alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2019.13-15.40-51alternative-1699Research ArticleII. НЕВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА 9. Атомная энергетикаПрогнозная экономическая эффективность комбинирования АЭС с автономным водородным энергокомплексомPredicted Economic Efficiency of Combining NPPS with an Autonomous Hydrogen Energy ComplexЮринВ. Е.YurinV. Е.

Валерий Евгеньевич Юрин - кандидат технических наук, научный сотрудник 

д. 24, ул. Рабочая, Саратов, 410028

Valeriy Yurin - Ph.D. in Engineering, Researcher

24 Rabochaya Str., Saratov, 410028

wwwean@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-0943-859XЕгоровА. Н.EgorovA. N.

Александр Николаевич Егоров - кандидат технических наук, старший научный сотрудник

д. 24, ул. Рабочая, Саратов, 410028

Aleksandr Egorov - Ph.D. in Engineering, Senior Researcher 

24 Rabochaya Str., Saratov, 410028

sncransar@san.ruФГБУН Саратовский научный центр Российской академии наукРоссияSaratov Scientific Center of the Russian Academy of SciencesRussian Federation201926062019013-154051Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20192019Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/1699

В настоящее время в Единой энергетической системе (ЕЭС) России прослеживается тенденция роста дефицита пиковых и полупиковых мощностей с одновременным ростом количества атомных станций, что потребует участия АЭС в переменной части графика электрических нагрузок. Помимо экономической необходимости поддержания коэффициента использования установленной мощности на высоком уровне, для АЭС имеются технологические ограничения маневренных характеристик. Авторами разработан подход к решению этой проблемы на основе комбинирования с экологически чистым энергоисточником – автономным водородным комплексом, включающим в себя тепловые аккумуляторы и дополнительную многофункциональную маломощную паротурбинную установку. Разработанный энергокомплекс может также обеспечить надежное резервирование электроснабжения потребителей собственных нужд АЭС на случай полного обесточивания станции. Проведена оценка технико-экономических параметров основного оборудования автономного водородного комплекса, необходимого для комбинирования с двухблочной АЭС с ВВЭР-1000. На базе оценки инфляционных показателей экономики РФ за последние 11 лет определены три варианта динамики стоимости топлива и тарифных ставок на электроэнергию (мощность), а также размера эксплуатационных затрат, включая амортизационные отчисления в основное оборудование, с учетом действующих принципов формирования цен. В результате получены значения накопленного чистого дисконтированного дохода в зависимости от соотношения стоимости полупикового и внепикового тарифа на электроэнергию при различном показателе инфляции. Учтен положительный экономический эффект от снижения риска повреждения активной зоны реактора, замещения строительства ГТУ как маневренного источника электроэнергии в энергосистеме и увеличения дохода федерального бюджета РФ от экономии природного газа. Определены экономические условия конкурентоспособности предлагаемого подхода к повышению маневренности и безопасности АЭС. Наибольшая экономическая эффективность достигается при максимальной прогнозируемой инфляции, что связано с максимальной нормой дисконтирования и высоким темпом роста тарифов на электроэнергию. Снижение риска повреждения активной зоны позволяет обеспечить конкурентоспособность предлагаемого подхода во всех рассматриваемых вариантах инфляции и соотношения тарифов на электроэнергию

Currently, the Unified Energy System of Russia has a tendency to increase the deficit of peak and semi-peak capacities with a simultaneous increase in the number of NPP which requires the participation of NPPs in a variable part of the schedule electrical loads. In addition to the economic need to maintain the installed capacity utilization rate at a high level, there are technological limitations for maneuvering characteristics for NPPs. The authors have developed an approach to solving this problem based on combining with an environmentally friendly energy source – an autonomous hydrogen complex which includes heat accumulators and an additional multifunctional low-power steam turbine installation. The developed power complex can also provide reliable redundancy of power supply of NPP own needs in the event of a total station blackout. The paper carries out the evaluation of the technical and economic parameters of the main equipment of the autonomous hydrogen complex required for combination with a two-unit NPP with a VVER-1000. Based on the assessment of inflation indicators of the Russian economy over the past 11 years, three options have been identified for fuel cost and tariff rates for electricity (capacity), as well as the size of operating costs, including depreciation in the main equipment, taking into account current pricing principles. As a result, the values of accumulated net present value were obtained depending on the ratio of the cost of semi-peak and non-peak electricity tariffs at different inflation rates. We have taken into account the positive economic effect of reducing the risk of damage to the reactor core, replacing the construction of gas turbines as a maneuverable source of electricity in the power system, and increasing the income of the federal budget of the Russian Federation from saving natural gas. The economic conditions of competitiveness of the proposed approach to improving the maneuverability and safety of NPP are determined. The highest economic efficiency is achieved with the maximum projected inflation which is associated with the maximum discount rate and high rate of growth of electricity tariffs. Reducing the risk of damage to the core allows us to provide the competitiveness of the proposed approach in all considered variants of inflation and the ratio of electricity tariffs.

автономный водородный комплексатомная электростанциярезервирование собственных нуждэкономический анализинфляцияпрогнозированиеautonomous hydrogen complexnuclear power plantown needs reservationeconomic analysisinflationforecastingReferencesШпильрайн, Э.Э. Введение в водородную энергетику / Э.Э. Шпильрайн, С.П. Малышенко, Г.Г. Кулешов. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 264с.Shpil'rain E.E.,MalyshenkoS.P., Kuleshov G.G. Introduction to hydrogen energy (Vvedenie v vodorodnuyuenergetiku). M.: Energoatomizdat. 1984; 264 p. (in Russ.).Ristinen, R.A. Energy and the Environment / R.A. Ristinen, J.J. Kraushaar. – NY: John Wiley & Sons, 1999. – 384 p.Ristinen R.A.,KraushaarJ.J. Energy and the Environment.NY: John Wiley & Sons. 1999; 384 p. (in Eng.).Пономарев-Степной, Н.Н. Атомно-водородная энергетика. Системные аспекты и ключевые проблемы. Монография. / Н.Н. Пономарев-Степной, А.Я. Столяревский, В.П. Пахомов. – М.: Энергоатомиздат, 2008. – 108 с.Ponomarev-Stepnoi N.N., Stolyarevskii A.Ya., Pakhomov V.P. Atomic-hydrogen energy. System aspects and key problems. Monograph (Atomno-vodorodnaya energetika. Sistemnye aspekty i klyuchevye problemy. Monografiya). Moscow: Energoatomizdat Publ., 2008; 108 p. (in Russ.).Малышенко, С.П. Исследования и разработки ОИВТ РАН в области технологий водородной энергетики / С.П. Малышенко // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2011. – № 3 (95). – С. 10–34.Malyshenko S.P. Research and development of the Joint Institute for High Temperatures RAS in the field of hydrogen energy technologies (Issledovaniya i razrabotki OIVT RAN v oblasti tekhnologii vodorodnoi energetiki). International Scientific Journal "Alternative energy and Ecology" (ISJAEE), 2011;3(95):10–34 (in Russ.).Ericson, D.M. Probablistic safety ansessment reaches maturity / D.M. Ericson // Nuclear Engineering International. – 1989. – Vol. 34. – Is. 422. – P. 66–69.Ericson D.M. Probablistic safety ansessment reaches maturity. Nuclear Engineering International, 1989;34(422):66–69 (in Eng.).Saban, J. Large diesel generators for nuclear power stations and processing industry / J. Saban, D. Zaharija-Tiska, Z. Strbuncelj // Koncar journal. – 1988. – Vol. 1. – P. 41–47.Saban J., Zaharija-Tiska D., Strbuncelj Z. Large diesel generators for nuclear power stations and processing industry. Koncar journal, 1988;1:41–47(in Eng.).The Safety of Nuclear Power: Strategy for the Future. – Vienna: IAEA, 1991. – 272 p.The Safety of Nuclear Power: Strategy for the Future. Vienna: IAEA. 1991; 272 p. (in Eng.).Tanaka, T. Development of next generation PWR (APWR+). Examination of Natural Circulation and Heat Removal by Steam Generator / T. Tanaka [et al.] // Proc. of the 6th International Conference on Nuclear Thermal Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-6). – 2004. – Vol. 36. – Is. 41. – P. 183–188.Tanaka T., Omoto M., Morinaga K., Yamauchi T., Inoue K. Development of next generation PWR (APWR+). Examination of Natural Circulation and Heat Removal by Steam Generator. Proc. of the 6th International Conference on Nuclear Thermal Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-6), 2004;36(41):183–188 (in Eng.).Oikawa, H. Safety System Improvement for the Next Generation BWR / H. Oikawa [et al.] // Proc. Fifth Internal Conference on Nuclear Engineering (ICONE-5). – 1997. – Vol. 2538. – P. 123–131.Oikawa H. Safety System Improvement for the Next Generation BWR. Proc. Fifth Internal Conference on Nuclear Engineering (ICONE-5), 1997;2538:123-131(in Eng.).Vijayan, P. Safety features in nuclear power plants to eliminate the need of emergency planning in public domain / P. Vijayan [et al.] // Academy Proceedings in Engineering Sciences. – 2013. – Vol. 38. – Is. 5. – P. 925–943.Vijayan P.K., Kamble M.T., Nayak A.K.,Vaze K.K., Sinha R.K. Safety features in nuclear power plants to eliminate the need of emergency planning in public domain. Academy Proceedings in Engineering Sciences, 2013;38(5):925–943 (in Eng.).Aminov, R.Z. Comparison and analysis of resi-dual heat removal systems of reactors in station blackout accidents / R.Z. Aminov, A.N. Egorov // Atomic Energy. – 2017. – Vol. 121. – Is. 6. – P. 402–408.Aminov R.Z.,Egorov A.N. Comparison and analysis of residual heat removal systems of reactors in station blackout accidents. Atomic Energy, 2017;121(6):402–408 (in Eng.).Aminov, R.Z. Multifunctional backup for NPP internal needs / R.Z. Aminov [et al.] // Atomic Energy. – 2017. – Vol. 121. – Is. 5. – P. 327–333.Aminov R.Z., Egorov A.N., Yurin V.E., Bessonov V.N. Multifunctional backup for NPP internal needs. Atomic Energy, 2017;121(5):327–333 (in Eng.).Aminov, R.Z. A comprehensive analysis of emergency power supply systems at NPPs with WWER-1000 type reactors based on additional steam turbines in the context of Balakovo NPP / R.Z. Aminov, A.N. Egorov, V.E. Yurin // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series. – 2018. – Vol. 1111. – P. 012026.Aminov R.Z., Egorov A.N., Yurin V.E. A comprehensive analysis of emergency power supply systems at NPPs with WWER-1000 type reactors based on additional steam turbines in the context of Balakovo NPP. IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series, 2018;1111:012026 (in Eng.).Патент 2640409 Российская Федерация, МПК G21D 1/00 (2006.01). Способ повышения маневренности и безопасности АЭС на основе теплового и химического аккумулирования / Юрин В.Е., Егоров А.Н.; заявители и патентообладатели Егоров А.Н., Юрин В.Е. – №2017106398; заявл. 27.02.2017; опубл. 09.01.2018. Бюл. № 1.Yurin V.E., Egorov A.N. A way to improve the maneuverability and safety of nuclear power plants based on thermal and chemical accumulation (Sposob povysheniya manevrennosti i bezopasnosti AES na osnove teplovogo i khimicheskogo akkumulirovaniya). Patent 2640409 RF G21D 1/00 (2006.01). 2018. Bul. no. 1 (in Russ.).Аминов, Р.З. Комбинирование водородных энергетических циклов с атомными электростанциями / Р.З. Аминов, А.Н. Байрамов. – М.: Наука, 2016. – 254 с.Aminov R.Z., Bairamov A.N. Combination of hydrogen energy cycles with nuclear power plants (Kombinirovanie vodorodnykh energeticheskikh tsiklov s atomnymi elektrostantsiyami). Moscow: Nauka Publ., 2016; 254 p. (in Russ.).Malyshenko, S.P. High-pressure H2/O2 – steam generators and they possible applications / S.P. Malyshenko, A.N. Gryaznov, N.I. Filatov // International Journal of Hydrogen Energy. – 2004. – Vol. 29. – P. 589–596.Malyshenko S.P., Gryaznov A.N., Filatov N.I. High-pressure H2/O2 – steam generators and they possible applications. International Journal of Hydrogen Energy, 2004;29:589–596 (in Eng.).Аминов, Р.З. Комбинирование АЭС с много-функциональными энергетическими установками / Р. З. Аминов, В. Е. Юрин, А. Н. Егоров. – М.: Наука, 2018. – 240с.Aminov R.Z., Yurin V.E., Egorov A.N. Combining NPPs with multifunctional power plants (Kombinirovanie AES s mnogofunktsional'nymi energeticheskimi ustanovkami). Moscow: Nauka, 2018; 240 p. (in Russ.).Касатов, А.Д. Развитие экономических методов управления интегрированными корпоративными структурами в промышленности: инвестиционный аспект. – М.: Изд. Дом «Экономическая газета», 2010. – 324 с.Kasatov A.D. The development of economic management methods of integrated corporate structures in the industry: the investment aspect (Razvitieekonomi-cheskikhmetodovupravleniyaintegrirovannymikorpora-tivnymistrukturami v promyshlennosti: investitsion-nyiaspect). Moscow: Izd. Dom "Ekonomicheskayagazeta", 2010; 324 p. (in Russ.).Об оценке эффективности инвестиционных проектов: Методические рекомендации. – М.: Экономика, 2000. – 417 с.On the evaluation of the effectiveness of investment projects: Methodical recommendations (Ob otsenke effektivnosti investitsionnykh proektov: Metodicheskie rekomendatsii). Moscow: Ekonomika Publ., 2000; 417 p. (in Russ.).Байрамов, А.Н. Эффективность интеграции АЭС с водородным энергетическим комплексом: дис. … канд. тех. наук. – Саратов, 2010. – 142 с.Bairamov A.N. The effectiveness of the integration of nuclear power plants with hydrogen energy complex (Effektivnost' integratsii AES s vodorodnym energeticheskim kompleksom). Saratov: Izdatel'stvo Saratovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2010; 142 p. (in Russ.).Аминов, Р.З. Оценка удельных капиталовложений в цилиндрические ѐмкости для хранения газо-образного водорода / Р.З. Аминов, А.Н.Байрамов // Известия Высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2007. – № 5–6. – С.69–77.Aminov R.Z., Bairamov A.N. Evaluation of specific investments in cylindrical containers for storing hydrogen gas (Otsenka udel'nykh kapitalovlozhenii v tsilindricheskie emkosti dlya khraneniya gazoobraznogo vodoroda). Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Problemy energetiki, 2007;5–6:69–77(in Russ.).ГОСТ СССР 9617-76. Сосуды и аппараты. Ряды диаметров. – Введ. 1978–01–01. – М.: Изд-во стандартов, 1976. – 4 с.GOST SSSR 9617-76. Vessels and apparatus. Rows of diameters (Sosudyiapparaty. Ryadydiametrov). Moscow: Izdvo standartov, 1976; 4 p. (in Russ.).Тахтамышев, А.Г. Примеры расчета стальных конструкций.– М.: Стройиздат, 1978. – 239 с.Takhtamyshev A.G. Examples of the calculation of steel structures (Primery rascheta stal'nykh konstruktsii). Moscow: Stroiizdat Publ., 1978; 239 p. (in Russ.).Gas Turbine World Handbook. Fairfield. – Pequot Publishing Inc. – 2018. – Vol. 33. – 148 p.Gas Turbine World Handbook. Fairfield. Pequot Publishing Inc. 2018;33:148 (in Eng.).Текущий ремонт газотурбинных установок ГТУ ст. № 6–9 СП «Майская ГРЭС» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.b2b-center.ru/market/tekushchii-remont-gazoturbinnykh-ustanovok-gtu-st-6-9-sp-maiskaia-gres/tender-784674/ – (Дата обращения: 05.04.2019).Maintenance of gas turbines of GTU, st. Nos. 6-9 of the joint venture Mayskaya TPP (Tekushchii remont gazoturbinnykh ustanovok GTU st. no. 6-9 SP "Maiskaya GRES") [E-resource]. Available on: https://www.b2b-center.ru/market/tekushchii-remont-gazoturbinnykh-ustanovok-gtu-st-6-9-sp-maiskaia-gres/tender-784674/ (05.04.2019) (in Russ.).Прокопенко А.Г. Стационарные, переменные и пусковые режимы энергоблоков ТЭС / А.Г. Прокопенко, И.С. Мысак. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 320 с.Prokopenko A.G., Mysak I.S. Stationary, variable and start-up modes of TPP power units (Statsionarnye, peremennye i puskovye rezhimy energoblokov TES). Moscow: Energoatomizdat Publ., 1990; 320 p. (in Russ.).Столяревский, А.Я. Хемотермические циклы и установки аккумулирования энергии / А.Я. Столяревский //Международный научный журнал "Альтернативная энергетика и экология" (ISJAEE).– 2005. – №3 (23). – С. 45–58.Stolyarevskii A.Ya. Chemothermal cycles and energy storage units (Khemotermicheskie tsikly i ustanovki akkumulirovaniya energii). International Scientific Journal "Alternative Energy and Ecology" (ISJAEE), 2005;3(23):45–58 (in Russ.).Средняя цена реализации газа в России [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.gazprom.ru/about/marketing/europe – (Дата обращения: 05.04.2019).The average selling price of gas in Russia (Srednyaya tsena realizatsii gaza v Rossii) [E-resource]. Available on: http://www.gazprom.ru/about/marketing/europe. (05.04.2019.) (in Russ.).Прогноз развития энергетики мира и России до 2040 года [Электронный ресурс]. – М.: ИНЭИ РАН – АЦ при Правительстве РФ. – 2014. – Режим доступа: https://www.eriras.ru/files/prognoz-2040.pdf – (Дата обращения: 05.04.2019).Forecast of energy development in the world and Russia until 2040 (Prognoz razvitiya energetiki mira i Rossii do 2040 goda) [E-resource]. Moscow: INEI RAN – ATs pri Pravitel'stve RF. 2014 Available on: https://www.eriras.ru/files/prognoz-2040.pdf. (05.04.2019.) (in Russ.).Распоряжение Правительства Российской Федерации № 705-р от 18 апреля 2016 [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://government.ru/docs/22720 – (Дата обращения: 05.04.2019).Order of the Government of the Russian Federation No. 705-p of April 18, 2016 (Rasporyazhenie Pravitel'stva Rossiiskoi Federatsii №705-r ot 18 aprelya 2016) [E-resource]. Available on: http://government.ru/docs/22720 (05.04.2019.) (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.