Ученые ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова под руководством академик РАН В.М. Пашина разработали автономный универсальный энергетический источник на основе ядерной энергии, способный обеспечить потребности территории в электричестве, теплоте и горючим (водороде и кислороде) для двигателей. В проекте предполагается использовать подземную атомную теплоэлектростанцию (ПАТЭС) на базе корабельных реакторных установок.
При этом будут внедрятся отработанные десятилетиями судостроительные технологии, что позволит не только снизить капитальные затраты на создание ПАТЭС, но и повысит надёжность и безопасность оборудования. Подземная атомная электростанция является экологически чистой станцией, поскольку всё её потенциально опасное оборудование размещается под землёй. Подземное размещение станции (на базе построенных во времена Советского Союза скальных (подземных) укрытий для атомных ПЛ) делает её также практически неуязвимой для террористов-диверсантов и для воздействия техногенных факторов. По всем экономическим показателям, как показывают расчеты, она рентабельна, начиная с крупного районного центра, вроде Выборга или Гатчины.
Предлагаемая в работе конструкция ядерного парогенерирующего агрегата- моноблочного типа, что повышает безопасность в аварийных ситуациях, поскольку исключает наличие в корпусе отверстий большого диаметра. Средствами циркуляции теплоносителя в ядерном реакторе служат пароводяные (двухфазные) струйные аппараты, использующие эффект тепловой компрессии при конденсации водяного пара.
Самозапускаемые аппараты легко переходят с одного режима работы на другой и не требуют в эксплуатации дополнительных затрат электрической энергии, как это имело бы место при использовании циркуляционных насосов. Кроме того, простота конструкции аппаратов даёт основание полагать, что их стоимость будет существенно ниже, чем у циркуляционного насоса первого контура. Установка с ядерным парогенерирующим агрегатом может обслуживаться пассивными средствами отвода тепла с использованием всё тех же пароводяных струйных аппаратов, что также должно повысить её надёжность и безопасность.
Энергетическая система должна удовлетворять потребности в электроэнергии и теплоте того района, который она обслуживает.
Характер потребления энергии с некоторой долей условности можно разделить на три категории:
— базовая нагрузка в основном постоянная, складывается из потребления энергии предприятиями с непрерывным технологическим процессом, а также постоянной составляющей бытового сектора, связанной прежде всего с отоплением зданий;
— полупиковая нагрузка обычно суммируется из той части потребляемой энергии, которая не уравновешивается ночными нагрузками и связана с энергией, потребляемой предприятиями, работающими в дневное время суток;
— пиковая нагрузка требуется в течении незначительного времени суток и связана в основном с вечерним или утренним максимумом потребления энергии в бытовом секторе (освещение, нагревательные приборы, кондиционеры, транспорт и т.д.).
Можно предположить, что в перспективе неравномерность нагрузки будет увеличиваться, что связано с повышением комфортабельности жизни и труда, увеличением доли использования электроэнергии в сельском хозяйстве и ростом числа потребителей, отключающихся в выходные дни.
Схема подземной атомной теплоэлектростанции на базе корабельных реакторных установок:
Ядерный реактор моноблочного типа вырабатывает перегретый пар необходимых параметров, который совершает механическую работу в турбогенераторной установке. Часть электроэнергии идёт на собственные нужды ПАТЭС и поступает к потребителям (базовый населённый пункт), а другая часть электроэнергии идёт на электролизёр и служит для получения водорода и кислорода из воды.
Система теплоснабжения в общем комплексе ПАТЭС кроме функции подачи теплоты к потребителям должна обеспечивать электролизёр дистиллятом, а следовательно иметь в своём составе испарительную установку, которую необходимо включить в обогреваемый контур основного сетевого теплообменника.
С целью повышения экономичности всего топливного цикла ПАТЭС в неё может быть дополнительно включен контур утилизации низкопотенциальной теплоты. В качестве генератора энергии в этом контуре предлагается использовть тепловой двигатель с термомеханической памятью формы. Как известно, этот тип теплового двигателя относится к области двигателей с твёрдым рабочим телом. В этом двигателе низкотемпературная тепловая энергия преобразуется в механическую энергию за счет твёрдого рабочего тела с термомеханической памятью формы, например никелида титана.
Участки твёрдого рабочего тела последовательно и непрерывно поступают в нагреватель и испаритель. В охладителе материал твёрдого рабочего тела претерпевает прямое мартенситное превращение с образованием мартенсита деформации за счет удлинения рабочего элемента. В нагревателе за счет обратного превращения происходит возврат деформации и развивается усилие, приводящее двигатель во вращение.
В качестве рабочего тела в контуре утилизации низкопотенциальной теплоты могут быть использованы низкокипящие рабочие тела (этанол, хладон, …), что даёт возможность реализовать достаточно большое количество схем передачи энергии.
Литература:
1. А.Н.Дядик, В.В.Замуков, В.А.Дядик. Корабельные воздухонезависимые энергетические установки.- СПб.: Судостроение, 2006.
2. «Морской журнал», № 3 (184), 2004 г.
