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.

[Александр Берези...]

Я не знаю, почему вы считаете, что я полагаю, будто турбина с ядерным реактором будет такой же материалоемкой, как турбина у газовой ТЭС -- я этого нигде не говорил. Разумеется, она будет более материалоемкой. Но я выше не про это писал. А про то, что ее материалоемкость будет намного ниже, чем у любого существующего атомного реактора. И это факт -- см. цифры.

Чтобы победить газовую ТЭС, АЭС не надо иметь такую же низкую материалоемкость. Достаточно иметь общецикловую материалоемкость лишь в разы выше (а не в десятки раз, как сейчас). С учетом совсемм разной цены топлива, стоимость атомного киловатт-часа упадет ниже газового даже в этом случае.

"Второй случай всегда будет в десятки-сотни раз хуже (а то и тысячи, возможно и такое!)".

Практика такого не показывает. Повторюсь: есть конкретный пример летающего "Буревестника" с газовой турбиной открытого цикла, где нет никаких "десятков-сотен раз хуже" или проекта "Атомовоз" (с газовой турбиной открытого цикла), где их тоже нет (он тяжелее сходной по мощности секции тепловоза ТЗЗ всего лишь на 14 тонн, или на 11%, учитывая массу шасси, десятки раз тут сразу исключены). Так что в десятки-сотни раз -- точно нет. В разы хуже -- запросто, но для экономической победы над газовыми ТЭС или существующими АЭС этого вполне достаточно.

"(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.

"

Нет никакого корня моих гипероптимистичных оценок, потому что моих оценок тут вообще нет. Ни оптимистичных, ни пессимистичных. Есть (не мои) конкретные параметры рассчитанного не мной "Атомовоза", который по удельной материалоемкости радикально ниже современных АЭС как сходной, так и куда большей мощности (несмотря на эффект масштаба). Есть выросший из него БН ГТ, опять же. не я считал там материалоемкость. Есть Буревестник, с реактором минимум на 0,76 МВт полезной мощности (с меньшей ракета не полетит), при массе в считанные тонны (с большей ракета его размером опять-таки не полетит).

Теплообменник "Атомовоза" никоим образом не делает материалоемкость того же Атомовоза с открытым турбинным циклом выше конкурентоспособной -- напротив, по материалоемкости реакторно-турбинной части тот проект лучше любого современного российского (да и зарубежного) атомного.

[pappadeux]

Чтобы победить газовую ТЭС, АЭС не надо иметь такую же низкую материалоемкость. Достаточно иметь общецикловую материалоемкость лишь в разы выше (а не в десятки раз, как сейчас).

Крайне интересен КПД системы с турбиной открытого цикла. Мы знаем как с БН снять 40% или мб чуть-чуть
больше. Да, на это нужно много железа.

С учетом совсемм разной цены топлива, стоимость атомного киловатт-часа упадет ниже газового даже в этом случае.

Вы, надеюсь, понимаете, что при КПД 20% даже и при малой металлоемкости топливный цикл перестает быть дешевым? Даже если часть продукции будет некое тепло

Я совсем не против понижения металлоемкости БНов, но думаю следует рассмотреть скСО2

Был (и есть) такой учоный Vaclav Dostal, вроде сейчас в Пражском политехе. Он в 2004 году накатал диссер в МИТ (на 300 страниц!) именно на тему скСО2, и даже пытался все это продать
солевикам и быстровикам в первый дофукусимный ренессанс

ссылка на диссер: https://dspace.mit.edu/handle/1721.1/17746?show=full

еще ссылка: https://web.mit.edu/22.33/www/dostal.pdf

Тут есть небольшая программа по разработке скСО2: https://energy.sandia.gov/programs/nuclear-...nuclear-energy/

И Сандия кое что на эту тему сделала: https://www.energy.gov/ne/articles/sandia-r...ycle-technology

И вроде делает железяку побольше