Отзыв оппонента (Оптимизация параметров и режимов работы энергокомплекса АЭС+САТЭ)

ОТЗЫВ официального оппонента Токова Александра 1орьевича на диссертацию Абросимовой Надежды Игоревны «Оптимизация параметров и режимов работы энергокомплекса АЭС+САТЭ»э представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.03 — Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации Актуальность работы связана с известной проблемой прохождения ночных провалов суточных графиков энергопотребления. В связи с ростом установленной мощности атомных станций и постепенной заменой органического топлива на ядерное эта проблема неизбежно коснется АЭС, однако требования безопасности и особенности кинетики реакторных установок (РУ) заставляют искать иные пути обеспечения маневренности.

Наиболее перспективным направлением поиска, на наш взгляд, является крупномасштабное аккумулирование тепловой энергии с применением современных систем аккумулирования тепловой энергии (САТЭ) и оптимизация режимов работы с учетом современных рыночных условий. Целью диссертационной работы является оптимизация технических и режимных параметров энергокомплекса АЭС+СА'1'Э в современных ценовых и рыночных условиях, обоснование вариантов его модернизации для повышения удельных характеристик, оценка конкурентоспособности АЭС+САТЭ при выводе его на ОРЭМ.

С этой целью диссертантом поставлена задача разработки соответствующей математической модели и ее верификации на примере энергоблока ВВЭР-1200+САТЭ на площадке строящейся НВАЭС. В ~~~ ~Юлю ма у~ ~ ю, р р~б гм гя р~бм ~ сформулирована ее научная новизна, методы исследования и практическая значимость, а также основные положения, которые выносятся на защиту. ~Вы м9 ~а е р~~лю б р ы рт~ жы дюма б обеспечения маневренности атомных энергоблоков.

Показано, что прямое маневрирование мощностью РУ и ПТУ вызывает множество проблем со стороны конструктивных элементов ЯР, кинетики и систем регулирования РУ, повышенным риском внештатных ситуаций, что в итоге приводит к снижению безопасности и конкурентоспособности АЭС. Здесь же подробно рассмотрены результаты исследований в области применения систем крупномасштабного аккумулирования, в том числе как на уровне патентных исследований, так и на уровне реализованных проектов (действующих ныне установок).

Из сравнительного анализа их показателей сделан вывод о наибольшей эффективности систем аккумулирования тепловой энергии (САТЭ). Выполнена предварительная привязка САТЭ к технологической схеме энергоблока АЭС в проекте ВВЭР-ТОИ в четырех вариантах компоновки машинного зала, Принята расчетная модель неравномерности суточного графика электрической нагрузки с учетом возможных диспетчерских ограничений, По результатам обзора сделаны выводы, в которых сформулированы актуальность, цели и задачи исследования. В~ ~д~й ~~~ р р б ..

ф р у р ~нд~ю ~т~~юию параметров САТЭ и методы ее решения. Приняты основные допущения и исходные данные, получена итоговая формула критерия оптимизации. Сформулированная задача оптимизации — многопараметрическая (т.е, по заданному набору исходных параметров требуется определить набор оптимальных параметров комплекса АЭС+САТЭ с учетом набора ограничений). В качестве критерия онзимизации выбран минимум срока окупаемости.

Детально рассмотрены ограничения, накладываемые оптовым рынком электроэнергии и мощности (ОРЭМ). Учтены основные положения функционирования ОРЭМ в части динамики цен на электроэнергию в различное время суток. Для построения стоимостной части математической модели (наиболее неопределенной в задачах оптимизации) использованы подходы Соз1 Езсппайпц, позволяющие получить хотя бы достаточно грубые оценки затрат на основании имеющихся ретроспективных данных, не прибегая к детальным проектно-конструкторским и технико-экономическим проработкам. Проанализированы основы методологии Соз1 Ез1ппа11п8 и возможности ее применения при оценке стоимостных данных элементов комплекса АЭС+САТЭ, предварительно выделенных методом декомпозиции.

В результате получено достаточно наглядное уравнение (29), связывающее срок окупаемости со стоимостными и режимными параметрами САТЭ. Поскольку тип применяемого аккумулятора тепла (АТ) заранее не оговаривается, то следует полагать, что разработанная диссертантом математическая модель пригодна для оптимизации САТЭ с аккумуляторами любых типов. В т етьей главе приведены результаты верификации разработанной автором математической модели многопараметрической оптимизации, Алгоритм модели реализован в среде Ма11зСад14. Верификация математической модели проведена путем сопоставления полученных дисертантом результатов расчета с результатами, опубликованными в 2010 г.

ведущими специалистами, разрабатывавшими в 1980-х г,г. проект САТЭ для Татарской АЭС. Эти результаты практически совпадают. Кроме того, в главе 3 приводятся результаты многопараметрических расчетов оптимальных параметров САТЭ при варьировании стоимостных и режимных параметров. В основу расчетов положены обоснованные автором зависимости от прироста мощности для составляющих дополнительных капитальных затрат и дополнительной выручки, однако, к сожалению, в главе отсутствуют ссылки на первоисточники стоимостных исходных данных. Положительным и несомненно новым моментом в оптимизации САТЭ является учет коэффициента диспетчерских ограничений (КДО) при расчете дополнительной выручки„а также учет реальных рыночных условий, В главе также определен набор внешних условий, при которых срок окупаемости САТЭ становится приемлемым.

В четве той главе рассмотрено взаимное влияние ОРЭМ и САТЭ друг на друга, Ценовые параметры ОРЭМ оказывают существенное влияние на окупаемость САТЭ, однако имеется и обратная связь: в рыночных условиях как ввод новой мощности, так и новые возможности маневрирования оказывают влияние на ценовые параметры ОРЭМ. Диссертантом предложен комплексный подход к проблеме. Разработанная для оценки этого влияния математическая модель построена на основе официальной методики прогнозирования цен, предложенной ассоциацией НП «Совет рынка» (факторная регрессионная модель). Диссертантом изучены статистические данные о технических максимуме и минимуме нагрузки в регионе НВАЭС, данные о вводимых и выводимых мощностях, принципы ценообразования на рынке электроэнергии. Получен достаточно интересный результат, говорящий, с одной стороны, о снижении цен на электроэнергию вследствие ввода новой генерирующей мощности, а с другой — о сдерживании этого снижения по мере роста диапазона маневрирования АЭС с САТЭ.

Экономический эффект для эксплуатирующей организации в целом складывается не только от ввода САТЭ на новом энергоблоке, но и от дополнительной выручки на действующих АЭС за счет некоторого роста цен на электроэнергию на ОРЭМ, В пятой главе рассматриваются пути улучшения технико-экономических показателей САТЭ, а именно, пути удешевления собственно теплового аккумулятора и оптимизация температурных напоров в теплообменниках контуров заряда и разряда. Следует отметить, что принципиальная схема САТЭ рассматривается диссертантом в главе 2 в самом общем виде, а конструкции тепловых аккумуляторов вообще не рассматриваются (за исключением теплофизических, массовых и ценовых характеристик теплоносителя и наполнителя). Это говорит о том, что оптимизацию параметров и режимов работы энергокомплекса АЭС+САТЭ можно выполнять отдельно и относительно независимо от конкретных технических и схемных решений по САТЭ.

В данном случае предполагается, что в контурах заряда и разряда имеется по одному теплообменнику. К сожалению, диссертантом рассмотрен только один вид теплоносителя (ТЛВ-330), который вряд ли можно назвать высокотемпературным (ВТТ) в диапазоне применения 315— 498 К, т.е. до 225 С (более подходящий термин — теплоноситель атмосферного давления). Однако такая ограниченность никак не влияет на сп аве ливость основного выво а: для повышения конкурентоспособности САТЭ целесообразно отказаться от дорогих аккумуляторов питательной воды под давлением, несмотря на ее наивысшую теплоемкость (4,2 кДж/(кгК)) н разрабатывать конструкции атмосферных аккумуляторов с нагюлнителем„ т.к, даже невысокая теплоемкость гравия (0,85 кДж/(кгК)) снижает стоимость САТЭ вдвое по сравнению с вариантом ВТТ без наполнителя (3,46 кДж/(кгК)).

Автором также показано, что оптимизация температурных напоров в зависимости от принятых режимных параметров позволяет получить дополнительный экономический эффект. В шестой главе обсуждаются сравнительные показатели различных систем крупномасштабного аккумулирования энергии — САТЭ, ГАЭС и прямое аккумулирование электроэнергии (новая разработка «жндкие аккумуляторы», Капо~ау). Вполне логично выделение в любой системе двух частей — собственно аккумулирующей и преобразующей. В этом смысле САТЭ имеет преимущество перед ГАЭС, т.к. большая часть стоимости преобразующей части уже включена в стоимость базового проекта АЭС. Это соображение, кстати, подтверждает ранее сделанный автором вывод о целесообразности полного использования форсировочных возможностей существующей турбины по сравнению с новой турбиной повышенной мощности.

Положительным моментом является также хорошая корреляция оценок технико-экономических показателей САТЭ с результатами, полученными проф.В.М.Чаховскнм, при разных вариантах вытеснения регенеративных подогревателей, К сожалению, ввиду некоторой нечеткости изложения при первом чтении совершенно непонятно, что под термином «альтернативная», «перспективная» система, перед которой якобы проигрывает САТЭ, автор подразумевает новый аккумулятор электроэнергии (Яадожау), находящийся на экспериментальной стадии. Однако речь о какой-либо конкуренции между ними, на наш взгляд, преждевременна и может идти только после опытно-промышленной реализации и реальной оценки нх энергетических масштабов и надежности.

В заключении представлены основные результаты, выводы н рекомендации, полученные в работе и выносимые на защиту. Одним из наиболее важных выводов является перечень условий, при которых срок окугиемости САТЭ становится приемлемым (менее 10 лет). Как показано автором, все эти условия заключаются не в конкретных технических решениях, а являются внешними по отношению к АЭС и определяются исключительно набором диспетчерских и ценовых правил и ограничений, т.е. политикой рынка. Научная новизна и практическая значимость полученных результатов заключается в комплексном подходе к задаче оптимизации с учетом реальных ценовых и рыночных условий и правил, действующих на сегодняшний день на ОРЭМ.