Атомные электрические станции (АЭС)

Приливные электрические станции (ПЭС)

Гидравлические электрические станции (ГЭС)

В основе изучения работы ГЭС лежит наука называемая гидравликой; она включает в себя гидростатику, изучающую равновесие жидкостей, и гидродинамику, изучающую движение жидкостей.

Мощность станции:

P =9,81 QH (кВт), где Q – расход воды м³/с

H – напор в метрах между верхним и нижним барьерами.

Гидроэлектростанции. При сооружении ГЭС обычно решают комплекс задач народного хозяйства, в которой помимо выработки электрической энергии входит регулирование стока воды и улучшение судоходности реки, создание орошаемых массивов, развитие энергоёмких производств, использующих местное сырьё и т.д.

Для прохода судов устраивают специальные шлюзы, представляющие собой бетонированные каналы, разделённые рядом ворот на шлюзовые камеры.

На равнинных реках строятся ГЭС с Н = 25-30 м; на Братской ГЭС Н достигает 100 м. В горной местности напор воды могут создать и более 240 м (Саяно-Шушенская ГЭС, Чиркейская ГЭС в Дагестане).

Мощность турбин изменяется от нескольких киловатт до 500 МВт, а частота вращения от 16 2/3 до 1500 об/мин.

Энергия морских приливов. ПЭС выгодно отличается от речных тем, что их работа определяется космическими явлениями и не зависит от погодных условий (лунная энергия). Но ПЭС работают ограниченное число часов в сутки.

АЭС отличаются от ГЭС только тем, что рабочее тело на них в парогенераторах получают за счёт получения тепла в ядерных реакторах, а на ГЭС за счёт сжигания органического топлива.

Основной элемент станции – ядерный реактор – состоит из активной зоны, отражателя, системы охлаждения, системы управления, регулирования и контроля, корпуса и биологической защиты.

В рабочие каналы активной зоны помещают ядерное топливо в виде урановых или плутониевых стержней, покрытых герметичной металлической оболочкой. В этих стержнях и происходит ядерная реакция, сопровождаемая выделением большого количества тепла. Поэтому стержни с ядерным топливом называют тепловыделяющими элементами или сокращённо твэлами. Количество твэлов в активной зоне может доходить до нескольких тысяч.

В активную зону помещают замедлитель нейтронов, через неё также проходит теплоноситель, под которым понимают вещество служащее для отвода тепла. В качестве теплоносителя используются обычная вода, тяжёлая вода, водяной пар, жидкие металлы, некоторые инертные газы (углекислый газ, гелий). Теплоноситель с помощью принудительной циркуляции омывает в рабочих каналах поверхности твэлов, нагревается и уносит с собой тепло для дальнейшего использования. Активная зона окружена отражателем, который возвращает в нее вылетающие нейтроны.

Управление реактором производится с помощью специальных стержней, поглощающих нейтроны. Стержни вводятся в активную зону и изменяют поток нейтронов, а следовательно, и интенсивность ядерной реакции.

Тепло, выделяющееся в реакторе, может передаваться рабочему телу теплового двигателя (турбины) по одноконтурной, двухконтурной и трехконтурной схемам (см. рис 7).

Рис. 7 Схемы работы АЭС: а – одноконтурная АЭС; б – двухконтурная АЭС; в – трехконтурная АЭС. 1- реактор с первой биологической защитой; 2- вторичная биологическая защита; 3 – турбина; 4 – электрический генератор; 5 – конденсатор или газоохладитель; 6 – насос или компрессор; 7 – регенеративный теплообменник; 8 – циркуляционный насос; 9 – парогенератор; 10 – промежуточный теплообменник.

Каждый контур представляет собой замкнутую систему. Многоконтурная схема обеспечивает радиационную безопасность и создает удобства для обслуживания оборудования. Выбор числа контуров определяется в зависимости от типа реактора и свойств теплоносителя, характеризующих его пригодность для использования в качестве рабочего тела в турбине.

Мощность первой АЭС равна 5 МВт, а кпд – 16 % (построена в 1954 году в г. Обнинске). Относительно небольшое кпд объясняется тем, что используется пар с низкими параметрами Т₁ = 260 и давлением ρ = 1,27 МПа (12 атм).

Опыт сооружения и эксплуатации АЭС позволил перейти к созданию экономичных мощных АЭС, в которых параметры рабочего тела доведены до величин такого же порядка как и на современных ГЭС. В 1964 году в Свердловской области построена Белоярская АЭС на которой используется пар ρ = 9,12 МПа (91,2 атм) и температуре 450-530 мощность 100 МВт. Современные АЭС строятся с блоками 1000 МВт (Волгодонская АЭС).

Доля атомной энергетики в перспективе будет возрастать в производстве электроэнергии.