Известия вузов. Ядерная энергетика

Рецензируемый научно-технический журнал. ISSN: 0204-3327

Первенец коммерческой атомной энергетики и ориентир для энергетики будущего

10.09.2025 2025 - №03 Актуальные проблемы ядерной энергетики

А.В. Шутиков И.И. Сидоров Ю.В. Носов С.Е. Щеклеин

DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2025.3.01

УДК: 621.039

Производство и потребление электрической энергии и топлив для энергетики и транспорта в ХХI в. требуют все больших объемов ископаемых природных энергоносителей – угля, газа, нефти и урана. Только органических топлив потребляется в настоящее время более 20 млрд. тонн условного топлива ежегодно. Такие масштабы извлечения и использования энергоносителей при современном технологическом уровне их использования (термодинамические циклы Ренкина, Брайтона, Отто и Дизеля) приводят к изменению температурного режима планеты вследствие прямого сброса в геосферу огромных потоков тепловой энергии низкого потенциала, а также эмиссии в атмосферу трехатомных газов, нарушающих радиационный теплообмен поверхности планеты и окружающего космического пространства, т. е. создающих парниковый эффект. Имеется необходимость снижения негативных климатических последствий, связанных с производством электрической энергии с применением уже полностью освоенных технологий атомной и тепловой энергетики. Делается попытка преодоления современных температурных ограничений АЭС с легководными реакторами с использованием опыта эксплуатации энергоблоков АМБ-100 и АМБ-200 первой очереди Белоярской АЭС. Рассматривался вариант ядерной паропроизводящей установки (ЯППУ) АЭС, включающей в себя реактор, парогенератор и другое оборудование первого контура, генерирующей насыщенный пар, который далее поступает в котел-пароперегреватель, обогреваемый органическим топливом. Способ повышения КПД АЭС путем ядерного перегрева пара был реализован на кипящих реакторах канального типа АМБ (Россия) и корпусного типа «Гроссвальцгейм» (ФРГ), но не получил дальнейшего развития, главным образом, из-за необходимости применять в активной зоне реактора жаропрочные и жаростойкие стали и сплавы, снижающие эффективность использования уранового топлива в реакторах на тепловых нейтронах. Применение неядерного огневого перегрева пара в 60 – 70-х годах на АЭС «Индиан-Пойнт-1», «Элк-Ривер» (США), «Линген» (ФРГ) было вынужденной мерой борьбы с большой влажностью пара в турбинах, вызывающей трудности при их эксплуатации вследствие низких начальных параметров генерируемого пара. Уровень термодинамических параметров пара современных АЭС существенно выше, как и экологические требования к современным ТЭС. В связи с этим возникает интерес к анализу возможностей синергетического использования ТЭС и АЭС. Авторами выполнен анализ эффективности экологического воздействия гибридной атомно-тепловой электростанции на базе ЯППУ Российского проекта АЭС с реактором ВВЭР-1200. Показано, что путь радикального снижения экологических нагрузок от энергетических объектов в обозримой перспективе – это создание гибридной энергетики на основе освоенных технологий ВВЭР с использованием неядерного «огневого» перегрева пара до параметров современных ТЭС и восполнения ядерного топлива путем использования реакторов типа БН, а в дальнейшем быстрых реакторов со свинцовым теплоносителем (БРС) и термоядерных реакторов (ТЯР). Рассмотренные варианты реализации термодинамических циклов подобных электростанций показывают их высокую энергетическую и экологическую эффективность. По сравнению с «обычной» АЭС они обладают более высоким КПД, меньшей величиной удельных капиталовложений, а по сравнению с «обычной» ТЭС – меньшим потреблением топлива, меньшими выбросами парниковых газов и других продуктов сгорания, а также меньшей величиной топливной составляющей себестоимости энергии.

Ссылки

  1. Прогноз развития энергетики мира и России 2019. Под ред. А.А. Макарова, Т.А. Митровой, В.А. Кулагина. Москва: ИНЭИ РАН–Московская школа управления СКОЛКОВО, 2019, 210 с. ISBN 978-5-91438-028-8.
  2. Смил В. Энергия и цивилизация от первобытности до наших дней. Пер. с англ. Д.Л. Казакова. Москва: Бомбора, 2020, 478 с. – ISBN 978-5-04-101573-2.
  3. BP Statistical Review of World Energy 2020. URL: https://www.bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/global/corporate/pdfs/energy-economics/statistical-review/bp-stats-review-2020-full-report.pdf (дата обращения 16.06.2025).
  4. Щеклеин С.Е. Человек – энергия – природа. Екатеринбург: УГТУ, 1998, 58 с.
  5. Виссарионов В.И., Дерюгина Г.В., Кузнецова В.А., Малинин Н.К. Солнечная энергетика: Учебное пособие для вузов. М.: Издательский дом МЭИ, 2008, 320 с. ISBN 978-5-383-00270-4.
  6. Davies J.H., Davies D.R. Earth’s surface heat flux. Solid Earth. 2010;1:5–24. DOI: https://doi.org/10.5194/se-1-5-2010
  7. Shcheklein S.E., Dubinin A.M. Analysis of nitrogen oxide emissions from modern vehicles using hydrogen or other natural and synthetic fuels in combustion chamber. International Journal of Hydrogen Energy. 2020;45(1):1151–1157. URL: https://www.researchgate.net/publica-tion/332373857_Analysis_of_Nitrogen_Oxides_Emission_by_Modern_Vehicles_when_Used_Hydrogen_or_Other_Natural_and_Synthetic_Fuels_in_Combustion_Chamber (дата обращения 15.06.2025).
  8. Shcheklein S.E., Dubinin A.M., Alwan N.T. Obtaining fresh water from natural and synthetic fuels in the energy sector. International Journal of Energy Production and Management. 2021;6(2):193–201. DOI: https://doi.org/10.2495/EQ-V6-N2-193-201
  9. Shcheklein S.E., Dubinin A.M. Stoichiometric analysis of air oxygen consumption in modern vehicles using natural and synthetic fuels. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2018;177(1):012020. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/177/1/012020 (дата обращения 15.06.25).
  10. Щеклеин С.Е., Дубинин А.М., Гусев А.Л. О эмиссии водяного пара в атмосферу объектами энергетики. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2024;11:101–109. URL: https://www.isjaee.com/jour/article/view/2577 (дата обращения 15.06.25).
  11. Schmidt G.A., Ruedi R.A., Miller R.L., Latsis A.A. Determination of the general greenhouse effect to date. Journal of geophysical research. 2010;115:D20106. DOI: https://doi.org/10.1029/2010JD014287
  12. Данилов-Данилян В. И., Лосев К. С. Экологический вызов и устойчивое развитие. М.: Прогресс-Традиция, 2000, 415 c.
  13. Бердин В.Х., Грицевич И.Г., Кокорин А.О., Федоров Ю.Н. Парниковые газы – глобальный экологический ресурс: справочное пособие. М.: WWF России, 2004, 137 c.
  14. Щеклеин С.Е., Дубинин А.М. К проблеме эмиссии парниковых газов объектами электроэнергетики. Международный научно-исследовательский журнал. 2024;149(11):120. URL: https://research-journal.org/archive/11-149-2024-november/10.60797/IRJ.2024.149.104 (дата обращения 15.06.25).
  15. Кузнецов В.М. Сухие градирни против парникового эффекта. URL: http://www.ng.ru/energy/2008-04-08/22_gradirni.html (дата обращения 01.06.2025).
  16. Болдырев В.М. Похоже, альтернатив для сухих градирен нет. РЭА (Росэнергоатом). 2008;6.
  17. Лим К.В., Синяков А.А., Ташлыков О.Л. О проблеме снижения выбросов водяных паров, как парниковых газов, при работе ТЭС и АЭС. В сб. Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Екатеринбург, 2015, с. 314–316.
  18. Рончинский А.Б. АЭС с непосредственным отводом тепла конечному поглотителю. Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики. Сб. докладов VIII Междунар. науч.-техн. конф. 23–25 мая 2012 г. М.: ОАО «Концерн Росэнергоатом», 2012, с. 632–635.
  19. Полтараков Г.И. Дилемма: градирни «мокрые» или «сухие». URL: http://proatom.ru/modules.php?file=print&name=News&sid=3823 (дата обращения 01.06.25).
  20. Щепетина Т.Д. О повышении КПД энергоблоков с водо-водяными реакторами (ВВР). Энергия: экономика, техника, экология. 2010;12:21–29. EDN: NBKSAH.
  21. Zaryankin A.E., Zroichikov N.A., Arianov S.V., Rogalev A.N. Turbine of nuclear power plant with outer steam superheater. Proc. of the VI Conf. on Power System Engineering, Thermodynamics and Fluid Flow. Pilsen, Czech Republic, 2007.
  22. Щеклеин С.Е. Роль ядерной энергии в расширении топливно-энергетической базы и сохранении климата. Траектория исследований – человек, природа, технологии. 2022;1(1): 5–15. URL: https://restrajectory.ru/2Shcheklein%205-15.pdf (дата обращения 15.06.25).
  23. Щеклеин С.Е. Союз ТЭС и АЭС. Атомэксперт. 2021;1–2. URL: https://www.atomicexpert. com/union_of_tpp_and_npp (дата обращения 08.07.2025).
  24. Romanov S.N., Kutakhov A.G., Romanov K.S. Software united cycle for simulation of static operation modes of power plants. Proc. of SPIE – International Society for Optical Engineering. 2002, vol. 4627, p. 306–309. DOI: https://doi.org/10.1117/12.456288
  25. ОАО «ИНТЕР РАО – Электрогенерация». Годовой отчет по результатам работы за 2013 год. URL: https://irao-generation.ru/upload/docs/eg_godovoy_otchet_2013.pdf (дата обращения 21.06.2025).
  26. Kostarev V.S., Shirmanov I.A., Anikin A.A., Shcheklein S.E. On the possibility of obtaining ultra-supercritical steam parameters at Nuclear Power Plants with fast neutron reactors using non-nuclear steam superheating. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021;1089(1):012005. DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899x/1089/1/012005
  27. Ширманов И.А., Костарев В.С., Литвинов Д.Н., Щеклеин С.Е. О применении компрессии и неядерного перегрева пара для реакторов на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем для повышения термодинамической эффективности цикла турбоустановки. Известия вузов. Физика. 2021;64(2-2):171–177. DOI: https://doi.org/10.17223/00213411/64/2-2/171
  28. Асмолов В.Г., Гусев И.Н., Казанский В.Р., Поваров В.П., Стацура Д.Б. Головной блок нового поколения – особенности проекта ВВЭР-1200. Известия вузов. Ядерная энергетика. 2017;3:5–21. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2017.3.01
  29. Пономарев-Степной Н.Н. Двухкомпонентная ядерная энергетическая система с замкнутым ядерным топливным циклом на основе БН и ВВЭР. Атомная энергия. 2016:120(4):183–190. URL: https://elib.biblioatom.ru/text/atomnaya-energiya_t120-4_2016/p183/ (дата обращения 15.06.25).
  30. Адамов Е.О., Соловьев Д.С. Ядерная энергетика – вызовы и решение проблем. Энергетическая политика. 2017;3:21–30. EDN: ZREKOT
  31. Велихов Е.П., Давиденко В.Д., Цибульский В.Ф. Заметки о будущем ядерной энергетики. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Термоядерный синтез. 2019;42(1):5–14. DOI: https://doi.org/10.21517/0202-3822-2019-42-1-5-14
  32. Щеклеин С.Е. Роль энергетики в преодолении климатических угроз. Энергия: экономика, техника, экология. 2021;9:18–30. DOI: https://doi.org/10.7868/S0233361921090044

неядерный перегрев пара экология парниковый эффект экономичность безопасность надежность энергоэффективность

Ссылка для цитирования статьи: Шутиков А.В., Сидоров И.И., Носов Ю.В., Щеклеин С.Е. Первенец коммерческой атомной энергетики и ориентир для энергетики будущего. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2025. – № 3. – С. 8-27. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2025.3.01 .

Открыть PDF файл