Возможности повышения эффективности атомного теплоснабжения за счет применения теплового насоса.

 

И.С. Радовский, А.И. Солдатов

 

Московский инженерно-физический институт (Государственный Университет)

 

В общем энергетическом балансе страны на отопление и технологическое тепло низкого потенциала приходится около 35% потребляемой энергии. Поэтому и в связи с наблюдающимся глобальным потеплением климата становится актуальным развитие атомного теплоснабжения, не сопровождающегося выбросом парниковых газов.

В настоящее время атомное теплоснабжение предполагается осуществлять от АСТ, для которых разработана специальная конструкция водо-водяного реактора. Тепловая мощность, передаваемая от АСТ в теплосеть, меньше тепловой мощности реактора на величину потерь в окружающую среду от трубопроводов и теплообменников в трех контурах станции. которые тем больше, чем дальше располагается первый контур с реактором от объекта теплоснабжения.

В данной работе рассматривается возможность и преимущества атомного теплоснабжения не от АСТ, а от теплонасосной установки, получающей электроэнергию от обычной АЭС.

В такой атомной теплонасосной станции теплоснабжения (АТНСТ) имеет место следующая цепочка преобразования энергии. Тепловая мощность реактора преобразуется в электрическую энергию непосредственно на АЭС, которая может располагаться вдали от объектов теплоснабжения. Электроэнергия от АЭС, передаваемая по проводам к теплонасосной установке, находящейся в непосредственной близости от объекта теплоснабжения, приводи в действие тепловой насос, который “перекачивает” тепло из окружающей среды (например, из близлежащего водоема) в теплосеть. Кроме этого, электрическая мощность, приводящая в действие тепловой насос, полностью превращается в тепловую и тоже передается в тепловую сеть. В результате суммарная тепловая мощность, передаваемая в теплосеть, оказывается не только не меньше, но даже значительно больше, чем тепловая мощность реактора АЭС, запустившая всю эту цепочку преобразований. Происходит трансформация теплоты с понижением, в конечном счете, ее потенциала, что обязательно сопровождается увеличением ее количества. Таким образом, при теплоснабжении от АТНСТ затраты на топливо могут быть значительно меньше, чем при снабжении от АСТ.

Снижение топливных затрат в результате применения теплового насоса можно характеризовать коэффициентом экономии топлива y, представляющим собой отношение тепловой мощности, передаваемой тепловым насосом в теплосеть, к тепловой мощности реактора АЭС:

Величина y зависит в основном от трех параметров: температуры окружающей среды (воды в водоеме), температуры воды в теплосети и средней температуры рабочего тела при подводе к нему тепла в паротурбинном цикле АЭС. Для получения аналитического вида этой зависимости с учетом потерь из-за необратимости, воспользуемся известным соотношением между электрической мощностью, отдаваемой АЭС потребителю (в нашем случае тепловому насосу), и тепловой мощностью реактора: hнетто – КПД АЭС нетто;

 
 

 

 

 


Представленная формула учитывает необратимость преобразования энергии как в тепловом насосе (коэффициент a) так и на АЭС (остальные коэффициенты) и позволяет проанализировать зависимость действующего значения y от параметров Tтc, Tпc и Tо.

При расчетах по формуле (7) для входящих в нее относительных КПД приняты реальные значения, характерные для современных паротурбинных установок АЭС. Кроме того, в соответствии с рекомендациями работы [1] принято a=0,65.

Кроме существенной экономии топлива, у АТНСТ есть и другие достоинства:

·       Возможность использования стандартного оборудования.

·       Возможность не увязывать территориально АЭС с отапливаемыми жилыми массивами.

·       АТНСТ избавляет близлежащие предприятия от проблем охлаждения технических и сбросных вод.

·       АТНСТ уменьшает локальное тепловое загрязнение окружающей среды, обусловленное работой других электростанций.

 

Литература

1. Мартыновский В.С. Циклы, схемы и характеристики термотрансформаторов. М.: “Энергия”, 1979