Градирни АЭС: особенности, подбор и применение в атомной энергетике

Атомные электростанции требуют эффективного охлаждения оборотной воды, особенно в условиях высоких нагрузок и строгих экологических требований. Именно для этого используются градирни АЭС — мощные охлаждающие установки, обеспечивающие стабильную работу станции. В этой статье мы расскажем, как работают градирни на АЭС, какие типы используются и как подобрать оборудование под конкретные условия.

Как работает охлаждающая система АЭС

Охлаждающая система атомной электростанции (АЭС) — это сложный комплекс, обеспечивающий поддержание безопасной и эффективной работы оборудования. Основная задача этой системы — отвод тепла от турбин и других компонентов, чтобы предотвратить перегрев и обеспечить стабильное функционирование станции. В этом процессе градирни АЭС играют ключевую роль.

В типичной схеме АЭС с реактором типа ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор) теплоноситель первого контура — это высокотемпературная вода, которая циркулирует через активную зону реактора. Эта вода передает тепловую энергию второму контуру через парогенератор, где происходит образование пара. Пар, в свою очередь, направляется на турбины, приводящие в действие генераторы и вырабатывающие электроэнергию.

После прохождения турбин пар теряет энергию и попадает в конденсатор, где происходит его обратное превращение в жидкость. Для этого в конденсатор подается охлаждающая вода, которая циркулирует по замкнутому контуру. Эта вода после отбора тепла направляется в башенные градирни АЭС, где происходит ее охлаждение за счет испарения и контакта с окружающим воздухом.

Башенные градирни обеспечивают эффективное снижение температуры воды, которая затем возвращается в конденсатор для повторного использования. Такой цикл позволяет минимизировать расход воды и поддерживать стабильную работу станции даже в условиях высоких нагрузок.

Важно, что градирни АЭС должны соответствовать строгим требованиям по экологичности, надежности и безопасности. Они рассчитаны на работу в сложных условиях и способны выдерживать большие объемы воды и тепловой нагрузки. Именно поэтому выбор и проектирование градирен — это ответственный этап, который влияет на общую эффективность и безопасность станции.

Типы градирен, используемых на АЭС

На атомных электростанциях чаще всего применяются испарительные башенные градирни, которые обеспечивают высокую эффективность охлаждения при минимальных затратах воды. Такие градирни особенно популярны в условиях, где требуется поддерживать стабильную температуру оборотной воды, а также где ограничен доступ к природным водоемам. Устройство испарительных башенных градирен включает следующие ключевые компоненты:

• Ороситель — распыляет воду на специальные наполнители, увеличивая площадь соприкосновения с воздухом. Это ускоряет процесс испарения и охлаждения. Например, на Курской АЭС используются градирни с высокоэффективными оросителями, обеспечивающими равномерное распределение воды по всему объему установки.
• Водоуловитель — предназначен для улавливания мелких капель воды, которые могут быть унесены воздушным потоком. Это позволяет снизить потери воды и повысить экологическую эффективность. Такие водоуловители установлены, например, на Балаковской АЭС, где важно минимизировать расход воды и предотвратить ее испарение в атмосферу.
• Водораспределительная система — равномерно распределяет жидкость по всей площади градирни, что обеспечивает равномерное охлаждение. На Российской АЭС применяются системы с автоматическим регулированием, что позволяет поддерживать стабильный уровень охлаждения даже при изменении нагрузки.

В зависимости от климатических условий и требований к охлаждению, могут использоваться различные типы градирен:

Вентиляторные градирни — оснащены вентиляторами, которые обеспечивают принудительную циркуляцию воздуха. Такие градирни применяются, например, на Смоленской АЭС, где важно поддерживать высокую эффективность охлаждения в условиях ограниченного естественного воздушного потока.

Сухие градирни не используют испарение воды, а охлаждают её за счёт теплопередачи от воды к воздуху. Такие градирни применяются в регионах с дефицитом воды или строгими экологическими ограничениями. Например, на АЭС в Казахстане используются сухие градирни, чтобы минимизировать использование природных водных ресурсов.

Гибридные системы сочетают в себе преимущества сухих и мокрых градирен. Они работают в режиме сухого охлаждения при низких нагрузках и переходят в режим испарительного охлаждения при высоких температурах. Такие системы применяются, например, на АЭС «Аккую» в Турции, где важно обеспечить надежное охлаждение в условиях переменного климата.

Каждый тип градирен имеет свои преимущества и ограничения, поэтому выбор оборудования зависит от множества факторов: климата, мощности станции, доступности воды, экологических требований и бюджета. Наши инженеры-технологи помогут вам подобрать оптимальное решение, соответствующее вашим условиям.

Примеры градирен на действующих АЭС

Градирни, установленные на атомных электростанциях, часто являются крупнейшими и технически самыми сложными в мире. Это связано с тем, что АЭС требует высокой мощности охлаждения, чтобы поддерживать стабильную работу турбин и конденсаторов. Многие из таких градирен устанавливаются в рамках крупных проектов и становятся объектами инженерного интереса.

Одним из ярких примеров являются градирни, установленные на Нововоронежской АЭС-2. Здесь используются башенные испарительные градирни высотой до 172,5 метров, что превышает высоту знаменитой лондонской башни Биг-Бен. Такие градирни обеспечивают охлаждение оборотной воды, которая используется для конденсации пара в турбинном блоке. Это позволяет поддерживать стабильную работу станции, особенно в условиях высоких температур и нагрузок. Кроме того, эти градирни спроектированы с учётом современных экологических стандартов, что минимизирует воздействие на окружающую среду.

Ещё один интересный пример — Российская АЭС, где установлены градирни с автоматизированной системой управления. Такие установки позволяют не только эффективно охлаждать воду, но и оптимизировать расход ресурсов, снижать затраты на эксплуатацию и повышать общую надёжность системы. В данном случае используется технология с принудительной циркуляцией воздуха, что особенно важно в условиях, где естественная вентиляция недостаточна.

На Балаковской АЭС также применяются башенные градирни, оснащённые водоуловителями и системами распределения, которые обеспечивают минимальные потери воды и высокую эффективность охлаждения. Эти градирни работают в сложных климатических условиях и демонстрируют высокую надёжность даже в зимний период.

В Турции на АЭС «Аккую» используются гибридные системы охлаждения, сочетающие в себе преимущества сухих и мокрых градирен. Это позволяет адаптировать работу установок к изменяющимся погодным условиям и обеспечивает стабильное функционирование станции в условиях переменного климата.

Такие примеры подтверждают, что градирни АЭС — это не просто инженерные сооружения, а важнейшие элементы, обеспечивающие безопасность, эффективность и экологическую устойчивость работы атомной станции. Они проектируются с учётом специфических требований каждой АЭС и могут быть адаптированы под различные климатические и географические условия.

Как подобрать градирню для АЭС?

Подбор градирни для атомной электростанции (АЭС) — это сложный процесс, который требует учета множества факторов, таких как мощность станции, климатические условия, доступность воды и экологические требования. Основные шаги включают:

1. Определение требований: учитывайте мощность станции, количество тепла, которое необходимо отводить, и доступные ресурсы.
2. Анализ климатических условий: изучите среднегодовые температуры, влажность и скорость ветра в регионе, чтобы выбрать подходящий тип градирни.
3. Выбор типа градирни: существуют различные типы градирен, такие как мокрые, сухие и гибридные. Выбор зависит от климатических условий и доступности воды.
4. Экологические и регуляторные требования: убедитесь, что выбранная градирня соответствует всем экологическим нормам и требованиям безопасности.
5. Экономическая оценка: рассмотрите затраты на строительство, эксплуатацию и обслуживание градирни.
6. Консультация с экспертами: привлечение специалистов в области теплотехники и проектирования может помочь в принятии оптимального решения.

Рекомендуется также провести моделирование и тестирование различных сценариев, чтобы убедиться в эффекти. 

Почему важно правильно выбрать градирню?

Градирни АЭС — это не просто оборудование, а ключевой элемент охлаждающей системы, влияющий на безопасность, эффективность и экологичность станции. Неправильно подобранная градирня может привести к перегреву оборудования, увеличению расхода воды и снижению мощности станции. Поэтому важно привлечь опытных специалистов, которые учтут все нюансы и предложат оптимальное решение.

Действующие в России АЭС

В общей сложности на 11 АЭС России эксплуатируются 37 энергоблоков суммарной установленной мощностью свыше 29,5 ГВт. Доля выработки электроэнергии атомными станциями в России составляет около 20% от всего производимого электричества. При этом в Европейской части страны доля атомной энергетики достигает 30%, а на Северо-Западе — 37%.

Балаковская АЭС

Располагается близ г. Балаково, Саратовская область. Относится к числу крупнейших и современных предприятий энергетики России, обеспечивая четверть производства электроэнергии в Приволжском федеральном округе. Она оснащена реакторами ВВЭР (водо-водяные энергетические реакторы корпусного типа с обычной водой под давлением). Станция является признанным лидером по многим показателям. Она признавалась лучшей АЭС России в 1995, 1999–2000, 2003, 2005–2009, 2011–2014 и 2016–2017 годах.

Белоярская АЭС

Находится близ г. Заречный Свердловской области. Это первая АЭС большой мощности в истории атомной энергетики страны и первая с реакторами разных типов на площадке. Именно на Белоярской АЭС эксплуатируется самый мощный энергоблок в мире с реактором на быстрых нейтронах БН-800, который может работать на МОКС-топливе, позволяет повторно использовать отработавшее ядерное топливо вместо его хранения.

Билибинская АЭС

Располагается недалеко от г. Билибино, Чукотский автономный округ. Станция производит около 50% электроэнергии, вырабатываемой в регионе. В настоящий момент на АЭС эксплуатируются три уран-графитовых канальных реактора типа ЭГП-6 установленной электрической мощностью 12 МВт каждый. Станция вырабатывает как электрическую, так и тепловую энергию, которая идет на теплоснабжение Билибино.

Калининская АЭС

Располагается близ г. Удомля Тверской области. В составе Калининской атомной станции четыре действующих энергоблока с водо-водяными энергетическими реакторами ВВЭР-1000 мощностью 1000 МВт (эл.) каждый. Калининская АЭС вырабатывает 70% от всего объема электроэнергии, производимой в Тверской области, и обеспечивает электроэнергией большинство промышленных предприятий Тверской области. Благодаря своему географическому расположению станция осуществляет высоковольтный транзит электроэнергии и выдает мощность в Единую энергосистему Центра России, и далее по высоковольтным линиям — в Тверь, Москву, Санкт-Петербург, Владимир и Череповец.

Кольская АЭС

Находится в 200 км к югу от г. Мурманска на берегу озера Имандра, является основным поставщиком электроэнергии для Мурманской области и Карелии. В эксплуатации находятся четыре энергоблока с реакторами типа ВВЭР-440 проектов В-230 (блоки № 1 и № 2) и В-213 (блоки № 3 и № 4). Генерируемая мощность — 1760 МВт. В июле 2018 года Ростехнадзор выдал лицензию на продление эксплуатации блока № 1 Кольской АЭС до июля 2033 года. В декабре 2019 года была выдана лицензия на продление работы энергоблока № 2 еще на 15 лет.

Курская АЭС

Курская АЭС расположена на левом берегу реки Сейм, в 40 км юго-западнее Курска. На ней эксплуатируются четыре энергоблока с реакторами РБМК-1000 (уран-графитовые реакторы канального типа на тепловых нейтронах) общей мощностью 4 ГВт (эл.). В настоящее время ведется строительство станции замещения — Курской АЭС-2. Она будет укомплектована инновационными реакторами ВВЭР-ТОИ.

Ленинградская АЭС

Место расположения — Ленинградская область, недалеко от г. Сосновый Бор. Ленинградская АЭС — крупнейший производитель электрической энергии на Северо-Западе России. Станция обеспечивает более 50% энергопотребления Санкт-Петербурга и Ленинградской области. Она была первой в стране станцией с реакторами РБМК-1000.

Нововоронежская АЭС

Станция находится близ г. Нововоронеж Воронежской области. Первая в России АЭС с реакторами типа ВВЭР. Каждый из пяти реакторов станции является прототипом серийных энергетических реакторов. Инновационный энергоблок № 1 поколения 3+ Нововоронежской АЭС-2 был введен в промышленную эксплуатацию в феврале 2017 года. Он имеет улучшенные технико-экономические показатели, обеспечивает абсолютную безопасность при эксплуатации и полностью соответствует «постфукусимским» требованиям МАГАТЭ. Особенностью таких энергоблоков является большая насыщенность пассивными (способными функционировать даже в случае полной потери электроснабжения и без вмешательства оператора) системами безопасности. Именно этот российский энергоблок стал первым в мире атомным энергоблоком нового поколения «3+», сданным в промышленную эксплуатацию.

Ростовская АЭС

Ростовская АЭС расположена на берегу Цимлянского водохранилища, в 13,5 км от Волгодонска. Она является одним из крупнейших предприятий энергетики Юга России. Станция обеспечивает 46% производства электроэнергии в регионе. Ростовская АЭС — первая в новейшей истории, где было возрождено так называемое «поточное строительство», обеспечивающее как соблюдение директивных сроков строительства, так и максимально эффективное использование материальных и денежных ресурсов.

Смоленская АЭС

Место расположения — рядом с г. Десногорск Смоленской области. Смоленская АЭС — одно из ведущих энергетических предприятий региона, ежегодно она выдает в энергосистему страны порядка 20 млрд киловатт-часов электроэнергии (около 13% энергии, вырабатываемой на АЭС России, и более 80% от того, что производят энергопредприятия Смоленской области). Она состоит из трёх энергоблоков с реакторами РБМК-1000. В 2007 году станция первой среди АЭС России получила сертификат соответствия системы менеджмента качества международному стандарту ISO 9001:2000. В 2009 г. Смоленская АЭС получила сертификат соответствия системы экологического менеджмента требованиям национального стандарта ГОСТ Р ИСО 14001-2007 и была признана лучшей АЭС России по направлению «Физическая защита».

Плавучая атомная теплоэлектростанция

Находится в Чукотском автономном округе, г. Певек. Единственная в мире плавучая атомная теплоэлектростанция (ПАТЭС) состоит из береговой инфраструктуры и плавучего энергоблока (ПЭБ) «Академик Ломоносов», оснащенного двумя судовыми атомными реакторами типа КЛТ-40С. Электрическая мощность станции — 70 МВт. В мае 2020 года состоялся ввод станции в промышленную эксплуатацию.

Градирни АЭС — это важная часть охлаждающей системы, обеспечивающая стабильную и безопасную работу атомной электростанции. Правильный подбор оборудования позволяет снизить затраты на воду, повысить эффективность охлаждения и соответствовать экологическим нормам. Наши специалисты помогут вам выбрать и спроектировать градирню, которая будет идеально подходить под вашу станцию.

Заказать вентиляторную градирню для АЭС вы можете по телефонам: 8-800-222-45-62 и +7 (831) 334-75-40 или отправьте запрос на почту acs@acs-nnov.ru