Наиболее важной классификацией для АЭС является их классификация по числу контуров. Различают АЭС одноконтурные,двухконтурные и трехконтурные. В любом случае на современных АЭС в качестве двигателя применяют паровые турбины.
В системе АЭС различают теплоноситель и рабочее тело. Рабочим телом, то есть средой, совершающей работу, с преобразованием тепловой энергии в механическую, является водяной пар. Требования к чистоте пара, поступающего на турбину, настолько высоки, что могут быть удовлетворены с экономически приемлемыми показателями только при конденсации всего пара и возврате конденсата в цикл. Поэтому контур рабочего тела для АЭС, как и для любой современной тепловой электростанции, всегда замкнут и добавочная вода поступает в него лишь в небольших количествах для восполнения утечек и некоторых других потерь конденсата.
Назначение теплоносителя на АЭС — отводить теплоту, выделяющуюся в реакторе. Для предотвращения отложений на тепловыделяющих элементах необходима высокая чистота теплоносителя. Поэтому для него также необходим замкнутый контур и в особенности потому, что теплоноситель реактора всегда радиоактивен.
Если контуры теплоносителя и рабочего тела разделены, то АЭС называют двухконтурной. Соответственно контур теплоносителя называют первым, а контур рабочего тела — вторым. В такой схеме реактор охлаждается теплоносителем, прокачиваемым через него и парогенератор главным циркуляционным насосом. Образованный таким образом контур теплоносителя является радиоактивным, он включает в себя не все оборудование станции, а лишь его часть. В систему первого контура входит компенсатор объема, так как объем теплоносителя изменяется в зависимости от температуры.
Пар из парогенератора двухконтурной АЭС поступает в турбину, затем в конденсатор, а конденсат из него насосом возвращается в парогенератор. Образованный таким образом второй контур включает в себя оборудование, работающее в отсутствие радиации; это упрощает эксплуатацию станции. На двухконтурной АЭС обязателен парогенератор — устройство, разделяющее оба контура, поэтому оно в равной степени принадлежит как первому, так и второму. Передача теплоты через поверхность нагрева требует перепада температур между теплоносителем и кипящей водой в парогенераторе. Для водного теплоносителя это означает поддержание в первом контуре более высокого давления, чем давление пара, подаваемого на турбину. Стремление избежать закипания теплоносителя в активной зоне реактора приводит к необходимости иметь в первом контуре давление, существенно превышающее давление во втором контуре. По двухконтурной схеме работают Нововоронежская, Кольская, Балаковская и Калининская АЭС.
В качестве теплоносителя в схеме АЭС, показанной на рис. 2.2 б, могут быть использованы также и газы. Газовый теплоноситель прокачивается через реактор и парогенератор газодувкой, играющей ту же роль, что и главный циркуляционный насос, но в отличие от водного для газового теплоносителя давление в первом контуре может быть не только выше, но и ниже, чем во втором.
Каждый из описанных двух типов АЭС с водным теплоносителем имеет свои преимущества и недостатки, поэтому развиваются АЭС обоих типов. У них имеется ряд общих черт, к их числу относится работа турбин на насыщенном паре средних давлений. Одноконтурные и двухконтурные АЭС с водным теплоносителем наиболее распространены, причем в мире в основном предпочтение отдается двухконтурным АЭС.
Схема принципиальная функционирования.
Ядерный реактор представляет собой устройство, предназначенное для организации и поддержания управляемой цепной реакции деления некоторых тяжелых ядер, в результате которой высвобождается ядерная энергия, преобразуемая в нем в тепловую с последующим использованием ее внешним потребителем.
1 – реактор;
2 – парогенератор;
3, 6 – части высокого и низкого давления турбины;
4 – сепаратор;
5 – пароперегреватель;
7 – генератор;
8 – конденсатор;
9 – конденсатный насос;
10 – циркуляционный насос;
11 – подогреватель низкого давления;
12 – деаэратор;
13 – питательный насос;
14 – подогреватель высокого давления;
15 – главный циркуляционный насос.
В ядерном реакторе внутриядерная энергия преобразуется в тепловую, которая отводится теплоносителем по трубопроводам первого контура в парогенератор, где через поверхность нагрева тепло передается рабочему телу. Охлажденный теплоноситель с помощью главного циркуляционного насоса (ГЦН) вновь направляется в реактор, и контур замыкается. Рабочим телом служит обычная вода, генерируемая в пар. Пар по трубопроводу рабочего контура направляется в турбогенератор, в котором последовательно тепловая энергия превращается в механическую, а механическая - в электрическую.
Отработанный пар конденсируется в конденсаторе и прокачивается конденсатными насосами через регенеративную систему низкого давления. Далее с помощью питательных насосов вода, пройдя через регенеративную систему высокого давления, вновь поступает в парогенератор.
Такова принципиальная схема так называемых двухконтурных АЭС, наиболее распространенных в настоящее время.