Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Энергетические системы и комплексы

Диссертационная работа:

Байрамов Артем Николаевич. Эффективность интеграции АЭС с водородным энергетическим комплексом : диссертация ... кандидата технических наук : 05.14.01 / Байрамов Артем Николаевич; [Место защиты: Сарат. гос. техн. ун-т].- Саратов, 2010.- 142 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-5/1757

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Список принятых сокращений 2

Предисловие 6

Глава 1. Аналитический обзор по свойствам, производству, хранению и использованию водорода как энергоносителя в энергетике 13

1.1 Свойства водорода как энергоносителя 14

1.2 Состояние вопроса производства водорода методом электролиза воды в настоящее время 1.2.1 Перспективы развития водородной энергетики 16

1.2.2 Электролиз воды - перспективный способ производства водорода

1.3 Технологии хранения водорода 25

1.4 Использование водорода в циклах теплоэнергетических установок 34

1.5 Цели и задачи исследования 48

Глава 2. Анализ эффективности производства водорода методом электролиза воды за счёт электроэнергии провальной части графика электрической нагрузки АЭС 50

2.1 Критерий и методика оценки эффективности производства водорода 50

2.2 Оценка удельных капиталовложений в электролизные установки повышенной мощности 53

2.3 Обоснование КПД и основных рабочих параметров электролизных установок повышенной мощности 55

2.4 Обоснование исходных данных к расчёту эффективности производства водорода 56

2.5 Условия целесообразности производства водорода 58

Глава 3. Оценка стоимостных характеристик системы хранения водорода и кислорода в условиях суточного цикла

3.1 Обоснование варианта хранения водорода и кислорода в цилиндрических ёмкостях 64

3.2 Методика оценки стоимостных характеристик системы хранения водорода и кислорода 65

3.3 Результаты расчёта стоимостных характеристик системы хранения 69

3.4 Оценка влияния водородной коррозии на сталь ёмкостей 74

Глава 4. Системная эффективность интеграции АЭС с водородным энергетическим комплексом 77

4.1 Обоснование и описание уточнённой расчётной схемы интеграции АЭС с водородным энергетическим комплексом 77

4.2 Узел водородного перегрева свежего пара паропроизводящей установки АЭС 83

4.3 Методика оценки эффективности и технико-экономических показателей интеграции АЭС с водородным энергетическим комплексом 87

4.4 Оценка эффективности и технико-экономических показателей интеграции АЭС с водородным энергетическим комплексом

4.5 Оценка экономии условного топлива в энергосистеме 100

4.6 Обоснование и оценка надёжности водородного энергетического комплекса 101

4.6.1 Основные сведения о комплексных показателях надёжности эксплуатации объекта 101

4.6.2 Обоснование вероятности отказов основного

оборудования водородного энергетического комплекса 103

4.6.3 Оценка комплексных показателей надёжности водородного энергетического комплекса 105 5

4.7 Оценка конкурентной эффективности АЭС с водородным энергетическим комплексом и ГАЭС 107

4.7.1 Основные положения сравнительного анализа водородного энергетического комплекса на АЭС с ГАЭС. 107

4.7.2 Обоснование экологичности технологии производства электроэнергии с использованием водородного энергетического комплекса 115

4.7.3 Методика оценки экономической эффективности вариантов 117

4.7.4 Сравнение эффективности АЭС с водородным энергетическим комплексом и ГАЭС 121

Выводы 128

Направления дальнейших исследований 131

Список использованных источников 1  

Введение к работе:

Актуальность проблемы и объект исследования

В настоящее время и ближайшие несколько десятилетий главная роль в обеспечении энергетической безопасности и стабильности в нашей стране будет принадлежать тепловой и атомной энергетике.

Программой развития атомной энергетики России до 2020 г. предусмотрено существенное увеличение доли АЭС в энергосистемах европейской части страны. При такой тенденции развития атомной энергетики вопросы повышения безопасности и эффективности работы АЭС приобретают особую актуальность.

В этой связи одним из приоритетных направлений повышения безопасности и эффективности работы АЭС является обеспечение их базисной электрической нагрузкой. С этой целью использование водородных энергетических комплексов, основанных на внепиковом электропотреблении, может быть направлено на производство товарной продукции, дополнительную выработку пиковой электроэнергии АЭС и как способ резервирования собственных нужд станции, приводящий к повышению её безопасности. На этом основании актуальным является исследование эффективности АЭС с использованием водородных энергетических комплексов.

Связь диссертационной работы с приоритетными НИР

Данная диссертационная работа выполнялась на базе бюджетных тематик фундаментальных научных исследований Отделения энергетики, механики, машиностроения и процессов управления РАН «Обоснование приоритетных направлений развития энергогенерирующих мощностей с учетом обеспечения безопасности, устойчивого развития и долгосрочных интересов страны» 2006 – 2008 гг.; «Разработка научных основ повышения коэффициента использования установленной мощности АЭС в энергосистеме» 2009 – 2011 гг.; в рамках гранта РФФИ «Разработка научных основ построения водородных циклов на АЭС» 2007 – 2009 гг.

Цель диссертационной работы – оценка и анализ эффективности интеграции АЭС с водородным энергетическим комплексом в зависимости от доли используемой внепиковой мощности энергоблока (на примере ВВЭР-1000) для производства водорода и кислорода.

Основные задачи исследований:

1. Разработка наиболее эффективного способа осуществления водородного перегрева свежего пара во влажно-паровых циклах АЭС.

2. Оценка эффективности использования водородного топлива во влажно-паровых циклах АЭС в зависимости от доли используемой внепиковой мощности энергоблока (на примере ВВЭР-1000) для производства водорода и кислорода.

3. Оценка эффективности использования «провальной» электроэнергии АЭС в зависимости от доли используемой мощности энергоблока для производства водорода и кислорода.

4. Оценка и анализ эффективности производства водорода на базе электролизных установок повышенной мощности (единичных агрегатов) за счёт электроэнергии провальной части графика электрической нагрузки АЭС.

5. Обоснование системы хранения водорода и кислорода в условиях суточного цикла.

6. Расчёт стоимостных характеристик системы хранения водорода и кислорода.

7. Оценка технико-экономических показателей интеграции АЭС с водородным энергетическим комплексом.

8. Анализ эффективности и технико-экономических показателей интеграции АЭС с водородным энергетическим комплексом в сравнении с ГАЭС.

Направления исследований

Работа направлена на исследование эффективности построения водородных циклов на влажно-паровых АЭС с целью повышения эффективности и конкурентоспособности станции в условиях обеспечения базисной электрической нагрузкой.

Методы исследований

Методика оценки термодинамической эффективности циклов теплоэнергетических установок; методика оценки технико-экономических показателей в энергетике; методика оценки надёжности теплоэнергетического оборудования в энергетике.

Достоверность полученных результатов и выводов диссертационной работы обоснована использованием укоренившихся и широко распространённых в энергетике методик технико-экономических расчётов, оценки термодинамической эффективности и надёжности теплоэнергетических установок, а также логической корреляцией основных результатов работы с результатами других авторов.

На защиту выносятся:

1. Уточнённая расчётная схема интеграции АЭС с водородным энергетическим комплексом.

2. Эффективность производства водорода методом электролиза воды на базе электролизного комплекса повышенной мощности за счёт электроэнергии провальной части графика электрической нагрузки.

3. Результаты расчёта капиталовложений в систему хранения водорода и кислорода в цилиндрических ёмкостях.

4. Система водородного перегрева свежего пара АЭС.

5. Эффективность и технико-экономические показатели интеграции АЭС с водородным энергетическим комплексом.

6. Конкурентная эффективность интеграции АЭС с водородным энергетическим комплексом в сравнении с ГАЭС.

Научная новизна

Разработана методика оценки эффективности и технико-экономических показателей водородного энергетического комплекса в интеграции с АЭС на примере с ВВЭР-1000 (ПТУ К-1000/60-1500) в зависимости от доли используемой внепиковой мощности энергоблока для производства водорода и кислорода, позволяющая произвести оценку системной эффективности такой интеграции.

Уточнена и обоснована расчётная схема интеграции АЭС с водородным энергетическим комплексом.

Разработана наиболее эффективная система сжигания водорода для перегрева свежего пара в цикле АЭС без использования охлаждения балластировочным компонентом (охлаждающей водой), что способствует наибольшей эффективности такого перегрева.

Разработаны условия конкурентной эффективности АЭС с использованием водородного энергетического комплекса в сравнении с ГАЭС.

Разработаны условия целесообразности производства водорода на базе электролизных установок повышенной мощности единичных агрегатов с использованием электроэнергии провальной части графика электрической нагрузки АЭС. Получено экстраполяционное уравнение оценки удельных капиталовложений в электролизные установки повышенной мощности, а также оценки удельных капиталовложений и мощности вновь создаваемых компрессорных агрегатов применительно к условиям работы водородного энергетического комплекса.

Приведено обоснование наиболее приемлемого способа хранения водорода и кислорода в условиях суточного цикла. Получены эффективные технические и стоимостные показатели системы хранения водорода и кислорода в ёмкостях цилиндрического типа.

Практическая значимость результатов диссертационной работы следует из актуальности исследуемой проблемы.

Использование водородных энергетических комплексов позволяет отказаться от принудительной разгрузки АЭС по диспетчерскому графику в часы ночного провала электропотребления и, тем самым, обеспечить работу станции с высоким коэффициентом использования установленной мощности. При этом выработанные водород и кислород могут использоваться в паротурбинном цикле АЭС (водородный перегрев свежего пара) с обеспечением выработки дополнительной (пиковой) электроэнергии (мощности) и с повышением общей эффективности работы станции или могут служить конкурентоспособной товарной продукцией. В этой связи проведенные оценки показали, что использование водородного топлива в цикле АЭС может привести к повышению электрического КПД станции брутто в диапазоне 0,9 – 7,3 %, КПД станции нетто – 0,7 – 7,0 % в зависимости от количества сжигаемых водорода и кислорода при водородном перегреве свежего пара. При этом предложенная система сжигания водорода в цикле АЭС способствует наибольшей эффективности такого перегрева.

Производство водорода на базе электролизных установок повышенной мощности при определённых условиях оказывается эффективным. При этом попутной полезной продукцией может оказаться производство озона для коммунально-бытовых целей, а также наработка тяжёлой воды в процессе электролиза.

Использование водородных энергетических комплексов в интеграции с АЭС может обеспечить системную эффективность станции в сравнении
с ГАЭС при покрытии пиков электрических нагрузок в энергосистеме, покрытие переменного графика электропотребления без изменения режимов работы реакторной установки. При этом становится возможным отказ от использования пиковых ГТУ, что приводит к экономии органического топлива в энергосистеме и уменьшению масштабов выбросов парниковых газов в атмосферу.

С эффективным способом хранения водорода и кислорода на АЭС в условиях суточного цикла связана возможность реализации водородных энергетических комплексов. С этой точки зрения предложенный способ хранения водорода и кислорода в цилиндрических ёмкостях является одним из возможных.

В условиях становления и развития водородной энергетики в экономически развитых странах, в том числе и в России, неизбежно получит своё формирование рынок водородных технологий. Реализация водородных энергетических комплексов связана с созданием энергетического оборудования новых типоразмеров, пригодного для целей водородной энергетики, которое может занять свою соответствующую нишу в формирующемся рынке водородных технологий. В данной диссертационной работе на основе разработанной методики оценки эффективности и технико-экономических показателей водородного энергетического комплекса выработаны основные рекомендации к созданию такого энергетического оборудования и его основные возможные характеристики.

Разработанная методика может быть использована проектными организациями с целью оценки технико-экономических показателей обеспечения АЭС базисной электрической нагрузкой за счёт использования водородного энергетического комплекса с повышением эффективности работы станции при новом проектировании.

Разработанные научные основы интеграции АЭС с водородным энергетическим комплексом могут использоваться в учебном процессе с целью изложения концепции эффективного обеспечения АЭС базисной электрической нагрузкой в условиях увеличения их доли в энергосистемах европейской части страны.

Основные результаты работы вошли в научные отчёты Отдела энергетических проблем Саратовского научного центра РАН за 2008, 2009 гг., в том числе совместно с Объединённым институтом высоких температур РАН по эффективности оценки вариантов обеспечения АЭС базовой нагрузкой.

Апробация результатов диссертационной работы

Некоторые из основных результатов, а также главные положения концепции диссертационной работы докладывались на: внутривузовских конференциях молодых учёных СГТУ в 2007, 2008 гг..; Всероссийской конференции молодых учёных, проводимой концерном «Росэнергоатом» в 2007 г.; Международной научно-практической конференции «Логистика и экономика энергосбережения и ресурсосбережения в промышленности» в 2007 г.; Международной конференции молодых учёных «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий» 15-16 сентября 2009 г.

Публикации. По исследуемой проблеме опубликованы 7 печатных работ, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объём диссертации

Диссертация включает предисловие, четыре главы, выводы, направления дальнейших исследований, список использованных источников, содержащий 104 наименования. Объём диссертации составляет 142 страницы.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net