Двухконтурная ядерная энергетическая система глубокого заложения Российский патент 2024 года по МПК G21C1/04 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при создании энергетических систем с ядерными реакторами, расположенных под землей, для автономного энергообеспечения наземных и подземных сооружений различного функционального назначения, например, подземных атомных электростанций, центров обработки данных, линий метрополитена, подземных сооружений, работающих без связи с окружающей средой, и др.

Известна энергетическая система для резервного энергообеспечения подземных объектов, например, метрополитена [RU 2298722, C1, F17C 1/00, 10.05.2007], содержащая расположенный ниже уровня земли на отметке, предотвращающей промерзание поверхности земли при самом длительном расчетном хранении сжиженного природного газа, отделенный от массива грунта теплоизоляционной податливой прослойкой несущий железобетонный резервуар, изнутри теплоизолированный и гидроизолированный от сжиженного природного газа и снабженный расположенными в технологической шахте (с герметическими люками и лестницей) трубопроводами для наполнения-выдачи сжиженного природного газа и его паров, при этом, подземное хранилище сжиженного природного газа расположено на уровне по глубине и на расстоянии по горизонту от технологической выработки метро, отделено от нее массивом грунта и соединено с ней двумя теплоизолированными криогенными жидкостным и газовым трубопроводами, в технологической выработке метро жидкостный трубопровод через первый запорно-регулирующий вентиль подсоединен к регазификатору повышения давления, выход которого подсоединен через запорный вентиль к газовому трубопроводу и через второй запорно-регулирующий вентиль подсоединен к регазификатору выдачи природного газа потребителю, выход которого через ресивер подсоединен к газовому двигателю резервной энергоустановки, подвод теплоты к регазификаторам осуществляется при помощи воздушных трубопроводов системы вентиляции и кондиционирования метро.

Недостатком данного технического решения является относительно большие габаритно-массовые характеристики, обусловленные необходимостью создания подземных хранилищ сжиженного природного газа для гарантированного автономного энергоснабжения подземного объекта, потребляющего большее количество электроэнергии.

Известна также автономная энергетическая система подземного сооружения, предназначенная для работы без связи с окружающей средой [RU 2620698, C1, Е04Н 9/12, 29.05.2016], содержащая автономную электростанцию включающую специальное фортификационное сооружение, расположенное под землей и предназначенное для работы в режиме полной изоляции (без связи с атмосферным воздухом), содержащее автономную электростанцию, холодильную машину, систему кондиционирования воздуха специального фортификационного сооружения, связанную с холодильной машиной контуром теплоносителя с насосом, емкость с дизельным топливом и линией подачи дизельного топлива в качестве горючего в автономную электростанцию, емкость со сжатым воздухом и линию подачи воздуха в качестве окислителя в автономную электростанцию, резервуар для хранения технической воды, из которого техническая вода подается по трубопроводам для охлаждения автономной электростанции и холодильной машины, при этом, она снабжена помещением из железобетона с теплоизолирующим слоем, в котором расположены емкость со сжиженным природным газом и теплообменник-испаритель для газификации сжиженного природного газа, через который проходит линия подачи природного газа в автономную электростанцию, причем автономная электростанция выполнена в виде газодизеля и работает в двухтопливном газодизельном режиме с использованием в качестве горючего смеси дизельного топлива и природного газа, при этом резервуар для хранения технической воды расположен в нижней части специального фортификационного сооружения, а через газодизель, холодильную машину и теплообменник-испаритель сжиженного природного газа проходят собственные магистрали с насосами, обеспечивающими подачу технической воды из резервуара технической воды для охлаждения газодизеля и холодильной машины, а также нагрева сжиженного природного газа в теплообменнике-испарителе, с последующим возвращением технической воды в резервуар с технической водой.

Недостатком этого технического решения является относительно низкая экологичность и относительно высокая сложность, поскольку главной проблемой при его реализации является необходимость сбора и утилизации внутри подземного сооружения отработанных газов двигателя автономной электростанции в режиме изоляции, исключающей выброс отработанных газов за пределы специального сооружения.

Кроме того, известна энергетическая система для сжигания попутного нефтяного газа [RU 2573541, C1, F02C 3/00, 20.01.2016], включающая масляный котел с трубопроводом для отвода отработанных газов с регулирующим клапаном, контур с промежуточным теплоносителем, соединяющий масляный котел и установку на основе органического цикла Ренкина, представляющую собой замкнутый контур с органическим рабочим телом, содержащим турбину на валу с электрогенератором и систему охлаждения с теплообменником и циркуляционным насосом, при этом, она дополнительно снабжена установленным в масляном котле горелочным устройством для полного сгорания попутного нефтяного газа с подключенной к нему линией подачи воздуха, проходящей через теплообменник системы охлаждения установки на основе органического цикла Ренкина, и байпасной линией с регулирующим клапаном, соединяющей трубопровод для отвода отработанных газов с регулирующим клапаном и топочное пространство масляного котла.

В качестве рабочего тела установки органического цикла Ренкина могут применяться различные виды органических веществ, например, пентан, пропан и др.

Недостатком этого технического решения является относительно узкая область применения.

Помимо указанных выше, известна ядерная энергетическая установка [RU 2757737, C1, G21D 1/00, 21.10.2021], содержащая первый контур, который включает в себя соединенные в замкнутую цепь водо-водяной ядерный реактор, циркуляционный насос первого контура, парогенератор и подключенную к ней систему поддержания давления в первом контуре, и второй контур, который включает в себя соединенные между собой паропроводами нагревательный элемент второго контура, находящийся в парогенераторе, с турбиной высокого давления и далее с турбиной низкого давления, которая через главный конденсатор, конденсатный и питательный насосы и деаэратор соединена с нагревательным элементом второго контура, при этом, она содержит дополнительный контур, состоящий из циркуляционной системы, в которую входят соединенные в замкнутую цепь циркуляционный насос дополнительного контура, водяной пароперегреватель, установленный на паропроводе между турбинами, и дополнительный теплообменник для нагрева воды дополнительного контура, размещенный по крайней мере в одном парогенераторе и нагревающий воду дополнительного контура до максимально возможной температуры и подключенную к нему систему поддержания давления в дополнительном контуре, для исключения кипения воды в дополнительном контуре.

Недостатком этого технического решения является его относительно низкий эксплуатационный ресурс.

Известно, что основной недостаток двухконтурных ядерных энергетических установок на основе водо-водяными реакторов (реакторов с водой под давлением) с водяными паротурбинными установками заключается в низких параметрах пара второго контура на выходе из парогенераторов: давление около 3,0-3,7 МПа и температура 285-300°С, что вызвано ограничением температуры теплоносителя первого контура - воды для сохранения ее в жидкой фазе. Из-за низких начальных параметров пара в паровом контуре проточная часть паровой турбины работает в области влажного пара. В связи с этим, при низких начальных параметрах пара из-за высокой влажности возникает интенсивная капельно-ударная эрозия лопаток турбоагрегатов.

Для устранения этого недостатка можно применять промежуточную сепарацию и промежуточный перегрев пара, но это приводит к значительному услужению схемы ядерных энергетических установок на основе водо-водяными реакторов и требует применения дополнительного объемного оборудования.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному является подземная атомная электростанция [RU 2273901, С2, G21D 5/00, 10.04.2006], включающая размещенные в подземных выработках технологические блоки в составе, по крайней мере, одного атомного энергетического блока, содержащего реакторную и турбогенераторную установки с транспортно-технологическим отделением и связанные с ним системы сбора и переработки радиоактивных отходов, хранилища отработавшего ядерного топлива и могильник радиоактивных отходов, а также имеющие выводы на поверхность систему водооборота, систему приточно-вытяжной вентиляции, кабельные трассы и транспортно-коммуникативные магистрали, при этом, подземные выработки под технологические блоки размещены на двух сообщающихся уровнях, причем, на верхнем уровне размещены, по крайней мере, один атомный энергетический блок, система сбора и переработки радиоактивных отходов и система приточно-вытяжной вентиляции, а на нижнем уровне размещены хранилище отработавшего ядерного топлива и могильник радиоактивных отходов, которые пространственно объединены и связаны с системой сбора и переработки радиоактивных отходов, при этом, одноименные концы туннелей под технологические блоки соединены туннелями под транспортно-коммуникативные магистрали, туннели для размещения каждого атомного энергетического блока разделены прочноплотными перегородками с образованием реакторного зала для размещения реакторной установки и машинного зала для размещения турбогенераторной установки, а реакторная установка размещена в заглубленном кессоне и снабжена изолирующей оболочкой, образующей совместно со стенками кессона и упомянутой перегородкой прочноплотную вакуумируемую выгородку, сопряженную с транспортно-технологическим отделением атомного энергетического блока, в реакторной установке которого использован реактор на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем.

Особенностями этого технического решения в частном случае является то, что верхний и нижний подземные уровни сообщены посредством шахт, которые соединяют туннели для транспортно-коммуникативных магистралей с хранилищем отработавшего ядерного топлива, туннели транспортно-коммуникативных магистралей имеют выводы на поверхность в виде шахт, примыкающих к упомянутым туннелям на их концах и оборудованных грузопассажирскими лифтами с санпропускниками, туннели для размещения технологических блоков имеют на концах буферные участки для предотвращения контакта с внешней средой, реакторная установка выполнена в виде моноблочной двухконтурной паропроизодящей установки, первый контур которой содержит жидкометаллический теплоноситель, а второй - пароводяное рабочее тело, в качестве жидкометаллического носителя выбран свинец Pb или сплав свинец-висмут Pb-Bi в виде расплава, реакторный зал снабжен полуобечайкой, размещенной над прочноплотной вакуумируемой выгородкой, система сбора и переработки радиоактивных отходов включает устройство отвердения жидких радиоактивных отходов и устройство сжигания и холодного прессования твердых радиоактивных отходов, система приточно-вытяжной вентиляции содержит устройство очистки загрязненного воздуха, в транспортно-технологическом отделении энергетического блока размещены обмывочный бокс отработавшего ядерного топлива и бассейны выдержки, хранилище отработавшего ядерного топлива выполнено с возможностью сухого долговременного хранения с обеспечением воздушного охлаждения, хранилище отработавшего ядерного топлива и могильник радиоактивных отходов имеют совокупный объем, соответствующий расчетному количеству радиоактивных отходов за срок эксплуатации электростанции, туннели для размещения технологических блоков выполнены длиной 160-200 м и диаметром 20-22 м, туннели для транспортно-коммуникативных магистралей выполнены длиной 200-500 м и диаметром 9-10 м, своды туннелей выполнены из железобетонных блоков и обжаты на породу, своды каждого туннеля для размещения атомного энергетического блока по всей длине усилены металлическими полуобечайками со шпангоутами для размещения подъемно-транспортного оборудования, выводы на поверхность систем водооборота, приточно-вытяжной вентиляции, кабельных трасс и транспортно-коммуникативных магистралей размещены в пределах наземных сооружений электростанции, а выводы на поверность систем водооборота, приточно-вытяжной вентиляции, кабельных трасс и транспортно-коммуникативных магистралей выполнены с исключением непосредственного контакта их с реакторной установкой.

Особенностью наиболее близкого технического решения является также то, что вода для охлаждения и функционирования ядерной энергетической системы подается из градирни, расположенной на поверхности земли.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая надежность, обусловленное тем, что она может работать только при сохранении взаимодействия с наземными средствами и оборудованием, поскольку, например, из-за отсутствия в подземном сооружении необходимых запасов охлаждающей воды, то при различных видах стихийных бедствий, негативных природных и автогенных воздействий (ураганах, пожарах, применения боевых средств поражения вероятным противником и др.), может привести к прекращению охлаждения парового контура и ядерного реактора, и, следовательно, к остановке работы подземной атомной электростанции. К снижению надежности приводит также высокая коррозионная активность водяного пара в паровом контуре, приводящая к коррозии лопаток паровой турбины.

Задача, которая решается в предложенном изобретении, направлена на создание ядерной энергетической системы глубокого заложения, обладающей высокой надежностью.

Требуемый технический результат заключается в повышении надежности.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении предлагаемого изобретения, обеспечивается тем, что предложенная система помимо работы в основном режиме при взаимодействии с наземными средствами и оборудованием, может работать и при нарушении такого взаимодействия, что, в частности, исключает возникновения аварийной остановки ядерного реактора при нарушении подачи охлаждающей воды с поверхности земли, а также повышает надежность работы паровой турбины парового контура ядерной энергетической системы.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается в двухконтурной ядерной энергетической системе глубокого заложения, содержащей энергетическое оборудование, расположенное в подземном сооружении и включающее в себя ядерный реактор и два замкнутых контура, первый из которых является жидкостным контуром с циркуляционным насосом, а второй является паровым контуром, включающим в себя парогенератор, паровую турбину с электрогенератором на одном валу, конденсатор и жидкостной насос, при этом жидкостной контур проходит через ядерный реактор и арогенератор парового контура, а также оборудование наземных объектов, включающих в себя градирню и наземных потребителей электроэнергии, при этом, энергетическое оборудование, расположенное в подземной сооружении, связано с оборудованием наземных объектов инженерными сетями, размещенными в вертикальных шахтах, связывающих подземное сооружение с поверхностью земли, согласно изобретению, она снабжена подземным резервуаром с охлажденной водой, подземным резервуаром с утепленной водой, линией подачи охлажденной воды из подземного резервуара с охлажденной водой в конденсатор парового контура, содержащей насос и регулирующий вентиль, байпасной линией, соединяющей линию подачи охлажденной воды с подземным резервуаром с охлажденной водой и содержащей регулирующий вентиль и теплообменник-охладитель, через который проходит система охлаждения с внутренней охлаждающей средой подземного сооружения, трансформаторной подстанцией с электрическими сетями, соединяющими подстанцию с электрогенератором парового контура и потребителями внутри подземного сооружения, линией подачи утепленной воды из подземного резервуара с утепленной водой в градирню, содержащей насос, линией подачи охлажденной воды из градирни в подземный резервуар с охлажденной водой, содержащей насос, электрическими сетями, соединяющих трансформаторную подстанцию с наземными потребителями электрической энергии, размещенными в вертикальных шахтах, которые связывают подземное сооружение с поверхностью земли, при этом в качестве парового контура двухконтурной ядерной энергетической системы используется установка органического цикла Ренкина с органическим рабочим телом, а подземный резервуар с охлажденной водой по объему кратно превосходит объем подземного резервуара с утепленной водой.

Введение в состав двухконтурной ядерной энергетической системы глубокого заложения, размещенных в подземном сооружении подземного резервуара с охлажденной водой, подземного резервуара с утепленной водой, трансформаторной подстанции, соединенной электрическими сетями с электрогенератором парового контура, линии подачи охлажденной воды из подземного резервуара

с охлажденной водой в конденсатор парового контура, содержащей насос и регулирующий вентиль, байпасной линии, соединяющей линию подачи охлажденной воды с подземным резервуаром с охлажденной водой и содержащей регулирующий вентиль и теплообменник-охладитель, через который система охлаждения с внутренней охлаждающей средой подземного сооружения, электрическими сетями, связывающими трансформаторную подстанцию с потребителями внутри подземного сооружения, линии подачи утепленной воды из подземного резервуара с утепленной водой в градирню, содержащей насос, линии подачи охлажденной воды из градирни в подземный резервуар с охлажденной водой, содержащей насос, электрических сетей, соединяющих трансформаторную подстанцию с наземными потребителями электрической энергии, размещенных в шахтах, связывающих подземное сооружение с поверхностью земли, при этом, в качестве парового контура двухконтурной ядерной энергетической системы используется установка органического цикла Ренкина с органическим рабочим телом, а подземный резервуар с охлажденной водой по объему кратно превосходит объем подземный резервуара с утепленной водой, позволяет получить новое свойство, заключающееся в повышении надежности за счет обеспечения возможности работы ядерной энергетической системы в двух режимах, в обычном режиме при взаимодействии с оборудованием наземных объектов и в режиме без взаимодействия с оборудованием наземных объектов в аварийных ситуациях вследствие различных стихийных бедствий или средств боевого поражения, при этом в режиме без взаимодействия с оборудованием наземных объектов выработка электроэнергии и обеспечение энергией потребителей, расположенных в подземном сооружении, осуществляется за счет расположения трансформаторной подстанции в подземном сооружении, связанной с электрогенератором парового контура, и подачи охлаждающей воды в паровой контур ядерной энергетической системы из подземного резервуара с охлажденной водой, обеспечения более длительного срока (периода времени) работы ядерной энергетической системы в режиме без связи с наземной окружающей средой за счет применения подземного резервуара с охлажденной водой по объему кратно превосходящего объем подземного резервуара с утепленной водой и дополнительного охлаждения воды за счет холодильного потенциала внутренней среды подземного сооружения, повышения надежности работы энергетической системы, исключения возникновения аварийной остановки ядерного реактора при работе в режиме без взаимодействия оборудованием наземных объектов, а также повышения надежности работы паровой турбины парового контура энергетической системы во всех режимах работы за счет использования в качестве парового контура двухконтурной ядерной энергетической системы установки органического цикла Ренкина с органическим рабочим телом, что позволяет снизить коррозионную активность рабочего тела в паровом контуре и исключить коррозию лопаток паровой турбины.

На чертеже представлена функциональная схема двухконтурной ядерной энергетической системы глубокого заложения, где обозначены:

1 - подземное сооружение;

2 - ядерный реактор;

3 - жидкостной (первый) контур;

4 - циркуляционный насос жидкостного контура;

5 - паровой (второй) контур;

6 - парогенератор;

7 - паровая турбина;

8 - электрогенератор;

9 - конденсатор;

10 - жидкостной насос парового контура;

11 - градирня;

12 - наземные потребители электроэнергии;

13 - вертикальная шахта, связывающая подземное сооружение с поверхностью земли;

14 - поземный резервуар с охлажденной водой;

15 - подземный резервуар с утепленной водой;

16 - линия подачи охлажденной воды из подземного резервуара с охлажденной водой;

17 - насос линии подачи охлажденной воды;

18 - регулирующий вентиль линии подачи охлажденной воды;

19 - байпасная линия;

20 - регулирующий вентиль байпасной линии;

21 - теплообменник-охладитель байпасной линии;

22 - система охлаждения с внутренней охлаждающей средой подземного сооружения;

23 - трансформаторная подстанция с электрическими сетями, соединяющими подстанцию с электрогенератором парового контура;

24 - внутренние потребители электроэнергии, находящиеся внутри подземного сооружения;

25 - линия подачи утепленной воды из подземного резервуара с утепленной водой в градирню;

26 - насос линии подачи утепленной воды из подземного резервуара с утепленной водой в градирню;

27 - линия подачи охлажденной воды из градирни в подземный резервуар с охлажденной водой;

28 - насос линии подачи охлажденной воды из градирни в подземный резервуар с охлажденной водой;

29 - электрические сети, соединяющие трансформаторную подстанцию с наземными потребителями электрической энергии.

30 - электрические сети, соединяющие трансформаторную подстанцию с потребителями электрической энергии, расположенными в подземном сооружении.

Работа предлагаемой двухконтурной ядерной энергетической системы глубокого заложения осуществляется следующим образом.

Предлагаемая ядерная энергетическая система может работать в двух режимах: в обычном режиме при взаимодействии с оборудованием наземных (вспомогательных) объектов и в режиме изоляции, при отсутствии взаимодействия с оборудованием наземных объектов.

В обычном режиме при взаимодействии с оборудованием наземных объектов двухконтурная ядерная энергетическая система глубокого заложения работает следующим образом.

В подземном сооружение 1 размещается ядерный реактор 2, в котором за счет реакции деления ядерного топлива, выделяется тепловая энергия. Тепловая энергия в активной зоне реактора 2 передается рабочему телу первого жидкостного контура 3, например, воде, которая циркулирует по первому контуру 3 за счет работы циркуляционного насоса 4. При этом рабочее тело контура 3 свое агрегатное состояние в процессе работы энергетической системы не меняет и постоянно остается в жидком состоянии.

Нагретое рабочее тело первого контура 3 передает тепловую энергию рабочему телу второго контура 5 энергетической системы в парогенераторе 6. После теплопередачи, охлажденное рабочее тело (вода) первого контура 3 вновь поступает в ядерный реактор 2 с помощью циркуляционного насоса 4.

Нагретое рабочее тело первого контура 3 передает тепловую энергию рабочему телу парового контура 5 двухконтурной ядерной энергетической системе, в качестве которой применяется установка органического цикла Ренкина с органическим рабочим телом, например, пентаном. Передача тепловой энергии происходит в парогенераторе 6, где жидкий пентан за счет тепловой энергии нагревается, переходит в пар, а пар пентана перегревается до высокой температуры и давления.

Из парогенератора 6 парового контура 5 перегретый пар пентана под высоким давлением поступает в паровую турбину 7 с электрогенератором 8 на одном валу. За счет вращения турбины 7 в электрогенераторе 8 вырабатывается полезная электрическая энергия для потребителей 24, расположенных внутри подземного сооружения 1, и наземных потребителей 12, расположенных на поверхности земли.

Применение установки органического цикла Ренкина, в качестве парового контура 5 ядерной энергетической системы с органическим рабочим телом в виде пентана, позволяет уменьшить коррозию лопаток паровой турбины 7 и снизить аварийность работы ядерного реактора 2.

Проходя паровую турбину 7, пары пентана снижают давления и поступают в конденсатор 9 парового контура 5, где конденсируются за счет охлаждения от охлаждающей среды, подаваемой по линии подачи охлажденной воды 16 из резервуара 14 с охлажденной водой. Затем жидкий пентан подается вновь в парогенератор 6 с помощью подающего жидкостного насоса 10.

Холодная вода, подаваемая по линии подачи охлажденной воды 16 из подземного резервуара 14 с охлажденной водой, проходя через конденсатор 9 парового контура 5 нагревается и поступает в подземный резервуар 15 с утепленной водой. При этом регулирующий вентиль 18 линии подачи охлажденной воды 16 открыт, а регулирующий вентиль 20 байпасной линии 19 - закрыт.

Из подземного резервуара с утепленной водой 15 теплая вода подается в градирню 11 по линии подачи утепленной воды 25 с помощью насоса 26.

В градирне 11 теплая вода охлаждается за счет теплообмена с воздухом окружающей среды, а затем охлажденной по линии подачи охлажденной воды 27 подается из градирни 11 в подземный резервуар 14 с охлажденной водой с помощью насоса 28.

За счет вращения турбины 7 в электрогенераторе 8 вырабатывается полезная электрическая энергия, которая поступает в трансформаторную подстанцию 23. От трансформаторной подстанции 23 по электрическим сетям 29 электроэнергия поступает к наземным потребителями электрической энергии 12 и потребителям 24, расположенным внутри подземного сооружения 1, по электрическим сетям 30.

Линия подачи утепленной воды 25 из подземного резервуара 15 с утепленной водой в градирню 11, линия подачи охлажденной воды 27 из градирни 11 в подземный резервуар 14 с охлажденной водой и электрические сети 29, соединяющие трансформаторную подстанцию 23 с наземными потребителями электрической энергии 12, размещены в вертикальных шахтах 13, связывающих подземное сооружение 1 с поверхностью земли.

В режиме без взаимодействия с оборудованием наземных объектов двухконтурная ядерная энергетическая система глубокого заложения работает следующим образом.

В этом режиме ядерная энергетическая система работает при нарушении подачи охлаждающей воды с поверхности земли из градирни 11 вследствие различных видов стихийных бедствий, негативных природных и автогенных воздействий (например, ураганах, пожаров, применения боевых средств поражения вероятного противника и др.).

В режиме без взаимодействия с оборудованием наземных объектов от трансформаторной подстанции 23 осуществляется электроснабжение только потребителей 24, расположенных внутри подземного сооружения 1, по электрическим сетям 30. Холодная вода, подаваемая по линии подачи охлажденной воды 16 из подземного резервуара 14 с охлажденной водой, проходя через конденсатор 9 парового контура 5 нагревается и, первоначально, сливается в подземный резервуар 15 с утепленной водой, при этом регулирующий вентиль 18 линии подачи охлажденной воды 16 открыт, а регулирующий вентиль 20 байпасной линии 19 - закрыт.

После заполнения подземного резервуара 15 с утепленной водой, регулирующий вентиль 18 линии подачи охлажденной воды закрывают, а регулирующий вентиль 20 байпасной линии 19 открывают. Вследствие этого вода по линии подачи охлажденной воды 16 из подземного резервуара 14 с охлажденной водой, проходя через конденсатор 9 парового контура 5, нагревается и возвращается в подземный резервуар 14 с охлажденной водой по байпасной линии 19.

Для охлаждения утепленной воды на байпасной линии 19 размещен теплообменник-охладитель 21, через который проходит система охлаждения 22 с внутренней средой подземного сооружения 1, в качестве которой может быть, например, воздух внутри подземного сооружения 1.

Объем, а, соответственно, и холодильный потенциал внутренней среды подземного сооружения 1 может быть значительным, как например, в случае воздуха линий метрополитена. При этом, безусловно, температура воды в подземном резервуаре 14 с охлажденной водой, как и температура окружающей среды внутри подземного сооружения 1 постепенно растет.

Режим без взаимодействия с оборудованием наземных объектов ограничен периодом времени, в течение которого температура в подземном резервуаре 14 с охлажденной водой и температура внутренней среды подземного сооружения 1 не станет равной температуре конденсации рабочего тела парового контура 5 (установки органического цикла Ренкина). При исчерпании холодильного потенциала воды в подземном резервуаре 14 и выравнивания температур вышеуказанных сред внутри подземного сооружения 1 работа ядерной энергетической системы прекращается.

Период работы ядерной энергетической системы в режиме без взаимодействия с оборудованием наземных объектов может составлять от одних суток до нескольких недель и зависит, прежде всего, от объема подземного резервуара 14 с охлажденной водой. Это период является расчетным и определяется по техническому заданию при проектировании двухконтурной ядерной энергетической системы глубокого заложения. Вследствие этого соотношение между объемами подземного резервуара 14 с охлажденной водой и подземного резервуара 15 с утепленной водой может составлять от 2 и более раз, то есть, объем подземного резервуара 14 с охлажденной водой по объему кратно превосходит объем подземного резервуара 15 с утепленной водой.

Возможность подачи охлаждающей воды в паровой контур 5 ядерной энергетической системы из большего по объему подземного резервуара 14 с охлажденной водой с дополнительным ее охлаждением в теплообменнике-охладителе 21 за счет холодильного потенциала внутренней среды подземного сооружения 1 обеспечивает увеличение срока работы ядерной энергетической системы в режиме без связи с окружающей наземной средой, а также повышение надежности ее работы и исключение возникновения аварийной остановки ядерного реактора при работе в режиме изоляции без взаимодействия с оборудованием наземных объектов, чем и достигается требуемый технический результат.

Изобретение относится к подземной ядерной энергетической системе. Двухконтурная ядерная энергетическая система глубокого заложения содержит ядерный реактор и два замкнутых контура, а также оборудование наземных объектов. Система снабжена подземным резервуаром с охлажденной водой, подземным резервуаром с утепленной водой, линией подачи охлажденной воды из подземного резервуара с охлажденной водой в конденсатор парового контура, содержащей насос и регулирующий вентиль. Кроме того, система содержит байпасную линию, соединяющую линию подачи охлажденной воды с подземным резервуаром с охлажденной водой, снабженную регулирующим вентилем и теплообменником-охладителем, через который проходит система охлаждения с внутренней охлаждающей средой подземного сооружения, и линию подачи утепленной воды из подземного резервуара с утепленной водой в градирню. Причем в качестве парового контура двухконтурной ядерной энергетической системы используется установка органического цикла Ренкина с органическим рабочим телом, а подземный резервуар с охлажденной водой по объему кратно превосходит объем подземного резервуара с утепленной водой. Техническим результатом является повышение надежности энергетической системы. 1 ил.

Двухконтурная ядерная энергетическая система глубокого заложения, содержащая энергетическое оборудование, расположенное в подземном сооружении, и включающая в себя ядерный реактор и два замкнутых контура, первый из которых является жидкостным контуром с циркуляционным насосом, а второй является паровым контуром, включающим в себя парогенератор, паровую турбину с электрогенератором на одном валу, конденсатор и жидкостной насос, при этом жидкостной контур проходит через ядерный реактор и парогенератор парового контура, а также оборудование наземных объектов, включающих в себя градирню и наземных потребителей электроэнергии, при этом, энергетическое оборудование, расположенное в подземной сооружении, связано с оборудованием наземных объектов инженерными сетями, размещенными в вертикальных шахтах, связывающих подземное сооружение с поверхностью земли, отличающаяся тем, что она снабжена подземным резервуаром с охлажденной водой, подземным резервуаром с утепленной водой, линией подачи охлажденной воды из подземного резервуара с охлажденной водой в конденсатор парового контура, содержащей насос и регулирующий вентиль, байпасной линией, соединяющей линию подачи охлажденной воды с подземным резервуаром с охлажденной водой и содержащей регулирующий вентиль и теплообменник-охладитель, через который проходит система охлаждения с внутренней охлаждающей средой подземного сооружения, трансформаторной подстанцией с электрическими сетями, соединяющими подстанцию с электрогенератором парового контура и потребителями внутри подземного сооружения, линией подачи утепленной воды из подземного резервуара с утепленной водой в градирню, содержащей насос, линией подачи охлажденной воды из градирни в подземный резервуар с охлажденной водой, содержащей насос, электрическими сетями, соединяющих трансформаторную подстанцию с наземными потребителями электрической энергии, размещенными в вертикальных шахтах, которые связывают подземное сооружение с поверхностью земли, при этом в качестве парового контура двухконтурной ядерной энергетической системы используется установка органического цикла Ренкина с органическим рабочим телом, а подземный резервуар с охлажденной водой по объему кратно превосходит объем подземного резервуара с утепленной водой.