Details

Растущие потребности современного общества в энергии требуют изучения инновационных подходов для достижения энергетической безопасности при сохранении устойчивости и минимизации воздействия на окружающую среду. С ростом мирового потребления энергии возникает острая необходимость в более эффективных и устойчивых методах производства электроэнергии. Хотя атомные электростанции (АЭС) предлагают производство электроэнергии без выбросов парниковых газов (ПГ), их эффективность, составляющая около 33%, остается относительно низкой из-за работы при более низком давлении и температуре по сравнению со станциями, работающими на ископаемом топливе. В этом исследовании изучается осуществимость и производительность конфигурации электростанции с комбинированным циклом (CCPP) для оптимизированной эффективности и повышенной эксплуатационной гибкости. Эта конфигурация CCPP объединяет пять газотурбинных установок (ГТУ) MGT-80 с АЭС ВВЭР-1000. Для дальнейшего повышения эффективности предлагаемая система включает рекуперацию низкопотенциального тепла путем включения либо органического цикла Ренкина (ORC), либо сверхкритического цикла Брайтона на углекислом газе (sCO₂) в качестве третьего контура. Основная цель — использовать тепло отработавших газов ГТУ для повышения температуры пара и нагрева питательной воды в пределах АЭС, тем самым достигая значительного повышения общей эффективности системы. Имитационные модели были разработаны в Engineering Equation Solver (EES) для каждой конфигурации электростанции — MGT-80 GTU, VVER-1000-MGT-80 CCPP, VVER-1000-MGT-80-ORC CCPP и VVER-1000-MGT-80-sCO₂ CCPP — с соблюдением принципов сохранения массы и энергии с термодинамическими данными. Модели были проверены на основе существующих данных о производительности. Ожидаемый результат заключается в том, что предлагаемая конфигурация CCPP продемонстрирует более высокую эффективность и экономическую жизнеспособность по сравнению с работающими АЭС и ГТУ по отдельности.

The burgeoning energy demands of modern society necessitate exploration of innovative approaches to achieve energy security while upholding sustainability and minimizing environmental impact. With escalating global energy consumption, there is a critical need for more efficient and sustainable power generation methods. While nuclear power plants (NPPs) offer greenhouse gas (GHG)-free electricity generation, their efficiency of approximately 33% remains relatively low due to operation at lower pressure and temperature compared to fossil fuel-powered plants. This study investigates the feasibility and performance of a combined cycle power plant (CCPP) configuration for optimized efficiency and enhanced operational flexibility. This CCPP configuration integrates five MGT-80 gas turbine units (GTUs) with a VVER-1000 NPP. To further augment efficiency, the proposed system incorporates low-grade heat recovery through the inclusion of either an Organic Rankine Cycle (ORC) or a supercritical Carbon Dioxide (sCO₂) Brayton cycle as a third loop. The primary objective is to utilize exhaust heat from the GTUs to elevate the steam temperature and heat the feed water within the NPP, thereby achieving a significant improvement in overall system efficiency. Simulation models were developed in Engineering Equation Solver (EES) for each power plant configuration – MGT-80 GTU, VVER-1000-MGT-80 CCPP, VVER-1000-MGT-80-ORC CCPP, and VVER-1000-MGT-80-sCO₂ CCPP – adhering to principles of mass and energy conservation with thermodynamic data. The models were validated against existing performance data. The anticipated outcome is that the proposed CCPP configuration will demonstrate superior efficiency and economic viability compared to operating NPPs and GTUs independently.