Атомни електроцентрали, Многократен кръг с принудителна циркулация (MPC), Втора термична
Атомна електроцентрала- електроцентрала, в която атомната (ядрената) енергия се преобразува в електрическа. Генераторът на енергия в атомната електроцентрала е ядрен реактор. Принципът на работа на атомната електроцентрала е много прост - това е обичайното преобразуване на топлинната енергия в електрическа. С други думи, атомните електроцентрали работят на същия принцип като конвенционалните топлоелектрически централи, само с една разлика - енергията, получена от разпада на уранови ядра, се използва за загряване на вода. Източникът на топлинна енергия в атомните електроцентрали е ядрен реактор, в който протича контролирана ядрена реакция.
Реакторната инсталация RBMK-1000 е едноконтурна охлаждаща течност, тъй като водата след преминаване през реактора, след като се нагрее и частично изпари, навлиза в турбината под формата на пара и след като свърши работа, се връща отново в реактора. Но в топлинната схема могат да се разграничат две топлинни вериги със собствени източници и консуматори на топлинна енергия.
Нека разгледаме опростена термична схема на атомна електроцентрала с реактор тип РБМК-1000
Множествена верига с принудителна циркулация (MPC)
Източникът на топлинна енергия, както във всички атомни електроцентрали, е активната зона на реактора. Като охлаждаща течност се използва вода, която частично се изпарява, докато преминава през активната зона на реактора. На изхода на реактора водата съдържа средно 15% пара. Налягането на водата в пътищата на охлаждащата течност е 0,7 MPa (около 70 atm.) При това налягане точката на кипене на водата е 284 0C. Сместа пара-вода от реактора се насочва към барабанния сепаратор, който в топлинната верига действа като консуматор на топлинна енергия. В сепараторния барабан се взема пара от сместа пара-вода и се добавя захранваща вода; на изхода на сепараторния барабан получаваме вода като "студен" топлоносител,и температурата остава почти същата. Като метод за топлообмен се използва принудителна конвекция, с други думи, помпа се използва за изпомпване на охлаждащата течност през активната зона на реактора.
Въз основа на гореизложеното е възможно да се изобрази термична схема за веригата с многократна принудителна циркулация (MPC) на реактора RBMK-1000
Втора термична верига
Помислете за втората термична верига. Сепараторният барабан, вземайки топлинна енергия заедно с парата от първи контур, където тя е консуматор, я отдава на втори контур. Следователно той е източник на топлинна енергия за втория топлинен кръг.
"Горещият" топлоносител е пара, отделена от пароводната смес в сепараторния барабан. Температурата на парата е около 284 0С, налягането P = 7 MPa. След сепараторния барабан парата постъпва в турбината, където върти ротора (топлинната енергия се преобразува в механична), турбината е консуматор на топлинна енергия. Роторът на електрическия генератор е твърдо свързан с ротора на турбината, който генерира електричество. Параметри на парата на изхода на турбината: температура 30 0 C, налягане P = 0,004 MPa. След турбината парата трябва да се прехвърли в течно състояние, тоест да се превърне във вода, този процес се извършва в кондензатора. Парата в кондензатора предава своята топлинна енергия на водата, която идва от охладителното езерце, следователно кондензаторът също е консуматор на енергия. На изхода на кондензатора получаваме вода, с параметри близки до парата, която е "студен" топлоносител за втори термичен кръг. Тази вода, преминавайки през няколко спомагателни устройства, става захранваща вода и се подава в сепараторния барабан с помощта на захранваща помпа.
Трябва да се разберече описаната по-горе схема е само приближение към реалната топлинна схема. Той отразява само ключовите елементи, необходими за разбирането на основните принципи на работа на електроцентралата. Такива важни елементи като деаератор, кондензна помпа, междинни нагреватели не са показани на тази диаграма. Загуби на топлинна енергия в топлинната верига
Във веригата има два консуматора на топлинна енергия. Първият е, че турбината преобразува топлинната енергия в механична енергия, която се преобразува в електрическа енергия в генератора, като по този начин прави полезна трансформация на енергията. Вторият консуматор, кондензаторът, преобразува топлинната енергия на парата в топлинната енергия на водата в резервоара. Топлинната мощност на реактора РБМК-1000 е приблизително 3200 MW, а електрическата мощност на реакторната централа е 1000 MW.
2200 MW се изразходват за отопление на резервоара и околната среда. Получаването на езерце, което не замръзва през зимата, едва ли може да се нарече полезно преобразуване на енергия, но е невъзможно да се направи без такива загуби на топлинна енергия. В термодинамиката съществува теорема за пределната ефективност (ефективност) за преобразуване на топлинна енергия в механична.
Нека се опитаме да разберем, без да използваме тази теорема, необходимостта от кондензатор в термична верига. В турбината има намаляване на температурата и налягането на парата поради работата (въртене на ротора), ясно е, че температурата и налягането не могат да бъдат намалени за неопределено време (без допълнителни и скъпи инсталации), следователно на изхода на турбината получаваме пара с температура 300C, налягане P = 0,004 MPa (0,04 atm.). Въпреки това, дори такава пара, която не може да се използва нито за отопление, нито за въртене на ротора на турбината, съдържа количество топлинна енергия почти два пъти повече от това, което е отдала при преминаване през турбината. Тази енергиясе прехвърля към охлаждащата вода в кондензатора, когато парата се превръща във вода, докато температурата остава приблизително 30°C.