Фото: Александр Лазебник

Для любой электростанции, как атомной, так и тепловой, работающей на газе или угле, необходимо охлаждать отработавший в турбине пар, который был использован для генерации электроэнергии, чтобы он сконденсировался, и полученную воду можно было опять отправить в парогенератор, тем самым замкнув цикл производства пара. Обеспечение надлежащего охлаждения отработавшего в турбине пара является одним из ключевых вопросов при проектировании, строительстве и эксплуатации АЭС. Объясняем простыми словами, в чем заключается принцип охлаждения, зачем это нужно и какая технология может быть актуальна для Узбекистана.

Запустить воду для охлаждения

Важным компонентом для системы охлаждения является охлаждающая вода, которую специалисты называют «циркуляционная вода». Принцип заключается в том, что эта вода поступает в конденсатор, забирает тепловую энергию у отработавшего пара и покидает конденсатор. Когда речь идет о ТЭС или АЭС, то перед инженерами стоит задача, как сбросить это тепло в окружающую среду и охладить воду, которая снова возвращается в конденсатор для повторения цикла. При этом, необходимо также обеспечить бережное обращение с окружающей средой.

Система охлаждения может быть, как разомкнутой (при наличии бесконечно большого источника охлаждения, типа моря/океана), так и замкнутой, когда одна и та же вода циркулирует в контуре, отдавая свою тепловую энергию в окружающую среду (атмосферу). В последнем случае в систему охлаждения входят градирни (это башня, которая нужна для отвода тепла в атмосферу за счет частичного испарения охлаждаемой воды в потоке воздуха), пруд-охладитель (испарение с поверхности пруда) и брызгальные бассейны (охлаждение за счет испарения с капель искусственных фонтанчиков). В качестве пруда-охладителя нередко используются естественные водоемы, располагающие необходимым объемом воды для охлаждения. Вот почему вопрос о количестве необходимой для охлаждения воды вызывает немало дискуссий и поисков инженерных решений.

Существуют такие площадки АЭС, где в силу природных условий нет доступа к достаточному количеству воды для охлаждения. В таких случаях на результат влияет выбор в пользу определенного типа градирен, которые могут быть «мокрыми», «сухими» или гибридными.

«Мокрый» метод против «сухого»

В мировой практике широко распространена система охлаждения с градирней мокрого типа, где вода, подлежащая охлаждению, возвращается в градирню и равномерно распределяется в виде искусственного дождя с помощью системы распределения и разбрызгивания воды. Нагреваемый при этом воздух, поступающий из расположенных внизу градирни окон, стремится вверх, частично испаряя капли «дождя», охлаждая их при этом. Часть капель уносится в атмосферу с воздухом, этот эффект называется «капельный унос». Охлаждённая вода возвращается в соответствующий бассейн под градирней, откуда циркуляционные насосы подают её в конденсаторы. Это решение, несмотря на свои преимущества, также имеет существенный недостаток для стран, которые испытывают острую нехватку воды. Такой способ влечет за собой значительные потери в атмосферу испаряющейся воды и уносимых бесцельно капель, по некоторым расчетам, до 35 млн м3 в год.

Что касается сухих градирен, то здесь охлаждаемая вода циркулирует в закрытой системе, без контакта с охлаждающим воздухом, а теплообмен осуществляется через разделяющую их поверхность, т.е. схоже с батареей радиаторов отопления в доме. В сухих градирнях испарение не играет никакой роли в охлаждающем эффекте, соответственно влажность охлаждающего воздуха не меняется. Эта система успешно используется на некоторых современных электростанциях при отсутствии достаточного количества воды для подпитки контура рециркуляции. В сравнении с мокрыми градирнями эта технология позволяет избежать большой потери воды от испарения, рассеивания и продувки. По словам экспертов, этот метод позволяет сэкономить потери воды более чем в 10 раз. Однако при этом появляются трудности в отводе тепла в жаркий период. Потенциально, для Узбекистана сухой метод может быть более выгодным с точки зрения экологии, надежности и экономической приемлемости.

Система охлаждения на АЭС

Венгерский эксперт по атомной энергетике Жолт Харфаш комментирует технологию охлаждения на действующей и будущей АЭС в Венгрии: «Охлаждение функционирующей в настоящее время АЭС «Пакш», а также отвод тепла от АЭС «Пакш-2» с энергоблоками ВВЭР-1200 будут обеспечиваться с помощью речной воды из Дуная. Надо отметить, что при проектировании российские конструкторы обратили внимание на то, чтобы даже в самые жаркие летние дни не возникала необходимость снижения нагрузки на пакшских энергоблоках из-за существующих ограничений по температуре на сброс охлаждающей воды обратно в Дунай. Рядом с каналом нагретой циркуляционной воды будет находиться дополнительная система пикового охлаждения, которая в случаях низкого уровня и высокой температуры воды в Дунае будет доохлаждать циркуляционную воду перед тем, как сбросить её обратно в Дунай. Что касается проектов строительства новых АЭС российской корпорации по атомной энергии «Росатом», то здесь следует подчеркнуть, что при конкретном проектировании энергоблоков учитываются местные условия и условия площадки, климатические характеристики, технические возможности и, в особенности, требования и принципы ядерной безопасности как данной страны, так и международные», - утверждает эксперт.