Ядерная энергетика будущего

[AlexAV]

Получается, на последующих этапах топливного цикла КВ будет снижаться? А заявленная цифра относиться сугубо к первой компании?

КВ всегда относится к какому-то конкретному изотопному составу топлива. При его изменение оно тоже меняется.

Вообще ВВЭР не столько сжигает плутоний, сколько его портит. Если ВВЭР  загрузить 1т MOX c плутонием оружейного качества, то в ОЯТ будет содержаться уже 1,05 т плутония, но уже с никуда не годным изотопным составом (скажем здесь кое-что об использование плутония в ВВЭР: http://publikacia.net/archive/uploads/pages/2017_4_3/13.pdf). При этом при многократном рециклирование состав  плутония меняется приблизительно так:



У ВВЭР-СКД картина должна быть чуть получше из-за более жёсткого спектра нейтронов, но нечто подобное тоже скорее всего будет.

Однако, на сколько можно понять, его всё же планируется использовать их не изолированно, а совместно с БН. При этом их ОЯТ предлагается перерабатывать совместно. При этом будет получаться плутоний некоторого среднего изотопного состава. Лучше, чем из ОЯТ ВВЭР-СКД, но хуже, чем из ОЯТ БН. И его дальше использовать в следующих циклах и там и там. В результате можно добиться некоторого стационарного и приемлемого для работы обоих реакторов его качества.

Реакторы ВВЭР-СКД (быстро-резонансный) хорошо смотрятся.

Ну СКД пока всё не так гладко. Пока нет приемлемого материала для ТВЭЛов и внутренней оснастки. Вода при сверхкритических параметрах - жидкость достаточно агрессивная. В этой области традиционный цирконий уже не годится (из-за уже весьма заметной в этой области пароциркониевой реакции). Ферритно-мартенситные стали также достаточно быстро корродируют в этих условиях. А аустенитные стали (те которые сейчас на тех же ТЭС со сверхкритическими параметрами пара используют) содержат много никеля и из-за этого подвержены охрупчению под действием нейтронов (в следствие выделения водорода в материале из-за реакции Ni-59(n,p)Co-59). Т.е. проблема поиска материалов, способных работать в таких условиях пока удовлетворительным образом не решена.

[sharp]

Лучше, чем из ОЯТ ВВЭР-СКД, но хуже, чем из ОЯТ БН. И его дальше использовать в следующих циклах и там и там. В результате можно добиться некоторого стационарного и приемлемого для работы обоих реакторов его качества.

От такого скрещения ежа с ужом, мне кажется, будет страдать экономическая составляющая. Со временем перейдут на БН на плутониевом цикле, удешевят процесс химического разделения ОЯТ, и ВВЭР станет экономически невыгоден из-за затрат на обогащение урана. Со временем просто отомрет как динозавр, либо займет достаточно узкие ниши.

[Kaiserfrogling]

Ага а потери при передаче в обычной ЛЭП, до 30% суммарно от переданной энергии это конечно не потери. Вот там мы охаем и ахаем а бревна как бы и не заметили)).

Ну "Сименсы" по заказу китайского правительства сделали сверхпроводящие ЛЭП для 20ГВТ ГЭС "Три Реки"
Проблемой вышло не  столько охлаждение системы, сколько ее обслуживание в умеренно-сейсмоактивной зоне, точные цифры можете погуглить - проблема не столько в экономике, сколько в сложности обслуживания

[MenFrame]

и ВВЭР станет экономически невыгоден из-за затрат на обогащение урана.

В данном случае имеется виду, ВВЭР будущего, работающий в замкнутом цикле с КВ 0,94 и с очень хорошей экономикой.
http://journal.iate.obninsk.ru/sites/default/files/2013-1-1.pdf

Установки ВВЭР СКД выгодно отличаются
от остальных ЯЭУ капитальными затратами (примерно в 1,5–2 раза в сравнении с БН–реакторами), и прогнозируется, что их стоимость на 20–30 % будет ниже стоимости ВВЭР.

[MenFrame]

Ну "Сименсы" по заказу китайского правительства сделали сверхпроводящие ЛЭП для 20ГВТ ГЭС "Три Реки"

Можно ссылочку, товарищ фантазер?

[AlexAV]

В данном случае имеется виду, ВВЭР будущего, работающий в замкнутом цикле с КВ 0,94 и с очень хорошей экономикой.
http://journal.iate.obninsk.ru/sites/default/files/2013-1-1.pdf

Кстати если из ВВЭР-СКД что-нибудь получится, то тут действительно будет смысл повнимательнее посмотреть в сторону тория. Возможность использования Th-232/U-233 рассматривается и этот реактор должен быть для него пригоден, обеспечивая КВ на уровне 0,89 (http://www.gidropress.podolsk.ru/files/proceedings/mntk2011/documents/mntk2011-028.pdf).

А интересно это здесь следующим. Есть работы, где показывается, что в ЛВР с малым водно-топливным соотношением (ВВЭР-СКД именно к таким и относится) торий-урановое топливо имеет сильноотрицательный пустотных коэффициент реактивности  (http://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/18811248.2007.9711334), в это очень существенно с точки зрения безопасности. Что кстати довольно интересное свойство ториевого топлива. У уранового и уран-плутониевого при водно-топливном соотношение <1 пустотный коэффициент реактивности уменьшается с его уменьшением и при малых значениях может становиться положительным, что на самом деле не очень хорошо. Торий-урановое топливо здесь выглядит более безопасным вариантом. Ну и плюс к этому у торий-уранового топлива работе в сравнительно мягком спектре нейтронов всё же меньше проблем с наработкой различных малосъедобных трансурановых изотопов.

Т.е. рассмотреть связку БН с уран-плутониевой АЗ и ториевым бланкетом (за одно такой вариант не подпадает под ограничения СОУП) - реакторы на тепловых или промежуточных нейтронах (как ВВЭР-СКД) на этом уране-233. Установка ториевого бланкета мало повлияет на процессы в АЗ и не скажется на КВ. А уран-233 для реакторов со мягким нейтронным спектром всё же обычно лучше по комплексу свойств, чем плутоний (для быстрых реакторов с жёстким нейтронным спектром - наоборот).

Правда для реализации этого варианта существует серьёзная сложность, связанная с отсутствием на сегодняшний день отработанной технологии переработки ториевых ОЯТ...

[AlexAV]

От такого скрещения ежа с ужом, мне кажется, будет страдать экономическая составляющая. Со временем перейдут на БН на плутониевом цикле, удешевят процесс химического разделения ОЯТ, и ВВЭР станет экономически невыгоден из-за затрат на обогащение урана. Со временем просто отомрет как динозавр, либо займет достаточно узкие ниши.

Главное основание для такой модели - более низкие капитальные затраты на ВВЭР по сравнению с быстрыми реакторами. Однако чтобы это имело смысл различие в них должны быть достаточно существенны. Т.е. на самом деле различие в области 25% с учётом лучшей топливной экономики быстрого реактора при использование и там и там MOX (т.е. 1 кг MOX топлива для БН и ЛВР будет стоить почти одинаково, вот только БН даст с него больше энергии) - уже скорее всего слишком мало и при переходе на замкнутый цикл будет иметь смысл строить только быстрые реакторы.

Если стоимость ВВЭР-СКД действительно окажется 2500$/кВт - то двухкомпонентный вариант будет действительно дешевле, чем строить одни БН. Если эти надежды не оправдаются и стоимость ВВЭР-СКД окажется на уровне современных ВВЭР или выше - то это действительно окажется пятым колесом в телеге и лучшей альтернативой будет строить одни БН.

[snickers]

Ну "Сименсы" по заказу китайского правительства сделали сверхпроводящие ЛЭП для 20ГВТ ГЭС "Три Реки"

Ну Сименсы это да... но для  наших ортодоксов это не показатель.... "дорого не выйдет" и точка, ниче  потом побегут покупать технологию,  а так интересная тема это.
В РФ кстати тоже думают, не все же ортодоксы),  «Россети» например  тоже ВТСП - кабель и опытные линии создают...

Сименс пошел как вижу дальше - к промышленному запуску.
В США тоже есть проекты на эту тему - проект Tres Amigas объединение энергосистем Канады, США и Мексики с помощью ВТСП-линий , по которым будет передаваться 5 ГВт мощности. Не знаю как продвигается но тем не менее...
 Тема ЛЭП хоть на прямую не есть темой про ядерную энергетику но от нее зависит будущее АЭС. Если тут будет прорыв то АЭС станут историей .. никто и ничего не помешает настроить например ГЭС в Восточной Сибири и перегонять энергию в европейскую часть РФ или вообще на экспорт. Ну и СЭС с ВЭС тоже... Никаких гимморов с мокс- топливами и обогащениями урана.. захронениями ОЯТ..

[DimVad]

Если тут будет прорыв то АЭС станут историей .. никто и ничего не помешает настроить например ГЭС в Восточной Сибири и перегонять энергию в европейскую часть РФ или вообще на экспорт.

Ну, потенциал ГЭС не бесконечен даже в Восточной Сибири. И сами ГЭС там будут не бесплатны. Вот этот красивый кабель - тоже (а тянуть его придётся весьма далеко...).

[Kaiserfrogling]

Правила форума позволяют писать оскорбления в рейтинге?

Pf ytedf;tybt r yfert

Хватит уже чушь нести...

Немецкий девочка опять несет охинею

Фантазии выдает за реальность...

Как видишь - разрешено не только оскорблять, но и клеветать дилетантам на профессиональных ученых и инженеров, в том числе на тех чьи друзья из "Сименс" работали над китайской сверхпроводящей ЛЭП.

По теме - есть интересный проект гибридизации трубопровода для жидкого водорода и сверхпроводящей ЛЭП
https://en.wikipedia.org/wiki/SuperGrid

[AlexAV]

Ведя речь об атомной энергетики нужно помнить, что электроэнергетикой энергетика не исчерпывается. И думаю стоит перечислить, где атомную энергетику в более широком аспекте энергетики мы умеем использовать, а где нет.

И так что мы умеем. И здесь на самом деле получится не очень длинный список всего из одного пункта. Мы более менее научились использовать атом как источник базовой генерации электроэнергии. Пожалуй и всё. Это не мало, но и не так уж много.

А вот список областей где у атомной энергетики есть нерешённые проблемы куда длиннее.

1) Если как источник базовой генерации АЭС себя неплохо показывают, то в плане маневровых мощностей они куда менее применимы. Т.е. варьировать в определённом диапазоне мощность она конечно может, но время необходимое для изменения мощности достаточно велико, работа в неоптимальных режимах связана с дополнительной потерей нейтронов в системе СУЗ и ухудшает топливную экономику, при частых маневрах мощности из-за термомеханических напряжений повышается вероятность разгерметизации ТВЭЛов и снижается безопасность работы станции. У реакторов на тепловых нейтронах это всё дополнительно осложняется проблемами связанными с эффектами отравления при снижение мощности, для реакторов на быстрых нейтронах эти эффекты куда менее значимы, но вот теплофизические проблемы связанные с огромной массой конструкции и теплоносителя никуда не деваются и у них. Т.е. для суточного регулирования нагрузки и работы в режиме слежения за нагрузкой АЭС малопригодна. Т.е. для того, чтобы электросети могли нормально  функционировать в сети помимо АЭС должны быть ГЭС или газовые маневровые ТЭС (при этом доля атома может быть не более 70%). Большую долю АЭС можно получить только если в системе будет достаточное количество аккумуляции, скажем ГАЭС. Конечно в этом случае объём аккумуляции должен несравнимо более умеренным, чем в случае нестабильных ВИЭ (несколько часов для АЭС против сотен часов для ВИЭ), но тем не менее. Ну или надо как-то решать проблему создания реакторов, способных работать в режиме слежения за нагрузкой (тут как раз различные гибридные и электроядерные схемы и могут быть наиболее интересны).

2) Отопление. Технических проблем тут казалось бы нет. Но есть сложно решаемые социальные проблемы и проблемы связанные с безопасностью. Тепло, в отличие от электроэнергии, сложно транспортировать на большие расстояния. Поэтому с экономической точки зрения источник теплоснабжения должен размещаться рядом с потребителем. Но с этим связана очевидная проблема, связанная с тем, что ядерный реактор - объект достаточно опасный и всегда существует ненулевой риск того, что что-то может пойти совсем плохо. Небольшой риск, но учитывать его нужно. А это практически исключает возможность использование такого источника тепла как минимум в городах-миллиониках. Т.е. Чернобыль в черте миллионного города это катастрофа общегосударственного масштаба и на такой риск никто и никогда не пойдёт. Теплообеспечение же более мелких населённых пунктов таким образом сталкивается с той проблемой, что экономика реактора ухудшается с уменьшением его мощности. Энергия от реактора мощностью диапазона в десятки мегаватт оказывается достаточно дорогой (кроме того для маломощных реакторов сложно обеспечить достаточно высокий КВ из-за большой утечки нейтронов из АЗ).

3) Источник промышленного высокопотенциального тепла. Тут не сделано буквально ничего, т.е. дальше деклараций из области "за всё хорошее, против всего плохого" дело не ушло. Т.е. очевидно для этой цели пригодны только газоохлаждаемые реакторы, причём охлаждаемые именно гелием (остальные газы при требуемых температурах или агрессивны к конструкционным материалам или активируются), что уже не очень хорошо (гелий - сырьё деффицитное). Кроме того крайне сокращается выбор возможных материалов для АЗ, где нужно учитывать не только теплофизические, но и нейтронофизические свойства. Абсолютно не решена проблема теплообменников для передачи высокотемпературного тепла из первого контура к рабочей среде. Т.е. как здесь использовать атомную энергию на практике совершенно непонятно.

Т.е. получается, что пока атомную энергию можно каким-то разумных способом использовать только для производства электроэнергии (и то с некоторыми ограничениями), т.е. в пределах ограниченной ниши в рамках энергетики в целом.

[DimVad]

Отопление электричеством ?
Понятно, что КПД, но и трубы отопления тож тепло теряют при передаче...
Кроме того просится "тепловой насос"...

[MenFrame]

гелий - сырьё деффицитное

Его можно получать из воздуха, в системах криогенной аккумуляции.

[DimVad]

гелий - сырьё деффицитное

Его можно получать из воздуха, в системах криогенной аккумуляции.

Гелий из воздуха ? Точно ?
Он, вроде, должен очень быстро улетать как воздушный шарик - а там его трудно ловить...

[AlexAV]

Его можно получать из воздуха, в системах криогенной аккумуляции.

Гелий из воздуха - очень дорого, по крайней мере если гелий основной целевой продукт. Если попутно при сжижение воздуха для иных целей - более осмысленно, но мало. Получится ситуация как сейчас с неонов или ксеноном. Вроде и есть, но в абсолютно не масштабируемых количествах, причём количества очень малых (неона скажем производится всего около 300 000 м3/год, а его содержание в воздухе в 3,5 раза больше, чем гелия, для сравнения только современные потребности в гелии, то это около 175 млн. м3 в год, т.е. почти в 2000 раз больше, чем можно было бы попутно произвести из воздуха).

в системах криогенной аккумуляции.

Сон разума эта криогенная аккумуляция. Оборудование дорогое, КПД низкий, уж точно если чем-то и будут пользоваться, то не этим. Основной производитель жидкого воздуха - металлургия с целью производства чистого кислорода.

[MenFrame]

КПД низкий,

В случае использования промышленного тепла КПД 70%.

[AlexAV]

В случае использования промышленного тепла КПД 70%.

Промышленное тепло для сжижения воздуха? Адсорбционные машины для сжижения не годятся (-25 дать могут, но уж точно не температуру сжижения азота). А детандеры электричество потребляют, а не промышленное тепло.

[MenFrame]

Промышленное тепло для сжижения воздуха?

Для нагрева. В подобных системах, нагрев изначально ведется в рекуператорах, от охлаждаемого воздуха. Затем его подогревают бросовым промышленным теплом.

[crazy_terraformer]

А что происходит с аргоном? Ведь его достаточно много в воздухе, чтобы его использование было выгодным в качестве теплоносителя, а значит применение в газоохлаждаемых реакторах вместо гелия невозможно из-за каких-то ядерных реакций?

А обогревать вырабатываемым теплом можно тепличные комплексы, установки для круглогодичного выращивания рыбы и других гидробионтов.

[Nucleosome]

Вот этот красивый кабель

что-то он реальным совсем не выглядит - этакая площадь по отношению к объёму при огромном перепаде температур (даже если в вечную мерзлоту закапывать), а ещё и сам провод греется - качать и производить жидкий азот там придётся как-то особенно интенсивно, а когда речь о расстояниях в тысячи км (а на меньших можно обойтись и обычными), при такой площади поверхности влетит только прокачка не пойми во что...