ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОЧЕГО РЕСУРСА ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ВОДОРОДНОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ПО КРИТЕРИЮ ПРЕДЕЛЬНОГО ЧИСЛА ЦИКЛОВ НАГРУЖЕНИЯ

Представлена актуальная проблема обеспечения атомной электростанции (АЭС) базисной электрической нагрузкой во внепиковые часы ночного минимума электропотребления. В поисках решения этого вопроса анализировались технологии аккумулирования энергии, например, такие, как гидроаккумулирующая электростанция. Но, поскольку сооружение данной станции сопряжено с разного рода рисками (техническими, экологическими, сейсмическими и т.д.) и вблизи АЭС невозможно, зарядку гидроаккумулирующей электростанции можно осуществлять только из энергосистемы по тарифу, в 2–3 раза превышающему себестоимость электроэнергии АЭС, что существенно влияет на стоимость производимой пиковой электроэнергии и на конкурентоспособность. В качестве более рентабельной технологии аккумулирования электроэнергии рассматривался водородный энергетический комплекс с производством водорода и кислорода электролизом воды за счет ночной избыточной электроэнергии АЭС, главным преимуществом которого является его расположение вблизи АЭС с возможностью зарядки по себестоимости её электроэнергии. При этом выработка водорода и кислорода с последующим их использованием в паротурбинном цикле АЭС носит периодический характер и связано с ежесуточными пусками и остановами основного оборудования.  Целью данной работы являлось определение рабочего ресурса основного оборудования водородного энергетического комплекса в условиях циклических нагрузок. На базе теории усталостного разрушения анализировался циклический режим работы пуска-останова основного оборудования водородного энергетического комплекса в комбинировании с АЭС. Произведена оценка скорости роста усталостной трещины в зависимости от частоты нагружений для критического элемента электролизных установок, компрессоров, металлических емкостей хранения водорода и кислорода, водород-кислородной камеры сгорания. Учтено влияние водородной коррозии на скорость роста усталостной трещины. Предложен комплексный критерий оценки числа циклов до разрушения. По критерию предельного числа циклов до разрушения определена и рекомендована граница зоны эффективного режима работы основного оборудования водородного энергетического комплекса.

1. Энергетическая стратегия России на период до 2035 г. [Текст] / Министерство энергетики Российской Федерации. – Москва, 2014. – 263 с.

2. Аминов, Р.З. Комбинирование водородных энергетических циклов с атомными электростанциями [Текст] / Р. З. Аминов, А. Н. Байрамов – М.: Наука, 2016. – 254 с.

3. Aminov, R.Z. Performance evaluation of hydrogen production based on off-peak electric energy of the nuclear power plant / R.Z. Aminov, А.N. Bairamov // International journal of hydrogen energy. – 2017. – No 42. – P. 21617–21625.

4. Aminov, R.Z. On the issue of investigating the kinetics of processes in dissociated water steam / R.Z. Aminov, A.I. Schastlivtsev, А.N. Bairamov // International journal of hydrogen energy. – 2017. – No 42. P. – 20843–20848.

5. Аминов, Р.З. Оценка конкурентной эффективности получения водорода методом электролиза воды на основе внепиковой электроэнергии [Текст] / Р.З. Аминов, А.Н. Байрамов // Известия РАН. Энергетика. – 2016. – № 4. – С. 84–90.

6. Аминов, Р.З. Системная эффективность водородных циклов на основе внепиковой электроэнергии АЭС [Текст] / Р.З. Аминов, А.Н. Байрамов // Известия РАН. Энергетика. – 2011. – № 4. – С. 52–61.

7. Пат. 2427048 Российская Федерация, МПК7 F 22B 1/26, G 21D5/16, F 01K3/18. Система сжигания водорода для паро-водородного перегрева свежего пара в цикле атомной электрической станции / Аминов Р.З, Байрамов А.Н.; заявители и патентообладатели Аминов Р.З, Байрамов А.Н. – № 2009117039/06 ; заявл. 04.05.2009; опубл. 20.08.2011, Бюл. № 23. – 8 с. : ил.

8. Аминов, Р.З. Методика оценки термодинамической эффективности дополнительного подвода тепла во влажно-паровых циклах АЭС / Р.З. Аминов, А.Н. Егоров // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2011. – № 11–12. – С. 20–29.

9. Шпильрайн, Э.Э. Применение водорода в энергетике и в энерготехнологических комплексах / Э.Э. Шпильрайн, Ю.А. Сарумов, О.С. Попель // Атомно-водородная энергетика и технология. – 1982. – Вып. 4. – С. 5–22.

10. Малышенко, С.П. Некоторые термодинамические и технико-экономические аспекты применения водорода как энергоносителя в энергетике / С.П. Малышенко, О.В. Назарова, Ю.А. Сарумов // Атомно-водородная энергетика и технология. – М.: Энер-гоатомиздат., 1986. – Вып. 7. – С.105–126.

11. Forsberg, C.W. Nuclear Wind hydrogen systems for variable electricity and hydrogen production [Элек-тронный ресурс] / C.W. Forsberg, G. Haratyk.- International Congress on Energy. – 2011. – New York.-Режим доступа: https://www.aiche.org/academy/videos/conference-presentations/nuclear-wind-hydrogen-systems-variable-electricity-and-hydrogen-production. – (Дата обращения 26.02.2018).

12. Forsberg, C.W. Is hydrogen the future of nuclear energy? / C.W. Forsberg.- International topical meeting on the safety and technology of nuclear hydrogen production, control and management. - 2007. – Boston. – Режим доступа: http://www.350.me.uk/TR/Hansen/Forsberg01.pdf. – (Дата обращения: 26.02.2018).

13. Forsberg, C. W. Hydrogen futures and technologies / C. W. Forsberg. - Rohsenow Symposium on Future Trends in Heat Transfer. – 2003. – Massachusetts. – Режим доступа: https://dspace.mit.edu/bitstream/handle/1721.1/7303/FO RSBERG.pdf?sequence=1. – (Дата обращения: 26.02.2018).

14. Пат. № 2459293 Российская Федерация, МПК7 G 21D1/00. Турбинная установка атомной электростанции (варианты) / Аминов Р.З., Байрамов А.Н., Егоров А.Н.; заявители и патентообладатели Аминов Р.З, Байрамов А.Н., Егоров А.Н. – № 2011123255/07; заявл. 08.06.2011; опубл. 20.08.2012, – Бюл. № 23. – 9 с.

15. Аминов, Р.З. Резервирование собственных нужд АЭС в условиях полного обесточивания на основе водородного цикла [Текст] / Р.З. Аминов, А.Н. Егоров, В.Е. Юрин // Атомная энергия. – 2013. – № 4 (114). – С. 234–236.

16. Bairamov, A.N. Evaluation of the operating resource of the most loaded rotor element of the additional steam turbine with steam-hydrogen overheat of the working fluid at a nuclear power station [Text] / A.N. Bairamov // Journal of Physics: Conference Series. – 2017. – Vol. 891. – P. 012252.

17. Aminov, R.Z. Nuclear power plant safety improvement based on hydrogen technologies [Text] / R.Z. Aminov, V.E. Yurin // Nuclear Energy and Technology. – 2015. – С. 77–81.

18. Пат. № 2488903 РФ, МПК7G21D5/16 (2006.01). Система сжигания водорода в цикле АЭС с регулированием температуры водород-кислородного пара / Аминов Р.З., Байрамов А.Н., Юрин В.Е.; заявители и патентообладатели Аминов Р.З., Байрамов А.Н., Юрин В.Е. – № 2012118303/07; заявл. 03.05.12 ; опубл. 27.07.13, Бюл. № 21. – 17 с. : ил.

19. Механика разрушения и прочность материалов: справочное пособие / Под общ. ред. В.В. Панасюка. – Т. 4. – Киев: Наук. думка, 1990. – 680 с.

20. Машиностроение: энциклопедия по машиностроению [Текст] / Ред. совет: К.В.Фролов [и др.]. – Т. II-1. –М.: Машиностроение, 2010. – 852 с.

21. Когаев, В.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность [Текст] / В. П. Когаев, Н. А. Махутов, А.П. Гусенков. – М.: Машиностроение, 1985. – 223 с.

22. Павлов, П.А. Основы инженерных расчетов элементов машин на усталость и длительную прочность [Текст] / П.А. Павлов. – Л.: 1988. – 252 с.

23. Трощенко, В.Т. Трещиностойкость металлов при циклическом нагружении [Текст] / В.Т. Трощенко, В.В. Покровский, А.В. Прокопенко. – Киев: Наукова думка, 1987. – 256 с.

24. Черепанов, Г.П. Механика хрупкого разрушения [Текст] / Г.П.Черепанов. – М.: Наука, 1974. – 640 с.

25. Лащинский, А.А. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры [Текст] / А.А. Лащинский, А.Р. Толчинский / Под редакцией Н.Н. Логинова. – Л.: Машиностроение. 1970. – 752 с.

26. Арчаков, Ю.И. Водородоустойчивость стали. Серия: достижения отечественного металловедения [Текст] / Ю.И. Арчаков. – М.: Металлургия, 1978. – 152 с.

27. Арчаков, Ю.И. Водородная коррозия стали [Текст] / Ю.И. Арчаков. – М.: Металлургия, 1985. – 192 с.

28. Шпильрайн, Э.Э. Введение в водородную энергетику [Текст] / Э.Э. Шпильрайн, С. П. Малышенко, Г.Г. Кулешов. – М.: Энергоатом-издат, 1984. – 264с.

29. Якименко, Л. М. Электролиз воды [Текст] / Л.М. Якименко, И.Д. Модылевская, З.А. Ткачек. – М.: Химия, 1970. – 263с.

30. Байрамов, А.Н. Технико-экономические аспекты подземного размещения металлических емкостей хранения водорода и кислорода в составе водородного энергетического комплекса [Текст] / А.Н. Байрамов // Труды академэнерго. – 2014. – № 2. – С. 79–86.

31. Байрамов, А.Н. Системный анализ напряженно-циклического режима работы основного оборудования водородного энергетического комплекса [Текст] / А.Н. Байрамов // Труды академэнерго. – 2017. – № 1. – С. 71–96.

32. Аминов, Р.З. Разработка дифференциальных уравнений выработки энергии при дополнительном подводе тепла во влажно-паровых циклах АЭС [Текст] / Р.З. Аминов, А.Н. Егоров // Вестник СГТУ. – 2011. – №1 (54). – С.18–25.

33. Малышенко, С.П. Исследования и разработки ОИВТ РАН в области технологий водородной энергетики [Текст] / С.П. Малышенко // Международный научный журнал «Альтерантивная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2011. – № 3 (95). – С.10–34.

34. Разработка и исследование экспериментального водородо-кислородного парогенератора мощностью 10 МВт(т) [Текст] / И.Н. Бебелин [и др.] // Теплоэнергетика. – 1997. – № 8. – С. 48–52.

35. Егоров, А.Н. Исследование параметров водо-род-кислородного парогенератора с охлаждаемой камерой сгорания [Текст] / А.Н. Егоров // Труды Академэнерго. – 2017. – № 4. – С. 16–23.