4.2.4 Компромиссные и комбинированные программы регулирования зарубежных двухконтурных аэс с корпусными реакторами

Как уже отмечалось, все отечественные энергоблоки двухконтурных ЯЭУ в настоящее время работают по программе р_II = const. Внедрение таких программ - прогрессивное явление. Но его не следует считать в полной мере оптимальным, так как неизбежное при этом изменение температуры теплоносителя является заметным недостатком программы. В зарубежной практике создания энергоблоков в последнее время широко внедряются комбинированные и компромиссные программы регулирования, которые позволяют в каждом конкретном случае выйти на приемлемый компромисс между достоинствами и недостатками программ t_тср = const и р_II = const. Ниже несколько детальнее рассмотрена сущность таких программ регулирования.

Стремление улучшить условия работы оборудования и I и II контуров привело к разработке компромиссной программы, в которой при изменении мощности установки предусмотрено одновременное изменение средней температуры теплоносителя и давления пара. Изменение этих параметров предусмотрено более умеренным, чем в основных программах, т.е. давление пара меняется меньше, чем в программе t_тср = const, а средняя температура теплоносителя - меньше, чем в программе р_II = const.

Благодаря этому уменьшаются термические и механические нагрузки на элементы конструкций I и II контуров, что увеличивает надежность установки и улучшает ее маневренные свойства. Степень компромисса подбирается с учетом особенностей предполагаемых режимов использования ЯЭУ и исходя из требований к ее маневренности. Такие программы получили распространение на ряде АЭС США (например, на АЭС "Палисейдс"). По такой же программе регулируется АЭС ФРГ "Бецнау". Вид компромиссной программы показан на рисунке 4.27.

Рисунок 4.27 – Компромиссная программа регулирования двухконтурной ЯЭУ, работающей на насыщенном паре

Уравновешивание недостатков основных программ регулирования (t_тср = const и р_II = const) может быть получено также за счет применения комбинированной программы регулирования. Ее суть заключается в следующем.

В наиболее тяжелых режимах в районе номинальной мощности установка регулируется по программе t_тср = const. То, что ЯЭУ АЭС в основном работает на больших уровнях мощности, позволяет наиболее полно использовать достоинства этой программы - незначительное изменение реактивности реактора при изменении мощности, хорошие условия работы системы поддержания давления в I контуре и др. В то же время диапазон мощности, в котором ЯЭУ работает по указанной программе, обычно принимают небольшим, что приводит к сравнительно небольшим изменениям давления пара. Расчеты и опыт эксплуатации АЭС показывают, что если для такой программы принять вполне достаточный диапазон мощности в 70…100%, то на мощности 70% давление пара возрастает лишь на 10…15%.

При работе на мощностях менее 70 % установка переводится на программу р_II = const.

Такая комбинация двух программ в целом уменьшает диапазон изменения регулируемых параметров и, следовательно, может быть оценена как равнозначная компромиссной программе.

Наибольшее распространение комбинированные программы регулирования получили на АЭС ФРГ. Вид комбинированной программы показан на рисунке 4.28.

Выбор мощности, при которой происходит перестройка программы регулирования, определяется рядом факторов: ожидаемым диапазоном наиболее часто используемых мощностей, соотношением номинальных значений параметров и ожидаемым при этом повышением давления пара на границе диапазона программы t_тср = const, показателями технико-экономических расчетов, маневренными показателями и др.

Рисунок 4.28 – Комбинированная программа регулирования двухконтурной ЯЭУ, работающей на насыщенном паре (АЭС "Обригейм" (ФРГ) Германия - ФРГ)

Примеры комбинированных программ регулирования и особенности их реализации.

- АЭС "Обригейм" (ФРГ). В диапазоне 70…100% мощности поддерживается закон t_тср = const. При дальнейшем снижении мощности уставка значения t_тср^задан снижается по такому заранее подобранному закону, что обеспечивается постоянство давления пара;

- АЭС "Библис А" (ФРГ). Программа регулирования аналогична программе АЭС "Обригейм". Отличия сводятся к тому, что программа t_тср = const охватывает весьма широкий диапазон мощности 20…100%;

- АЭС с ядерным реактором DWR-1300 (ФРГ). На шкале мощности выделено четыре диапазона. В двух из них поддерживается постоянная средняя температура теплоносителя, в двух других - постоянное давление пара. Программа регулирования этой ЯЭУ показана на рисунке 4.29.

Рисунок 4.29 – Программа регулирования энергоблока с реактором DWR-1300 (Германия)

В заключение отметим, что для отечественных установок с ЯР ВВЭР‑1000, как уже отмечалось, в настоящее время используется программа регулирования при р_II = const во всем диапазоне мощности.

В то же время система регулирования этих установок построена таким образом, что возможна работа установки и по комбинированной программе, при которой в диапазоне мощности 80…100% поддерживается закон t_тср = const. Возможность работы по такой комбинированной программе была предусмотрена при создании системы управления на тот случай, когда за счет строительства новых энергоблоков АЭС возрастет доля вырабатываемой на АЭС электроэнергии (более 50%).

Тогда все АЭС не смогут использоваться в базовых режимах (режимах постоянной мощности). Часть АЭС должна будет переведена в регулируемый режим. В этом случае энергоблок должен будет в соответствии с суточным графиком потребления электроэнергии оперативно изменять свою мощность. Для такого энергоблока более рациональной является программа t_тср = const. На отечественных энергоблоках она не используется.

О программе регулирования энергоблока на скользящих параметрах

Как уже упоминалось, при регулировании энергоблока методом скользящих параметров давление пара в паропроводе устанавливается самопроизвольно в соответствии с мощностью турбины.

Для качественного рассмотрения вопроса приближенно можно принять, что давление в паропроводе прямо пропорционально мощности установки.

С точки зрения тепловой экономичности давление пара нецелесообразно снижать чрезмерно - ниже величины около 3 МПа или несколько меньше. Кроме того, чрезмерное снижение давления пара в паропроводе может отрицательно сказаться на работе других паропотребляющих механизмов, питающихся паром из главного паропровода. Поэтому, если требуется дальнейшее снижение мощности установки, то целесообразно переходить к дроссельному регулированию давления пара. Таким образом, программу регулирования энергоблока на скользящих параметрах можно рассматривать только в диапазоне больших мощностей (обычно начиная с мощности 40…50%).

Линейное снижение давления пара при снижении мощности ведет к снижению температуры пара, а от поведения температуры пара зависит поведение средней температуры теплоносителя. Так как зависимость между давлением насыщенного пара и его температурой нелинейная, то при линейном снижении давления пара получим нелинейное снижение температуры пара и температуры теплоносителя. Однако при качественном анализе режима регулирования можно принять допущение о линейном характере изменения температур. Тогда программа регулирования может быть представлена в виде, показанном на рисунке 4.30.

Заметим, что в этой программе имеет место более значительное изменение температур теплоносителя при изменении мощности энергоблока и, следовательно, большее изменение реактивности ЯР. В связи с этим необходимо изменение режима работы энергоблока проводить более медленно с тем, чтобы система автоматического регулирования мощности ЯР успевала справляться с изменением реактивности реактора.

Рисунок 4.30 – Программа регулирования энергоблока при регулировании турбоагрегата со скользящим давлением пара