ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА И СРОКОВ ВВОДА ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ АТОМНЫХ ТЭЦ
Выбор единичной мощности реакторов. Для АТЭЦ сложными являются вопросы обоснования единичной мощности реакторов, а также сроков их ввода и областей применения. Ниже приводятся результаты технико- экономического анализа. Основные исходные данные» принимались на основе проработок, выполненных проектными организациями, и по опубликованным материалам [2]. Ряд исходных показателей ввиду их неоднозначности варьировался в достаточно широком диапазоне. При этом учитывалось, что в случае применения крупных реакторов для сравнительно небольших тепловых нагрузок (Q0.p sgllOOO Гкал/ч) производство электроэнергии на АТЭЦ может осуществляться не только по теплофикационному, но в значительной мере н по конденсационному циклу.
На рис. 7-2 показано увеличение приведенных затрат на АТЭЦ ДЗТ при отклонении единичной тепловой мощности реактора /VTH.p от оптимальной при разных значениях тепловой нагрузки QTо.р. Из этих построений видно, что оптимальная-единичная мощность реактора типа ВВЭР существенно зависит от тепловой нагрузки АТЭЦ. Однако применение крупных реакторов (3000 МВт) для всего диапазона рассмотренных тепловых нагрузок вызывает увеличение приведенных затрат не более чем на 0,7%. Аналогичные расчеты, выполненные при варьировании исходных данных в широком диапазоне, позволили определить зону оптимальных значений единичной мощности водо-водяных реакторов в зависимости от уровней тепловой нагрузки. Результаты расчетов представлены на рис. 7-3. Из приведенных построений видно, что при варьировании отопительно-бытовой тепловой нагрузки от 4200 (1000) до 12600 ГДж/ч (3000 Гкал/ч) оптимальная единичная мощность реакторов типа ВВЭР изменяется в широком диапазоне и примерно в 2 раза превышает ее минимальное значение, определяемое при условии работы теплофикационных турбин на АТЭЦ с вентиляционным пропуском пара в конденсатор. Как будет показано ниже, это свидетельствует о целесообразности применения на атомных ТЭЦ турбин с большой привязанной конденсационной мощностью (типа ТК).
На рис. 7-3 вертикальной заштрихованной площадкой показана область применения реакторов типа ВВЭР тепловой мощностью 3000—3200 МВт, развивающих на атомной конденсационной электростанции электрическую мощность 1000 МВт и являющихся наиболее перспективными на ближайший период. Пересечение этой площадки с наклонной площадкой позволяет установить минимальные уровни тепловой нагрузки, при которых реакторы указанной единичной мощности оказываются оптимальными для АТЭЦ. Так, реактор тепловой мощностью 3000—3200 МВт целесообразно установить на атомной теплоэлектроцентрали при тепловой нагрузке около 6700—9200 ГДж/ч (1600—2200 Гкал/ч).
Естественно, что окончательное решение о выборе оптимальной единичной мощности ядерного реактора для атомной ТЭЦ может быть обосновано после опре- деления минимальной тепловой нагрузки, при которой АТЭЦ оказываются эффективнее теплоэлектроцентралей на органическом топливе. Проведенные расчеты показали (см. § 7-5), что ее значение составляет 3350— 6300 ГДж/ч (800—1500 Гкал/ч) и выше. Следовательно, оптимальная единичная мощность реакторов рассматриваемых типов в зоне минимальных тепловыз нагрузок АТЭЦ составляет 1800—3000 МВт. Однако как видно из рис. 7-2, применение реактора мощность 3000 МВт во всей этой зоне приводит к несуществен ному увеличению затрат (Д30,3%). Также оказывается незначительным изменение величины АЗ (менее 0,5%) в случае применения этого реактора в зоне более высоких значений тепловых нагрузок. Таким образом, установка на АТЭЦ реакторов единичной тепловой мощностью 3000—3200 МВт оказывается экономически оправданной в широком диапазоне изменения тепловых нагрузок. Это позволяет ставить вопрос о целесообразности унификации основного оборудования, предназначенного для работы на АКЭС и АТЭЦ.
Результаты расчетов, показывающие отклонения затрат на АТЭЦ от оптимума АЗ в зависимости от сроков ввода ядерного блока, приведены на рис. 7-4. Построения рис. 7-4 выполнены при отопительно-бытовой тепловой нагрузке АТЭЦ, равной в Т-м году 6300 ГДж/ч (1500 Гкал/ч) и оптимальном. В расчетах рассматривались АТЭЦ с реактором тепловой мощностью 3200 МВт при разных значениях капиталовложений на ядерную часть АТЭЦ. Из этих построений следует, что для АТЭЦ тепловая нагрузка, при которой эффективна установка ядерного блока, составляет 3300—5400 ГДж/ч (800—1300 Гкал/ч) и выше.
Ввиду того что на АТЭЦ оказывается оптимальной установка крупных ядерных блоков, требуется сосредоточить в пиковых котельных значительный резерв тепловой мощности. Производительность пиковых источников тепла выбирается с учетом выхода из строя наиболее крупного блока. Расчеты показали, что в этих условиях установка вместо крупных ядерных блоков на АТЭЦ блоков меньшей мощности оказывается экономически неэффективна. Так, при переходе от реактора тепловой мощностью 3200 МВт к двум реакторам по 1600 МВт приведенные затраты на АТЭЦ возрастают на 2,5—3,5%.
Выбор типоразмера теплофикационных турбин. В настоящее время для АКЭС нашли широкое применение турбины на насыщенном паре типа К-500-60, устанавливаемые в дубль-блоках с реакторами единичной тепловой мощностью 3200 МВт, или 1000 МВт электрической. Поскольку и для АТЭЦ такие реакторы оказываются целесообразными, теплофикационные турбины типа ТК или Т для них могут быть созданы на базе турбин К-500-60. В случае применения на АТЭЦ турбин типа ТК может быть существенно повышена единичная мощность как самих теплоэлектроцентралей, так и основного оборудования их, а также улучшены режимы использования таких электростанций в объединенных электроэнергетических системах. Выбор единичной мощности и сроков ввода турбин типа ТК определяется не только тепловой, но и электрической нагрузкой, которую требуется покрыть в радиусе действия данной ОЭЭС, кроме того, следует иметь в виду, что смешанные (теплофикационно-конденсационные) АТЭЦ могут развиваться с первоочередным вводом турбин типа К, а в дальнейшем (по мере роста тепловой нагрузки потребителей)— турбин ТК. В таком случае значительно проще решается вопрос об унификации основного оборудования и в целом компоновки всей электростанции, поскольку единичные мощности турбин типов ТК и К могут быть приняты одними и теми же. Однако при этом важно определить оптимальное число ядерных блоков (/гя.бл) и количество теплофикационных (/гт) и конденсационных (лк) турбин, которое устанавливается вместе с реакторами. Поскольку АТЭЦ является элементом теплофикационной системы, то поиск оптимизируемых параметров должен производиться с учетом особенностей проектирования и развития не только атомной теплоэлектроцентрали, но и других элементов этой системы, в частности районных и пиковых котельных, транзитных и магистральных тепловых сетей.
При этом следует считать установленную электрическую мощность АТЭЦ заданной (вариантно в зависимости от числа установленных блоков), а в качестве переменной (при каждом значении пя бл) принимать тепловую нагрузку города, которую целесообразно присоединить к атомной ТЭЦ - Естественно, с возрастанием будет уменьшаться производительность районных котельных и увеличиваться радиус теплоснабжения от АТЭЦ, а следовательно, и затраты в городские магистральные и распределительные тепловые сети (Зт с). Таким образом, при изменении значения QATSU будут измениться в целом суммарные затраты в систему теплоснабжения (3(), равные
При выборе состава основного оборудования АТЭЦ задача заключается в том, чтобы найти такие значения «я.бл, «т, пк, при которых приведенные затраты, вычисленные по выражению (7-2), будут минимальными. При решении этой задачи за основу можно принять следующий методический прием. При вычислении полных приведенных затрат в АТЭЦ оказывается затруднительным учет ряда исходных показателей, отличающихся значительной неоднозначностью (капиталовложения в атомную теплоэлектроцентраль, стоимость ядерного горючего и др.). В то же время при выборе оптимального решения изменяются не все составляющие приведенных затрат в АТЭЦ, а только некоторые из них. Это происходит потому, что в данном случае при варьировании значений «т и пн (при заданном числе ядерных блоков) происходит переход от раздельной схемы к комбинированной схеме энергоснабжения (в части источника производства электроэнергии) в пределах одной и той же теплоэнергетической установки — от АКЭС к АТЭЦ. При этом число ядерных блоков и режимы их работы не меняются, следовательно, не меняются расход ядерного горючего и основная доля капиталовложений в электрическую станцию и некоторые другие показатели. Эти показатели можно принять постоянными и поэтому при выборе оптимального решения их можно исключать из рассмотрения. В части капитальных затрат при переходе от АКЭС к АТЭЦ необходимо учитывать только дополнительные капиталовложения в бойлерную установку, в систему отпуска тепла непосредственно от атомной ТЭЦ, а также в систему технического водоснабжения и на обеспечение повышенной безопасности АТЭЦ.
Такая постановка задачи, когда на АКЭС и АТЭЦ устанавливаются реакторы равной тепловой мощности, является обоснованной при наличии ограничения как на масштабы использования ядерного горючего для целей электро- и теплоснабжения, так и на масштабы производства реакторного оборудования. В этом случае оказывается возможным выявить наиболее экономичные пути применения ядерного горючего и реакторов — для атомных конденсационных или теплофикационных электростанций и определить минимальную тепловую нагрузку, при которой АТЭЦ становится эффективнее раздельной схемы энергоснабжения (АКЭС-районные котельные). Однако для окончательного обоснования числа ядерных блоков, теплофикационных турбин и оптимальных областей применения атомных ТЭЦ необходимо сравнить их с теплоэлектроцентралями на органическом топливе, что в данном случае наиболее просто сделать по разнице приведенных затрат в комбинированную схему по сравнению с раздельной схемой энергоснабжения, принятой одной и той же в случае сооружения АТЭЦ и ТЭЦ.
Этот специальный методический прием может рассматриваться как один из возможных способов снижения неопределенности исходной информации путем исключения из анализа некоторой ее части, не влияющей на выбор оптимального решения.
По разработанной методике произведены техникоэкономические исследования по выбору состава основного оборудования АТЭЦ для условий Центра европейской части СССР. В расчетах рассматривались атомные ТЭЦ с блоками ВВЭР-1000 и турбинами типа Т иди
ТК-450/500-60. Расстояние от теплоэлектроцентрали на ядерном горючем до города принималось равным 5, 10, 15 км, а тепловая нагрузка изменялась от 2100 (500) до 14 700 ГДж/ч (3500 Гкал/ч) (при доле нагрузки горячего водоснабжения, равной 0,2 суммарной тепловой нагрузки). При этом температурный график тепловой сети принят 150—70°С, система теплоснабжения открытая. Единичная производительность водогрейных котлов для районных и пиковых котельных определялась в зависимости от их тепловой нагрузки. Основные показатели АТЭЦ при переменных режимах работы турбин находились по изложенной выше методике.
Затраты в районные и пиковые котельные определялись в зависимости от их производительности по приведенным в гл. 2 выражениям, а затраты в транзитные тепловые сети (при заданной их длине) по выражениям, содержащимся в гл. 3. При вычислении затрат в городские магистральные и распределительные тепловые сети могут быть использованы формулы и рекомендации, имеющиеся в [60].
