Ядерная энергия (tnenergy) wrote,
Ядерная энергия
tnenergy

Category:

Ядерное тепло

Недавняя новость про китайский эксперимент по обогреву здания от ядерного реактора всколыхнула тему ядерного отопления. Сначала новость, и затем комментарий

Теплоснабжение по-китайски

ATOMINFO.RU, ОПУБЛИКОВАНО 14.12.2017



Китай провёл успешную демонстрацию бассейнового реактора малой мощности, использующегося для целей местного теплоснабжения.






На представлении проекта DHR-400, фото CNNC



Реактор 49-2

В сообщении на сайте корпорации CNNC говорится о том, что легководный бассейновый реактор, разработанный китайским институтом атомной энергии (CIAE), на протяжении 168 часов непрерывно поставлял тепло потребителям. Успех демонстрации позволил корпорации приступить к работе над проектом реактора DHR-400, предназначенного для районного теплоснабжения.

Название у демонстрационного реактора простое - реактор 49-2. Он установлен на территории пекинского комплекса CIAE. Ранее говорилось, что создание нового реактора происходило на основе устаревшего исследовательского бассейнового реактора, пущенного в 60-ые годы. Под такое описание подходит исследовательский реактор SPR IAE. Его впервые вывели на критику в 1964 году, а его мощность составляла 3,5 МВт(т).

О демонстрационном реакторе 49-2, заместившем реактор SPR IAE, пока известно немногое. Китайским журналистам разработчики установки рассказали, что в ходе своего 168-часового испытания тепло с их детища подавалось в соседние здания общей площадью около 10 тысяч квадратных метров.О мощности, на которой отработал 49-2, можно сделать предположение по кадрам из репортажа китайского телеканала CCTV. По этим кадрам видно, что мощность аппарата составила чуть более 300 кВт(т).




Кадры из репортажа CCTV со схемой технологического процесса для реактора 49-2.

Реактор DHR-400

Реактор DHR-400 (Yanlong) мощностью 400 МВт(т), разрабатываемый в CNNC в развитие проекта 49-2, сможет обеспечить теплоснабжение 20 миллионов квадратных метров помещений. В пересчёте на жильё это означает 200 тысяч трёхкомнатных квартир. Кэ Готу (Ke Goutu), генеральный конструктор DHR-400, обращает на сделанный для проекта выбор мощности особое внимание: "Насколько я знаю, в других странах для станций теплоснабжения говорят о 200 или 300 МВт(т). Идея сделать проект на 400 МВт(т) была выдвинута в Китае впервые".

Да, можно упрекнуть китайского специалиста за то, что в разговоре с журналистами он забыл о советском проекте АСТ-500. Но в любом случае, нынешний китайский проект сам по себе достаточно амбициозен. Активная зона реактора DHR-400 будет располагаться в бассейне, заполненном лёгкой водой. По размерам бассейна данные слегка разнятся, но для первого впечатления можно считать, что он будет 10 метров в диаметре и 20 метров в глубину.

Тепло от воды бассейна передаётся тепловым сетям через систему промежуточных теплообменников, что обеспечивает непопадание загрязнённой воды в городские батареи. "У реактора предусмотрены три водных бассейна, в которых в общей сложности содержится 5 тысяч тонн воды. Даже если мой реактор окажется повреждённым при цунами или землетрясении, его полное осушение произойдёт примерно через месяц, и всё это время активной зоне не будет угрожать расплавление", - заявил журналистам Кэ Готу.

Второе название реактора DHR-400 - "Yanlong". Оно перекликается с названием китайских реакторов третьего поколения "Hualong One", или "Китайских драконов". Перекличка, как поясняют в корпорации CNNC, не случайна. Реактор теплоснабжеиия тоже будет принадлежать к семейству "Драконов" (лун, long). Первый слог названия "yan" (янь) дан в честь того, что начало проекту было положено в столице царства Янь - то есть, в Пекине.


Кэ Готу, кадр из репортажа CCTV

На пути к коммерциализации

Успешная демонстрация на реакторе 49-2 означает завершение первого и переход ко второму этапу проекта в целом. На втором этапе, который начнётся, может быть, уже в конце 2018 года, корпорация CNNC намерена построить головной блок с DHR-400. Третий заключительный этап включает в себя работы по коммерциализации проекта и, в случае удачного завершения, переход к серийному строительству.

Реакторными технологиями для районного теплоснабжения в Китае интересуются с 80-ых годов, и в библиотеках можно отыскать старые китайские научные статьи на эту тему. Но о практическом применении в КНР заговорили относительно недавно. Замена угольных ТЭЦ на атомные АСТ должна помочь стране справиться с проблемой смога.

Стоимость строительства блока с DHR-400 оценивается как 1,5 миллиарда юаней (более 225 миллионов долларов), а срок сооружения составит всего три года.

С технической точки зрения, особых трудностей при создании DHR-400 не предвидится. Помимо всего прочего, низкие параметры реакторной установки являются серьёзным аргументом в пользу её безопасности. Несмотря на это, проблема общественной приемлемости стоит перед DHR-400 в полный рост, ведь такие реакторы придётся устанавливать в непосредственной близости к жилым кварталам.

Кроме того, для серийного строительства атомщикам придётся обеспечить хорошие экономические показатели. В корпорации CNNC рассчитывают, что 1 ГДж тепла от DHR-400 будет стоить порядка 30-40 юаней, что позволит реакторам конкурировать с газовыми станциями. Но как обычно, у бумажных прогнозов неопределённость велика, и реальные экономические показатели DHR-400 можно будет попробовать спрогнозировать только после пуска головного блока.


===

Отопление - это второй после генерации электроэнергии потребитель первичной энергии, если смотреть на общемировую статистику, на это уходит до 20% всей первичной энергии. В России, скажем, промышленное производство низкопотенциального тепла - порядка 1,3 миллиарда гигакалорий (5 эксаджоулей) в год, это рынок объемом ~1,7 триллиона рублей.



Разумеется, мысль энергетиков  не могла пройти мимо такого значительного применения атомной энергетики, как отопление. Для обеспечения этих 5 петаджоулей понадобилось бы ~58 тонн U235 или ~10000 тонн природного урана в год, примерно в три раза больше всего объема атомной энергетики в России сегодня. Однако эти 10000 тонн заменяют ~120 миллионов тонн газа или мазута - в общем какого-то довольно высококалорийного ископаемого топлива.

Первый опыт отопления ядерным реактором относится к первым реакторам - наработчикам оружейного плутония на "Маяке" (где, впрочем, обогревали здания самого комбината) и "Горно-химическом комбинате" в Железногорске, где от этих реакторов грелся целый город работников ГХК. Затем этот опыт был повторен на некоторых экспериментальных установках (например исследовательский быстрый реактор БОР-60 является источником отопительного тепла) и в городах-спутниках больших АЭС (Курчатов, Сосновый Бор, Балаково и др.). Однако все это были примеры очень небольшого по масштабам использования тепла. Для масштаба нужны были специально спроектированные атомные теплоцентрали.


Реакторный зал заброшенной и недостроенной атомной станции теплоснабжения в Нижнем Новгороде.

И вот в середине 70х годов в СССР появляется программа разработки и строительства в крупных городах атомных станций теплоснабжения (АСТ) с 500-мегаваттными (по теплу, это 1/6 от ВВЭР-1000) реакторами. Реакторы были довольно красиво спроектированы:


  • Интегральная схема, когда тепло во второый контур забирается прямо из корпуса реактора, при это планировалась естественная циркуляция первого контура, без насосов. Давление первого контура 16 атмосфер, максимальная температура теплоносителя 200 С.

  • Идея дожигания отработанного топлива ВВЭР-1000 - относительно короткая кампания и низкая температура (=высокая плотность) воды позволяла проворачивать такой трюк

  • Три контура, из которых первый - это сам реактор, второй, промежуточный, с высоким давлением воды, и третий - отопительный. В случае течей наличие промежуточного контура с высоким давлением обеспечивало изоляцию сетей отопления от радиоактивного первого контура.

  • Отдачу горячей воды с температурой 150 С, что позволяло передавать тепло на расстояние до 30 км.



Некоторые из этих пунктов мне кажутся настолько очевидно правильными решениями, что странно, что они не скопированы в китайском DHR-400. Из минусов АСТ-500 можно назвать разве что проблемы с маневрированием мощностью, которая характерна и для тепловой генерации, хотя и не с такой скоростью, как для электроэнергетики. В частности, в Нижнем предполагалось строительство еще и пиковых котельных на газе для маневрирования выдаваемой мощностью.

Было начато строительство АСТ-500 как минимум в трех городах (Нижний Новгород, Воронеж, Минск), и даже доведено до монтажа оборудования, однако чернобыльская авария и последовавший всплеск радиофобии прервали эту программу.


Крышка реактора АСТ-500. Вообще весь репортаж здесь

Теперь вот эту тему двигают китайцы.

Что бы закончить эту тему, подниму еще один дискуссионный вопрос. Раз уж мир идет к безкарбоновому будущему, то необходимо обратить внимание и на отопление. Если сегодня фокус борьбы с выбросами СО2 направлен на производство электроэнергии с помощью ВИЭ, где в целом они постепенно приближаются по выравненной стоимости электроэнергии к разумным цифрам, то в случае тепла все гораздо запутаннее. С одной стороны сжигание ископаемых топлив и ядерная энергия первично - это именно тепло, и стоимость этого тепла за джоуль получается сильно ниже, чем стоимость джоуля электроэнергии от солнечных батарей и ветряков, т.е. впрямую ВИЭ смотрятся очень бледно, когда речь идет о снижении эмиссии СО2 в отоплении. С другой стороны, теплосети могут быть аккумулятором приличного масштаба для избыточной генерации ВИЭ - совершенно необходимый элемент для машстабного внедрения последних. Мысль исследователей уже рисует подобные модели, однако мне кажется, что бюрократические государства с трудом смогут обеспечить баланс интересов в системах подобной сложности, ну я расписывал уже эту мысль.

Как не удивительно, ядерное тепло в перспективе десятков лет может стать неожиданным фаворитом для применения ядерной энергии, особенно в сочетании с некоторыми новыми вариантами ядерных реакторов - вполне себе полноценный "новый облик", избавленный от образов аварий прошлого.

Tags: Ядерная энергетика, возобновляемые источники энергии
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 312 comments
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →