Details

Настоящее учебное пособие соответствует содержанию федеральной дисциплины государственного образовательного стандарта по направлению подготовки 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника». Являясь первым в отечественной учебной литературе комплексным руководством по ядерно-водородной когенерации, оно подробно освещает перспективные технологии производства водорода методом высокотемпературного парового электролиза (ВТПЭ) с использованием энергетических возможностей легководных реакторов типа ВВЭР. В пособии последовательно изложены фундаментальные принципы термодинамики ВТПЭ, представлен подробный анализ эталонной установки для электролиза, разработанной в Национальной лаборатории Айдахо (INL), и описаны современные схемы интеграции электролизных модулей с энергоблоками атомных электростанций. Особое внимание уделяется практическим аспектам компьютерного моделирования в среде Aspen HYSYS. В пособии представлено пошаговое руководство по созданию термодинамической модели, выбору компонентов и пакета свойств (Electrolyte NRTL), настройке реакции электролиза, построению полной технологической схемы, включая систему сжатия воздуха, рекуперацию тепла, контуры рециркуляции, блок очистки водорода, а также интеграцию с промежуточным контуром ядерного реактора. Рассмотрены вопросы сходимости расчетов, экспорта данных и идентификации входных параметров. Пособие предназначено для студентов магистратуры, специализирующихся в области атомной энергетики, водородной энергетики и компьютерного моделирования процессов тепло- и массообмена. Его также могут использовать аспиранты, научные сотрудники и инженеры-проектировщики, работающие в области ядерно-водородных когенерационных систем и высокотемпературного электролиза.

This training manual complies with the content requirements of the federal discipline within the state educational standards for the following training direction: 13.03.01 “Heat Power Engineering”. As the first comprehensive guide in Russian educational literature on nuclear-hydrogen cogeneration, this manual provides a detailed examination of advanced hydrogen production technologies based on high-temperature steam electrolysis (HTSE) utilizing the energy capabilities of light-water reactors of the VVER type. The manual systematically presents the fundamental principles of HTSE thermodynamics, provides a detailed analysis of the reference electrolysis plant developed at the Idaho National Laboratory (INL), and describes modern schemes for integrating electrolysis modules with nuclear power plant units. Special attention is devoted to practical aspects of computer modeling in the Aspen HYSYS environment. The manual provides step-by-step guidance on creating a thermodynamic model, selecting components and property packages (Electrolyte NRTL), configuring the electrolysis reaction, constructing a complete process flow diagram including the air compression system, heat recovery, recycle loops, hydrogen purification block, and integration with the nuclear reactor intermediate loop. Issues of calculation convergence, data export, and identification of input parameters are also addressed. This manual is intended for master’s degree students specializing in nuclear energy, hydrogen energy, and computer modeling of heat and mass transfer processes. It may also be used by postgraduates, researchers, and design engineers working in the field of nuclear-hydrogen cogeneration systems and high-temperature electrolysis.

• Содержание
• Глава 1: Введение в модульную систему производства водорода с помощью атомной энергии на основе высокотемпературного парового электролиза
• 1.1 Водород как энергоноситель
• 1.2 Роль водорода в глобальном энергетическом переходе
• 1.3 Водородная экономика: возможности и вызовы
• 1.4 Цветовая гамма водорода: от серого до зеленого и розового
• 1.5 Синергия атомной энергетики и водородной энергетики: концепция модульного производства водорода на основе атомной энергии
• 1.6 Обзор структуры учебного пособия
• Глава 2. Термодинамический анализ высокотемпературного парового электролиза (ВТПЭ)
• 2.1 Реакция электролиза воды
• 2.2. Основы термодинамики: три ключевые функции
• 2.3 Обратимое напряжение и его температурная зависимость
• 2.4 Термонейтральное напряжение
• 2.5 Реальное напряжение элемента: перенапряжения
• 2.6 Определения эффективности для ВТПЭ
• 2.7 Преимущество ВТПЭ: замещение тепла
• 2.8. Влияние давления на термодинамику ВТПЭ
• 2.9 Практический пример: расчет производительности ВТПЭ
• 2.11 Резюме: термодинамические выводы для моделирования HYSYS
• 2.12. Упражнения
• Глава 3: Эталонная конструкция установки ВТПЭ для интеграции в ядерную энергетику
• 3.1 Введение
• 3.2 Исходные данные для проектирования и ключевые допущения
• 3.3 Описание технологической подсистемы
• 3.4 Концепция модульности
• 3.5 Ключевые показатели эффективности
• Глава 4: Введение в Aspen HYSYS
• 4.2 Краткая история и развитие
• 4.3. Причины, по которым HYSYS является отраслевым стандартом
• 4.4 Основные возможности, имеющие отношение к вашему проекту ВТПЭ
• 4.5. HYSYS в сравнении с Другие симуляторы процессов
• 4.6. Рабочий процесс типичного проекта моделирования
• 4.7 Важная терминология для новых пользователей
• 4.8 Преимущества HYSYS для ВТПЭ
• 4.9 Дополнительная литература
• 5. Моделирование высокотемпературного парового электролиза для производства водорода в Aspen HYSYS
• 5.1 Введение в среду моделирования
• 5.2 Начальная настройка и среда свойств
• 5.3 Вход в среду моделирования
• 5.4 Создание системы продувочного газа
• 5.5 Создание системы подачи электролизера
• 5.6. Разделение продуктов: анодный и катодный потоки
• 5.7 Сеть рекуперации тепла – Часть 1
• 5.8 Рециркуляционный контур и рециркуляция продувочного газа
• 5.9 Система рекуперации высокотемпературного тепла
• 5.10. Система рекуперации и очистки водорода
• 5.11 Линия очистки водорода
• 5.12 Система охлаждающей воды
• 5.13 Рециркуляция и смешивание жидкости
• 5.14 Стратегия сходимости моделирования
• 5.15 Устранение распространенных неполадок
• 5.16 Резюме
• 6.17. Задания