Впровадження бінарних циклів на енергоблоках АЕС України потужністю 1000 МВт для підвищення їх ефективності роботи.
Автор: Висоцький Олександр Павлович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Атомна енергетика
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2021-2022 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Висоцький О.П., Кравець Т.Ю. (керівник). Впровадження бінарних циклів на енергоблоках АЕС України потужністю 1000 МВт для підвищення їх ефективності роботи. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2021. Розширена анотація. Одним із шляхів вирішення завдання підвищення енергоефективності, та енергозбереження на енергоблоках АЕС України, є розробка способів та пристроїв для утилізації середньо- та низькопотенційної теплоти паротурбінних установок. Накопичений світовий досвід показує рентабельність та ефективність утилізації низькопотенційної теплоти за допомогою використанням турбін, що працюють за циклом Ренкіна на органічних низькокиплячих робочих тілах [1, 2]. Для ефективного вирішення зазначеної задачі є проведення газодинамічних досліджень моделей парових турбін з органічним низькокиплячим робочим тілом, з урахуванням положень теорії подібності [3] та можливостей застосування сучасних розрахункових пакетів моделювання. Такий підхід дозволяє виконувати дослідження турбомашин буз проведення трудомістких їх випробувань. Основна складність досліджень полягає в тому, що органічні робочі тіла не є ідеальними газами, а їх фізичні властивості істотно змінюються в процесі розширення у турбінному ступені [4], що вимагає особливого підходу до застосування теорії подібності. Об’єкт дослідження - теплота низького потенціалу відпрацьованої пари паротурбінних установок АЕС. Предмет дослідження – ефективне використання теплоти низького потенціалу відпрацьованої пари паротурбінних установок АЕС в різних режимах експлуатації. Мета дослідження - застосування бінарних циклів на енергоблоках АЕС України потужністю 1000 МВт для підвищен ефективності їх роботи. В результаті виконання роботи розраховано та спроектовано утилізаційну турбінну установку потужністю 500 кВт з органічним робочим тілом - гексаметилдисилоксан. Розрахунок режимів експерименту виконувався з урахуванням теорії моделювання турбомашин, що визначає критерії подібності, які необхідно витримувати у натурному і змодельованому ступенях. Досліджена робота ступеня турбіни на номінальному та чотирьох проміжних режимах часткового навантаження. Для кожного з обраних режимів виконувався тривимірний чисельний розрахунок в програмному пакеті ANSYS CFD, що дозволив визначити оптимальну частоту обертання ротора, яка відповідала максимальному значенню ККД режиму. На отриманих оптимальних режимах визначалися критерії подібності. Було розроблено та розраховано попередні граничні параметри моделі турбінного ступеня, що дало можливість провести базовий числовий розрахунок модельованого режиму. За результатами чисельного розрахунку проводилася коригування граничних параметрів змодельованого ступеня для турбіни, яка працює на органічному робочому тілі гексаметилдисилоксан до тих пір, поки не було витримано рівність критеріїв подібності в модельованому ступені. В результаті були отримані та розраховані основні параметри номінального і чотирьох проміжних режимів роботи змодельованого турбінного ступеня. В даній роботі пропонується використовувати бінарний цикл на енергоблоці АЕС. У такому циклі схема з органічним робочим тілом впроваджена безпосередньо в термодинамічний цикл паротурбінної установки енергоблоку АЕС в якості холодного джерела, для відведення тепла в конденсаторі. При такому використанні технології витісняється традиційна система технічного водопостачання і замінюється контуром на органічному робочому тілі. Вказана технологія дозволяє підвищити виробіток електричної енергії без збільшення витрати тепла. Запропонований бінарний цикл являє собою надбудову конденсаційного пароводяного енергоблоку АЕС контуром на органічному робочому тілі (фреон R-134a). Поєднуючою ланкою між паротурбінною установкою і контуром на органічному робочому тілі є випарник, який встановлений на заміну конденсатора в існуючій частині паротурбінної установки. Відпрацьована водяна пара після парової турбіни надходить у випарник, у якому конденсується за рахунок передачі скритої теплоти пароутворення холодоагенту. У випарнику утворюється пара холодоагенту з максимальними параметрами необхідними для роботи циклу на органічному робочому тілі. Пара органічного робочого тіла подається на турбіну органічного теплоносія для вироблення додаткової електричної потужності. Далі відпрацьована пара холодоагенту спрямовується конденсатор органічного робочого тіла. Конденсат холодоагенту подається помпою назад у випарник і тим самим утворює замкнутий контур на низькокиплячому робочому тілі. В економічній частині роботи розраховані техніко-економічні показники роботи енергоблоку АЕС. У пятому розділі роботи виконано автоматизацію турбоустановки на органічному робочому тілі. Ключові слова – парова турбіна, органічне робоче тіло, цикл Ренкіна, АЕС, режими роботи, ефективність. Перелік використаних літературних джерел. 1. Pytilinski, J.T. Solar energy installations for pumping irrigation water // Solar Energy – 1978. – №21 (4). – P. 255 – 262. 2. Quoilin S., Lemort V. Technological and Economical Survey of Small- Scale Organic Rankine Cycle Systems. Fifth European conference, Economics and management of energy in industries – 2009 // URL: http://www.eolss.net/sample- chapters/c05/E6-35-43-00.pdf 3. Кириллов, И. И. Теория турбомашин / И. И. Кириллов. – Л.: Машиностроение, 1994. – 512 с. 4. Морозов, Н.В. Паровые турбины на низкокипящем рабочем теле / Н.В. Морозов, В. П. Карасев // Вестник аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева. 2010. – С. 102 – 106.