Пронто!
Итак какие есть возможности маневра мощности для угольной и атомной генерации?
Для атомной генерации такой возможности практически не существует. Потому что если выдернуть ТВЭЛ из реактора, то он получит так называемое изотопное отравление. Например йодное отравление, это когда вне реактора в твэле начинают происходить цепочки распадов с образованием благородных газов. Например йод -> ксенон.
И соответственно благородные газы начинают пучить таблетки топливной сборки. Конечно таблетку не так легко вспучить. Оболочка из циркония армированного силикат-карбидным волокном обязана справляться с нарастающим внутренним давлением. Но всему есть предел...
Поэтому по загрузке ТВЭЛа в реактор его лучше вообще не дергать. Хотя если ТВЭЛ уже практически выгорел и его не жалко, то можно и повыдергивать. Или даже маневрировать мощностью вставляя вместо ТВЭЛа просто стальной стержень.
Так можно организовывать недельный маневр мощности аэс, понижая её на выходных днях. Не более 10 % ============================
Теперь посмотрим на угольную генерацию. Холодный пуск угольного блока с нуля - это можно сказать искусство. Чего только не делают. И смазывают/смачивают уголь мазутом/соляркой, и кислород с метаном поддувают, и в пыль дробят. Это все только для того чтоб разжечь активную зону до такой степени, что уголь в топку можно вагонами засыпать, без существенного колебания исходящего теплового потока.
Поэтому холодный пуск может занимать более 10 часов. А суточный маневр с понижением мощности на 20% ночью, тоже может длится более часа.
В угольной энергетике есть ещё один очень жирный нюанс - морская транспортировка и создание сезонных запасов.
Бурый уголь для этого категорически не подходит. Он влажный и при подсыхании выделяется метан. Потому склонен к тлению и самовозгораню! Хотя в морских контейнерах с крышкой сверху или в брикетированном виде при нынешних темпах потребления(8млрд тон в год) вскоре будет рентабельно :)
==========
Теоретически человечество вполне бы могло удовлетворить все свои электро-энергетические потребности за счёт энергии ветра, при условии создания экономически эффективного накопителя ЭЭ. Хотя бы даже с потерей 20ти % как в случае с гидро-аккумулирующими станциями. Или при появлении потребителей способных изьять на себя избыточную генерацию ээ. Типа производства алюминия, подсветки теплиц, электродуговой переплавки металлолома, зарядки литий-ионных аккумуляторов для транспортных средств. Или даже для мало-среднетонажного сжижения метана...
Ещё советский прожект по установке ветряков с 50ти метровыми лопастями на побережье Мурманской области предполагал мощность 50 гигават. Современные же лопасти из многослойной стекловолоконной ткани склееной эпоксидной смолой с дальнейшим запеканием, позволяют делать лопасти и более 100 метров...
Но к сожалению все современные ГАЭС и высоко-маневренные потребители не способны решить задачу балансировки нестабильной ветро и гелио-генерации. В силу экономических и технологических нюансов.
ГАЭС - это дорого, рискованно и географически эксклюзивно. Для примера Загорская ГАЭС 2. Фундамент её машинного зала перекосило при пробном запуске. Типа сваи надо было глубже внедрять. Метров на 90, как для Крымского моста. До сих пор раствор гипса под фундамент закачивают, в надежде что грунт распучит и фундамент выровняется :(
Подводные линии постоянного тока по полтора гигавата, типа Норвегия <-> Запад для рационального использования гидроресурсов - это тоже капля в море.
Для балансировки прерывистой ветрогенерации хотелось бы повысить КПД парогазового цикла. Сейчас раскаленная струя горящего метана 1200 градусов подаётся сначала на лопатки газовой трубины. После газовой трубины отдав энергию и охладясь до 800 градусов, струя греет паровой котел, пар из которого крутит уже паровую трубину. Так достигают фантастический КПД под 60 %.
Температуру горящего метана теоретически можно загнать и до 2000 градусов. Но лопатки газовой турбины изготовленные даже из кристаллического железа - этого не выдержат. Температура плавления просто железа - 1 600 градусов. Кстати монокристал железа - это сродни монокристаллическому кремнию для микропроцессоров. Штука фантастически сверхчистая и космически дорогая...
Поэтому прежде чем подавать 2000 градусов на монокристалические лопатки, струю нужно охладить в поле магнито-гидро-динамического генератора. При условии что эта самая струя является ионизированным газом. Но до сих пор МГД генератор это лабораторная фикция, потому что 2000 градусов становятся плазмой только при наличии дополнительных минеральных добавок. Кроме того при 2000 градусах начинает окисляться атмосферный азот, а это уже кислотные дожди :(
Комментарии
Реактор может сбрасывать избыточную мощность вхолостую, это проблема экономики, а не физики процесса (в отличие от, скажем, рваной зеленой генерации, где выравнивание потока невозможно в силу физики процесса без дорогих хранилищ).
Кроме того, вполне допускаю, что и маневренность их можно повысить (то есть сократить временной период требуемый на изменение мощности) просто раньше экономика такие задачи не ставила.
Наверное, ТС интересует именно работа не в полную мощность, а не обогрев окружающей среды.
То есть отработка пиков и провалов спроса.
Посмотрите на графики потребления ЭЭ. Это гораздо более плановый и предсказуемый процесс, чем поток ветра.
Реактор может менять мощность генерации управляемо (в отличие от тех же ветряков), вопрос исключительно в скорости изменения, и чем занять избыточную мощность пока она проводится, тут может быть использован любой производственный процесс, технологически допускающий остановку и возобновление в любое время, желательно с относительно небольшой стоимостью основных фондов (чтобы не омертвлять капитал в период простоя).
По мне многие химпроизводства этому удовлетворяют, чья суть собственно в том и состоит, чтобы захапать энергию и сконвертировать ее в новое соединение с полезными свойствами.
Многие хим производства требуют сверхчистых исходных компонентов и поддержание чистоты промежуточных соединений. Всё постороннее отправляется либо на "свечку" либо утилизируется в тепло. Сама по себе энергия мало где нужна. Тем более АЭС может предложить энергию только в виде ээ. А для производства стекла, цемента и многих прочих хим.продуктов нужно дешёвое тепло, где использование ээ возможно, но очень дорого и плохо влияет на себестоимость.
По поводу химии, сильно сомневаюсь. К примеру ректификационная колонна, понизим температуру, легкие фракции выкипят, а тяжёлые нет, а процесс постоянен. И вообще, в химии поточной, нужно постоянство на мой взгляд.
Это давно использовалось бы, если бы было так просто. В теории - всё хорошо, а как только начинаются детали... выясняется, что недоиспользование оборудования химпроизводства обойдётся дороже, чем недоиспользование реактора, да ещё и требует кучи дополнительных мер и сложного дорогущего оборудования.
Был прекрасный пример с адаптацией оборудования производства аммиака (кроме воды и воздуха в теории ничего не нужно) под нестабильную энергию. Детальный разбор показывает, что такой аммиак будет дороже аммиака со стабильного производства в 1.5-3 раза, и в 7-12 раз дороже аммиака из природного газа.
Зачем вхолостую? Росатом давно анонсировал проект развития водородной энергетики. Когда избыточная мощность утилизируется в электролизёрах для выработки водорода. Эти электролизеры давно стоят там для собственных нужд. А далее, да, экономика. Надо считать, кому и как доставить этот водород. И во что он обходится в итоговом счете.
Это называется "манёвр продукцией" и уже несколько лет кочует по офисам и презентациям "Росатома", передаётся от человека к человеку и из офиса в офис как простуда. :)
Электролизеров, сравнимых по мощности с генераторами АЭС, на АЭС, конечно, нет. :) Собственное производство водорода (для машинного зала - охлаждение генераторов, в основном) есть, но там очень маленькая мощность, копеечная. И маневрировать там просто незачем.
Идея, которую некоторое время проталкивали - "Росатом" строит мощные подземные водородные хранилища и заправки (поездов и машин), и ночью (и в другие провальные часы) гонит туда водород из специально построенных электролизеров. Пока беда тут ровно та же, что и с долго обсуждаемой тепловой аккумуляцией при реакторах, - цена. По экономике пока это никак не проходит. Стоимость электролизеров с инфраструктурой передачи и хранения водорода велика, а девать его пока некуда. Хотя "Росатом" очень заинтересован в потребителях водорода, пока их нет.
А даже если и появятся, "атомный" электролизный водород сейчас и на ближайшую перспективу будет проигрывать водороду из метана. И не просто проигрывать, а проигрывать во многие разы (3-10 раз!). То есть, нужны либо субсидии, либо какие-то административные меры, либо подорожание газа в разы.
На водород можно переходить кагда метан в основном усе (кончается).
Тогда его беречь, пускать на полимеры, газохимию, азотные удобрения.
А в металлургию , транспорт и прочее то водород. Хотя это недешего конечно будет.
Недалекое будущее. Зачем коров держите, а молоко выливаете? Мы метан производим. :)
С удобрениями таки да, из метана водород
Алекс, да, можно маневренность аэс повысить, но... придется поднимать обогащение топлива.
Спасибо! Кратко и интересно. Только вот по одному случаю обо всех ГАЭС?
Ну гиперболизировал чутка для драматического эффекта :)
Для ядерного топлива плохо и сверх проектная мощность из-за повышенного образования трансурановых элементов, так и работа на малой мощности, где при быстром снижении мощности он может попасть в "йодную яму". При значительном накоплении трансурановых элементов увеличивается среднее число новых нейтронов на одно поколение существующих. То есть топливо станет более склонным к "разгону"(все трансурановые элементы хорошо делятся с повышенным выходом новых нейтронов). Проектная мощность выбирается так, чтобы характеристика топлива менялась как можно более плавно. Это касается вопроса, почему 235 уран разбавляют 238, а не железом и не свинцом. При сгорании определённого количества урана-235 нарабатывается некоторое количество трансурановых элементов, в основном плутония-239, которые в некоторых небольших пределах компенсируют выгорание урана-235. Обычно у реактора есть диапазон мощностей, где он может стабильно работать. И есть оптимальный режим работы для топлива, когда из него можно получить максимум энергии за время эксплуатации. Отклонение от оптимального режима приводит к удорожанию вырабатываемой энергии.
При работе не в полную мощность также можно получить "мокрый пар", который может привести к выходу лопаток турбины из строя. Это также относится и к угольным ТЭЦ.
Большое преимущество газовых турбин именно в том, что там воздушная среда, а не паровая. Это даёт большие возможности для манёвра мощностью без риска поломать турбину.
Спасибо, надо будет в статью перенести пост скриптумом, если коментов насыпят )
Чуть раскрою фразу:
Благодаря этому при делении одного атома плутония образуется больше нейтронов, чем при делении одного атома урана. Поэтому у плутония меньше критическая масса.
Изотопы урана с чётной массой не имеют критическую массу, а у трансурановых элементов даже из таких изотопов можно сделать атомную бомбу.
У изотопов плутония несколько фаз состояния и у каждой фазы своя критическая масса. На этом, кстати, эффект имплозии построен (во всех современных ЯБП).
Здесь немного подробнее: https://alphapedia.ru/w/Allotropes_of_plutonium
"мокрый пар" можно и на полной мощности получить, если машинист котла/блока такой вот "профессионал".
Скажите, а какая цель у заметки? Выводов нет, незаконченно как-то.
Кратко систематизировать существующие ограничения для неискушенных пользователей )
Типа, процесс аккумулирования энергии с АЭС нужно как-то организовать? С "вертяками" и прочими приливами вообще стремно получается.
Если вы что-то как-то там собрались систематизировать, так расскажите, для начала, как же, чёрт побери, авианосцы и ледоколы по морям-то плавают.
Потому как из вашего описания следует что они в принципе не могут существовать: как запустили реактор, так и всё, плыви через весь окиян, не меняя скорости и не маневрируя, а то ж отравление наступит.
Так что, извините уж, но вся ваша “систематизация” это толстый-претолстый слой лапши на уши.
P.S. Сразу даю подсказку: корабельные реакторы несколько по другому сделаны, что правда, но, скажем, реактор в Якутии, о котором АШ писал тоже — как раз сделан на базе корабельного, что тоже правда. Так что сможет атомная энергетика маневрировать без проблем. Был бы заказ. Менее эффективно, чем с текущими, не меневрирующими, реакторами, но это вопрос выгоды, а не физической возможности.
Ну атомная подлодка на дно прилечь и затихариться не сможет. Надо сбрасывать мощность через градирни :)
Ну это я “на закуску” оставил. Но хорошо, что вы догадались.
В сухом остатке: никаких физических причин, не дающих спроектрировать и построить маневровые АЭС нету.
Да, электричество от них будет дороже, чем от сегодня строящихся, но по сравнению с солнышком или ветрячками… это фигня.
Ну ввэр440 вроде хорошо маневрируют как подметил slavyanin. Но проще ГАЭС, ПГУ и прочие маневры. Проблема что все маневры вместе взятые не покроют прерывания ветряков при дальнейшем росте.
А и не нужно. Вот никакого смысла в этой конструкции нету.
Дешевле ветряки демонтировать, списать убытки и не морочить людям голову.
Если у вас в системе есть энергии, чтобы закрыть потребности всех потребителей, то нафига вам ветряки? Отключите их нафиг и все проблемы решатся.
А если запаса мощности нет, то вся ваша система накроется медным тазом, рано или поздно.
Видимо, что на большинстве генераций не шибко можно маневрировать мощностью, даже на газе. Только на ГЭС. А аккумулировать нечем.
Ага, понятно.
Про уголь так себе написали.
Маневренность угольного котла 50...100% от Мощности.
Мы блок 500 МВт Назаровской ГРЭС когда сдавали, то проходили сдаточные испытания в таком режиме:
1. Трое суток на максимальной нагрузке 500 МВт.
2. После спуск в течение 30 минут на нагрузку минимальную (у нас вышло по устойчивости работы 296 МВт или почти 60% от номинала). Работа в течение 8 часов на минимуме, потом подъем на максимум также в течение получас, там работа 8 часов. И повторить спуск/подъем 3 раза.
Вот Вам ссылочка, если интересно https://cont.ws/@litvinenko25/81843
Спасибо, по углю отсебятину написал... Тоже надо комент в пс вынести
Интересно.
А скажите, КПД при таких изменениях мощности сильно пляшет?
Или плюс-минус (пренебрежимо) одинаков?
КПД установки будет максимален при 70-100% загрузке блока от номинальной мощности ( потому что под эту мощность установка и была спроектирована).
При снижении нагрузки блока- КПД падает ( растет относительный уровень потерь) - при малых уровнях нагрузки 20-25% от номинальной мощности КПД может заметно снизится ( и например станция с КПД в 40% в номинальном режиме при 25% загрузки блока сможет достичь КПД всего в 25-28%).
Ясно. Спасибо!
Ни один угольный блок не сможет работать в режиме ниже 40℅ нагрузки от номинала без снижения параметров пара.
КПД котла изменяется в пределах 89-91%. КПД блока где-то 31-33.
вывод:
Как ни крутись, а больших, дешевых промышленных батарей строить надо.
Для начала, чтоб выбирать провалы потребления и держать АЭС и ТЭС в оптимальном режме работы. Потом, если надо - для всех непостоянных генераций вроде ветра (солнце обычно светит когда высоко потребление, хотя есть нюансы)
В отличии от ГАЭС, батарею можно хоть в чистом поле построить, главое чтоб была дешевой и безопасной в экспл.
Не надо путать компактных батарей для передвижного состава со стационарными, а работать приоритетно в направлении вторых. Электрокары подождут.
Здесь бы хорошо подошли гравитационные накопители, суть - полые многоэтажные здания, в которых подвешены грузы, которые поднимаются и опускаются электроприводами, работающими попеременно в двигательном и генераторном режимах. Никакой химии. Ограничения чисто технологические. Ставь где хочешь, сколько хочешь. Но они пока не вышли из экспериментальной стадии.
Там не так много энергии, а гемороя много.
И не выйдут. Просто мощностью одного чайника за час можно поднять дофига веса.
Лучше выкинуть ветряки.
А какая собственно цель заметки?
Если проблема исключительно в маневре который занимает часы, то проще пожертвовать каким-то процентом (возможно большим) мощности АЭС и когда энергии нужно мало - сливать излишек тупо в градирни. Или в генерацию вдороода, из горячего состояния топливные элементы стартуют за секунды. Или в генерацию метана, который проще хранить чем водород и маневровые турбины на котором стартуют за минуты.
Дальше идет уже не инженерия, а социальная инженерия, построение общества готового так жить
и просить добавкине теряя мотивации к размножению и развитию.Это как бы очевидно, но все равно интересно. А когда мы энергию у ветра отбираем, погода не портится, ну «ветры тучки до места не доносят и т.п...». Хотя несколько сот гигаватт наверно не скажется или нет?
Эффект бабочки конечно возможен, и тут возможна масса эзотерических моментов типа https://cont.ws/@elijahg/2544748
батарея из-за больших удельных плотностей энергии является неустойчивым объектом, который стремится к минимуму энергии. И если ГАЭС угрожает только потенциальным наводнением, то химическое хранение может вызвать пожар, взрыв и загрязнение окружающей среды ядовитыми веществами.
Если сгорит несколько тонн лития, то на окрестных полях будет урожай культур с очень интересным воздействием на психику.
ПС. не туда комент попал
я вас понял, поэтому поставил требовение безопасности батареи. Ведь АЭС тоже можно в аварию, но все равно - как могут, безопасят и строят же. Все объекты, где сконцентрированна энергия в неустойчивом состоянии - опасны, хоть склад аммиака или взрывчатки. Груда камня для тротуаров - не ;)
Вот, говорили про натрий (хотя он тоже металл неоднозначный) что он безопаснее будет лития. Ну и пусть кпд будет пониже, все равно лучше чем выбрасывать в атмосферу тепла (хотя, создать полей оранжерей вокруг АЭС всегда мне казалось заманчивым, но откуда столько людИй?). А то столько теплой воды сбрасывает АЭС, аж жалко (это когда мы для АЭС Козлодуй работали, меня кубы воды впечатлили)
насчет ветра и дождей было бы интересно прочитать какие исследования проводилсь и до чего довели.
Просто у нас, у людей, в головах не закончилась эпоха дешевой энергии в изобилии. Вот и думаем - а ну нафиг ее, я буду лучше атмосферу греть или воду, но не заморачиваться накоплением.
Дефицит и нуждА заставляют человека шевелить москхами, а человека разумного - еще задолго до дефицита.
Будь еды в изобилии, человек не придумал бы ни консерв, ни холодильника.
Ночью можно аммиак синтезировать
Основной способ получения аммиака – синтез его из азота и водорода, предложенный в 1908 г. Ф. Габером. Синтез аммиака в промышленности осуществляют по реакции N2+3Н2⇄2NН3. Сдвигу равновесия вправо способствуют повышение давления и понижение температуры. Процесс проводят при давлении около 30 МПа и температуре 450–500 °C в присутствии катализатора – Fe, активированного оксидами K2О, Аl2О3, СаО и др.(https://bigenc.ru/c/ammiak-8708a6).
Насколько процесс прерывыстый? Наверно, можно найти и других продуктов с высокой эемкости. Комбинация - высокая эемкость+прерываемость процесса+большое потребление готового продукта.
Я вот знаю что завод шоколада, хоть и небольшой, но плохо переносит остановок, там масса затвердевает в линию и потом надо выбрасывать.
Кирпичи обжигать, сеансовый процесс : )
Было бы желание, процесс можно сделать непрерывным, т.к.
дармовое тепло, дешевое электричество да сырьё: воздух и вода
Страницы