Ядерная и углеводородная энергетики
3,964,706 11,832
 

  Stak ( Слушатель )
15 сен 2022 16:23:55

БН с натрием в первом контуре и сверхкритическим СО2 во втором - плюсы и минусы

новая дискуссия Дискуссия  585

Вопрос для дискуссии - 
Есть ли какие-либо перспективы у больших БН с натрием в первом контуре и сверхкритическим СО2 во втором? 
Плюсы - исключение промежуточного контура, невозможность натриевых пожаров, возможность реализации интегральной компоновки, уже отработанная АЗ... 

По гуглингу нашёл упоминания о похожем решении для АСММ, но там тепловые трубы на первом контуре:

ЦитатаAurora – реактор на быстрых нейтронах, в качестве топлива он использует металлический уран U-Zr. Тепло от активной зоны передается в теплообменники посредством тепловых трубок. Всего имеется шесть теплообменников, рабочее тело второго контура – сверхкритический диоксид углерода s-CO2 (состояние сверхкритической жидкости достигается при высоких температурах и давлении, когда вещество приобретает свойства как газа, так и жидкости).

И у Вестов ещё на свинце есть прожект:
Цитатаhttp://www.atominfo.ru/newsy/z0794.htm
"Westinghouse LFR" (название условное) - реактор мощностью 465 МВт(э). Разработчики намерены сделать конкурентоспособным "даже на наиболее сложных глобальных рынках".

Реактор бассейновый, спектр нейтронов в нём быстрый. Турбина блока будет работать на сверхкритическом диоксиде углерода (sCO2). Блок подключается к системе хранения энергии, что позволит избежать маневрирования тепловой мощностью реактора. Топливо - нитрид урана.
Отредактировано: Stak - 15 сен 2022 16:27:14
  • +0.03 / 1
  • АУ
ОТВЕТЫ (38)
 
 
  ДядяВася ( Слушатель )
15 сен 2022 17:19:45

1.    Лучше тренироваться на кошечках.
Много ли обычных ТЭЦ на sСО2 и есть ли они вообще. Вот когда будет технология отработана в обычных промышленных чайниках, тогда можно будет мечтать о ядерных.

2.    Давление в корпусе БН слегка отрицательное (дабы всяческая гадость не летела на волю, и конструктивно, чтобы корпус не превратился в монстра) и заполнено инертным газом, а давление сверхкритического  СО2, по крайней мере, 73 атм. Поэтому неизбежно просачивание газа в корпус реактора с соответствующем эффектом. Натрий весьма неплохо горит в атмосфере sСО2.

3.    КПД БН слегка за 40%. Может не стоить повышать дальше?

4.     Бумажных проектов множество, с самыми фантастическими конструкциями и невероятной эффективностью. Вот когда из бумаги родится что то железное, тогда и можно будет обсуждать.

PS. Ну это так, на первый взгляд. Если копнуть глубже.....
  • +0.28 / 16
  • АУ
 
 
  Stak ( Слушатель )
15 сен 2022 17:46:51

Ну в общем-то этого достаточно, что бы про такой вариант забыть :)
А если другой теплоноситель? Азот, или, например, аммиак?
  • +0.02 / 1
  • АУ
 
 
 
  ДядяВася ( Слушатель )
15 сен 2022 18:26:01

У азота какое давление и температура для сверхкритики?
Аммиак довольно агрессивный газ. 
Опять же, где Вы видели в качестве рабочего тела азот или аммиак (не считая холодильных машин)?
На первый взгляд.
  • +0.09 / 4
  • АУ
 
 
 
 
  Luddit ( Слушатель )
15 сен 2022 19:29:27

Зато какой ядрёный холодильник можно забабахать. Сауды с руками оторвут, устраивать подлёдную рыбалку в Персидском заливеУлыбающийся
Или ГУГИ захочет наморозить айсберг на входе в панамский каналУлыбающийся
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
 
  GrinF ( Слушатель )
15 сен 2022 23:55:13

А при чнм здесь критика... первый контур например газовый, лальше теплообменник
Цитата
Аммиак довольно агрессивный газ. 
Опять же, где Вы видели в качестве рабочего тела азот или аммиак (не считая холодильных машин)?
На первый взгляд.
  • -0.01 / 1
  • АУ
 
 
 
 
  Stak ( Слушатель )
16 сен 2022 00:32:37

У азота 126К и 33.5 атм, т.е. давление вдвое ниже чем у sCO2. У аммиака 405К и 111.5 атм, на треть больше чем у sCO2, но тоже в более-менее разумных пределах. 
И нет, не видел, но почему бы и нет? Улыбающийся А если что-то мешает - хотелось бы понять, что именно.
По КПД - его, имхо, много не бывает, не зря же ВВЭР СКД планируют?
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
 
 
  ДядяВася ( Слушатель )
16 сен 2022 00:56:20


Так, я и написал, что сначала нужно тренироваться на кошечках. 
Выше GrinF написал, что на СО2 в единственном экземпляре соорудили, и всё. Дальше дело не пошло, точнее что то пошло не так, иначе раскрутили бы. Проектов супер пупер устройств существует великое множество, и хорошо, что единичные доходят до железа, но и там может ждать облом.


Много чего планируют, и СКД, и газовые и высокотемпературные, жидкосолевые и для производства водорода, и выплавки стали и т.д. а дальше следуют заморочки. 
ВВЭР СКД. Сразу цирконий не пойдёт, и так работает на пределе в воде. Нужно ставить стальные оболочки, отсюда при тепловом спектре поглощение нейтронов больше, отсюда повышаем обогащение урана. Давление больше - толщину оболочек увеличиваем, чтобы оболочки не смяло - больше поглощение нейтронов - больше обогащение - в конечном случае дороже топливо. Давление больше - увеличиваем толщину корпуса реактора и т.д. и т.п. Компенсирует ли это увеличенный КПД нужно считать.
Это опять же, что на сей момент в голову пришло, а если копаться то .....
  • +0.14 / 8
  • АУ
 
 
 
  ILPetr ( Слушатель )
15 сен 2022 19:44:50

Мну интересно зачем? КПД тепловой машины определяется температурой рабочего тела на входе и выходе. Температура входа однозначно определяется тепловыми характеристиками реактора, а выхода  - температурой окружающей среды. Каков смысл менять традициооный пар на азот или аммиак?
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
 
  ДядяВася ( Слушатель )
15 сен 2022 20:18:44

Ни разу не специалист по тепловым машинам, да и рыть глубоко лень. Весь смысл не в СО2 и NH3 как таковых, а то, что они переходят в сверхкритику при не фантастических температурах - давлении.
 
А преимущество сверхкритики в том, что у них в рабочем интервале Т-Р нет фазового перехода, на что тратится прорва энергии.
ИМХО
  • +0.14 / 7
  • АУ
 
 
 
 
 
  ILPetr ( Слушатель )
15 сен 2022 21:31:11

Я так понимаю, что они все равно в ходе работы в тепловой машине из сверкритического состояния переходят в "обычное". И при этом при фазовом переходе, ЕМНИП, внутренняя энергия рабочего тела уменьшается, что повышает КПД тепловой машины.
  • +0.01 / 1
  • АУ
 
 
 
 
 
 
  ДядяВася ( Слушатель )
15 сен 2022 22:57:12

Я спорить не буду, т.к. в этом деле не айс. 
Но вот, что пишут умные люди на (вроде) не мусорном сайте - Энергетический цикл со сверхкритическим диоксидом углерода 
ЦитатаЭнергетический цикл со сверхкритическим диоксидом углерода (sCO₂) - это перспективная технология, с помощью которой тепловая энергия преобразуется в электрическую. Этот метод использует sCO₂ как рабочую среду в замкнутом или полузамкнутом термодинамическом цикле Брайтона.

Цикл Брайтона - это тот же цикл, который определяет работу турбин в установках на природном газе. Только СО₂ в течение всего цикла находится в сверхкритическом состоянии. Таким образом, в отличие от цикла Ренкина, цикл Брайтона происходит без конденсации или изменения фазы рабочей среды.

 
Ну, и далее по тексту....
  • +0.03 / 2
  • АУ
 
 
 
 
 
 
  GrinF ( Слушатель )
16 сен 2022 00:15:33

нет - лни обходят критическую точку... вот инженерное обеспечение это обхода и есть причина кучи патентов
В урощенном варианте так
  • +0.03 / 3
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
  ILPetr ( Слушатель )
16 сен 2022 13:43:55

Значит это не сверхкритика... 
 
ПМСМ,  сверхкритика во всем цикле была бы интересна из-за возможной гораздо бОльшей плотности рабочего тела - турбина и теплообменники сильно бы "похудели".
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
  GrinF ( Слушатель )
17 сен 2022 00:18:36

Ну здрасьте приехали ... А что такое область ночи параболической формы в правом нижнем углу с пямыми участками изотерм(точнее верхняя точкатой области), которую так старательно обходят в многосупенчатом компрессоре с промежуточным охлаждением.. не кажется ли вам уважаемый что в изображении цикле sCO2 во всем цикле ?
  • +0.03 / 2
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  ILPetr ( Слушатель )
17 сен 2022 11:54:11

Так ее старательно обходят? Я-то думал, что сверхкритика внутри этой параболы на графике PV.
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  GrinF ( Слушатель )
17 сен 2022 16:40:29

Во первых это график в координатах HP а не PV. Во вторых  как следует из названия - сверхкритика - это когда избегают фазового перехода. А область где возможен фазовый переход как раз и ограничен внутренностью параболы в левом нижнем углу, и эту область старательно обходят дабы избежать проблем с двухфазовой системой. В вике английской есть ссылка на описание цикла самого аллама с кучей еще более подробных описаний в патентах. преимущество высокоплотной срелы как раз и доститается - после обхода критической точки с помощью компрессора(в окрестности критической точки небольшие изменения давления приводят с существенному изменения плотности) , плотность рабочего тела  достигает 0,5 г/см3, и дальнейшее сжатие с помощью центробежного насоса (а не компрессора)...далее этот плотный флюид идет через рекуперационный теплообменник где весьма сильно использует теплоту выхлопа с турбины (нагреваясь от 50 до 750 градусов) с минимальным теплоперепадом на выходе из теплообменника
  • +0.10 / 4
  • АУ
 
 
 
 
  Luddit ( Слушатель )
15 сен 2022 20:18:59

Для какой-нибудь Антарктиды смысл может быть. Вот только серийность подкачает...
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
 
  GrinF ( Слушатель )
15 сен 2022 23:56:55

темпеатуру поднять и причем существенно - от 500 до 800 градусов в разных концептах 4 поколения газовых реакторов
  • -0.01 / 1
  • АУ
 
 
 
  GrinF ( Слушатель )
15 сен 2022 23:53:09

аммиак - таже вода ... три протона... теплопроводность газа из общей теории обратно пропорционально молекуллярной массе... Посему гелий наше все
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
  GrinF ( Слушатель )
15 сен 2022 23:51:05

Это чо сверхвыдающееся достижение в энергетике... У Газовых ПГУ КПД под 60%... вопрос  что ограничивает поменяв рабочее тело повысить КПД
Цитата

4.     Бумажных проектов множество, с самыми фантастическими конструкциями и невероятной эффективностью. Вот когда из бумаги родится что то железное, тогда и можно будет обсуждать.

PS. Ну это так, на первый взгляд. Если копнуть глубже.....
  • +0.01 / 1
  • АУ
 
  GrinF ( Слушатель )
15 сен 2022 23:48:03

Есть у меня сомнение мил человек, что углекислый газ при температуре 400-500 градусов в присуствии мощного восстановителя - юудейт нейтрален... голеть конечно не будет, ок накую нибудь сажу или угарный газ вполне наверное сможет выделить... Далее электростанция на сверхкритической унлекислоте существуеь в количестве 1 шуки - правда уже достаточно большой мощности - где-то в калифорнии...оьращение с углекислым газом вблизи критической точки - это одельное исскуство проектирования - ибо небольшме флуктуации температуры ведут к большим флуктуациям плотности 
Цитата

По гуглингу нашёл упоминания о похожем решении для АСММ, но там тепловые трубы на первом контуре:

ЦитатаAurora – реактор на быстрых нейтронах, в качестве топлива он использует металлический уран U-Zr. Тепло от активной зоны передается в теплообменники посредством тепловых трубок. Всего имеется шесть теплообменников, рабочее тело второго контура – сверхкритический диоксид углерода s-CO2 (состояние сверхкритической жидкости достигается при высоких температурах и давлении, когда вещество приобретает свойства как газа, так и жидкости).

И у Вестов ещё на свинце есть прожект:
Цитатаhttp://www.atominfo.ru/newsy/z0794.htm
"Westinghouse LFR" (название условное) - реактор мощностью 465 МВт(э). Разработчики намерены сделать конкурентоспособным "даже на наиболее сложных глобальных рынках".

Реактор бассейновый, спектр нейтронов в нём быстрый. Турбина блока будет работать на сверхкритическом диоксиде углерода (sCO2). Блок подключается к системе хранения энергии, что позволит избежать маневрирования тепловой мощностью реактора. Топливо - нитрид урана.



это как так реакторный бассейн с быстрым спектром
  • +0.03 / 1
  • АУ
 
  Stak ( Слушатель )
17 сен 2022 14:27:40

Если вот так переформулировать?
И гелий, и азот по пальцепотолочной прикидке вполне подходят, гелий так и вовсе шикарен с критическим давлением 2.5 бар. 
Азот примерно вдвое хуже углекислоты по теплоёмкости, зато применим при почти вдвое меньшем критическом давлении, и по теплопроводности - почти одинаков.
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
  Пенсионэр ( Слушатель )
17 сен 2022 16:49:26

Как не переформулируй - всё одно не то. Избыточное давление как переформулировать, да и с коэффициентами теплопередачи вопросы.
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
  Пенсионэр ( Слушатель )
17 сен 2022 16:54:51
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
  GrinF ( Слушатель )
17 сен 2022 16:52:46

чо вы так прилипли к этим критическим давлениям... Указанные газы в при н.у. и в рабочей области почти идеальные (посмотрите столбик Tg  в Вашей нижней таблице). Ничего кроме цикла брайтона (турбины) не придумать, либо через теплообменник отдать тепло следующему теплоносителю
Цитата

Азот примерно вдвое хуже углекислоты по теплоёмкости, зато применим при почти вдвое меньшем критическом давлении, и по теплопроводности - почти одинаков.

  • +0.02 / 1
  • АУ
 
 
 
  ДядяВася ( Слушатель )
17 сен 2022 17:38:17


Вы, наверное, пропустили начало дискуссии, разговор зашел про реакторы типа БН. 
А так да, существуют реакторы типа AGR (в Англии ещё пыхтят), где теплоноситель СО2. 
Также были и высокотемпературные реакторы (теплоноситель гелий). Но что то они не получили распространения. 
Ныне строят практически одни водяные реакторы. Правда китайцы строят высокотемпературный реактор, и у нас на уровне разговоров, то же хотят замутить что то подобное. 
Мода сейчас такая, чего нибудь 4 -5 -6 -7 - .... поколения замастырить. Пока выходит только на бумаге.
  • +0.09 / 5
  • АУ
 
 
 
 
  GrinF ( Слушатель )
17 сен 2022 19:42:09

не... я читал  всю дискусию... ну да началось с CO2 у которого критическая точка достижима про нормальной температуре. а потом при каждом кпоминании газа критическое давление... при чем оно при проектировании циклов? газы почти идеальные. Гелиевые реакторы не точто не получили распостранеия -они все в экспериментальной стадии, у китайцев только один пока реактор с нашей помощью сделан реактор на гелии 
https://www.powermag…r-reactor/
кстати в этой же заметке ответ на вопрос куда выше кпд и как сделать?
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
 
 
  ДядяВася ( Слушатель )
17 сен 2022 21:21:00


Началось как скрестить ужа и ежа БН (натрий) с СО2. Я показал, что получается не айс.


По поводу ВТГР (немного обсуждались на ветке) хорошая статья - ВТГР - дорога, вымощенная благими намерениями .

В своё время (начало 2000 гг), когда мы слились в экстазе с американцами по поводу утилизации оружейного плутония, была совместная с ними программа по ВТГР. Мы разрабатывали (за ихние деньги, и весьма успешно) топливо (ныне названное TRISO), а они строят реактор. 

Реактор они построили, естественно только на бумаге. Мы же технологию разработали (и отнюдь не на бумаге), но поскольку любовь (вместе с финансированием) кончилась, проект закрыли, поскольку не очень нам нужно было.
  • +0.08 / 4
  • АУ
 
 
  ДядяВася ( Слушатель )
17 сен 2022 17:27:25

Осталось найти данные по критическому давлению газов при рабочей температуре БН. Мне кажется, что давление будет сильно выше. Для справки: температура на входе/выходе активной зоны БН-800: 354/547 оС.
  • +0.09 / 5
  • АУ
 
 
 
  Stak ( Слушатель )
17 сен 2022 22:16:52

Так в этом и суть предложения, на той же зоне сделать газовый второй контур, за счёт чего поднять КПД и сократить капзатраты за счёт более компактной турбинной части.
Ок, СО2 с натрием несовместим, но гелий или азот подходят. 
Прототип, хотя и бумажный - тоже есть ("Westinghouse LFR" ),быстрый на свинце + sCO2. Причём с очень интересными, на мой взгляд, решениями в части теплообменников.
По поводу ВТГР - у меня к ним отношение скептическое, т.к.:
1. Что потом делать с облученным графитом (аналогично РБМК)?
2. Если будет потеря теплоносителя и разгерметизация - графит с топливом будет гореть?
  • +0.03 / 1
  • АУ
 
 
 
 
  ДядяВася ( Слушатель )
17 сен 2022 22:43:19


И какой КПД будет у газовой турбины с входной температурой 547 оС (не совсем так, т.к. это температура выхода из реактора). И с какого перепуга турбина станет махонькой. Если вы имеете в виду сверхкритику, то найдите крит. давление при этой температуре.


Подождём когда в железе построят, тогда можно будет пообсуждать. Боюсь, что на моём векУ не дождусь.
  • +0.10 / 5
  • АУ
 
 
 
 
 
  GrinF ( Слушатель )
17 сен 2022 23:44:14

Вообще-то угазовых турбин такая температура выхлопа. входная 1200.
Цитата
Подождём когда в железе построят, тогда можно будет пообсуждать. Боюсь, что на моём векУ не дождусь.
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
 
 
  Stak ( Слушатель )
18 сен 2022 16:57:44

В общем, "всё украдено до нас", нашёл статью с обзором и по sCO2, и по гелию и по азоту. Если кратко - sCO2 лучше всех в силу термодинамических причин. Но с натрием лучше не надо, ибо: "Possibility of energetic chemical reaction with sodium in sodium cooled reactor".
И, кстати, почему бы для развития БРЕСТа тогда не рассмотреть sCO2?
И можно ли поднять температуру на натрии повыше? 
концепт ASTRID, на азоте, при 515оС и 180 бар на входе в турбину - кпд 37.8 % (из таблички по ссылке выше).
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
 
 
 
  ДядяВася ( Слушатель )
18 сен 2022 17:52:16


Дайте БРЕСТу родиться. И без СО2 головной боли хватит, пока не встанет на ноги. С натрием в БН-350 то же проблем хватало, но ничего научились.


При существующих материалах для оболочки твэлов это предельные значения, с учётом неравномерностей и коэффициентов запаса.
Сейчас в основном бьются с новыми сталями в сторону повышения выгорания топлива.

Этот концепт существует уже с десяток лет и чего там только не изобретали (разумеется на бумаге) и на чём душа остановится никто не знает. Но денег нет и поэтому проект прикрыли в 2019 г - CEA подтвердил закрытие проекта ASTRID . Вполне возможно, что проект возродится, но не как Феникс, которому не повезло.
 Зачем нам нужен такой Азот, когда на БН-800 и так КПД выше 40%.
  • +0.17 / 10
  • АУ
 
 
 
 
  GrinF ( Слушатель )
17 сен 2022 23:55:20



например https://habr.com/ru/…og/545046/
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
 
 
  ДядяВася ( Слушатель )
18 сен 2022 00:36:10


Вечные атомные батарейки - сказки для младшего возраста.

На ветке обсуждали, тред - https://glav.su/foru…age4495013 .

Немного из обсуждения - https://glav.su/foru…age4495013
ЦитатаДело в том, что средняя энергия бета-распада что у С-14, что у Ni-63 очень маленькая и составляет, соответственно 45 и 17 кэВ,....

Для сравнения Е для Ni-63 - 5,7 мВт/г или 10 000 Ки/Вт

и Е для С-14 1,16 мВт/г - 3850 Ки/Вт

Также нужно принять во внимание, что для термоэлектрических преобразователей толщина (диаметр) источника, в общем, не имеет значения, то для разных  бетавольтаических батареек, толщина активного слоя не должна превышать 1 - 2 мкм, потому как низкоэнергетические частицы имеют очень большое самопоглощение в самом источнике. Поэтому нужно делать источники большой площади (С-14 сразу идёт в глубокое плаванье, площадь источника получается запредельная), что резко сказывается на габаритах батарейки или её усложнении (пакетная компоновка).


Прикинул мощность батарейки (исходя из активности Ni-63) демонстрируемой на выставке Атомэкспо 2017 :
ЦитатаЧисто из вредности. 1 мкВт - это вся энергия бета-распада источника. А при КПД порядка 10%, электрическая мощность 0,1 мкВт.


Т.е. сделать такую батарейку не так и сложно, но она в такую копеечку обойдётся, что ну её нафик. Кому нужны несчастные доли мкВт за такие деньги.

В случае С-14, ещё и такая неприятность. Максимальная энергия беты - 156 кэВ, следовательно будет и подсвечивать от батарейки тормозным рентгеном, который фиговым листочком не прикроешь.
Ну это так, на первый взгляд.
  • +0.15 / 7
  • АУ
 
 
 
 
 
 
  GrinF ( Слушатель )
18 сен 2022 01:31:02

ну сделал килограммовю батарейуц и поставил на метеоролигическую станцию... А их по стране 20 тысяч.заложно и проблему нарева решил... а если 10 кг - то и спутниковый терминал связи. и при чем хзднсь термоэлектрическое преобразование
  • -0.03 / 1
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
  ДядяВася ( Слушатель )
18 сен 2022 17:59:35

 
Я ссылочку дал для того, чтобы иметь представление сколько можно снять энергии (по сравнению с альфа-изотопами) с грамма С-14, а энерговыделение у него почти ничего, для РИТЭГов его вообще не рассматривают. Дальше по тексту ссылки.
  • +0.20 / 10
  • АУ
 
<< Италия
Си Цзиньпин >>