Выбор и обоснование начальных параметров рабочего цикла для ЯЭУ с реактором типа РБМК
Термодинамический цикл – это замкнутый круговой процесс, совершаемый рабочим телом в тепловой машине.
Здесь под тепловой машиной будем подразумевать цикл в рабочем контуре ЯЭУ.
Карно Ренкина
1 – 2 – адиабатическое расширение рабочего тела в турбине; 2 – 3 –конденсация пара в конденсаторе; 3 – 4 – сжатие рабочего тела; 4-1 (4-5-1) – подвод тепла к рабочему телу (по изотерме – цикл Карно, по изобаре – цикл Ренкина) в ПГ или в реакторе.
• В основе оценки тепловой экономичности цикла лежит термодинамическая эффективность преобразования тепловой энергии, характеризуемая к.п.д. термодинамического цикла – термическим к.п.д.
• Термический к.п.д. зависит от многих факторов, в частности, от начальных и конечных параметров рабочего цикла.
Реализуемые в ЯЭУ термодинамические циклы и начальные параметры рабочего тела в значительной мере зависят от конструкции и типа реактора и от теплофизических свойств используемого теплоносителя. Более того, параметры теплоносителя и рабочего тела ЯЭУ тесно взаимосвязаны и влияют не только на к.п.д., но и на удельные капитальные затраты, надежность, безопасность и удобство эксплуатации
Характер зависимости к.п.д. цикла Ренкина на насыщенном паре от начального давления рабочего тела
(конечное давление не изменяется)
Анализ зависимости к.п.д. цикла Ренкина от начального давления насыщенного пара:
• заметный рост к.п.д. наблюдается при повышении начального давления пара до 7,0 – 7,5 МПа,
• при давлении 12 – 13 МПа к.п.д. достигает максимума (видно, что максимум пологий),
• при дальнейшем увеличении начального давления наблюдается уменьшение к.п.д. цикла,
• с точки зрения тепловой эффективности, а также с учетом всех запасов (по предельной температуре оболочек твэлов, по запасу до кризиса теплообмена), начальное давление рабочего тела можно было бы выбрать в диапазоне 12 – 12,5 МПа,
• при выборе начального давления пара необходимо также учитывать и экономический фактор.
• технологическая схема блока с реактором РБМК является одноконтурной,
• начальные параметры рабочего тела фактически совпадают с параметрами теплоносителя,
• при повышении давления с 7 – 7,5 МПа до 12 – 12,5 МПа прирост к.п.д. будет незначительным, а металлоемкость оборудования возрастёт, а значит и капитальные затраты тоже возрастут,
• увеличение массы металла в активной зоне реактора приведет к увеличению поглощения нейтронов в конструкционных материалах, для компенсации этого эффекта необходимо использовать топливо повышенного обогащения, что дополнительно увеличивает эксплуатационные затраты,
• с ростом давления уменьшается критический тепловой поток, следовательно надо уменьшать энергонапряженность активной зоны, а значит при фиксированной мощности реактора это приводит к росту размеров активной зоны,
• с учётом всех этих факторов для одноконтурных АЭС с водяным теплоносителем начальное давление рабочего тела принимается равным Р0 ≈ 7 МПа, t = ts (P0).