Аналіз потужностей малих модульних реакторів та можливості їх застосування в муніципальній енергетиці
Автор: Гапонець Євгеній Романович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Атомна енергетика
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: Гапонець Є. Р., Кузнецова М. Я. (керівник). Аналіз потужностей малих модульних реакторів та можливості їх застосування в муніципальній енергетиці. Маґістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2024. Малі модульні реактори – реактори, що мають електричну потужність до 300 МВт [1]. Завдяки потужностям співставним з потужностями теплових енергоблоків з’являється можливість ядерного вдосконалення ТЕС і ТЕЦ. Ядерне вдосконалення теплових енергоблоків полягає в заміні котлових аґреґатів ТЕС і ТЕЦ ядерними реакторами відповідної потужності зі збереженням інших елементів теплового циклу, а також зовнішніх елементів інфраструктури, таких як електромережі, каналізація чи водогони [2]. Об’єкт дослідження – муніципальні енергосистеми. Предмет дослідження – застосування малих модульних реакторів на теплоелектроцентралях. Мета дослідження – аналіз потужностей малих модульних реакторів і можливостей їхнього застосування в муніципальній енергетиці, зокрема для модернізації теплоелектроцентралей. У роботі наведено основні причини відмови від вугільних і газових теплових енергоблоків, а також головні переваги малих ядерних реакторів, що мають забезпечити швидкий перехід до чистої енергетики. Розглянуто різновиди малих модульних реакторів за використовуваними теплоносіями, переваги та недоліки водяного, газового та рідкометалевого теплоносіїв. Описано особливості конструкцій активної зони, тепловидільних елементів і систем безпеки водо-водяного ММР SMR-160, газохолоджуваного ММР із засипною активною зоною HTR-PM та ММР з рідкометалевим теплоносієм ARC-100[3]. Акцентовано увагу на пасивності систем безпеки реактора SMR-160 [3], що усуває загрозу людського фактору в аварійних ситуаціях, а також переваг у маневреності даного реактора[4]. Проаналізовано особливості схеми теплових енергоблоків і їхню роботу в енергосистемі зі змінним навантаженням. Розглянуто три проєкти ядерного вдосконалення теплового енергоблоку [5] на основі трьох вищезазначених типів реакторів і наведено принципові схеми вдосконалених енергоблоків для кожного проєкту. Досліджено економічну вигоду від застосування вживаної інфраструктури для кожного з проєктів [5]. Проаналізовано потужнісні та безпекові характеристики водо-водяного реактора SMR-160 за допомогою нейтронно-фізичного та теплогідравлічного розрахунків. У ході нейтронно-фізичного розрахунку було визначено ефективний коефіцієнт розмноження, ефективні розміри активної зони, масу завантажуваного палива та встановлено розподіл густини нейтронного потоку радіусом і висотою активної зони. У теплогідравлічному розрахунку визначено температури теплоносія, оболонки та осердя ТВЕла, а також запас до кризи кипіння. Визначено економічний вплив від збільшення відсотку збагачення палива малого модульного реактора SMR-160 від 4,95% до 5,4%. Розрахунок економічного ефекту, рентабельності та визначення терміну окупності даного заходу підтверджують його позитивний економічний вплив. Розроблено автоматизовану систему регулювання рівня води у вертикальному парогенераторі реактора SMR-160 за допомогою мікроелектронної бази «Каскад-2». Ключові слова – малий модульний реактор, потужність реактора, ядерне вдосконалення, теплоелектроцентраль, енергоблок. Перелік використаних джерел. 1. Haneklaus, N., Qvist, S., Gladysz, P., & Bartela, L. (2023). Why coal-fired power plants should get nuclear-ready. Energy, 128169. – 5 с. https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.128169 2. Hansen, J., Jenson, W., Wrobel, A., Biegel, K., Kim, T. K., Belles, R., & Omitaomu, F. (2022). Investigating Benefits and Challenges of Converting Retiring Coal Plants into Nuclear Plants. Office of Scientific and Technical Information. – 127 с. 3. Advances in Small Modular Reactor Technology Developments. (2020). International Atomic Energy Agency in Austria. – 343 с. https://aris.iaea.org/publications/smr_book_2020.pdf 4. Kelsey J., Verclas K., Kline K., Zitelman K., Byrnett D. S. (2024). Coal to Nuclear Repowering: Considerations for State Energy Offices and Public Utility Commissions. – 22 с. 5. Hansen, J., Jenson, W., Wrobel, A., Biegel, K., Kim, T. K., Belles, R., & Omitaomu, F. (2022). Investigating Benefits and Challenges of Converting Retiring Coal Plants into Nuclear Plants. Office of Scientific and Technical Information. – 127 с.