0
3285
Газета НГ-Энергия Печатная версия

08.04.2008

Сухие градирни против парникового эффекта

Владимир Кузнецов

Об авторе: Владимир Михайлович Кузнецов - доктор технических наук, академик РАЭН, ведущий научный сотрудник Института истории естествознания и техники им. С.И.Вавилова РАН.

Тэги: аэс, парниковый эффект


Антропогенное сжигание кислорода воздуха приводит не только к выбросам в атмосферу «парникового» углекислого газа, но «парникового» водяного пара как за счет окисления углеводородного топлива, так и за счет наиболее распространенных сейчас систем испарительного охлаждения технической воды для сброса отработанного тепла энергетических установок на органическом топливе. В этом смысле считающиеся вполне экологичными с точки зрения выбросов парниковых газов АЭС также не лишены этого недостатка.

В наше время парниковый эффект в среднем на 78% обусловлен парами воды и только на 22% углекислым газом. То есть в приземном слое атмосферы, где собственно и реализуется «парниковый эффект», на 10 весовых частей водяного пара, создающих 78% «парникового эффекта», приходится 1 весовая часть углекислого газа, создающая, однако, 22% «парникового эффекта». Тем не менее одна весовая часть углекислого газа в 2,82 раза более эффективна в создании «парникового эффекта», чем одна весовая часть пара воды. Из изложенного выше легко определить суммарный вклад выбросов водяного пара и углекислого газа в «парниковый эффект» для различных энергетических установок (см. таблицу).

Если вместо использования воды для отвода «сбросного тепла» на электростанциях будет использоваться воздушное охлаждение («сухие» градирни), то (без учета изменения КПД): для ТЭС на угле суммарный «парниковый эффект» в CO2-эквиваленте составит 1340 (100%) г на кВт-час, а для ТЭС на газе суммарный «парниковый эффект» в CO2-эквиваленте составит 505 (77,5%)+146,5 (22,5%) = 651,5 (100%) г на кВт-час, для АЭС суммарный «парниковый эффект» в CO2-эквиваленте составит 0 (100%) г на кВт-час.

Водяной пар как фактор «парникового эффекта»

Тем самым игнорирование вклада водяного пара в производстве электроэнергии на ТЭС и АЭС означает игнорирование от 22,5% до 100% антропогенного воздействия вклада при таком производстве в «парниковый эффект». Поэтому можно утверждать, что методика проведения мониторинга антропогенных выбросов в атмосферу газов, оказывающих непосредственное парниковое воздействие на атмосферу Земли, основанная на учете потребления топливно-энергетических ресурсов на предприятиях и в организациях всех форм собственности, но не учитывающая антропогенные выбросы водяного пара, не представляется достаточно эффективной с позиций регионального и глобального изменения климата.

В настоящее время плата за потребление природной воды составляет ничтожную часть в себестоимости электроэнергии, так как не учитывается влияние испарительного охлаждения на климат региона. Прошедшим летом из-за небывалой жары Европа из самого благополучного континента превратилась в регион, страдающий от дефицита воды. Беспрецедентное обмеление многочисленных рек привело к двадцатикратному и более росту цен на электроэнергию на энергетических биржах стран Евросоюза. Сейчас достаточно хорошо изучены башенные «сухие» градирни, в которых техническая вода охлаждается воздухом за счет естественной тяги (башенные «сухие» градирни были установлены в 1970 году на Разданской ГРЭС в Армении), и вентиляторные «сухие» градирни, в которых воздух для охлаждения воды в радиаторных теплообменниках (дельтах) принудительно прокачивается вентиляторами (такие установлены в 1973–1976 годах на Билибинской АТЭЦ (Чукотка). Начало применению сухих градирен в современной России положено на ПГУ–ТЭЦ в Сочи и на ПГУ–ТЭЦ, которая обеспечивает энергоснабжение Москва-Сити.

Как показано выше, основными потребителями охлажденной технической воды на тепловых и атомных электростанциях являются конденсаторы паровых турбин. При «сухих» градирнях конденсация отработанного пара в конденсаторах может быть обеспечена, как на трубчатой поверхности без контакта с технической водой, охлажденной в «сухой» градирне, так и за счет смешения в брызгалах конденсатора с химобессоленной водой, циркулирующей через теплообменники «сухих» градирен. При стопроцентной конденсатоочистке (большая поверхность дельт увеличивает количество продуктов коррозии в конденсате) схема со смешивающими конденсаторами эффективнее, так как при непосредственном контакте охлажденной воды в конденсаторе температурный напор не превышает 1 градуса, а при конденсации отработанного пара на теплообменной поверхности необходим температурный напор в 3–5 градусов, что предопределяет большее ухудшение вакуума и снижение мощности паровой турбины АЭС. Однако даже при смешивающих системах конденсации в конденсаторах вакуум на 2–3% хуже, чем при охлаждении технической воды в испарительных градирнях. Применение же для конденсации отработанного пара поверхностных конденсаторов, например, на энергоблоке АЭС-2006 приведет к среднегодовому снижению электрической мощности на 25–30 МВт (э).

Проблемы компенсации

Компенсацией роста удельных затрат при снижении мощности турбины (рассматривается турбина ЛМЗ мощностью 1000 МВт на 3000 об/мин) могут служить: упрощение выбора площадки и снижение стоимости строительства АЭС из-за отсутствия привязки к источнику водоснабжения и исключения затрат на водозаборные сооружения и водоводы, включая стоимость отчуждаемых земель; исключение проблем, связанных с обработкой продувочной воды из бассейна испарительной градирни и засолением почвы; улучшение вводно-химического режима в закрытом контуре «градирня–конденсатор» и исключение загрязнение трубок конденсатора; исключение потребности в подпиточной воде, объем которой для энергоблока АЭС-2006 составляет не менее 1,2–1,5 куб. м/с, или 30–38 млн. куб. м/год; сокращение капитальных затрат на турбоустановку: при сухих градирнях турбине достаточно три цилиндра низкого давления вместо четырех при испарительных градирнях; укорочение турбины обеспечит сокращение длины машзала на 1 пролет (12 м); смешивающий конденсатор значительно дешевле конденсатора с применяемыми в настоящее время нержавеющими трубками; техническое обслуживание укороченной турбины (ЦВД+3ЦНД) проще полноразмерной (ЦВД+4ЦНД).

Применение сухих градирен на АЭС-2006 при смешивающих конденсаторах приведет к удельному удорожанию системы охлаждения циркуляционной воды в 2 раза (на ~1,5 млрд. руб.) при сокращении капитальных затрат по машинному залу на 0,9–1,0 млрд. руб., то есть увеличение капитальных затрат по энергоблоку составит ~0,5 млрд. руб. Однако применение сухих градирен снимает все замечания по воздействию АЭС на окружающую среду, так как система воздушного охлаждения циркуляционной воды наиболее совместима с окружающей средой.

Изготовление элементов «сухих» градирен – дельт, представляющих собой теплообменники из нержавеющих труб, оребренных листовым алюминием или листовой оцинкованной сталью, – может быть организовано на энергомашиностроительных заводах (ЗиО, Атоммаш и других) или закуплено за рубежом.

Внедрение сухих градирен на АЭС обязательно привлечет внимание разработчиков проектов ГРЭС и ТЭЦ, экологические проблемы которых, как показано выше, значительно более остры в настоящее время.

Учитывая, что в ближайшее время неизбежно значительное увеличение платы за безвозвратное использование природной воды в испарительных системах охлаждения в промышленности, совместное предприятие будет иметь высокую загрузку по производству элементов сухого охлаждения.

Кроме этого, длительный срок службы АЭС и усугубление экологических проблем уже в ближайшей перспективе обусловят необходимость решительного отказа от применения испарительного охлаждения технической воды на АЭС, как когда-то отказались от прямоточного охлаждения конденсаторов водой из рек и озер.

Для перехода на сухое охлаждение технической воды на АЭС должна быть разработана отраслевая программа, состоящая из следующих мероприятий, включающих в себя: проработку структуры тепловой схемы и конструкции турбоустановки при различных условиях использования воздушного охлаждения технической воды, создание совместного предприятия в Росатоме с фирмой GEA-EGI, аналогичного предприятию с фирмой ALSTOM по производству тихоходных турбин, сооружение опытно-демонстрационной «сухой» градирни, например, на действующем энергоблоке с ВВЭР-440 НВАЭС, работающем с испарительными градирнями, разработку конструкторской и проектной документации по использованию «сухих» градирен на ЛАЭС-2 и сооружение головной сухой градирни для одного из энергоблоков ЛАЭС-2.

Выполнение этой отраслевой программы должно обеспечить к 2020 году переход на воздушное охлаждение на всех строящихся АЭС. При сооружении АТЭЦ, которые всегда будут располагаться вблизи промышленно-жилищных агломераций, необходимо рассматривать только воздушное охлаждение технической воды.

Кроме этого, при сооружении АТЭЦ малой мощности (6, 12, 30 МВт) в автономных районах энергопотребления могут применяться сухие конденсаторы, в которых отработанный пар в турбине конденсируется в воздушных теплообменниках без применения промежуточного теплоносителя. Такие разработки в настоящее время выполнены ОАО «Калужский турбинный завод» для турбин малых ТЭЦ на органическом топливе.

Суммарный вклад выбросов водяного пара и углекислого газа в ⌠парниковый эффект■ для различных энергетических установок
Для ТЭС на угле при расходе горючего – 428 грамм у.т. на кВт-ч: Для ТЭС на газе при расходе топлива – 313 грамм у.т. на кВт-ч: Для АЭС:
Расход атмосферного кислорода (грамм на кВт-ч) 1117 733 0
Выбросы CO2 (грамм на кВт-ч) 1340 505 0
Выбросы H2O (грамм на кВт-ч) 0 (условно) 413 0
Испарение H2O в градирне (грамм на кВт-ч) 3432 г. на кВт-ч 1843 г. на кВт-ч 3612
Суммарный ⌠парниковый эффект■ 1340 (52,4%) +1217 (47,6%) = 505 (38,7%) + 146,5 (11,1%) + 1281 (100%)
в CO2-эквиваленте (грамм на кВт-ч): = 2557 (100%) + 653,5 (50,2%) = 1305 (100%)  

Оставлять комментарии могут только авторизованные пользователи.

Вам необходимо Войти или Зарегистрироваться

комментарии(0)


Вы можете оставить комментарии.

Читайте также


Евразийский союз переходит на бензин по талонам

Евразийский союз переходит на бензин по талонам

Анастасия Башкатова

Россия, Белоруссия и Казахстан упрекают друг друга в перебоях с топливом

0
7135
Назарбаев поддержит стремление Молдавии к сближению с ЕАЭС

Назарбаев поддержит стремление Молдавии к сближению с ЕАЭС

0
969
Молдавский президент из пророссийского становится промолдавским

Молдавский президент из пророссийского становится промолдавским

Дмитрий Чубашенко

Республика остается расколотой по геополитическому признаку

1
51291
Таджикистан не хочет в ЕАЭС

Таджикистан не хочет в ЕАЭС

Александр Шустов

Евразийская интеграция не значится среди приоритетов Душанбе

0
6672

Другие новости

24smi.org