Работа НОУ по физике

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ

АДМИНИСТРАЦИЯ ГОРОДА НИЖНЕГО НОВГОРОДА

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 64

Решение проблемы энергоснабжения

Районов Крайнего Севера с помощью АСММ.

Выполнила:

Ученица 10 «А» класса

Викулова Ангелина

Руководитель:

Заслуженный учитель РФ

Гурьяшкина Нина Алексеевна

г. Нижний Новгород

2020 год

1. Введение………………………………………………………………3

2. Описание………………………………………………………...……5

3. Реактор………………………………………………………………..7

4. Основные проектные положения…………………………………...9

5. Вопросы безопасности………………………………………………11

6. Экологичность……………………………………………………….13

   1. Общие положения……………………………………...…………...13

6.2 Недостатки ТЭС………...…………………………………………..14

6.3 Сравнение ТЭС и АЭС……………………………………………..15

7. Рентабельность АСММ……………………………………………...16

8. Заключение…………………………………………………………...18

9. Список используемой литературы………………………………….19

1.Ведение

В настоящее время - около 70% России с постоянно проживающим населением около 10млн. человек не получает энергию по системе централизованного энергоснабжения. Среди них районы Крайнего Севера и приравненные к ним территории. Всего 14 краев и областей, 6 республик, 10 автономных округов.

Остро стоит проблема надежного и качественного энергообеспечения Республики Саха. В этих местах имеются огромные запасы ртути, золота, серебра, алмазов, основные месторождения дефицитных марганцевых, и хромитовых и титановых руд. По ряду оценок общая стоимость запасов минерального сырья недр данного региона оценивается в 1,5-2,0 трлн.$. Однако степень их разведанности и уровень освоения ничтожно малы и не соответствуют перспективным возможностям макрорегиона

Президент России В.В. Путин в своем Послании Федеральному Собранию 2005г., на совещании по вопросам о состоянии и перспективах развития золотодобывающей отрасли от 22.11.2005г., на совещание по вопросам социально - экономического развития Республики Саха (Якутия) от 06.01.2006 г. отмечал необходимость опережающего развития транспортной и энергетической инфраструктуры дальневосточного региона, указав при этом на перспективность использования ядерной энергетики. А именно решением этой проблемы могут послужить атомные станции малой мощности (АСММ).

3

АСММ подразделяется на несколько видов:

• Атомные электростанции (АЭС)

• Атомные теплоцентрали (АТЭЦ)

• Атомные теплоэлектростанции (АТЭС)

Плавучие

Наземные

Целью данной работы являлось рассмотрение АТЭС плавучего типа

4

2. Описание

Атомная теплоэлектростанция на базе плавучего энергетического блока с реакторными установками АБВ предназначена для выработки и выдачи

потребителям тепла и электроэнергии (рис.1)

Рис.1 Атомная теплоэлектростанция на базе плавучего энергоблока

В состав комплекса ПАТЭС входят: плавучий энергоблок (ПЭБ), гидротехнические сооружения (специальный причал для установки ПЭБ подводный котлован), береговая часть - береговые сооружения предназначенные для обеспечения технологического цикла передачи электрической и тепловой энергии с ПЭБ в береговые сети. Акватория для размещения ПЭБ с гидротехническими сооружениями АТЭС ММ составляет -1,0 га, береговая часть площадки АТЭМ ММ, на которой расположены береговые здания и сооружения, занимает - 0,6га. ПЭБ – гладкопалубное, несамоходное судно стоечного типа с развитой надстройкой, в кормовой и средней частях корпуса и надстройки располагается энергетическое оборудование, а в носовой части надстройки блок жилых и служебно-бытовых помещений. В пределах плавучего энергоблока (ПЭБ) расположены ядерный энергетические установки и все системы обращения с ядерным топливом и радиоактивными средами. Плавучий энергетический блок обеспечивает мощность до 16 МВт(э) при работе в конденсаторном режиме и мощность до 12 МВт(э) с отпуском тепла до 20 Гкал/ч при работе в теплофикационном режиме. На ПЭБ размещены две реакторные установки АБВ-6М.

5

Используемая в ПЭБ паротурбинная установка включает в себя два турбогенератора мощностью по 8 МВт каждый;

Турбина турбогенератора - с регулируемым отбором пара.

Назначенный срок службы ПЭБ составляет около 40 лет с ежегодным техническим обслуживанием и текущим ремонтом отдельного оборудования, которые выполняются без вывода ПЭБ из эксплуатации и средним ремонтом через 10-12 лет эксплуатации.

ПЭБ доставляется(перегоняется) к месту эксплуатации полностью укомплектованным, с ядерным топливом в реакторах. Предусмотрен вахтовый метод обслуживания ПЭБ по типу атомных ледоколов с периодичностью замена персонала через 4 месяца. Проживание персонала (58 чел.) предусмотрено на борту ПЭБ.

Характеристики ПАТЭС приведены в таблице(таб.1)

Таб.1 Характеристика ПАЭМ с РУ АБВ-6М

6

3. Реактор

Реакторная установка малой мощности типа АБВ предназначена для выработки пара в составе автономных компактных энергоблоков в районах Арктики, Крайнего Севера и Дальнего Востока для целей снабжения электроэнергией, отопление промышленных предприятий и жилых поселков. Реакторные установки АБВ могут быть использованы для опреснения морской воды, снабжение потребителей паром и горячей водой, а также могут быть использованы в качестве энергоисточника транспортных установок.

РУ типа АБВ- эта компактная установка, отличительной особенностью которой является размещение активной зоны и парогенератора в корпусе интегрального водо-водяного реактора естественной циркуляции теплоносителя первого контура. Данная установка может устанавливаться как на наземные, так и на плавучей атомной станции. Основные технические характеристики реакторной установки АБВ-6М приведены в таблице (таб.2)

Таб.2 Характеристики атомной установки АБВ-6М

*Для обеспечения более высокого КПД и повышения мощности установки желательно иметь воду при температуре -170С.

Основное оборудование реакторной установки находится на баке металло-водной защиты в единый парогинерирующий блок (рис.2)

7

1. Привод СУЗ

2. Реактор

3. Компенсатор давления.

4. Бак металло-водной защиты

5. Ионообменный фильтр.

6. Холодильник системы очистки

и расхолаживания.

1. Насос системы очистки и расхолаживания.

2. Арматура

Рис.2 Парогенерирующий блок

8

4. Основные проектные положения

При разработке РУ АБВ использованы наиболее изученные, технически освоенные конструктивные решения и технологии реакторов ВВ ЭР, а также

атомных ледоколов, работоспособность которых поддержала многолетним опытом успешной эксплуатации. Реакторные установки атомных ледоколов набрали безаварийно около220 реакторо-лет. На базе унифицирования возможно создать как наземную, так и плавучую АЭС. При создание наземного энергоблока на судостроительный завод доставляется реакторная установка как показано ниже

Рис.3 Доставка на судостроительный завод

Плавучий энергоблок к месту эксплуатации доставляется в готовом виде.

По оценке Нижегородского отделения ”Спецтижавтотранс”, специализированной организации по транспортировке крупногабаритных и тяжеловесных грузов, модули для плавучей АЭТ могут быть доставлены к месту строительства железнодорожными или водным транспортом (рис4).

АЭС размещается на несамоходном судне, монтируется и испытывается на судостроительном заводе, после чего буксируется к месту базирования, стыкуется с береговыми коммуникациями и вводится в эксплуатацию.

Рис.4 Доставка к месту эксплуатации плавучего энергоблока

9

Готовый модуль загружают в реакторный отсек(рис.5)

10

5. Вопросы безопасности

Одна из основных идей, реализованных в проекте РУ АБВ- создания высоконадежной ядерной энергетической установки (ЯЭУ) повышенной безопасности.

В установке получила дальнейшее развитие целостная концепция безопасности ЯЭУ, последовательно реализованная в проектах судовой РУ КЛТ-40 и стационарный РУ АСТ-500.

Придание РУ АБВ свой с повышенной безопасности осуществлено по двум

направлениям:

* всемирное развитие внутренней защищенности установки;

* создание глубокоэшелонированной систему функциональной и физической защиты (защиты в глубину).

Повышенная надежность и безопасность РУ АБВ обеспечивается:

1 Внутренней защищенностью реактора за счет отрицательных коэффициентов реактивности (мощностного, парового, температурного по топливу и теплоносителю) во всем диапазоне изменение параметров реактора.

2 Всережимной естественной циркуляции теплоносителя по контуру - охлаждение активной зоны.

3 Пассивным принципам функционирования системы аварийного расхолаживания, достаточным интервалом времени, течение которого обеспечивается поддержание РУ в безопасном состоянии без вмешательства оператора.

4 Резервированием элементов и систем безопасности, использованием систем безопасности различного принципа действия.

5 «Самоходом» рабочих органов СУЗ при движении вниз из любого положения при обесточивании приводов СУЗ, конструкций зоны при разгерметизации стоек или корпуса исполнительного механизма СУЗ.

6 Широким использованием срабатывающих устройств для инициирования

11

введения в действие систем безопасности (в том числе и для глушения

реактора) при отклонении параметров технологического процесса РУ за установленные пределы.

7 Низкой теплонапряженностью активной зоны, повышенным запасом до кризиса теплообмена, саморегулированием расхода теплоносителя через ТВС, что обеспечивает высокую работоспособность активной зоны в нормальных и аварийных режимах.

8 Большой теплоаккумулирующей способностью реактора.

9 Интегральным использованием реактора, минимизацией проходок с расположением их не только в верхней части корпуса реактора, большим количеством воды над активной зоной, малым флюенсом на корпус реактора.

10 Защитной оболочкой- корпусом реакторного модуля, рассчитанной на внутреннее давление, возникающее при максимальной проектной аварии.

11 Гарантированной защитой потребителей тепла за счет использования трехконтурной системы с барьером по давлению, исключающей выход активности в тепловую сеть.

12 Использованием принципов предупреждения эксплуатационных аварий, перевода их на пути безопасного развития:

* Обеспечение периодических проверок оборудования и систем, важных для безопасности;

* Диагностирование технического состояния оборудования РУ;

*Высокая квалификация персонала, средствами оперативной информационной поддержки оператора, обучением персонала действиям в аварийных ситуациях на компьютерных тренажерах;

Простота контура циркуляции, каналов расхолаживания, ясность и изученность теплофизических процессов обеспечивают доверие к выбранной конструкции.

12

6. Экологичность

6.1 Общее положение

АЭС малой мощности- энергетически чистый энергоблок

-Технические решения, реализованные станции исключают ее влияние на воздушные и водный района ее размещения. Обычные отходы локализуются и перерабатывается в экологическом блоке станции.

-Радиационное воздействие АЭС на население и окружающую среду при авариях практически исключено не вносят заметного вклада естественный радиационный фон.

-Активность забортной воды, обусловленная работой реакторной установки, оценивается величиной 0,1 Бк/л, что примерно в 100 раз ниже регламентированного значения активности воды.

-В запроектных авариях дозовая нагрузка на населения не превышает естественного радиационного фона.

-Экологическая безопасность АЭС присуща и последней стадии ее жизненного цикла - снятию с эксплуатации, когда обработавшая срок службы плавучая станция транспортируется к месту проведения ее разделки для утилизации из - захоронения с сохранением стояния " зеленая лужайка" района эксплуатации АЭС.

13

6.2 Недостатки ТЭС

- Способствование возникновению парникового эффекта.

- На каждый кВт/ч выработанной энергии приходится 6000-8000 кДж сбросного тепла.

- На долю ТЭС приходится 14% общего загрязнения атмосферы, по сернистому газу-46%.

- ТЭС не выгодны для районов Крайнего Севера, ввиду высокой стоимости поставки органического топлива

В следующей таблице приведены показатели загрязнения окружающей среды ТЭС (таб.3)

Таб.3 Показатели загрязнения окружающей среды

По данной таблице видно, что практически все допустимые нормы содержания вредных веществ в атмосфере превышены в несколько раз.

Таким образом, по экологическим показателям АЭС с РУ АБВ обладает несомненным преимуществом перед энергоисточником, который в данное время используют в удаленных уголках России.

14

Сравнение ТЭС И АЭС представлены ниже (таб.4)

Таб.4 Сравнение ТЭС и АЭС

15

1. Рентабельность АЭСММ

Проблемы бесперебойная подачи электроэнергии связаны не только с отсутствием разветвленной системы ЛЭП, но и с особыми экономическими проблемы данного обособленного макрорегиона. Для обеспечения отдаленных районов электричеством и теплом требуется 49,5 тысяч дизель-генераторных установок с двигателями внутреннего строения суммарной мощностью 17 млн. кВт с выработкой электроэнергии около 50млрд.кВт*ч в год. Расход топлива такими ДВС- электростанциями в пересчете на условное топливо составляет около 6 млн. в год.

В настоящее время Правительство Российской Федерации для завоза органического топлива и грузов в северные районы тратит огромные финансовые средства (в среднем более 60 млрд. руб. в год). Только расходы на завоз 250 тыс. жидкого топлива в арктические районы Республики Саха (Якутия) с учетом многозвенности схемы и сезонности завоза (железная дорога, река, море, автозимник) достигает более 3 млрд.руб. в год, при этом себестоимость выработки электроэнергии составляет 10-12 руб./кВт*ч, по теплу - до 3000 руб/Гкал. В арктические улусы дизельное топливо заводится с двухлетним циклом с промежуточной по дипонаций из-за позднего вскрытия устьев рек по берегам моря Лаптевых. В отдельных районах себестоимость завоза топлива уже достигла 20-25 тыс. руб/т, причем тенденция удорожания топлива делает добычу золота и других минералов убыточной.

Применение атомных станций особо малой мощности(АСММ) с большой (до 20-25 лет) длительностью работы при одной заводской загрузки топлива и диапазоном мощностей от 1,5 до 20 МВт, может, в свою очередь, сделать добычу полезных ископаемых высокорентабельной и позволит Правительству Российской Федерации сэкономить большие финансовые средства при энергообеспечение дотационных социальных потребителей.

Лучшие варианты размещения АСММ получаются в энергетических агломерациях, имеющих суммарную электрическую мощность в 12 МВт, например, в с. Батагай Верхоянского улуса РС(Я). Здесь себестоимость выработки электроэнергии на дизельном топливе равна 7 руб./кВт*ч, а на АСММ-2руб./кВТ*ч.

16

Данные станции нового поколения взрывобезопасны. Для создания технического проекта и строительство такой станции за срок в 5 лет достаточно затратить 23млрд.руб. Приведенные на один год затраты составляют 100 млн. руб. Подробно рассмотрим затраты только на завоз 14300 т солярки для ДЭС Верхоянского улуса на 2006г. При стоимости завоза в 20000 руб./т расходы составляют 286 млн. руб., что почти в 3 раза превышает приведенные затраты на создание АСММ.

Таким образом, госбюджет только на Верхоянском улусе может экономить более 200 млн. руб. в год. Проект может окупиться за 6-10 лет, без учета дополнительного кумулятивного экономического эффекта как для бизнеса, так и для бюджеты всех уровней.

17

8. Заключение

Ядерная энергетика- не только 1 из главных действующих факторов мирового технического рынка, ну и 1 из важнейших действенных инструментов - сохранение здоровья людей и окружающей природной среды. Понимание важности и актуальности поиска новых реакторных технологий побудило мировое сообщество к организации двух близких по духу международных проектов: ИНПРО по инициативе России и под эгидой МАГАТЭ и GIF-4(Generation IV International Forum) по инициативе и при поддержке США. Это очень важное явление в истории планеты, когда государство объединяются не военные союзы, не для экономической выгоды, а для решения - глобальные проблемы-поиска перспективных энергоисточников будущего. Можно только надеяться, сам факт того сотрудничества сформирует новые отношения между государствами, учитывая его планетарные цели.

Историческая миссия ядерной энергетики, с которой она родилась 50 лет назад, остается непреходяще судьбоносной благодаря:

-энергоресурсному потенциалу, заключенному в ядерном топливе с его практически бесконечным технологическим оборотом;

-энергоэкономическому потенциалу, обеспечивающему высокую конкурентоспособность энергогенерирующего производства независимо от места расположения;

-энергоэкологическому потенциалу, реально освобождающему биосферу от продуктов "огневой" энергетике и способному надежно и безопасно справиться с остаточной радиоактивностью ядерного топливного цикла.

Россия является родиной мирного атома, мировым центром атомной науки и ядерных технологий. В эти дни, отмечая 50-летие со дня пуска первой в мире АЭС, положившей начало атомной эре, страна воздает дань глубокого уважения творцам рукотворного источника энергии.

История развития технологий XX века делает уникальный материал для анализа. Задача специалистов атомщиков - практически реализовать неограниченные возможности ядерной энергетике и ядерно-энергетических технологий, и, частично осилить какие задачи, как победа над бедностью и создание условий постоянной готовности планеты предупреждению астероидный и военной опасности. Это наше будущее и объединяющая идея, которые может создать созидательный настрой, так необходимы сегодня для населения планеты.

18

9. Список используемой литературы

1. Яроцкая Л. Малая энергетика: актуальность и необходимость // Бюлл. по атомной энергии, 2005, №2, с.12-18

1. Адамов Е.О., Габараев Б.А, Орлова В.В. Роль ядерной энергетики в крупномасштабной энергетике России XXI века // Атомная энергия,2004, т.97, вып.2, с,83-91.

1. ИА ”Regnum”

1. WORLD WIDE WEB, lnternet

19

Рецензия

На исследовательскую работу ученицы 10 А класса МБОУ СОШ №64

г. Нижнего Новгорода Викуловой Ангелины.

Тема работы: Энергообеспечение районов Крайнего Севера с помощью АСММ.

В данной работе во введении ставятся цели и задачи, связанные с энергообеспечением районов Крайнего Севера с помощью АСММ, Ангелина

Обосновывает во введении необходимостью установки атомных реакторов малой мощности на плавсредствах, превращая их в плавучую атомную станцию.

В основной части работы рассказывается об особенностях, технических характеристиках принципах работы реакторов данного типа; проводит сравнительный анализ двух станций ТЭС и АСММ делает вывод о необходимости замены ТЭС в районах Крайнего Севера на АСММ.

В этой же части работы Ангелина освещает экологические проблемы, связанные с получением энергии с помощью АСММ и ТЭС; делая выбор в пользу использования АСММ.

Работа интересна как для учащихся, так и для учителей.

Рецензент: Заслуженный учитель Российской Федерации Гурьяшкина Н.А.