ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Исследования АЭС из "Методы математического моделирования и оптимизации теплоэнергетических установок " Освоенные в настоящее время типы АЭС при мощности блоков 500 Мет и выше по своим технико-экономическим показателям успешно конкурируют с тепловыми станциями на органическом топливе в районах относительно дорогого топлива. Учитывая высокие темпы технического прогресса в области технологии оборудования и строительства АЭС, в ближайшее время можно ожидать дальнейшего улучшения показателей АЭС и увеличения доли АЭС в приросте мощностей электростанций. Значительную часть вводимых мощностей АЭС будут составлять станции с водоохлан дае-мыми реакторами на тепловых нейтронах. [c.76] Преимущества АЭС, использующих обычную воду в качестве теплоносителя и рабочего тела, определяются возможностью осуществления одноконтурной схемы станции, освоенностью технологии воды, традиционностью теплосилового оборудования. Опыт эксплуатации АЭС с водоохлаждаемыми реакторами в СССР и за рубежом показал высокую надежность и безопасность таких станций, отсутствие загрязнений воздушного бассейна, почвы и воды в районе расположения станции. Недостатки АЭС с водоохлаждаемыми реакторами определяются прежде всего неблагоприятными свойствами воды как теплоносителя и рабочего тела и в равной мере присущи паротурбинным электростанциям на органическом топливе. Высокое давление насыщенного нара при температурах, низких с точки зрения осуществления экономичного термодинамического цикла ограничивает размеры и единичную мощность реактора и, следовательно, перспективы снижения его удельной стоимости. Большой удельный объем пара при низких конечных температурах цикла ограничивает единичную мощность турбоагрегатов в одновальном исполнении. Последнее относится также и к ТЭС на органическом топливе, но для АЭС имеет большее значение ввиду увеличенного удельного расхода пара и необходимости укрупнения турбоагрегатов в связи с возможностью строительства реакторов и станций большей мощности. Не вполне благоприятны также и ядер-но-физические свойства обычной воды. [c.76] Многообразие известных в настоящее время типов реакторов и АЭС, значительно отличающихся топливным циклом, теплоносителями, требованиями к рабочим веществам, оборудованием, затрудняет выбор одного или нескольких наиболее перспективных типов АЭС для дальнейшего развития атомной энергетики. Для обоснованного выбора необходимы оптимизация параметров и показателей каждого из возможных типов АЭС, определение рациональных тепловых схем, перспективных типов оборудования и его оптимальных конструктивных характеристик. [c.77] При оптимизации АЭС различных типов принимаются заданными условия работы станции в энергосистеме, особенности района размещения станции, мощность станции, направление развития энергосистемы (тип замещаемой станции и т. д.). Полученные при оптимизации параметров технико-экономические показатели АЭС в свою очередь используются для уточнения решения по стратегии развития атомной энергетики, структуре электроэнергетических систем и т. д. [c.77] В данной главе рассматриваются вопросы математического моделирования и оптимизации параметров АЭС, использующих в качестве рабочего тела водяной пар (АЭС с водоохлаждаемыми реакторами) и тетраоксид азота (АЭС с реакторами па быстрых нейтронах с охлаждением активной зоны жидким металлом). Здесь же приведены примеры использования моделей для выбора параметров АЭС указанных типов. [c.77] Применительно к водоохлаждаемым реакторам на тепловых нейтронах можно выделить два наиболее освоенных типа АЭС одноконтурная АЭС с кипящим реактором и двухконтурная АЭС с реактором с водой под давлением (ВВЭР). Тепловые схемы и оборудование блоков этих типов АЭС весьма схожи, и это позволяет использовать одну математическую модель для исследования и оптимизации параметров указанных типов АЭС. Однако в связи с различными требованиями к радиационной защите оборудования, технологии рабочего тела, а также в связи со значительными различиями в реакторных системах отдать предпочтение какому-либо из этих двух типов АЭС можно лишь после подробных проектно-конструкторских проработок оптимальных вариантов АЭС каждого типа. [c.77] При использовании математического моделирования для технико-экономической оптимизации параметров теплоэнергетических установок возникают трудности, связанные с зависимостью конструктивных и технологических решений по основным элементам тепловой схемы от мощности установки. В то же время решающее влияние на выбор единичной мощности блока оказывают системные условия и уровень развития энергомашиностроения. Поэтому при математическом моделировании теплосиловой части АЭС для оптимизации ее параметров целесообразно ограничиться рассмотрением блоков постоянной или меняющейся в небольших пределах мощности. [c.77] Для простых схем АЭС термодинамические исследования и оптимизация параметров выполняются вручную аналитическими методами [731 для сложных реальных схем АЭС (с промежуточным перегревом пара, с сепарацией влаги из проточной части и т. д.) оптимальные решения могут быть получены лишь путем многократных расчетов технологических процессов и тепловых схем. Для сложных схем с большим числом оптимизируемых параметров необходимо применение математических методов направленного поиска максимума к.п.д. [c.78] Задачей термодинамического анализа АЭС является также определение степени влияния отдельных параметров на к.п.д. установки с тем, чтобы выявить основные параметры, подлежащие комплексной оптимизации, а слабо влияющие параметры оптимизировать после основных или принимать при дальнейших расчетах из конструктивных и технологических соображений. Этим моишо сократить количество одновременно оптимизируемых параметров, которое сильно влияет на затраты машинного времени. [c.78] После определения перспективных схем АЭС и выбора термодинамических параметров, подлежащих оптимизации, после выбора конструкций элементов схем (и, следовательно, конструктивных параметров, подлежащих оптимизации) моделируются стоимостные зависимости для всех элементов схем и проводятся исследования влияния термодинамических, расходных и конструктивных параметров на технико-экономические показатели АЭС. Так же, как при термодинамических исследованиях, выявляются основные (сильно влияющие) параметры, подлежащие оптимизации, и производится оптимизация термодинамических, расходных и конструктивных параметров но критерию экономической эффективности. В отличие от термодинамической оптимизации дополнительно следует проверить несколько конструктивных решений по отдельным элементам схем и выявить влияние внешних условий на оптимальные параметры АЭС. [c.78] Математическая модель блока АЭС с водоохлаждаемым реактором для возможности исследования двух указанных типов АЭС должна содержать описание оборудования, присущего обоим типам АЭС с учетом специфических ограничений на структуру тепловой схемы (связанных с различными требованиями к качеству воды), ограничений на параметры рабочего тела и конструктивные характеристики оборудования. Полная математическая модель блока АЭС, реализованная в виде единого неделимого алгоритма, при большом числе элементов и оптимизируемых параметров, при ограничениях на термодинамические и конструктивные параметры была бы излишне громоздкой и неудобной для исследований и оптимизации. Вместе с тем можно выделить в технологической схеме АЭС рассматриваемых типов несколько частей, взаимосвязи между которыми или слабы, или немногочисленны. Это дает возможность без ущерба для полноты и точности исследований разделить математическую модель теплосиловой части АЭС на несколько отдельных подмоделей, исследования по которым могут быть проведены с гораздо меньшей затратой времени, так как в каждой из подмоделей число исследуемых (и оптимизируемых) параметров резко сокращается по сравнению с полной моделью. Исследование таких частей АЭС, особенно для параметров, являющихся внутренними для данной части (скорость воды в трубах теплообменника, диаметр труб и т. д.), может быть выполнено более подробно. Кроме того, исследования отдельных частей АЭС могут иметь и самостоятельное значение. [c.79] При разработке математической модели атомную электростанцию с водоохлаждаемым реактором mojkho разделить на следующие основные части. [c.79] Подход к моделированию отдельных частей АЭС в зависимости от их внутренних свойств и особенностей (в свете рассматриваемой задачи) существенно различен. Наиболее просто моделируется низкопотенциальная часть паротурбинной установки АЭС, имеющая вполне определенную структуру и четко определенную последовательность соединения отдельных элементов оборудования и сооружений. В процессе оптимизации изменения будут касаться лишь размеров и мощности элементов или количества однотипных параллельно включенных элементов при сохранении взаимосвязей между элементами оборудования и сооружений АЭС. Здесь могут быть использованы обычные хорошо разработанные и апробированные методы математического моделирования теплоэнергетических установок [1,74]. [c.80] Изменением определяющих параметров, являющихся непрерывными по своей природе, можно задавать изменение структуры тепловой схемы. Так, изменение величины подогрева питательной воды в одной ступени приводит к изменению количества ступеней подогрева воды при этом все подогреватели высокого и низкого давления, за исключением первых по ходу воды, будут иметь примерно равные поверхности. Возможно также задание закона изменения величины подогрева в ступени в зависимости от параметров греющего пара и схемы установки [76]. Непрерывное изменение значений параметров, определяющих схему промежуточного перегрева пара, позволяет получить все возможные схемы промежуточного перегрева. Например, для схемы, изображенной на рис. 4.1, повышение давления пара на входе в промежуточный перегреватель при сохранении постоянными давлений отборного греющего пара и начального давления Ро приводит сначала к уменьшению числа ступеней перегрева (при Ро Рз Pi перегрев может осуществляться только острым паром), а затем к исключению из схемы промежуточного перегрева (при Рз Ра). Аналогично можно подобрать определяющде параметры для любых других видов структурных изменений тепловой схемы паротурбинной установки АЭС. [c.81] Таким образом, использование непрерывно изменяющихся (если отвлечься от деления турбины на ступени и цилиндры) параметров позволяет путем задания различных сочетаний определяющих параметров синтезировать различные тепловые схемы. Кроме того, поскольку большинство определяющих параметров — в то же время основные параметры, подлежащие технико-экономической оптимизации, появляется возможность одновременной оптимизации и параметров, и структуры тепловой схемы. [c.81] Рассмотрим последовательность расчета тепловой схемы с использованием указанного метода применительно к выбранным типам АЭС. Предварительно заметим, что при постоянной тепловой мощности реактора расчет тепловой схемы удобно вести последовательно, начиная с первого отсека турбины и верхнего по давлению регенеративного подогревателя. [c.81] При таком подходе к моделированию тепловой схемы паротурбинной установки АЭС отпадает необходимость в составлении и решении системы уравнений для всей схемы программа расчета должна содержать подпрограммы расчета отдельных элементов (подогреватель, пароперегреватель, отсек турбины, сепаратор и т. д.), объединенные подпрограммой управления расчетом схемы, которая определяет взаимосвязь элементов и последовательность их расчета. Подпрограмма расчета каждого элемента охватывает тепловой, гидродинамический, конструктивный и стоимостный расчеты конструкции. Конструкцию элемента можно изменить лишь заменой всей подпрограммы его расчета при сохранении неизменными параметров, связывающих рассматриваемый элемент с остальной частью схемы. [c.82] Принципиально в качестве определяющих параметров для каждого типа структурных решений по тепловой схеме может быть принят любой из нескольких возможных наборов параметров. С практической точки зрения выбор совокупности определяющих параметров имеет существенное значение, так как им обусловливается количество итераций при расчете тепловой схемы с заданной точностью и, следовательно, длительность расчета схемы на ЭЦВМ, а также пригодность модели для проведения исследований. Поэтому необходим предварительный анализ достоинств и недостатков возможных вариантов сочетаний определяющих параметров. [c.82] Поэтому в качестве определяющих параметров промежуточного пере-грева пара приняты давление перегреваемого пара, недогревы пара до температуры греющего пара в каждой из ступеней перегрева и давление отборного греющего пара. Поскольку расходы греющего пара могут быть рассчитаны лишь после определения расхода нагреваемого пара, расходы греющего пара определяются итерационно, до совпадения температуры neperj ева, рассчитанной по расходам пара, с заданной температурой перегрева. В зависимости от схемы промперегрева (от одноступенчатой при однократном перегреве до двухступенчатой при двукратном перегреве) время расчета одного варианта возрастает в 2 -f- 10 раз, так как требуется выполнять итерационный расчет по нескольким величинам. При итерациях для сокращения времени счета ведутся только балансовые расчеты теплообменников и агрегатов, без подробных конструктивных расчетов. После определения расходов греющего пара па промперегрев производится полный расчет тепловой схемы с определением мощности электрогенератора, мощности механизмов собственных нужд, конструктивных характеристик и стоимости оборудования. [c.83] Вернуться к основной статье