Какими могут быть атомные электрические станции (АЭС) приведено на рисунке 1.
Рисунок 1 – Классификация АЭС
Атомные станции сооружаются по блочному принципу как в тепловой, так и в электрической части.
Ядерные реакторы АЭС классифицируются по различным признакам.
1. По уровню энергии нейтронов реакторы разделяются на два основных класса:
тепловые (на тепловых нейтронах) и быстрые (на быстрых нейтронах).
2. По виду замедлителя нейтронов реакторы бывают:
водными, тяжеловодными, графитовыми.
3. По виду теплоносителя - водными, тяжеловодными, газовыми, жидко металлическими.
Водоохлаждаемые реакторы классифицируются также по конструктивному исполнению: корпусные и канальные.
С точки зрения организации ремонта оборудования наибольшее значение для АЭС имеет классификация по числу контуров. Число контуров выбирают с учетом требований обеспечения безопасной работы блока при всех возможных аварийных ситуациях. Увеличение числа контуров связано с появлением дополнительных потерь в цикле и соответственно уменьшением КПД АЭС.
В системе любой АЭС различают теплоноситель и рабочее тело.
Рабочим телом, т.е. средой, совершающей работу, преобразуя тепловую энергию в механическую, является водяной пар.
 |
Назначение теплоносителя на АЭС - отводить теплоту, выделяющуюся в реакторе. Если контуры теплоносителя и рабочего тела не разделены, АЭС называют одноконтурной (рисунок 2).
Рисунок 2– Тепловая схема одноконтурной АЭС
1 - реактор; 2 - турбина; 3- турбогенератор; 4- конденсационная установка; 5- конденсатный насос; б - система регенеративного подогрева питательной воды; 7 - питательный насос.
В одноконтурных схемах все оборудование работает в радиационно-активных условиях, что осложняет его ремонт. По одноконтурной схеме работают АЭС с реакторами типа РБМК-1000 и РБМК-1500.
 |
Если контуры теплоносителя и рабочего тела разделены, то АЭС называют двухконтурной (рисунок 3).
Рисунок 3 – Тепловая схема двухконтурной АЭС
8 - парогенератор; 9 - циркуляционный насос контура реактора; 10 - циркуляционный насос промежуточного контура.
Соответственно контур теплоносителя называют первым, а контур рабочего тела - вторым. В таких схемах реактор охлаждается теплоносителем, прокачиваемым через него, и парогенератор - главным циркуляционным насосом. Образованный таким образом контур теплоносителя является радиоактивным, но он включает в себя не все оборудование станции, а лишь его часть. Второй контур включает оборудование, которое работает при отсутствии радиационной активности - это упрощает ремонт оборудования. На двухконтурной станции обязателен парогенератор, который разделяет первый и второй контуры.По двухконтурной схеме работают АЭС с реакторами типа ВВЭР-440 и ВВЭР-1000.
 |
Существуют теплоносители, интенсивно взаимодействующие с паром и водой. Это может создать опасность выброса радиоактивных веществ в обслуживаемые помещения. Таким теплоносителем является, например, жидкий натрий. Поэтому создают дополнительный (промежуточный) контур, для того чтобы даже в аварийных режимах избежать контакта радиоактивного натрия с водой или водяным паром. Такие АЭС называют трехконтурными (рисунок 4).
Рисунок 4 – Тепловая схема трехконтурной АЭС
По трехкотурной схеме работают АЭС с реакторами типа БН-350 и БН-600.В настоящее время на АЭС в основном установлены энергоблоки мощностью 350 - 1500 МВт с реакторами типа ВВЭР-440, ВВЭР-1000, РБМК-1000, РБМК-1500, БН-350 и БН-600. Основные характеристики реакторов приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Основные характеристики реакторов АЭС
| Параметр | Тип реактора | ||||
| Водо-водяные | Канальные водо-графи- товые | На быстрых нейтронах | |||
| ВВЭР-440 | ВВЭР-1000 | РБМК-1000 | РБМК-1500 | БН-350 БН-600 | |
| Тепловая мощность реактора, МВт | - | 1000 1430 | |||
| Электрическая мощность, МВт | 350 600 | ||||
| Давление в корпусе реактора, МПа | 12,5 | - | - | - | |
| Давление в барабанах-сепараторах или в парогенераторах, МПа | |||||
| Расход воды, циркулирующей в реакторе, м3/ч | _ | ||||
| Загрузка урана, т | - | - - | |||
| Кампания реактора, ч | - | - | _ | ||
| Размер активной зоны, м: диаметр высота | 2,88 2,5 | 3,12 3,5 | 11,8 7,0 | 11,8 7 | 1,5 2,05 1,0 0,75 |
| Топливные кассеты: число кассет число твэлов в кассете | 349 126 | 151 331 | - | - | - - |
На рисунке 5 приведем принцип работы АЭС.
Рисунок 5 - Принцип работы АЭС
На Белорусской АЭС установлены два реактора ВВЭР-1200.
Первый энергоблок Белорусской атомной электростанции включен в сеть после проведения работ по замене трансформаторов напряжения в измерительных цепях генераторного выключателя, а также испытаний теплоэнергетического оборудования, необходимых измерений и исследований.
Включение энергоблока в сеть и набор нагрузки проведены в соответствии с требованиями технологического регламента безопасной эксплуатации без замечаний. Реактор первого энергоблока в настоящее время работает на мощности 40 % от номинальной. Продолжаются испытания систем и оборудования энергоблока. Согласно графику сооружения БелАЭС к этапу опытно-промышленной эксплуатации первого энергоблока планируется приступить в декабре (рисунок 6).
Рисунок 6 – Белорусская АЭС
Удельный расход топлива на АЭС:
(кг/кВт·ч)
В – часовой расход топлива,
Ny – электрическая мощность,
– низшая теплотворная способность топлива.
– КПД станции.
3600 кДж/(кВт·ч) – тепловой эквивалент 1 кВт·ч (или 860 ккал/кВт·ч).
Удельный расход выгоревшего ядерного топлива:
(г/МВт·ч)
Общий расход ядерного топлива на АЭС определяется в зависимости от глубины выгорания 
(количество выгоревшего делящегося вещества на 1 кг ядерного топлива).
1. При работе АЭС без повторного использования ядерного топлива (разомкнутый цикл) годовые издержки на топливо:
– цена загружаемого топлива,
– стоимость переработки отходов,
– количество ядерного топлива загружаемого в активную зону ядерного реактора,
– длительность компании топлива в активной зоне.
Чем выше глубина выгорания, тем ниже себестоимость.
2. Повторное использование топлива (замкнутый цикл).
При переработке облученного топлива с целью извлечения остаточного урана и накопленного плутония составляющая эксплуатационных расходов определяется:
– цена облученного топлива.
При определении себестоимости электроэнергии на АЭС, следует принимать во внимание тип используемого реактора.
Себестоимость энергии определяется так же, как на КЭС и ТЭЦ. Себестоимость энергии равно сумме годовых затрат, деленных на количество отпущенной энергии.
Ежегодные затраты разделяются на Белорусской АЭС на группы затрат:
1. Топливные затраты:
- затраты на покупку топлива;
- операционные затраты на обращение с отход ядерного топлива (ОЯТ) и радиоактивными отходами (РАО);
- ежегодные отчисления на строительство хранилища ОЯТ и РАО (из оценки необходимости сформировать фонд за 15 лет).
2. Операционные затраты:
- операционные затраты на обслуживание станции;
- прочие операционные затраты;
- составляющая затрат на декомиссию станции, отчисляемая от выработанной электроэнергии (из оценки необходимости сформировать фонд на декомиссию за 15 лет).
3. Амортизация основных средств:
- составляющая беларусской части вклада в строительство АЭС (из оценки в 15 лет);
- бюджетные затраты на строительство инфраструктуры вокруг станции (из оценки амортизации в 30 лет);
- бюджетные траты и кредитная составляющая проведённых модернизаций в энергосистеме Беларуси (из оценки амортизации в 30 лет).
Затраты на погашение кредитов:
так как затраты на погашение кредитов существенны в первый период работы станции, то их следует учитывать в себестоимости не через амортизацию оборудования, а через ежегодные непосредственные кредитные выплаты и выплаты по процентам:
- кредитная составляющая основного российского кредита (15 лет);
- кредитная составляющая иных кредитов и процентных выплат по ним.