, то значения Тгр и hгр для схем №2 и №3 будут одинаковыми.

В табл. 2 приведены параметры циркуляционной воды для схем №2 и №3 в зависимости от температуры наружного воздуха.

Таблица 2

Параметры воды для схем №2 и №3

Месяц

Тп, С

Тсм,, С

Δt’, C

δt', С

Т, С

Апрель

17

26,4

9,4

8,5

16,7

Май

22,5

30,48

8

5,5

21,3

Июнь

25,7

33

7,3

3,1

23,6

Июль

27,5

34,2

6,7

2,8

25,3

Август

25,4

32,8

7,4

3,7

24

Сентябрь

20,7

29,6

8,9

5,8

20

Октябрь

15,7

25,65

9,9

9,1

15,6

В табл. 3, 4 приведены параметры циркуляционной воды отдельно для схем №2 и №3 соответственно в зависимости от температуры наружного воздуха.

Таблица 3

Расчетные параметры схемы №2

Месяц

T, С

Tгр, С

hгр, кДж/кг

hп, кДж/кг

hсм, кДж/кг

Tсм, С

Апрель

24,5

26

109,5

113,7

111,2

26,4

Май

27,7

29,1

122,5

136,7

128,2

30,48

Июнь

29,9

31,3

131,7

149,5

138,8

33

Июль

30,6

32

134,6

157,6

143,8

34,2

Август

29,9

31,1

130,9

148,8

138

32,8

Сентябрь

27,5

28,8

121,3

129,2

124,5

29,6

Октябрь

24,1

25,6

107,9

108,3

108

25,65

Таблица 4

Расчетные параметры схемы №3

Месяц

Tгр, С

hгр, кДж/кг

Tп, С

hп, кДж/кг

hсм, кДж/кг

Tсм, С

Апрель

26

109,5

17

72

94,5

22,4

Май

29,1

122,5

22,5

95

111,6

26,5

Июнь

31,3

131,7

25,7

108,3

122,34

29

Июль

32

134,6

27,5

116

127,16

30,2

Август

31,1

130,9

25,4

107

121

28,8

Сентябрь

28,8

121,3

20,7

87,4

107,74

25,6

Октябрь

25,6

107,9

15,7

66,5

91,34

21,7

Определены параметры в конденсаторе для получившихся значений температуры циркуляционной воды. Для этого принят недогрев воды в конденсаторе до температуры насыщения греющего пара – Δtк = 5 С. Температура насыщения в конденсаторе составит:

tк = t + Δtк. (5)

Результаты расчета представлены в табл. 5 и на рис. 1.

Таблица 5

Температура насыщения в конденсаторе

Месяц

Апрель

Май

Июнь

Июль

Август

Сентябрь

Октябрь

tк, схема №1, оС

22

27,5

30,7

32,5

30,4

25,7

20,7

tк, схема №2, оС

21,7

26,3

28,6

30,3

29

25

20,6

tк, схема №3, оС

27,4

31,5

34

35,2

33,8

30,6

26,7

Как видно из табл. 5 и рис. 1 более глубокое охлаждение воды происходит в схеме № 2. Снижение температуры охлаждающей воды увеличивает вакуум в конденсаторе паровой турбины, что способствует выработке дополнительной электрической мощности в последнем отсеке турбины.

missing image file

Рис. 1. Параметры насыщения пара в конденсаторе

Расчет мощности в последнем отсеке турбины проведен исходя из условия, что пар в последнем отсеке турбины влажный со степенью сухости = 87,55. Результаты расчета мощности в последнем отсеке турбины представлены в табл. 6.

Таблица 6

Расход пара, энтальпии и электрическая мощность в последнем отсеке турбины

Месяц

Апрель

Май

Июнь

Июль

Август

Сентябрь

Октябрь

Расход пара, D

893,5

893,5

893,5

893,5

893,5

893,5

893,5

Н7, кДж/кг

2388

2388

2388

2388

2388

2388

2388

Hк схема №1,кДж/кг

2236

2248

2254,5

2258,3

2254

2244

2233,5

Hк схема №2,кДж/кг

2235,7

2245,3

2250,1

2253,6

2251

2242,5

2233,2

Hк схема №3,кДж/кг

2247,5

2256,2

2261,5

2264

2259,7

2254,3

2246,2

N схема №1, кВт

135812

125090

119282,25

115887

119729

128664

138045,8

N схема №2, кВт

136080,05

127502,5

123213,65

120086,4

122409,5

130004,2

138313,8

N схема №3, кВт

125536,75

117763,3

113027,75

110794

114636,05

119460,9

126698,3

Оценивается прирост мощности в схеме №2 (как наиболее эффективной) по сравнению со схемой №1 по формуле: δN =Nсхема №2– Nсхема №1. Результаты представлены в табл. 7.

Таблица 7

Прирост электрической мощности в схеме модернизации

Прирост мощности, кВт/час

268,05

2412,45

3931,4

4199,45

2680,5

1340,25

268,05

Выработка эл. энер.за месяц, кВт

192996

1794863

2830608

3124391

1994292

964980

199429,2

Прибыль, млн. руб.

0,154397

1,43589

2,264486

2,499513

1,595434

0,771984

0,159543

Проведен экономический анализ целесообразности модернизации системы технического водоснабжения по схеме №2.

Для расчета используется формула для чистого дисконтированного дохода:

5tech34.eps (6)

где К – капиталовложения, млн. руб.; Т – срок модернизации, три года; срок полезного использования – двенадцать лет (Ен = 0,12).

Дисконтированные капиталовложения определяются по формуле:

missing image file (7)

Rt – доход от реализации электроэнергии; Зt – затраты при эксплуатации, определяются по формуле: Зt = Иt - Иам,

где, Иt – затраты связанные с эксплуатацией градирни; Иам – амортизационные издержки, которые определяются: Иам = (1/СПИ)∙К.

Результаты расчета представлены в табл. 8.

Таблица 8

Технико-экономические показатели модернизации технического водоснабжения по схеме №2

Шаг расчета

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Капвложения, млн. руб.

5

5

5

                       

Доход млн.руб.

     

8,881

9,071

10,19

10,63

10,78

10,81

10,85

10,85

10,85

10,85

10,85

10,85

Затраты млн.руб.

     

0,25

0,223

0,199

0,177

0,158

0,141

0,126

0,113

0,101

0,090

0,080

0,071

Накопленный ЧДД, млн. руб.

-0,025

-13,3

-18,

-0,26

-0,42

8,576

19,03

29,66

40,33

51,05

61,79

72,55

83,31

94,09

104,8

Графическое определение срока окупаемости представлено на рис. 2. Срок окупаемости схемы модернизации составляет 5 лет.

missing image file

Рис. 2. Определение срока окупаемости при модернизации по схеме №2

Выводы

Произведена оценка эффективности схем оборотного водоснабжения АЭС с реакторами ВВЭР-1000: стандартной схемы охлаждения циркуляционной воды с прудом – охладителем и схем с последовательным и параллельным включением градирни и пруда охладителя в системе охлаждения циркуляционной воды. Доказана экономическая целесообразность модернизации системы технического водоснабжения по схеме последовательного включения пруда охладителя и градирни.


Библиографическая ссылка

Ростунцова И.А., Шевченко Н.Ю. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СХЕМ МОДЕРНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ АЭС // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 9-4. – С. 612-617;
URL: http://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=7557 (дата обращения: 25.02.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074