БН-ГТ Опции

[arcanist]

в недавнем интервью про сбвр авторы сравнивали сбвр с бн гт. Заинтересовавшись (я до этого про этот проект не слышал) я загуглил и нашел вот такую статью
https://www.ippe.ru/nuclear-power/small-pow...k-transport-npp
Прочитав ее, я понял, что проблемы энергетики человечества на ближайшую тысячу лет решены. решение предполагает, что "удельные затраты на приобретение АЭС БН ГТ-300 составляют 500–550 $/кВт" и при этом себестоимость электроэнергии составляет "~1 цент/кВт ч"
теперь вопрос - если это все так замечательно, зачем вообще строить что то ещё? зачем нужны все эти бресты, ввэры, бн 1200 и так далее? или я что то не понимаю?

Сообщение отредактировал arcanist - 22.10.2022, 8:58

[AtomInfo.Ru]

Увы, это цифры далёких годов. С тех пор многое поменялось.

Кроме того, БН-ГТ в те времена конкурировал за внимание с другим проектом (не стану писать, с каким), поэтому показатели по экономике считались, насколько мы понимаем, по оптимистическим сценариям, скажем так (потому что и конкурент поступал также).

[Татарин]

Увы, это цифры далёких годов. С тех пор многое поменялось.

Кроме того, БН-ГТ в те времена конкурировал за внимание с другим проектом (не стану писать, с каким), поэтому показатели по экономике считались, насколько мы понимаем, по оптимистическим сценариям, скажем так (потому что и конкурент поступал также).

Вообще, удивительно, что проект не получил развития.

Быстрый, средней мощности (что само по себе даёт ему нишу), компактный, с высоким КПД и относительно недорогой "механической" частью.
Стадия проработки там была уже та, где грубые косяки (техническая невозможность чего-то или что-то в таком духе) уже хорошо исключалась.
Казалось бы, должен был бы остаться какой-то "потомок", хотя бы бумажный... но нет.

[AtomInfo.Ru]

Вообще, удивительно, что проект не получил развития.

Отсутствие "лоббистов"-тяжеловесов, в первую очередь.

Шла жёсткая конкуренция за деньги на перспективные проекты, за площадки для них и т.п.
И БН-ГТ отпал даже не в полуфинале. Не было людей с весом, которые его отстаивали бы.

[Александр Берези...]

Ну хорошо, допустим, лоббистов-тяжеловесов нет. Но вот вопрос: а почему со стороны начальство никто в атомной отрасли не попробовал сделать ставку на путь газовой турбины? Преимущества на вид достаточно очевидные: 2 газовые турбины открытого цикла на атмосферном воздухе на 300 МВт весят, вместо с генератором и прочим, несопоставимо меньше, чем паровые турбины той же мощности, не требуют парогенераторов, намного дешевле и компактнее. Мы все хорошо знаем летающее изделие с легким жидкометаллическим теплоносителем и газовой турбиной -- оно весит считанные тонны, при мощности никак не менее 0,7 МВт. Даже умножив эту цифру на 400 и добавив генератор и проч. -- это же несопоставимо менее материалоемкая конструкция. Может где-то проектировщики БН ГТ и упростили, но масса оборудования для их реактора на 300 МВт выглядит вполне реалистично -- при газовой турбине на открытом цикле так и должно быть.

Лоббисты или не лоббисты -- но разве в руководстве Росатома нет никого, заинтересованного в резком снижении капвложений в реактор? Они же 60% в цене атомного киловатт-часа составляют. Снижение капвложений в полтора раза -- это, по сути, уравнивание цены атомного киловатт-часа с газовым. Такая перспектива разве не интересует тех, кто наверху в корпорации, даже в отсутствии мощных лоббистов у такой схемы?

[Татарин]

Мы все хорошо знаем летающее изделие с легким жидкометаллическим теплоносителем и газовой турбиной -- оно весит считанные тонны, при мощности никак не менее 0,7 МВт.

Это изделие может плевать на КПД, а размеры теплообменников в первом приближении пропорциональны температурному напору. Так что газовая турбина с внешним подводом - это, может быть, и хорошо, но, всё же, не настолько хорошо.

[Александр Берези...]

Это изделие может плевать на КПД, а размеры теплообменников в первом приближении пропорциональны температурному напору. Так что газовая турбина с внешним подводом - это, может быть, и хорошо, но, всё же, не настолько хорошо.

Ну так я же и сослался на него не как на пример эффективности. а как не пример самой технологии, и обозначил, что

"Даже умножив эту цифру на 400 и добавив генератор и проч. -- это же несопоставимо менее материалоемкая конструкция. Может где-то проектировщики БН ГТ и упростили, но масса оборудования для их реактора на 300 МВт выглядит вполне реалистично -- при газовой турбине на открытом цикле так и должно быть."

Теплообменник там действительно решается проще, чем в наземное реакторе, но и в последнем теплообменник, мягко говоря, намного меньше будет, чем у обычной АЭС той же мощности -- ведь, напомню, цикл-то открытый, с атмосферным воздухом, а у АЭС существующих типов цикл никак не открытый, откуда и совсем другие требования к теплообменнникам.

[Татарин]

Просто чтобы было понятно, что имеется в виду.

Берём два турбокомпрессора.
Первый - сжимает газ с 1атм до 20атм.
Второй - с 20атм до 200атм.

Первый в два раза больше (и, скорее всего, вдвое дороже) второго. При том, что одновременно уступает в 10 раз по мощности.
По удельной мощности (и, грубо, по удельной цене) разница, соотвественно, 20 раз.
То же самое с турбиной.

Теплообменник при 200атм в 10 раз меньше по размерам (и почти в столько же по цене), чем теплообменник при 20атм.

Перед компрессором внутреннего цикла не стоИт комплекс фильтров, чтобы пыль не съедала лопатки, на фильтре не падает мощность.

Лопатки, рассчитанные контакт с кислородом воздуха при высокой температуре гораздо дороже, чем лопатки, которые работают в контролируемой атмосфере.

Ну и т.п.

[Александр Берези...]

Сначала про то, закрытый у БН ГТ цикл или нет. Я напомню, что финального вида проекта нет, потому что у него не нашлось сильных лоббистов. Да, вариант на сайте ФЭИ на закрытом цикле (иначе КПД в 40% не получить), но исходно концепция БН ГТ идет от реактора "Атомовоза", где цикл был открытый. Да, КПД там 20%, но удельная стоимость энергии должна быть ниже.

"Ну так один же теплообменник всё равно остаётся - тот, что на нагрев.
Охлаждающий - да, уходит. Но за это тоже придётся платить, и много платить.

В замкнутом цикле и давление можно взять выше, и газовую среду взять какую надо."

В замкнутом цикле взять давление и прочее выше с газовой турбиной у вас не выйдет. Точнее, не выйдет в осмысленные сроки и за разумную цену. Почему? Я говорил с людьми, проектирующими газовые турбины. Их мнение: НИОКР газовой турбины что под гелий, что даже под СО2 -- это 10-12 лет оптимистично, при крайнем напряжении всех приличных разработчиков газовых турбин в стране. И без гарантий результата. Поскольку газовые турбины все проектировали под атмосферный воздух+продукты горения газа, а на другие газы в газовой турбине другим будет абсолютно все. Думаю, именно поэтому китайцы в своем как бы новом реакторе с гелием в активной зоне никакой газовой турбины не используют, а используют паровую: иначе слишком много времени и денег придется положить в принципиально новый класс турбин.

"Соотвественно, турбина компактнее"

Нас интересует не размер турбины, а стоимость всего комплекса в целом. А для него все строго наоборот: турбина с закрытым циклом означает повышение материалоемкости всей конструкции. См. тут, с.254: https://j-atomicenergy.ru/index.php/ae/arti.../view/2169/2148

"удельная мощность теплообменников выше (не только из-за более высокого давления, но и выбора газовой среды, даже небольшая добавка водорода радикально улучшит теплообмен в газе и с газом)".

Значение для экономики реактора имеет не удельная мощность теплообменника, а масса и сложность конструкции в целом, включая теплообменник. Что гелий, что водород отлично диффундируют через металлы, со всеми вытекающими из этого неприятными последствиями. С воздухом такого нет.

"А сверху этого ещё "атомные" заморочки. Ну вот смотрите: Вы же не можете греть натрием первого контура атмосферный воздух? Утечка в теплообменнике засрёт атмосферу. А натрием второго контура - можете? С учётом высокой температуры и горючести натрия? Тоже, наверное, нет."

Напротив: именно натрием и надо греть воздух. Почему? Ну потому что любой другой сценарий радикально более материалоемок и роняет КПД. Я напомню, что БН ГТ -- это, фактически, эволюция проекта "Атомовоз" для БРЖК. А там воздух грели даже не натрием, а намного более (радикально!) опасным натрий-калием второго контура. Натрий на воздухе горит намного хуже бензина, а натрий-калий -- лучше.

Еще напомню: натрий плохо захватывает быстрые нейтроны (будет 0,5–1 миллибарн, по памяти). В натрии первого контура действительно есть натрий-24, но если пересчитать в кюри, то его там довольно мало. В натрии второго контура его вообще практически нет.

И еще про высокую температуру и горючесть натрия. Натрий с водой реагирует взрывообразно. А вот на воздухе он горит сравнительно вяло, далеко не бензин. Однако мы видим, что в БН-ах он греет теплообменник с водой. Если этот вариант, куда более опасный, уже реализован, в чем проблема реализовать более безопасный вариант нагревания воздуха натрием (через теплообменник) в БН ГТ? Утечка возможна -- но она возможна и в БН-ах построенных, и там -- куда опаснее.

"А в замкнутом контуре натрий первого контура реально может греть нейтральный газ второго.""

Замкнутый контур сразу не имеет экономического смысла, повторюсь, поскольку материалоемкость сразу будет огромной. Проекты такие рассчитывались -- слишком дорого, см. ту же ссыль выше, с. 254.

"Просто чтобы было понятно, что имеется в виду.

Берём два турбокомпрессора.
Первый - сжимает газ с 1атм до 20атм.
Второй - с 20атм до 200атм.

Первый в два раза больше (и, скорее всего, вдвое дороже) второго. При том, что одновременно уступает в 10 раз по мощности.
По удельной мощности (и, грубо, по удельной цене) разница, соотвественно, 20 раз.
То же самое с турбиной.

Теплообменник при 200атм в 10 раз меньше по размерам (и почти в столько же по цене), чем теплообменник при 20атм".

Перед компрессором внутреннего цикла не стоИт комплекс фильтров, чтобы пыль не съедала лопатки, на фильтре не падает мощность.

Лопатки, рассчитанные контакт с кислородом воздуха при высокой температуре гораздо дороже, чем лопатки, которые работают в контролируемой атмосфере.

Ну и т.п."

Я напомню пару фактов.

1. В каждой газовой ТЭС стоит турбина, работающая с открытым циклом. Хватающая снаружи воздух в 1 атмосферу. Там фильтры на входе, и связанные с этим потери. Лопатки там рассчитаны на контакт с кислородом воздуха при температуре _намного выше_ той, что закладывалась для БН ГТ.

Однако по материалоемкости и сложности теплоэнергетическая часть газовой ТЭС радикально (на порядок -- это в лучшем для АЭС случае) уступает теплоэнергетической части АЭС.

С закрытым я не предлагаю сравнивать в первую очередь потому, что под него реакторы будут дороже.

Я предлагаю сравнивать с существующими АЭС. У которых 80% материалоемкости и цены -- вне ядерного острова. как раз в основном приходятся на паровые турбины и все связанное с ними хозяйство (плюс парогенераторы, градирни и проч).

Вот с сравнении с ними БН ГТ -- это просто реактор+набор оборудования для газовой ТЭС.

2. И второй факт. Все решения для газовых турбин, работающих с атмосферным воздухом. уже серийны. Да, там нужно поменять компрессор, но там не нужно менять материалы самих турбин, не надо создавать их заново. Для систем с закрытым циклом это нужно.

"Запросто может оказаться так, что выигрыш на отсутствии низкотемпературного холодильника будет съеден более высокой материалоёмкостью, сложностью и требованиями к надёжности высокотемпературного."

Цитата из научной работы для ЯЭУ про закрытый цикл:

"гелии является моноатомным газом, следовательно уплотнение валов вращения представляется достаточно сложным;— для компрессоров и турбин требуется много ступеней, поэтому они будут тяжелыми;— чтобы предотвратить попадание масла в поток гелия, необходимы магнитные подшипники с гелиевым охлаждением;— требуется все же значительное количество разработок и технологий, что является сложным и дорогостоящим процессом;— для системы с замкнутым гелиевым циклом требуется тепловая разгрузка, которая должна быть вычислена для потока охлажденной воды 30 °С."

Или:


"Число ступеней турбокомпрессора при заданной периферийной окружной скорости
(турбина плюс компрессор)
21 "

http://publ.lib.ru/ARCHIVES/S/SARKISOV_Ash...%202.(2015).pdf

Масса турбомашины там выходит 360 тонн для станции на 100 МВт. Это 3,6 тонн металла чисто по турбоустановке на 1 мегаватт мощности -- очень большая величина.

21 ступень турбокомпрессора -- это, извините, инженерный подвиг. И если бы этот подвиг был реализован в газовых ТЭС, они бы электричество делали как бы не дороже АЭС,

Так зачем тянуть 21 ступень в АЭС-то? В чем будет выигрыш?

[Татарин]

1. В каждой газовой ТЭС стоит турбина, работающая с открытым циклом. Хватающая снаружи воздух в 1 атмосферу. Там фильтры на входе, и связанные с этим потери. Лопатки там рассчитаны на контакт с кислородом воздуха при температуре _намного выше_ той, что закладывалась для БН ГТ.

Однако по материалоемкости и сложности теплоэнергетическая часть газовой ТЭС радикально (на порядок -- это в лучшем для АЭС случае) уступает теплоэнергетической части АЭС.

Вот тут у Вас какое-то радикальное непонимание и возникает.
Все существующие газовые турбины - это ДВС, двигатель внутреннего сгорания. У них есть радикальное отличие от турбины применимой в ядерном реакторе: у них нет теплообменника, нагревающего газ. Газ при сгорании топливной смеси нагревается сам, мгновенно, по всему объёму с теоретически предельной эффективностью.
Для ДВС не существует ни проблемы сопротивления, ни проблемы удельного теплосъёма, почему ДВС и захватили мир: нет самой материалоёмкой и проблемной части двигателя, но её функция выполняется с бесконечной эффективностью.

В любом двигателе с внешним подводом тепла Вы будете иметь дело с теплообменником поверхность-газ (ну или поверхность-жидкость).
Паровые машины даже с очень низким КПД разгромно победили теоретически очень эффективные машины с циклом Стирлинга просто потому что теплообмен "поверхность-жидкость" работает _чуть_ лучше, чем "поверхность-газ", и были мгновенно ДВС убиты во всех приложениях, где применение ДВС вообще возможно.

Вся история ядерных реакторов - это, в общем-то, история эффективных теплообменников.

Нельзя сравнивать "топливную" газовую турбину (то есть, ДВС) с газовой турбиной с внешним подводом тепла. Второй случай всегда будет в десятки-сотни раз хуже (а то и тысячи, возможно и такое!).

(Чисто как пример: Вы не принимаете аргумент о бОльшем давлении замкнутого цикла потому, что для ДВС это не так важно, теплообмен нагрева в ДВС бесконечно эффективен при любом давлении. Но вот для внешнего нагрева интенсивность теплообмена "поверхность-газ" пропорциональна давлению.)

Тут корень Ваших гипероптимистичных оценок.