Комбинирование водородных энергетических циклов с атомными электростанциями (300,00 руб.)

Стр.1

Стр.2

Стр.3

Стр.4

Стр.253

Стр.254

Стр.255

Стр.256

Стр.257

Стр.1

Стр.2

УДК 621.1+621.039 ББК 31.374+31.47 А62 Рецензенты: член-корреспондент РАН, советник РАН В.М. Батенин, доктор технических наук, профессор Ю.Е. Николаев Аминов Р.З., Байрамов А.Н. Комбинирование водородных энергетических циклов с атомными электростанциями / Р.З. Аминов, А.Н. Байрамов ; Саратовский научный центр РАН. – М. : Наука, 2016. – 254 с. – ISBN 978-5-02-039956-3. Показано, что в условиях растущей доли атомных электростанций в структуре генерирующих мощностей энергосистем и неравномерных графиков электропотребления становится экономически оправданным производство водорода на базе внепиковой электроэнергии. Изложены вопросы совершенствования циклов влажно-паровых АЭС при их комбинировании с водородными технологиями. Приведены результаты исследований по повышению безопасности АЭС за счет создания резервов питания собственных нужд на основе водорода в аварийных ситуациях с полным обесточиванием. Рассмотрены вопросы безопасного обращения с водородом. Для научных работников, специалистов, аспирантов, студентов старших курсов теплоэнергетических специальностей. ISBN 978-5-02-039956-3 © Аминов Р.З., Байрамов А.Н., 2016 © Саратовский научный центр РАН, 2016 © ФГУП “Издательство “Наука”, редакционно-издательское оформление, 2016

Стр.3

ПРЕДИСЛОВИЕ Программой развития атомной энергетики России предусмотрено существенное увеличение доли АЭС в энергосистемах Европейской части страны. В связи с этим вопросы повышения безопасности и эффективности их работы по условиям обеспечения базисной электрической нагрузкой, а также вопросы эффективного аккумулирования внепиковой электроэнергии в условиях неравномерных графиков электропотребления являются особо актуальными. Данная монография посвящена изучению этой проблемы и заключает в себе новое развитие возможных путей ее решения. Это относится к поиску путей эффективного комбинирования водородных циклов с атомными электростанциями, что создает предпосылки по обеспечению базисной нагрузкой реакторного оборудования. При этом выработанные водород и кислород за счет внепиковой электроэнергии АЭС могут использоваться как для выработки дополнительной сверхноминальной мощности на станции, так и в качестве товарной продукции. Такой подход полностью отвечает сложившейся концепции водородной энергетики в XXI в., согласно которой получение водорода и кислорода предполагается из воды с использованием атомных или возобновляемых источников энергии. В свою очередь, при окислении водорода кислородом вновь образуется вода (водяной пар). Изучение эффективности комбинирования водородного теплоэнергетического цикла с АЭС рассматривается также с позиции поиска наилучших путей по обеспечению общестанционного резерва собственных нужд станции на случай крупных системных аварий с обесточиванием. Весьма важную роль играют вопросы безопасности обращения с водородом. Кроме этого, электролизное получение водорода и кислорода сопряжено с наработкой тяжелой воды, что может рассматриваться на уровне многопродуктового энергетического производства. Глава 1 посвящена изучению состояния производства и потребления водорода в мире как на современном этапе, так и в перспективном плане. Наиболее освоенным в настоящее время является получение водорода из природных органических топлив, главным образом на основе паровой конверсии метана. Доля производства водорода методом газификации угля и из продуктов переработки нефти невелика. В перспективе предполагается значительное увеличение доли производимого водорода на базе внепиковой электроэнергии АЭС и возобновляемых источников энергии. При этом 3

Стр.4

ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие .................................................................................. Список сокращений ....................................................................... Г л а в а 1. Состояние производства и потребления водорода в мире в настоящее время и в перспективе. Варианты использования водорода в циклах теплоэнергетических установок ...... 1.1. Показатели эффективности производства водорода на основе освоенных мировой практикой технологий ............................ 1.2. Оценка эффективности производства водорода перспективными электролизными установками повышенной мощности................................................................................................ 1.3. Сравнение эффективности производства водорода электролизным методом с альтернативными вариантами, освоенными в мировой практике .............................................................. 1.4. Возможность получения тяжелой воды на базе электролиза .............................................................................................. 1.5. Варианты использования водорода в циклах теплоэнергетических установок ........................................................................ Г л а в а 2. Научные основы построения водородного теплоэнергетического цикла в комбинировании с атомной электрической станцией ......................................................................................... 2.1. Предпосылки необходимости развития водородных технологий на базе внепиковой электроэнергии .................................. 2.2. Обоснование режимной целесообразности аккумулирования ночной внепиковой электроэнергии ................................ 2.3. Схемно-параметрические решения комбинирования водородного энергокомплекса и АЭС .............................................. 2.4. Обоснование технических решений и способов хранения водорода и кислорода в условиях суточного цикла .................... 2.5. Системы сжигания водорода в кислородой среде с образованием высокотемпературного водяного пара ............................ 252 3 6 7 15 21 30 33 35 46 46 51 60 68 92

Стр.253

2.6. Методические основы оценки и обоснования эффективности использования водорода в паротурбинном цикле атомной станции ................................................................................ 102 2.7. Обоснование эффективного варианта использования подведенной теплоты водородного топлива во влажно-паровом цикле АЭС ................................................................................... 125 Гл а в а 3. Учет свойств диссоциации водяного пара в процессах окисления водорода кислородом ................................................... 129 3.1. Cвойства диссоциированного водяного пара .......................... 129 3.2. Анализ термодинамических параметров состояния диссоциированного водяного пара ........................................................ 139 Г л а в а 4. Конкурентная эффективность водородного энергетического комплекса ......................................................................... 155 4.1. Исследование конкурентной эффективности водородного энергетического комплекса с альтернативными системами аккумулирования энергии ........................................................ 155 4.2. Исследование эффективности и конкурентоспособности электрохимического водородного цикла ................................. 173 Г л а в а 5. Разработка путей повышения безопасности АЭС за счет резервирования собственных нужд ....................................... 190 5.1. Современное состояние и направления обеспечения безопасности энергоблоков АЭС с ВВЭР в условиях крупных системных аварий ...................................................................... 191 5.2. Анализ работоспособности системы резервирования собственных нужд АЭС на основе водородного цикла в условиях полного обесточивания ........................................................ 198 5.3. Методика оценки снижения вероятности крупных аварий на АЭС при полном обесточивании .............................................. 206 5.4. Экономическое обоснование использования резервирования собственных нужд АЭС на основе водородного цикла .......... 210 Гл а в а 6. Вопросы повышения безопасности обращения с водородом на АЭС ................................................................................. 213 6.1. Взрывопожаробезопасность на АЭС с водородной надстройкой ............................................................................................... 213 6.2. Краткое описание наиболее известных взрывов на АЭС. Нормативные документы по их предотвращению .................. 218 6.3. Приближенная оценка вероятности аварий и взрывопожаробезопасности элементов и узлов, расположенных вне главного корпуса АЭС с водородной надстройкой ............................. 220 6.4. Рекомендации по применению схем удаления радиолитического водорода на опыте АЭС с РБМК и ВВЭР ........................ 228 253

Стр.254

6.5. Методы и химические средства дожигания водорода на АЭС с водородными надстройками .................................................. 232 6.6. Рекомбинаторы водорода РВК-500 и РВК-1000........................ 235 Заключение .................................................................................... 237 Приложение ................................................................................... 238 Литература..................................................................................... 241

Стр.255

Научное издание АМИНОВ Рашид Зарифович БАЙРАМОВ Артем Николаевич КОМБИНИРОВАНИЕ ВОДОРОДНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЦИКЛОВ С АТОМНЫМИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯМИ Утверждено к печати Ученым советом Саратовского научного центра Российской академии наук Редактор Т.А. Николаева Художник В.Ю. Яковлев Корректоры А.Б. Васильев, Р.В. Молоканова, Т.А. Печко, Е.Л. Сысоева, Т.И. Шеповалова

Стр.256

Подписано к печати 05.12.2016 Формат 70 Ч 100 1/16. Гарнитура Ньютон Печать офсетная Усл.печ.л. 20,8. Усл.кр.-отт. 21,5. Уч.-изд.л. 19,5 Тип. зак. ФГУП Издательство «Наука» 117997, Москва, Профсоюзная ул., 90 E-mail: secret@naukaran.com www.naukaran.com ФГУП Издательство «Наука» (Типография «Наука») 121099, Москва, Шубинский пер., 6

Стр.257