Разработка тригенерационного атомного энергетического комплекса

   Одним из перспективных способов удешевления производимой атомными станциями малой мощности энергетической продукции является переход к комбинированному производству. В настоящей работе представлены результаты исследований новой технологической схемы атомной станции малой мощности с высокотемпературным газоохлаждаемым ядерным реактором, производящей три вида энергетической продукции: электрическую и тепловую энергию, а также водород. По результатам математического моделирования установлено, что коэффициент использования теплоты топлива предложенного перспективного атомного энергетического комплекса достигает 78,7 %. В свою очередь, нормированная стоимость совместного производства электроэнергии водорода и тепла на 12,3 % ниже нормированной стоимости раздельной выработки полезных продуктов.

1. Report on the functioning of the Unified Energy System of Russia in 2023 | JSC «System Operator of the Unified Energy System» Available online: https://www.so-ups.ru/functioning/tech-disc/tech-disc2024/tech-disc2024ups/ (accessed on 11 June 2024).

2. Указ Президента РФ от 26. 10. 2020 № 645 (ред. от 27. 02. 2023) «О Стратегии развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2035 года» / КонсультантПлюс [Электронный ресурс]. URL: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_366065/ (дата обращения: 05. 09. 2023).

3. Rogalev N., Rogalev A., Kindra V., Zlyvko O., Osipov S. An Overview of Small Nuclear Power Plants for Clean Energy Production: Comparative Analysis of Distributed Generation Technologies and Future Perspectives: 13 // Energies. Multidisciplinary Digital Publishing Institute. – 2023, V. 16, № 13, p. 4899.

4. Перечень инициатив социально-экономического развития Российской Федерации до 2030 года / КонсультантПлюс [Электронный ресурс]. URL: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_397326/cc688b9534acebdabb65ce8aeeac4ab93bc8dd1a/ (дата обращения: 05. 09. 2023).

5. Воропай Н. И., Санеев Б. Г., Иванова И. Ю., Ижбулдин А. К. Сравнительная эффективность использования атомных станций малой мощности в локальных энергосистемах на востоке России // ББК 31.19 А92, 2015, с. 59.

6. Ingersoll D. T., Carelli M. D. Handbook of Small Modular Nuclear Reactors: Second Edition // Woodhead Publishing. – 2020, p. 648

7. Advances in Small Modular Reactor Technology Developments. 2022 Edition: A Supplement to: IAEA Advanced Reactors Information System (ARIS). – Austria: IAEA, 2022, p. 424.

8. Locatelli G., Fiordaliso A., Boarin S., Ricotti M. E. Cogeneration: An option to facilitate load following in Small Modular Reactors // Progress in Nuclear Energy. – 2017. – V. 97. – Pp. 153-161.

9. Sinha R. K., Kakodkar A. Design and development of the AHWR – the Indian thorium fuelled innovative nuclear reactor // Nuclear Engineering and Design. – 2006. – V. 236. – № 7. – Pp. 683-700.

10. Pustovalov A. A. Nuclear thermoelectric power units in Russia, USA and European space agency research programs // XVI ICT ’97. Proceedings ICT’97. 16^th International Conference on Thermoelectrics (Cat. No. 97TH8291), 1997, pp. 559-562.

11. Макарян И. А., Седов И. В. Состояние и перспективы развития мировой водородной энергетики // Российский Химический журнал. – 2021. – Т. 65. – № 2. – С. 3-21.

12. Rogalev N., Rogalev A., Kindra V., Zlyvko O., Kovalev D. Reforming Natural Gas for CO₂ Pre-Combustion Capture in Trinary Cycle Power Plant // Energies. – 2024. – V. 17. – № 22, 5544.

13. Parkinson B., Tabatabaei M., Upham D. C., Ballinger B., Greig C., Smart S. & McFarland E. Hydrogen production using methane: Techno-economics of decarbonizing fuels and chemicals // International Journal of Hydrogen Energy. – 2018. – V. 43. – №. 5. – Pp. 2540-2555.

14. Takeda T., Shibata T. Survey on Research and Development Status of Japanese Small Modular Reactors in OECD/NEA Activities. – 2024.

15. Spivey H. D. Producing Power, Producing Space: The Geopolitical Economy of Electric Power Policy in Japan. – University of California, Los Angeles, 2022.

16. Рогалев Н. Д., Рогалев А. Н., Киндра В. О., Ковалев Д. С., Вегера А. Н. Разработка и моделирование технологической схемы установки паровой конверсии метана с кислородным сжиганием топлива и улавливанием углекислого газа // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. – 2024. – Т. 24, № 6, с. 1049-1058.

17. Морозова О. Н., Павленко А. А., Титов С. С. Способы получения водорода // Южно-Сибирский научный вестник. Общество с ограниченной ответственностью Малое инновационное предприятие Политех. – 2019, № 4-1, с. 188-194.

18. Ngarayana W. & Murakami K. Graded approach establishment for the htgr maintenance activities using modified fuzzy fmea & expert judgement methodology // In Journal of Physics: Conference Series. – 2022. – Vol. 2328, No. 1, p. 012005. IOP Publishing.

19. Iwatsuki J., Kunitomi K., Mineo H., Nishihara T., Sakaba N., Shinozaki M. & Yan X. Overview of high temperature gas-cooled reactor // In High temperature gas-cooled reactors. – 2021. – Pp. 1-16.

20. Safari F., Dincer I. A review and comparative evaluation of thermochemical water splitting cycles for hydrogen production // Energy Conversion and Management. – 2020. – V. 205. – P. 112182.

21. Brown L. C., Besenbruch G. E., Schultz K. R., Showalter S. K., Marshall A. C., Pickard P. S., Funk J. F. High efficiency generation of hydrogen fuels using thermochemical cycles and nuclear power. – American Institute of Chemical Engineers New York, NY, USA. – 2002.

22. Sello M. The need for SMR in Lesotho and role of SMRs with various functions and features in achieving SDGs // Energy Strategy Reviews. – 2024. – Vol. 52. – P. 101343.

23. Harahap M. R., Harianto R. E., Aji B. Analysis of the influence of multi-module design of SMR Nuclear Power Plants on power reactor safety provisions in Indonesia. – 2023.

24. Sadeghi K. et al. Towards net-zero emissions through the hybrid SMR-solar cogeneration plant equipped with modular PCM storage system for seawater desalination // Desalination. – 2022. – Vol. 524. – P. 115476.

25. Aspen Technology, Inc. Aspen Plus. Available online: https://www.aspentech.com/en/products/engineering/aspen-plus (accessed on 19 July 2021).

26. Lemmon E. W., Bell I. H., Huber M. L., McLinden M. O. NIST Standard Reference Database 23: Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties-REFPROP; Version 10.0, National Institute of Standards and Technology; Standard Reference Data Program: Gaithersburg, MA, USA, 2018.

27. Quirino P., Amaral A., Pontes K., Rossi F., Manenti F. Impact of kinetic models in the prediction accuracy of an industrial steam methane reforming unit. Comput. Chem. Eng. 2021, 152, 107379

28. Nian V. & Zhong S. Economic feasibility of flexible energy productions by small modular reactors from the perspective of integrated planning // Progress in Nuclear Energy. – 2020. – № 118, 103106.

29. Weidner T., Tulus V., Guillén-Gosálbez G. Environmental sustainability assessment of large-scale hydrogen production using prospective life cycle analysis // International Journal of Hydrogen Energy. – 2023. – V. 48. – №. 22. – Pp. 8310-8327.

30. GlobalPetrolPrices: Natural gas prices URL: https://www.globalpetrolprices.com/natural_gas_prices/ (дата обращения: 05. 09. 2023).