Автореферат (Оптимизация параметров и режимов работы энергокомплекса АЭС+САТЭ)

Ha npanil( pyKonvctrAEPOCTTMOBAHAreXAA r4f OPEBHApAEOTbIO|ITI4MI{3AI{4ff TIAPAMETPOBI{ PE}IO4MOBSHEP|OKOMTIIIEKCAA3C+CAT3CnequalbHocrb05.14.03 - flaepHbreeHeprerr,rqecKr,reycraHoBKtr,BKJIIOTIaflnpoe KTI,IpOBaHLre,I KCIUryaraIIUrc rr BbrBoA r43I KCnJryATArInUAnropeQeparHacoucKaHr{eyreHofiAncceprarlnr{cTeneHI,I KaHAHAATaTeXHHTIeCKI,IXHayKMocrcBa2016 r.aPa6ora BbrrroJrHeHana xat[e4pe <Arouusre gJreKTpuqecKr,recraHrl]tu> OfEOyBO (HI4Y (M3I4>.Hayunufi pyrcoBoArrreJrb:Iop6ypos BsqecJraBIInaHoBHrlHayK,npo$eccop ra$e4puAoKrop rexHr,rqecKr4xaroMHbrx gneKTpr4qecKHXcraHrlrafiO eleparrbHororocyAapcrBeHHoro 6roAxerH oro o6p asoBareJrbHoroyrrpexA eHlaflBbrctrrero o6pa":oBaH:zfl<Hauu ou al r Hsl fiHccneAoBareirbcxufiyHnBepcrarer(M3I ), r. MocxsaOQuunaJrbHbteorroHeHTbt: Kpyr.nrrKoBllerp A;rencaHApoBrrqHayK,rJraBHbrfinayuHufiAoKToprexHHrrecKHXrreCKOfO OTAeJTcoTpyAHHK AHUrVrTr4a fJraBHbrxHayrrHbrxcorpyAHHKoBOrrcpuroro aKrluoHepHoroo6qecrsa (HayrrHo-[por43BoAcrBeHHoeo6reAnHeHnefro r{ccJreAoBaHnrov [poeKTHpoBaHHrogHeprerr,rqecKoroo6opyAoBaHHfl,vrM.I4.VI.flonaynoBa)), r.

Casrr-llerep6ypr.Tonon A"nerccanAplOprenu.lKaHAr{AarrexHuqecKux HayK,AorIeHTrca$e4pu<<ArousbregJreKTpuqecKnecraHuuu> @eAepanbHororocyAapcrBeHHoro6roAxerHoro o6pasoBareJrbHoroy rrpe)KAeHnfl,Bbrcrr ero o6p ar oBaHlafl,<<IrIsaHoecrcHfiro cyAapcrBeHHu fi 3Heprerz q ecKuit y uuBepcHrerI,IMeHHB.VI. Jlesuua)), r.

IrlsaHosoBeayrqaropraHrr3aurrr:OegepanbHoerocyAapcrBeHHoeaBToHoMHoeo6pasoBareJrbHoeyqpe)KAeHueBbrcrrero o6pasoBaHnfl<Vpanr crcufiQeaeparlrHufi yHv Bepcr4rerraMeHHnepBoro flpesnAeHra Pocczn B.H. Elrqzua>>,r. ExarepuH6ypr3aqv, a Ar{cceprarlut4cocror.rrcr<28>gera6px 2016r. s 14 qacon00 rr,nrn.na3aceAauvucoBera4212.157.07npr,r<DIEOYBO (HI,Iy (MDI4>Ar4cceprarluoHuorono aApecy:11250,r. Mocrna, yn. KpacnorarapMenHutrr,g.14, 3ur Yqenoro coBeraHtr{Y (M3I4)).pa6orofirvoxnoo3Har(oMlrrbcrC 4nccepraquoHuofis 6u6ruorere OfEOy BO(HI4Y (M3I4).2016r.Yqeuufi ce4212j57.07rcVItrcusaVI.n.3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыСогласно разрабатываемому Минэнерго плану развития энергетики к2035 г. планируется увеличение доли АЭС c 11 до 13% (с учетом вывода изэксплуатации старых энергоблоков).

Реализация этих планов приведет к ростуобъема неманевренной генерации на оптовом рынке электроэнергии и мощности(ОРЭМ), что увеличит неравномерность суточного графика электрическойнагрузки.В сложившейся ситуации системный оператор единой энергетическойсистемы России (СО ЕЭС) выдвинул следующие требования к новымэнергоблокам АЭС: участие в первичном регулировании частоты вэнергосистемах ЕЭС России; участие в прохождении ежесуточного ночногопровала электрической нагрузки в энергосистеме; участие в покрытии пиковсуточного графика электрических нагрузок в энергосистеме. Вследствие чегопроектно-конструкторские организации вынуждены искать новые способыповышения маневренных возможностей АЭС.Исследования этой проблемы в различных странах начали проводитьсяпрактически одновременно с вводом первых энергоблоков в промышленнуюэксплуатацию. Первоначальные способы маневрирования предусматривалиизменение мощности реакторной установки (РУ) и паротурбинной установки(ПТУ), что негативно влияло на безопасность и серьезно сказывалось наэкономичности эксплуатации станции.

В связи с этим возник интерес к системеаккумулирования тепловой энергии (САТЭ) как способу обеспеченияманевренности АЭС с сохранением базового режима работы РУ, оптимального сточки зрения ядерной безопасности.САТЭ с высокотемпературным теплоносителем (ВТТ) в качестве опциибыла включена в проект АЭС-2006, однако в настоящее время не реализована и невнесена в новые инвестиционные программы эксплуатирующей организации,несмотря на детальные технико-экономические обоснования в составе проекта.Проблема, насколько можно судить, не в технике, в излишне оптимистичныхподходах к оценке эффективности САТЭ без учета реальных правил оптовогорынка электроэнергии и мощности (ОРЭМ), соблюдение которых делаетнецелесообразным вложения в данную технологию.Это вынуждает еще раз вернуться на этап технико-экономическогообоснования для оптимизации параметров и режимов работы САТЭ в составеэнергоблока АЭС с учетом реальных рыночных условий.Степень разработанности проблемыИсследования САТЭ применительно к АЭС проводились с 50-х годов вразличных странах.

В первых проектах предполагалось использование4аккумуляторов тепла на горячей воде. В 80-е годы подобная модель САТЭ былавключена в нереализованный проект Татарской АЭС (строительство прекращенов 1990 г.).Существенным прорывом в совершенствовании САТЭ стало использованиев качестве аккумулирующей среды ВТТ (ТЛВ-330), позволяющего отказаться отиспользования дорогостоящих сосудов под давлением.В настоящее время САТЭ с ВТТ в качестве опции включена в проектыАЭС-2006 и ВВЭР-ТОИ (совместные разработки АО «Концерн Росэнергоатом»,ОАО «ВНИИАЭС», ОАО «Атомэнергопроект», ОАО «Атомтехэнерго», ОАО«ГКБ Гидропресс», НИЦ «Курчатовский институт», ОАО «ВНИИАМ», ОАО«НПО ЦКТИ им.

И.И. Ползунова», НИУ МЭИ и др.).Цель и задачи диссертационной работыЦель работы – расчетное исследование вариантов исполнения, режимовработы и способов модернизации энергокомплекса АЭС+САТЭ в режимесуточного регулирования на примере энергоблока ВВЭР-1200 с системойтеплового аккумулирования на площадке НВАЭС с учетом его воздействия наОРЭМ.Задачи работы: создание и верификация комплексной математической модели,позволяющейопределитьоптимальныестепеньфорсированияоборудования и режимы работы АЭС с САТЭ с учетом:o технических и ценовых характеристик оборудования АЭС и САТЭ;o затрат на модернизацию основного оборудования АЭС идополнительного оборудования САТЭ;o рыночных условий; выполнение многовариантных расчетов с целью определения оптимальныхтехнических и режимных параметров энергокомплекса АЭС+САТЭ; оценка влияние вывода на ОРЭМ АЭС+САТЭ; выполнение расчетов с целью обоснования вариантов модернизацииэнергокомплекса для повышения его удельных характеристик; сравнение конкурентоспособности САТЭ с перспективными системамиаккумулирования.Научная новизна работыВ данной диссертационной работе:1)Разработана комплексная математическая модель, учитывающая кактехнические и режимные параметры объекта, так и его влияние на ОРЭМ.2)В модели для оценки затрат на оборудование АЭС+САТЭ примененаметодология Cost Estimating (оценка стоимости), позволяющая моделироватьстоимостные характеристики энергокомплекса без трудоемких технических5расчетов, что делает модель удобным инструментом технико-экономическогообоснования на предпроектных стадиях и в условиях недостатка исходныхданных.3)Рассмотрен вариант использования в составе энергокомплекса АЭС сСАТЭ на основе ВТТ ПТУ с увеличенной номинальной мощностью.4)Произведена оценка срока окупаемости установки в реальных ипрогнозируемых рыночных условиях (учтены различные варианты оплатыпиковой мощности) и сделаны оценки оптимального (по сроку окупаемостидополнительных затрат) относительного прироста мощности ПТУ.5)Выполнены оценки влияния АЭС+САТЭ на ОРЭМ, показананеобходимость учета в оптимизационных моделях экономического воздействия,оказываемого вводом энергокомплекса, на другие АЭС.6)Проведено сравнение конкурентоспособности САТЭ в составе энергоблокаАЭС с новейшими системами аккумулирования на основе жидких аккумуляторов(разработкой MIT).Методология и методы исследованияИсследование проведено посредством выполнения многовариантныхрасчетов для различных наборов технических и режимных параметровэнергоблока АЭС с САТЭ и ценовых параметров энергорынка и определения порезультатам расчета оптимальных параметров по критерию минимума срокаокупаемости.Моделирование затрат при изменении технических и режимных параметроввыполнено на основе методики Cost Estimating.Моделирование влияния САТЭ на ОРЭМ выполнено на основе методикипрогнозирования цен, предложенной Ассоциацией «НП Совет рынка».Обоснование варианта усовершенствования ТАК выполнено посредствомоценки изменения стоимости аккумулятора для варианта с инертнымнаполнителем.Оптимизация температурных напоров в схеме выполнено по критериюминимума суммарных капитальных затрат в дополнительное оборудование АЭСи САТЭ.Сравнение конкурентоспособности САТЭ с альтернативными системамивыполнялось по удельным затратам на единицу емкости и единицу мощностисистемы.Достоверность результатовДостоверность результатов обуславливается использованием в составемодели оптимизации в части:- оценки затрат – апробированной при обосновании проектов IV поколениямеждународной общепризнанной методологии Cost Estimating;6- прогнозирования цены электроэнергии на РСВ и оценки влияния выводаАЭС+САТЭ на ОРЭМ – методики построения прогнозов свободныхнерегулируемых цен, разработанной Ассоциацией «НП Совет рынка» [41],используемой всеми участниками ОРЭМ при разработке ценовой стратегии;а также:- классической модели оптимизации;- данных ценовых и технических параметров проекта НВАЭС-2 и САТЭ в егосоставе как опции.Верификация результатов модели проведена путем сопоставления сданными ведущих научных организаций, погрешность не превышает 3%.Практическая значимость работы.Разработана комплексная математическая модель, которая может бытьиспользована при обосновании вариантов исполнения АЭС с САТЭ напредпроектной стадии.Определены оптимальная степень форсирования ПТУ в составе АЭС сСАТЭ в современных условиях.Показана необходимость учета при технико-экономическом обоснованиивариантов использования САТЭ влияния даже единичного атомного энергоблокас САТЭ на другие АЭС и на ОРЭМ.Выполнены расчетные оценки и показана возможность повышенияудельных показателей САТЭ как способа аккумулирования до уровня,обеспечивающегоконкурентоспособностьсновейшимисистемамиаккумулирования.Результаты работы могут быть полезны научным, проектным,эксплуатирующим, сбытовым и инфраструктурным организациям.Основные научные положения работы, выносимые на защиту1) Реализованные в модели подходы к оптимизации энергокомплекса АЭС+САТЭ сиспользованием аппроксимационных зависимостей методологии Cost Estimating ипрогнозов ценовых параметров по методике прогнозирования цен, предложеннойАссоциации «НП Совет рынка».2) Результаты оптимизации для различных технических и режимных параметровэнергоблока АЭС с САТЭ в современных условиях.3) Результатырасчетногообоснованияспособовулучшенияудельныххарактеристик САТЭ.Апробация результатов работыРезультаты работы представлены на 19-й международной научнотехнической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника,электротехника и энергетика» в 2013 г., а также на заседании кафедры Атомныеэлектрические станции НИУ МЭИ в 2016 г.7ПубликацииПо теме диссертации напечатано 3 статьи в Вестнике МЭИ (входит в переченьВАК): выпуск №3 - 2015 г., выпуск №3 и выпуск №5 - 2016 г.; 2 работы – всборниках тезисов докладов конференций.Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, шести глав, заключения, трех приложений,списка литературы из 112 наименований.

Содержит 222 страниц, 21 таблицу, 70рисунков.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫПервая глава содержит обзор литературы, в котором рассмотрены кактрадиционные подходы к маневрированию мощностью атомных энергоблоков ивозникающие при этом проблемы, так и системы на основе прямого и косвенногоаккумулирования.Показано, что прямое маневрирование мощностью РУ и ПТУ вызывает рядпроблем со стороны конструктивных элементов (термоусталость твэлов,ползучесть материала их оболочек, термические напряжения в массивныхэлементах конструкции и.т.д.), системы регулирования РУ, кинетики реактора(ксеноновое отравление), что накладывает серьезные ограничения на величину,скорость изменения мощности и допустимое количество циклов.