Содержание к диссертации
Введение
2. Разработка методики обоснования эффективности повышения КИУМ АЭС С ВВЭР 40
2.1.Выбор показателей эксплуатационной эффективности АЭС с ВВЭР-1000 с учетом системных факторов 40
2.2. Научные основы удлинения топливных кампаний энергоблоков АЭС с ВВЭР 48
2.2.1. Удлинение кампаний за счет роста обогащения и совершенствования топлива 48
2.2.2. Режимы продления кампаний за счет эффектов реактивности 51
2.2.3. Разработка способов эксплуатации со снижением потерь компенсации реактивности 56
2.3.Оценка возможностей повышения КИУМ различными методами 71
2.3.1. Повышение КИУМ удлинением топливных кампаний и снятием летних ограничений по мощности 72
2.3.2. Сокращение длительности ремонтов для повышения КИУМ 73
3. Анализ эффективности повышения КИУМ удлинением топливных кампаний и сокращением ремонтов 88
3.1.Методика сравнительного анализа кампаний АЭС с ВВЭР-1000 различной длительности 88
3.2. Эффективность продления кампаний топливных загрузок на выбеге реактивности 101
3.3.Анализ эффективности удлинения кампаний при сокращении длительности ремонтов 114
3.3.1. Влияние на КИУМ длительностей ремонтов и реакторной кампании 114
3.3.2. Оптимальное планирование графиков работы энергоблоков на мощности и ремонтов 118
4. Системный анализ эффективности повышения КИУМ на действующих энергоблоках АЭС 122
4.1. Анализ надежности твэлов и ТВС при увеличенных сроках пребывания в активной зоне 122
4.2. Оценка изменения оперативного и ремонтного резерва в ОЭС в связи с удлинением топливных кампаний и ростом КИУМ 130
4.2.1. Нормативные основы оценки и использования резервов мощности в энергосистемах 130
4.2.2. Методика обоснования и учета ремонтного и оперативного резерва в системе при росте КИУМ АЭС 139
4.3.Ограничения роста КИУМ АЭС с ВВЭР-1000 в энергосистемах. 150
4.4.Учет "вытеснения" газа из топливно-энергетического баланса 154
4.5. Оптимальное планирование графиков эксплуатации многоблочной АЭС в режиме исключения СР и КР в энергодефицитный период 164
4.5.1. Анализ топливного цикла с эффективной кампанией 3x305+275 эффективных суток 166
4.5.2. Топливный цикл с базовой эффективной кампанией 350 эффективных суток 169
4.5.3. Анализ длительных топливных циклов 174
Выводы и рекомендации 178
Список использованных источников 181
- Научные основы удлинения топливных кампаний энергоблоков АЭС с ВВЭР
- Эффективность продления кампаний топливных загрузок на выбеге реактивности
- Оценка изменения оперативного и ремонтного резерва в ОЭС в связи с удлинением топливных кампаний и ростом КИУМ
- Оптимальное планирование графиков эксплуатации многоблочной АЭС в режиме исключения СР и КР в энергодефицитный период
Введение к работе
Сегодня в российской атомной энергетике, как и в мире в целом, АЭС с водоводяными корпусными реакторами занимают ведущее место. Одной из важнейших задач при этом для России наряду с вводом новых энергоблоков является наращивание производства электроэнергии на уже действующих АЭС за счет повышения эффективности использования существующих мощностей. В условиях ограничений на новые инвестиции в атомноэнергетическую отрасль, выполнение такой задачи становится особо эффективным, поскольку позволяет замещать органическое топливо (прежде всего газ и мазут), увеличивая валютные поступления от продажи их за рубеж. В ряде регионов (в основном в европейской части России) рост выработки на действующих АЭС - это вытеснение твердых (низкоэкологичных) топлив, сжигание которых в условиях воздушного бассейна с высокими фоновыми концентрациями загрязнений становится все более затруднительным.
Большая загрузка АЭС позволит при малых, установленных для твердотопливных и мазутных ТЭС квотах на выбрасываемые ингредиенты, в какой-то мере сократить затраты в дорогостоящие природоохранные мероприятия (серо-и азотоочистку отходящих газов, специальную подготовку топлива) и оздоровить воздушный бассейн.
Необходимо выбирать и реализовывать, в первую очередь, такие из мероприятий, повышающих коэффициент использования установленной мощности (КИУМ), которые характеризуются наибольшей эффективностью. Для блоков АЭС заданной мощности показатель эффективности можно формализовать в виде например отношения приведенных годовых затрат к дополнительно получаемому от выработки энергии эффекту или других критериев. При этом, однако, должно учитываться влияние системных (внешних) по отношению к энергоблоку факторов, наравне с внутренними. К последним отнесем эффективный КПД энергоблока, меняющийся при продлениях кампаний на мощностном и температурном эффектах реактивности, стоимости ТВС, их обогащение кампаний, обеспечиваемые новыми загрузками и др. факторы. К системным факторам следует отнести: вероятные изменения потребного резерва, обеспечивающего заданную надежность энергоснабжения в регионе, затрат в ремонты, происходящие в другие сроки и (или) с иной периодичностью и другое. Следует также иметь в виду, что в некоторых случаях рост КИУМ, всегда связанный со снижением участия АЭС в недельном или сезонном регулировании графика нагрузки, может привести к вытеснению в эти зоны менее эффективных здесь альтернативных энергоисточников, "вырождению" летней ремонтной "полки", сдвигу графика ремонтов многоблочной АЭС и как, следствие, необходимости проведения их в зимний период максимальных нагрузок в энергосистемах. Наконец, иногда рост КИУМ противоречит объективным требованиям диспетчерского управления ОЭС.
Сегодня известны различные пути повышения КИУМ: удлинение кампаний загрузки топлива более высокого обогащения по 5U и с более совершенными поглотителями из гадолиния (твэги), продление кампаний в режиме использования мощностного и температурного эффектов реактивности, форсировка по мощности и другие [1,3., 7, 9, , ].
Причем названные пути роста КИУМ являются наиболее действенными во временном горизонте, охватывающем несколько одинаковых повторяющихся топливных загрузок (стационарный топливный цикл, совмещаемый с полным ремонтным циклом).
Менее значительные удлинения кампаний (и роста КИУМ) возможны путем использования новых способов эксплуатации реакторов типа ВВЭР, которые обоснованы с позиции физической концепции этого типа реакторов, на основе теплофизического, теплогидравлического анализа с учетом неизменной теплотехнической надежности активной зоны (с участием автора диссертации) и защищены патентом России [ ]. Названым выше вопросам посвящены специальные разделы диссертации. Некоторого удлинения кампании той же частичной загрузки можно добиться совершенствованием второго контура энерго 8 блоков АЭС с ВВЭР, то есть повышением электрического КПД. Однако связанный с этим эффект роста КИУМ мал, а резервы дальнейшего роста КПД АЭС для данного их типа (двухконтурные АЭС) близки к исчерпанию. Поэтому анализ такого пути повышения КИУМ в диссертации не проводился. Эти вопросы очень подробно рассматривались в [2, 3, 4].
Вместе с тем, серьезный резерв роста КИУМ - оптимизация ремонтного цикла энергоблоков АЭС, то есть, прежде всего, такое возможное сокращение времени ремонтов энергоблоков и загрузки топлива, которое не приводит к снижению качества при выполняемых операциях, и, вместе с тем, к росту отказов и аварийных ситуаций в последующий период.
Данная диссертационная работа посвящена решению поставленных выше задач выбора и обоснования эффективных путей повышения КИУМ энергоблоков АЭС с ВВЭР- удлинением и продлением стационарных топливных кампаний, сокращением сроков ремонта и использованием новых способов эксплуатации реакторов ВВЭР- .
Цель работы - научное обоснование эффективных путей повышения КИУМ АЭС с ВВЭР- в крупных энергосистемах.
Основными задачами исследования являются:
1.— разработка методических положений анализа эффективности путей повышения КИУМ энергоблоков АЭС с ВВЭР- с учетом топливных и ремонтных кампаний;
2. — анализ использования эффектов реактивности для продления топливных кампаний в повторяющемся режиме;
3. - разработка методик технико-экономического сопоставления кампаний разной длительности и с разным продлением при учете сроков ремонтов;
4. - обоснование методологии общесистемного многофакторного технико-экономического анализа эффективности повышения КИУМ АЭС с ВВЭР;
5. - выбор наивыгоднейших характеристик топливных загрузок с учетом требований роста КИУМ и системных факторов. В диссертации разработаны общие методологические положения анализа эффективности повышения КИУМ энергоблоков АЭС с ВВЭР- на основе учета системных факторов: регионального баланса маневренных мощностей, потребной доли ремонтного резерва, надежности электроснабжения, вытеснения газомазутного топлива из энергетической сферы на экспорт, улучшения экологического состояния окружающей среды при вытеснении низкокачественных твердых топлив и снижения затрат в захоронение отходов отработанного ядерного горючего.
В работе проведен анализ возможности использования особенностей физической концепции активной зоны реакторов ВВЭР- для продления топливных кампаний с использованием мощностного (м.э.р.) и температурного эффектов реактивности (т.э.р.). Предложен и запатентован с участием автора способ эксплуатации ВВЭР, повышающий экономичность использования ядерного горючего и, тем самым, продлевающий (удлиняющий) кампанию для той же частичной загрузки. Обосновано расчетное соотношение, позволяющее исходя из текущего распределения энерговыделения и объемного коэффициента неравномерности Kv и других параметров изменять среднюю температуру теплоносителя и концентрацию химического поглотителя нейтронов в первом контуре так, чтобы минимизировать потери нейтронов.
Проведены по критерию чистой прибыли АЭС для разных значений тарифов на энергию технико-экономические расчеты эффективности загрузок, обеспечивающих различные длительности кампаний. Выполнены аналогичные расчеты для различных продлений кампаний на мощностном и температурном эффектах реактивности. Приведены и проанализированы промежуточные результаты расчетов для различных исходных данных. В обоих случаях проведены исследования для нескольких повторяющихся одинаковых последовательных кампаний, что позволяет считать их стационарными.
В диссертации разработаны методологические основы системного анализа эффективности роста КИУМ энергоблоков АЭС. При этом учтены факторы на дежности работы твэлов в более длинных кампаниях на основе ретроспективного анализа данных завода-изготовителя. Рассмотрены возможные ограничения по росту КИУМ в энергосистемах, где целесообразно частичное участие энергоблоков АЭС в покрытии недельной и сезонной неравномерностей нагрузки. Показано, что в основном указанный фактор может иметь значение только в отдаленных энергосистемах с высокой структурной долей АЭС. В диссертации обоснованы причины, которые могут сдерживать рост КИУМ выше некоторых значений, прежде всего для многоблочных АЭС с ВВЭР. К их числу отнесены: 1) невозможность использования в полной мере летнего провала нагрузок для проведения ремонтов, как следствие этого выведение части энергоблоков в ремонт в зимнее время максимума нагрузок и рост потребного системного ремонтного резерва; 2) сокращение "вращающегося" резерва в системе при более полной загруженности АЭС и их значительной доле, что также требует увеличения потребного резерва.
В диссертации проведен анализ системной эффективности повышения КИУМ многоблочной АЭС с учетом указанных выше факторов.
Научная новизна..
1. Разработан научный метод обоснования эффективности различных путей повышения КИУМ АЭС с ВВЭР-ЮОО с учетом характеристик топливных загрузок и внешних системных факторов.
2. Предложены методики анализа мощностного и температурного эффектов реактивности для продления кампаний, технико-экономического сопоставления кампаний разной длительности и с разным продлением при работе на выбеге реактивности, а также выбора оптимальных сроков продления.
3. Разработаны методологические основы системного технико-экономического обоснования эффективности повышения КИУМ, получены и проанализированы результаты сопоставительных расчетов кампаний по предпочтительным вариантам новых загрузок топлива и разных сроков их продления.
Практическая значимость. Обоснованы экономические преимущества удлинения кампаний топлива с более высоким КИУМ на основе критерия чистой прибыли АЭС и минимума приведенных затрат в энергосистеме. Получены оптимальные продления кампаний для разных отпускных тарифов на электроэнергию. Показано возможное влияние системных факторов: резерва мощности в энергосистеме, доли АЭС в ней и общего потребного регулировочного диапазона на эффективность выбираемых значений длительности обычных и удлиненных (продленных) кампаний. Обоснованы количественно возможности повышения КИУМ за счет сокращения сроков ремонта и перегрузки топлива, в том числе с учетом ограничивающих системных факторов.
На защиту выносятся: Методики и результаты анализа использования мощностного и температурного эффектов реактивности для продления кампаний, алгоритмы укрупненного технико-экономического сопоставления кампаний разной длительности и с разным продлением на выбеге реактивности, а также результаты выбора оптимальных сроков их продления; - методические положения и результаты расчета внутристанционной и системной эффективности повышения КИУМ многоблочной АЭС с ВВЭР- .
Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обоснованы: положением методологии системных исследований в атомной энергетике, анализа резерва в энергосистемах, а также теории структурной, теплофизи-ческой, теплогидравлическои надежности активной зоны, термодинамического анализа цикла влажного пара, в том числе с постепенно падающим электрическим КПД.
В работе использованы методы расчета себестоимости и чистой прибыли в условиях современного налогообложения. Проведено сопоставление полученных результатов и выводов диссертации с имеющимися данными других исследований.
Личный вклад автора заключается в следующем:
1. Разработаны методологические положения анализа мощностного (м.э.р.) и температурного (т.э.р.) эффектов реактивности для продления кампаний сверх нормативной длительности и оценки оптимальной длительности продления.
2. Разработаны алгоритмы укрупненного технико-экономического сопоставления кампаний разной длительности, обеспечиваемых загрузками разного обогащения по 5U и стоимости.
3. Обоснованы методические положения системной эффективности повышения КИУМ многоблочной АЭС с ВВЭР- с учетом ремонтной и резервной составляющей затрат, а также вытеснения газа и мазута из энергетического баланса.
4. Получены новые результаты по повышению эффективности АЭС, работающих в энергосистемах. Дан анализ их и сформулированы рекомендации.
Работа выполнена на кафедре "Тепловые электрические станции" Саратовского государственного технического университета и в филиале концерна Росэнергоатом "Балаковская атомная электростанция" в рамках основного научного направления развития науки и техники Российской Федерации "Топливо и энергетика", Федеральной программы фундаментальных исследований в области "Физико-технических проблем энергетики", программы Минвуза России .В. "Разработка научно-методологических основ повышения эффективности АЭС с водоводяными реакторами в энергосистемах".
Изложенные в диссертации материалы опубликованы в научных статьях и докладывались на научных конференциях и семинарах в - гг. в городах Саратове, Балаково, Пензе, международных симпозиумах концерна "Росэнергоатом" в г. Москве и других, в том числе зарубежных симпозиумах и конференциях.
Разработанные в диссертации методологические положения и результаты исследования могут быть использованы для повышения эффективности действующих АЭС с ВВЭР в энергосистемах России.
Материалы диссертации окажутся полезными также для проектных организаций при обосновании оптимальных сценариев развития атомной энергетики и для руководства российских АЭС с ВВЭР при выборе и оптимизации топ ливных циклов и стратегии перегрузок.
Автор выражает благодарность научному руководителю, доктору технических наук, профессору Хрусталеву Владимиру Александровичу, а также Заслуженному деятелю науки и техники РФ, Лауреату премии Правительства РФ Аминову Рашиду Зарифовичу, кандидату технических наук, профессору Ларину Евгению Александровичу за советы, консультации и помощь при выполнении работы, коллективам кафедр "Тепловые электрические станции", "Теплоэнергетика" и Проблемной научно-исследовательской лаборатории ТЭУ за советы, замечания и пожелания, высказанные при подготовке и обсуждении диссертации.
Научные основы удлинения топливных кампаний энергоблоков АЭС с ВВЭР
Сегодня удлинение кампаний энергоблоков АЭС с ВВЭР-1000 и ростКИУМ является одним из общепризнанных путей повышения энергоресурсо щ эффективности. Предлагаемые методы удлинения кампаний, в первую очередь,основаны на возможностях роста обогащения, совершенствовании топлива и его использования, включая всемерное повышение полного электрического КПД блока.
Исследования некоторых из названых методов и путей содержатся в разработках, выполненных с участием автора [9, 22, 23, 28, 41, 50, 53, 54, 59] на Ба-лаковской АЭС, совместно с Саратовским государственным техническим университетом. В [50] было дано системное технико-экономическое обоснование эффективности модернизации топливных загрузок перекомпоновкой активной зоны по принципу минимизации периферийных утечек нейтронов при допус Расчетным путем были установлены изменения важнейших характеристик по базовому и модернизированному вариантам работы загрузки: А (базовый) и Б (с извлечением СВП). В таблице 2.1 представлены фрагменты полного учета характеристик выгорания по номерам ячеек а.з. в обоих сравниваемых вариантах загрузок.
Таблица 2.1 Из рассмотренных примеров в таблице (2.1) видно, что поскольку в обоих вариантах (базовом и с извлечением СВП) глубина выгорания В на начало частичной кампании одинакова, то интегральную оценку эффективности выгорания топлива можно обосновать по значению В на конец кампании. Для этой цели использовано выражение для относительного изменения глубины выгорания:
В формуле (2.16) m - число кассет данного обогащения (в ячейках одного номера); АВСВПІ - абсолютное изменение (увеличение или уменьшение) глубины выгорания в конце кампании в ТВС ячеек с номером j, из которых топливо предполагается изымать из реактора. Увеличение глубины выгорания в остальных кассетах должно быть скомпенсировано в последующие кампании заданной продолжительности и не должно учитываться в эффекте текущего года. Та предполагается изымать из реактора. Увеличение глубины выгорания в остальных кассетах должно быть скомпенсировано в последующие кампании заданной продолжительности и не должно учитываться в эффекте текущего года. Та ким образом, реальный эффект, который может быть отнесен к году, в которыйпроизводится перекомпоновка зоны с изменением СВП, окажется существенно меньшим "внешне видимого" результата из таблицы 2.1. Такой подход соответствует принципу обеспечения равного энергетического эффекта по сравниваемым вариантам, так как при этом (хотя и искусственно) выравниваются исходные условия по топливу на последующую загрузку.
Для получения точных результатов необходимы расчеты по нескольким# будущим загрузкам топлива с осреднением результатов по годам изучаемогопромежутка времени.
Эта методика применима и для анализа длительных топливных загрузок сТВС новой конструкции (с тепловыделяющими элементами на основе гадолиния - твэгами, с высотным профилированием поглощающих элементов - пэла ми со вставками из титаната диспрозия в нижней части и другими решениями).
Однако, в этом случае в формулу (2.16) подставляются результаты нейтронно физических расчетов выгорания всех ТВС сравниваемых вариантов с учетом# глубины выгорания не только на конец данной нестационарной кампании, но и на ее начало, значения которых для разных загрузок также отличаются.
При переходе к стационарным топливным циклам их сопоставление проводится по составу частичных загрузок, их стоимости, обеспечиваемому КИУМ, текущим эксплуатационным издержкам и достигаемым показателям прибыльности. Сопоставляемые характеристики должны быть усреднены в расчетах на календарный год. Однако названные характеристики, включая рассчитываемую на их основе чистую прибыль АЭС, не являются окончательным критерием оптимальности при выборе той или иной загрузки, даже если значение прибыли определяется с учетом всех факторов, обусловленных взаимовлиянием топливного и ремонтного циклов.
Помимо этих "внутренних" для станции критериев следует учитывать дополнительные "внешние" факторы, перечисленные ранее в п. 2.1. Пути их учета концептуально уже сформулированы (в п. 2.1), а методики формализованы для решаемых в диссертации задач в главе 4.
Эксплуатация реакторов ВВЭР-1000 в режиме продления кампании за счет мощностного и, частично, температурного эффекта реактивности широко исследуется у нас и за рубежом уже с начала 80-х годов прошлого века [6, 7, 26, 27]. Наиболее полные разработки проводились в ЛПИ им. М.И. Калинина (ныне Санкт-Петербургский государственный технический университет), ВНИИАЭС [52], в Саратовском политехническом институте [78] (ныне государственный технический университет), в других организациях. В научных разработках и практическом внедрении продления кампаний участвовал инженерный персонал Ново-Воронежской, Балаковской и других АЭС.
Эффективность такой работы ВВЭР-1000 и энергоблока АЭС доказана в разовом - периодическом режимах в основном для отдаления сроков вывода реактора и блока в ремонт и на перегрузку топлива при складывающихся внут-ристанционных трудностях или внешнем непредвиденном ранее дефиците
Эффективность продления кампаний топливных загрузок на выбеге реактивности
Как отмечалось выше, один из путей роста КИУМ - продление кампаний в последовательном повторяющемся режиме - стационарном.
Вопросы обоснования целесообразности продления кампании реакторов ВВЭР-1000 за счет использования отрицательного мощностного (или температурного) эффекта реактивности рассматриваются уже давно [6, 26], а режим продления реализован на ряде АЭС России [7]. В недостаточной мере в предыдущих работах были освещены проблемы учёта темпов выгорания кассет разного срока пребывания в активной зоне, расчёта последующих загрузок для компенсации избыточного выгорания части кассет, оставшихся в реакторе наф последующую кампанию (не изъятых при перегрузке топлива после кампании спродлением). Практически отсутствуют работы по обоснованию эффективности продления кампаний в режиме повторяющихся стационарных загрузок. Именно для этого случая, а не для эпизодического (разового) продления кампа ] нии наиболее актуален вопрос о поиске оптимального продления в аспекте по вышения КИУМ. Сказанное в особенности важно для условий загрузок с различной эффективной длительностью борной кампании, при разных вероятных соотношениях себестоимости и отпускных тарифов с шин станции.
Следует отметить, что названный путь повышения КИУМ (продлениякампаний) может применяться как дополнительный к удлинению топливных кампаний, что рассмотрено в предыдущем разделе. Поэтому далее изучены оптимальные продления различных базовых (исходных) кампаний, ранее рассматривавшихся как (в разной мере) удлиненные.
Вместе с тем, в более строгом подходе следует рассматривать эти кампании, с несколько сокращенным базовым ТЭф, что учтено в нейтронно-физических рас четах загрузок топлива в стационарных режимах продления.
Поправка к ТЭф, определяемая как разность Тэф - Тэф учитывает, что в случае продления кампаний, каждая из последующих сокращается, на величину, эквивалентную дополнительному выгоранию части "базовой" загрузки, остающей Исходные данные для расчетов характеристик в режимах продления взятыпо расходным данным для типового блока 1000 МВт (рис. 3.5 а,б).
Положение оптимума продления на оси времени (ДТ"Т) ПРИ работе на мощностном эффекте реактивности обусловлено с одной стороны расположени-ем минимума топливной составляющей затрат и себестоимости. С другой стороны - характером максимума КИУМ, осреднённого для данных условий продления при заданном составе топливных загрузок. Динамика изменения этих величин в зависимости от продления представлена на рисунках 3-6-3.10.Здесь же показаны оптимумы продления кампаний по значениям "чистой"прибыли АЭС, а также длительности "безубыточных" продлений. В последнем# случае, в конечной точке "безубыточного" продления прибыль снижается доуровня, не ниже, чем хаактерный для начальной точки режима продления (тоесть "без продления").
Из рисунков 3.6-3.10 видно, что себестоимость Сп, имеет во всех случаях выраженный минимум, а КИУМ - максимум (по осреднённым за год значениям). При росте отпускных тарифов (Т ) оптимальное продление уменьшается, приближаясь к значению, определяемому только по КИУМ, напротив, при снижении Т оптимум продления сдвигается в сторону большей длительности. Та л ким образом, при Т =0 (отсутствие критерия прибыли) величина АТ"Т можетопределяться по точке, где достигается минимум себестоимости.Т = 20 коп/кВт-чПриведённые на рисунках 3.6-3.10 тенденции физически объясняются: по
КИУМ тем, что КИУМ после завершения основной (борной) кампании сначала растёт, а потом, с учётом темпа падения тепловой мощности блока (электрической мощности турбины), начинает падать, снижаясь ниже, чем в начальной точке продления; по Сп - тем, что вначале сказывается эффект от сэкономленного топлива (за счёт более глубокого выгорания части загрузки, предназначающейся на "выброс"), а затем, начинает превалировать снижение нагрузки и падение КПД блока, поэтому Сп растёт.
Падение мощности энергоблока подчиняется экспоненциальной зависимости Q=Q0 ехр(-а-Тпр) от длительности продления хп , а произведённая в режимепродления теплоэнергия достаточно точно оценивается определённым интегралом в границах (0, Тк)
Тепловая мощность в конце продления QR = ехр(-а -Тк)Из (3.7) следует, что величины продления в календарных и эффективныхсутках связаны соотношением:
Величина а - темп падения мощности оценивается около 1% в сутки, точнее, значение величины а лежит в диапазоне 0,0094 а 0,0106. Величина Ст,КИУМ и ТЭСГ определяются по методике расчета технико-экономических показателей АЭС, как и в предыдущим разделе 3.1, с учётом специфических факторов продления кампании на мощностном (температурном) эффекте реактивности и, прежде всего, плавного снижения мощности и соответственно эффективного КПД энергоустановки
Формула для КИУМ в условиях продления п кампаний в пределах одного ремонтного цкла Значения величин п, СР, КР, в расчётах приняты: 4, 55, 85 суток.Представлены данные по эффективной длительности кампаний, обеспечиваемых стационарными загрузками разного состава (5 вариантов) с продлением их работы на м.э.р. на 10, 20, 30 и 40 эффективных суток.
Для каждой из загрузок при всех вариантах продления кампаний показаны: Тк - календарные длительности продлений; значения КИУМ и ТЭФ, осреднён-ные за год, а также величины топливной составляющей себестоимости электроэнергии СтАнализ представленных результатов (рис. 3.6-3.10) позволяет сделать следующие основные выводы.
Приведенная методика позволяет определить значения длительности продления кампаний разных стационарных загрузок по условиям: максимума ос-редненного за год КИУМ (при заданной формуле ремонтного цикла), минимума себестоимости электроэнергии на шинах станции - Сэ, достижения точки безубыточного продления кампании; по условиям максимума достигаемой прибыли, осредненной на расчетный год ремонтного цикла.При этом могут рассматриваться различные стоимостные показатели по ядерному топливу, поступающему на АЭС, по эксплуатационным статьям АЭС, а также разные назначаемые отпускные тарифы на электроэнергию АЭС, и разные ремонтные циклы (значения п, СР, КР).
Более широкий системный технико-экономический анализ условий работы многоблочной АЭС показывает, что продление кампаний (повторяющихся в стационарном режиме) при некоторых моделях финансирования СР и КР способно ощутимо снизить ремонтную составляющую затрат. Это обстоятельство позволит обосновать оптимумы продления, более высокими, чем показанные в данных расчетах.
Результаты оптимальных продлений кампаний с разными базовыми значениями Тэф при различных отпускных тарифах: 20, 38 и 50 коп/кВт-ч с поправ
Оценка изменения оперативного и ремонтного резерва в ОЭС в связи с удлинением топливных кампаний и ростом КИУМ
Полный резерв генерирующей мощности разделяется на две суммируемые составляющие: ремонтный и оперативный резерв. Ремонтный резерв предназначается для компенсации снижения располагаемой мощности системы, вызываемого выводом генерирующего оборудования в предупредительный или плановый (текущий, средний и капитальный) ремонт или на реконструкцию. В данном случае не будем рассматривать мобильные свойства резерва, что явля ется некоторым допущением [19, 31, 32, 43, 44, 61]. Опыт многих развитых стран, в том числе США (системные аварии 1979 и 2001гг.), показал, что важны и достаточность резерва по величине, и возможность своевременного и быстрого ввода для компенсации мощности, выпадаемой в результате частичных или полных отказов генерирующих агрегатов или связей между энергосистемами.
Величина гр определяется на период прохождения годового максимума и зависит от периодичности и длительности простоя энергоблоков в плановых ремонтах, единичной мощности блоков, конфигурации графиков электрических нагрузок с суточной, недельной и сезонной неравномерностями [19].
Разработанные мероприятия по совершенствованию ремонтного обслуживания энергоблоков АЭС с ВВЭР на первых этапах позволяют сократить сроки проведения капитального ремонта с 95 до 77 суток за счет уменьшения сроков ремонта систем безопасности. Продолжительность среднего ремонта снижается с 65 до 52 суток.
Предложенная периодичность ремонтного обслуживания при его ремонтном периоде в восемь лет позволяет сократить ежегодную их производительность в среднем на 17 суток. Повышение КИУМ энергоблока АЭС приводит к уменьшению потребной величины ремонтного гр и некоторому росту оперативного (аварийного) резерва га мощности в системе [19], что в конечном счете влияет на общую надежность электроснабжения F в энергосистеме и должно быть учтено при анализе общей эффективности АЭС.
Выбор оптимальной надежности электроснабжения F не входит в задачу настоящей работы. Однако при известных укрупненных характеристиках резерва: затратах на резервирование - Зр, и на возмещение ущерба от недоотпуска электроэнергии - У о, оценку можно провести по выражению [19, 44].
В ЕЭС России замыкающим баланс пиковых мощностей являются либо газотурбинные электростанции, либо дополнительные пиковые агрегаты, для ко торых (на уровне до апреля 1990г. стабильные цены) - Зр = 20 руб/кВт. Если в тот период У0 = 0,6 руб/кВт-ч, то при Т = 8760 ч. F = 0,996.
Сегодня оценки FonT иногда смещаются в сторону меньших значений, в расчетах далее принято директивно принимаемые для многих энергообъединений значения 0,996 F 0,999.
Нормативные требования к резервам мощности и их использованию в разных странах имеют, при некоторых различиях, много общего [19, 44].
Нормируется обычно не абсолютное значение резерва, а какое-либо его относительное значение, например, в процентах суммарной располагаемой (или установленной) мощности системы или расчетного максимума нагрузки [19]. Значения нормативов не могут быть одними и теми же для любых систем, так как надежность ЭС, а, следовательно, и обеспечивающая ее величина резерва существенно зависит от параметров системы. Целесообразно нормировать отдельные составляющие полного резерва мощности, прежде всего допускающие арифметическое суммирование: например ремонтный Rp и оперативный Ro резервы.
На период годового максимума нагрузки для однородных концентрированных энергосистем нормативные значения ремонтного резерва Rp будут зависеть от располагаемой мощности системы, ремонтопригодности или объема плановых ремонтов генерирующего оборудования, неравномерности электропотребления и других факторов.
Значения оперативного резерва Ro будут зависеть от располагаемой мощности системы, средней единичной мощности агрегата или(и) его надежности [19, 44]. Вместе с тем, в данной работе для оценки Ro необходимо учесть еще один важный фактор - достигаемый КИУМ энергоустановок или среднегодовую их загрузку. При этом прирост годовой выработки происходит за счет роста КИУМ АЭС при неизменной установленной мощности ОЭС. Такая постановка задачи представляется наиболее правомерной потому, что позволяет выделить влияние на потребный резерв именно роста загруженности АЭС, но не
Оптимальное планирование графиков эксплуатации многоблочной АЭС в режиме исключения СР и КР в энергодефицитный период
Из предыдущих разделов совершенно очевидно, что в настоящее время к организации топливных циклов на АЭС с ВВЭР необходимо предъявлять в принципе не всегда согласуемые требования: с одной стороны КИУМ должен быть максимально возможным (исходя из критерия чистой прибыли и целесообразности вытеснения газа из Российского топливного баланса), с другой, рост КИУМ в технологически обеспечиваемых пределах может быть ограничен системными условиями (недостаток альтернативных маневренных мощностей в регионе); с одной стороны, в период осенне-зимнего максимума, как правило, недопустимы ремонты крупных энергоблоков АЭС (по условиям ограниченности ремонтного резерва), с другой сторон, весенне-летний период стояния пониженных потребительских нагрузок (летняя "ремонтная полка") не всегда достаточен для проведения последовательных СР и КР всех очередных блоков многоблочной АЭС; с одной стороны необходимо избегать пересечения во времени ремонта на разных блоках (по условиям: обеспеченности персоналом, материальными и финансовыми ресурсами, качества), с другой стороны, параллельные ремонтные операции могут оказаться вынужденными из-за ограниченности времени.
Для четырехблочной АЭС, такой, как Балаковская, согласованное выпол нение всех этих требований представляет серьезную проблему. При выборе реальных топливных циклов необходим поиск неких компромиссных решений, который может усложняться с ростом числа блоков.
При анализе и поиске компромиссных решений по топливным загрузкам: зимним периодом считается время с 1 ноября по 31 марта, соответственно, ремонтная кампания должна проводится в период с 1 апреля по 31 октября; предполагается работа большинства кампаний на мощностном эффекте реактивности (за исключением длинных кампаний); капитальный ремонт проводится один раз в четыре года (кроме случаев длинных кампаний); для всех вариантов приняты длительности ремонтов, указанные в табли це 4.12.Указанные длительности среднего и капитального ремонтов меньше ныне реализованных на Балаковской АЭС. Для сравнения: продолжительность этих ремонтов (3 СР + КР) на Балаковской АЭС в 2000 году составила 320 суток.
Выбор длительностей ремонтов, приведенных в таблице 4.12, обусловлен следующими причинами: зарубежный опыт показывает, что такие длительности ремонтов можно реализовать; планами повышения КИУМ на Балаковской АЭС предусмотрено поэтапное снижение сначала до 55 и 80 суток среднего и капитального ремонтов, в дальнейшем предполагается сократить продолжительность среднего ремонта до суток, а продолжительность капитального ремонта до 50 суток (раздел 2.3.2).
Для примера выбраны промежуточные длительности 45 и 75, которые, с одной стороны, вписываются в эти планы, а с другой стороны соответствуют полутора и двум с половиной месяцам, что облегчает анализ.
Следует особо отметить, что избежать перекрытия ремонтов можно, только если суммарная продолжительность трех средних и одного капитального ремонта не превышает семи месяцев, или примерно 210 суток. Три средних ремонта по 45 суток и один капитальный 75 суток дают в сумме как раз 210 суток. Это примерно соответствует провальной части хронологического графика нагрузок потребления ОЭС Средней Волги на рисунке 4.2.
В этом примере рассматриваем организацию ремонтов при эксплуатации кампаний продолжительностью от пуска до пуска один год.
Предполагается, что в середине каждой кампании проводится один текущий ремонт продолжительностью 10 суток, и блок 30 эффективных суток работает на мощностном эффекте реактивности, что соответствует примерно 35 календарным суткам. С учетом этого эффективная длительность кампании, после которой запланирован средний ремонт, составляет 305 эфф. суток, эффективная длительность кампании, после которой запланирован капитальный ремонт, равна 275 эфф. суток (таблица 4.13).
Средняя эффективная длительность кампаний равна (3 305+275)/4=297,5 эфф. суток. Это несколько выше проектной длительности 291,7 эфф. суток, но ниже реально достигаемой сегодня на реакторах ВВЭР-1000. Так, на Балаков-ской АЭС длительность кампаний, усредненная за всю историю станции, составляет около 304 эфф. суток. Основная трудность в организации топливного цикла 3x305+275 - обеспечить продолжительность среднего и капитального ремонтов на уровне 45 и 75 суток.
