Обоснование эффективности и безопасности использования корпусных кипящих реакторов для малой энергетики на основе результатов исследований на реакторе ВК-50 (стр. 1 )

На правах рукописи

Обоснование эффективности и безопасности использования корпусных кипящих реакторов для малой энергетики на основе результатов исследований на реакторе ВК-50

Специальность 05.14.03 «Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Димитровград

2011 г.

Работа выполнена в Открытом Акционерном Обществе

«Государственный научный центр –

Научно-исследовательский институт атомных реакторов»

Научный руководитель:

доктор технических наук -

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук,

профессор

Кандидат физико-математических

наук

Ведущая организация: им.

Защита состоится «___» ___________ 2011 г.

на заседании диссертационного совета Д 520.009.06 в Российском Национальном Центре «Курчатовский институт», 123182, г. Москва, пл. Курчатова 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского Национального Центра «Курчатовский институт».

Автореферат разослан «__» _______________2011г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

ВВЕДЕНИЕ

3 июня 2010 года Правительство Российской Федерации одобрило представленную Министерством энергетики Генеральную схему размещения объектов электроэнергетики до 2020 года с перспективой до 2030 года. В Генеральной схеме особое внимание уделено развитию в ближайшие годы атомной энергетики. Внедрение атомной энергетики в сферу энергоснабжения существенно уменьшит расход органического топлива и сохранит его в качестве ценного сырья для нужд других отраслей. Это связано как с ограниченностью доступных и экономически приемлемых природных запасов органических видов топлива, так и с негативным воздействием на окружающую среду выбросов в атмосферу продуктов сгорания.

Экономическая целесообразность и социальная значимость использования атомных энергоисточников в региональной энергетике для тепло - и электроснабжения различных потребителей представляется достаточно актуальной для экономии органического топлива, для замены выбывающих из эксплуатации по причине выработки ресурса мощностей тепловых электростанций и улучшения экологической ситуации в городах страны. Поэтому в Федеральной целевой программе «Развитие атомного энергопромышленного комплекса России на 2007-2010 годы и на перспективу до 2015 года» уделено особое внимание технико-экономическому исследованию и обоснованию использования атомных энергоисточников для теплофикации.

Проведение в 2009-2011г. г. в МАГАТЭ совещаний по вопросам безопасности реакторов малой мощности, межотраслевых конференций в России «АтомРегион-2009» и «Перспектива развития системы атомных станций малой мощности в регионах, не имеющих централизованного электроснабжения» (2010г., РАН), подтверждает возросший интерес в России и в мире к малой атомной энергетике.

Обязательным условием развития региональной атомной энергетики является экспериментальное подтверждение на прототипных установках способов и устройств обеспечения безопасности. Поэтому в современных условиях недоверия населения к атомным технологиям сооружение АТЭЦ вблизи городов требует обеспечения безопасности её энергоблоков опробованными техническими решениями.

Одним из возможных источников энергии для развития работ по атомному теплоснабжению является корпусной кипящий реактор с естественной циркуляцией теплоносителя, надежность и безопасность которого доказаны многолетней безаварийной эксплуатацией исследовательского реактора ВК-50.

Имеющиеся в мире знания по кипящим системам в основном получены на кипящих реакторах США и Японии: это реакторы типа BWR и их современные модификации поколений III и III+ (ABWR и ESBWR). Данные реакторы эксплуатируются в большой энергетике по выработке электричества. Однако корпусные кипящие реакторы пока еще в достаточной мере не исследованы в энергетике малых мощностей.

Изучение внутренне присущих свойств безопасности позволило достичь и поддерживать высокий уровень безопасности реактора ВК-50 простыми и эффективными техническими мерами. Внедрение и совершенствование технических решений, реализованных на реакторной установке ВК-50, позволят значительно снизить стоимость энергоблоков с корпусными кипящими реакторами, сделать их окупаемыми при длительном сроке эксплуатации.

Новые технические решения и параметры, закладываемые в проекты малых перспективных источников энергии, требуют проведения широкого комплекса дополнительных исследований в обоснование их надежности. Поэтому исследования характеристик реактора ВК-50, модернизация его внутрикорпусных устройств и систем безопасности являются актуальными направлениями исследований для развития малой атомной энергетики.

Цель работы – разработка и обоснование технологических решений современного корпусного кипящего реактора малой мощности на основе результатов изучения внутренне присущих свойств безопасности реактора ВК-50.

Для достижения цели решены следующие задачи:

1.  Проанализированы условия и возможность применения одноконтурных установок с корпусным кипящим реактором в региональной атомной энергетике.

2.  Проведен комплексный анализ исследований различных аспектов безопасности реактора ВК-50.

3.  Проведены дополнительные экспериментальные исследования характеристик реактора ВК-50.

4.  Выполнена модернизация контура естественной циркуляции реактора ВК-50.

5.  На основании результатов исследований и модернизации установки ВК-50 предложены конструкции внутрикорпусных устройств и технологические схемы кипящего реактора.

Научная новизна работы

Выполненный комплекс экспериментальных исследований в обоснование эффективности и безопасности кипящего реактора позволили автору:

-  обосновать и экспериментально подтвердить возможность повышения границы устойчивой работы кипящего реактора ВК-50 в результате модернизации его контура естественной циркуляции;

-  систематизировать данные о наиболее значимых внутренних свойствах безопасности корпусного кипящего реактора с естественной циркуляцией теплоносителя и верхним расположением исполнительных механизмов СУЗ;

-  разработать технологические подходы сочетания систем нормальной эксплуатации и систем безопасности реактора типа ВК.

Весомым показателем новизны являются патенты на изобретение и полезную модель на разработанные способы и устройства.

Практическая ценность работы.

1. Результаты выполненных исследований легли в основу проектно-конструкторских разработок по модернизации реактора ВК-50.

2. Результаты исследований и модернизации позволили обосновать и продлить срок эксплуатации реактора ВК-50 до 50 лет.

3. Сформулированы концепции установок с корпусными кипящими реакторами, которые могут быть использованы при проектировании атомных ТЭЦ.

Достоверность результатов и обоснованность выводов подтверждаются:

1. Использованием современных нейтронно-физических и теплогидравлических кодов, верифицированных по опытным данным реактора ВК-50.

2. Использованием апробированных расчетных методик, подтвержденных экспериментами, а также опытом многолетней безопасной и эффективной эксплуатации реактора ВК-50.

Личный вклад автора.

Постановка задач исследований проведена автором самостоятельно.

Результаты исследований являются итогом многолетней работы автора на реакторной установке ВК-50.

Автор был организатором и ответственным исполнителем выполненных исследований, совместно с коллегами из НИИАР» к. т.н. , к. т.н. , к. т.н. , к. т.н. , к. т.н. , , принимал участие в подготовке и проведении экспериментов, обработке, анализе и обобщении результатов измерений, выпуске научно-технических отчетов и статей по модернизации реактора и систем установки ВК-50.

Автор был организатором работ по продлению срока эксплуатации реакторной установки ВК-50, которую проводил совместно с коллегами из НИИАР» , .

Создание концепций энергетических корпусных кипящих реакторов для теплоснабжения регионов проведены автором в сотрудничестве с коллегами из НИИАР» д. т.н. , к. т.н. , к. т.н. , коллегами из «Гидропресс» к. т.н. , д. т.н. , к. т.н. , сотрудниками заводы» , , сотрудником им. » д. т.н., профессором . Автор лично представлял концепции кипящих реакторов на различных конференциях и технических совещаниях.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на международной конференции по проблемам материаловедения при проектировании, изготовлении и эксплуатации оборудования АЭС (Санкт Петербург, 2008г.), на межотраслевой научно-технической конференции «АтомРегион 2009» (Дзержинск, 2009), на всероссийском совещании «Безопасность исследовательских ядерных установок» (Димитровград, 2009), на межотраслевом семинаре в НИЦ «Курчатовский институт» (2010г.), на техническом совещании в МАГАТЭ по проблемам нераспространения ядерного оружия и внутренних свойств безопасности реакторов малой и средней мощности (Вена, 2010г.), на межотраслевой межрегиональной научно-технической конференции РАН «Перспектива развития системы атомных станций малой мощности в регионах, не имеющих централизованного электроснабжения» (Москва, 2010), на научно-технических советах и рабочих совещаниях в НИИАР» (Димитровград, 2010), «Гидропресс» (Подольск, 2010), заводы» (Санкт-Петербург, 2011), на международной научно-технической конференции «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР» (2011).

Публикации.