Article

3.1. Выбор начальных параметров пара

Во Введении отмечено, что наибольшее распространение в мире получили АЭС с водным теплоносителем. Именно такие АЭС и будут рассматриваться в качестве основного содержания данного учебника и лишь в последних главах будут рассмотрены АЭС с другими теплоносителями.

На всех современных АЭС работа, превращаемая в электроэнергию, производится в паровых турбинах. Параметры пара, поступающего на турбину, находятся в прямой зависимости от параметров теплоносителя, отличающихся для различных типов АЭС.

Для одноконтурной АЭС (см. рис. 2.2а) теплоносителем реактора является вода и пароводяная смесь. При принятом в нашей стране канальном выполнении таких реакторов и графитовом замедлителе стенки технологических каналов, выполненные из циркониевого сплава, находятся под полным давлением теплоносителя. С ростом давления в реакторе повышаются параметры пара и тепловая экономичность паровой турбины, по одновременно увеличивается толщина стенок технологических каналов. Это приводит к ухудшению нейтронно-физических характеристик реактора и может потребовать применения более обогащенного урана. Удорожание реактора в связи с большим расходом циркониевых сплавов и повышением обогащения ядерного топлива может повлиять на экономическую эффективность АЭС даже негативно, несмотря на рост термической эффективности. На основе расчетных проработок и опыта эксплуатации одноконтурных АЭС давление теплоносителя в таком реакторе в настоящее время принимается равным 7 МПа, то есть парообразование в реакторе одноконтурной АЭС отвечает температуре воды в реакторе, равной 285 ℃, соответственно начальные параметры пара перед турбиной составляют 6,5 МПа и 280 ℃.

Для двухконтурной АЭС (см. рис. 2.2б) теплоносителем является вода под давлением, которая одновременно служит

и замедлителем, циркониевые сплавы, используемые для кассет активной зоны, не испытывают перепада давлений. Это позволяет выбрать давление теплоносителя в реактора максимально возможным по условиям изготовления мощных корпусов. При современном состоянии мирового и отечественного реакторостроения таким давлением является 16 МПа. Условие однофазности теплоносителя на выходе из реактора — его недогрев до кипения. Соответственно ограничивается не только температура теплоносителя на выходе из реактора, но и температура на входе в реактор (на выходе из парогенератора), которая принимается равной 290 ℃. С учетом необходимого перепада температур в парогенераторе (между теплоносителем и пароводяной смесью) температура парообразования составляет 278 ℃, что отвечает давлению 6,4 МПа. Начальные параметры пара перед турбиной 6 МПа и 274 ℃.

Если теплоноситель для двухконтурной АЭС (см. рис. 2.2б) газообразный, то его предельная температура зависит прежде всего от теплофизических свойств. Так, для углекислого газа СО2 существуют определенные температурные ограничения; если реактор охлаждается гелием, то предельная температура теплоносителя ограничивается только стойкостью конструкционных материалов. Эти вопросы, а также выбор параметров пара перед турбиной и давления теплоносителя, которое в отличие от водного теплоносителя не связано с уровнем температуры, рассмотрены в гл. 17.

Для трехконтурной АЭС (см. рис. 2.2в) пока практически единственным теплоносителем является жидкий натрий. Его предельная температура определяется только стойкостью конструкционных материалов, а давление, как и для газового теплоносителя, не связано с уровнем температуры. Выбор параметров пара перед турбиной для трехконтурных АЭС рассмотрен в гл. 16.

Не указывая в данном параграфе конкретных значений параметров пара перед турбиной для газообразного и жидкометаллического теплоносителей, отметим, что уровень этих температур выше критической температуры воды. Соответственно выше критической температуры может быть и начальная температура пара перед турбиной. Для водного теплоносителя температура пара перед турбиной (см. выше) ниже критической. Это важное обстоятельство должно быть учтено при анализе термодинамических циклов.