probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2019-21-3-99-108probener-1061Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGО возможности участия АЭС с ВВЭР в противоаварийном частотном регулировании в энергосистемахOn the possibility of participation of npps with vverin emergency frequency regulation in power systemhttps://orcid.org/0000-0002-1630-926XХрусталевВ. А.KhrustalevV. A.

Vladimir A. Khrustalev – Professor of the Department of Thermal and Nuclear Power Engineering

Saratov

khroustalevva@mail.ruГариевскийМ. В.GarievskiiM. V.

Michael V. Garievskii – researcher

Saratov

РостунцоваИ. А.RostuntsovaI. A.

Irina A. Rostuntsova – assistant lecturer of the Department of Thermal and Nuclear Power Engineering

Saratov

ПортянкинА. В.PortyankinA. V.

Alexey V. Portyankin – Associate Professor of the Department of Thermal and Nuclear Power Engineering

Saratov

Саратовский государственный технический университет им. Ю.А. ГагаринаРоссияYuri Gagarin State Technical University of SaratovRussian FederationСаратовский научный центр РАНРоссияSaratov Scientific Center, Russian Academy of SciencesRussian Federation20192811201921399108Copyright © Хрусталев В.А., Гариевский М.В., Ростунцова И.А., Портянкин А.В., 20192019Хрусталев В.А., Гариевский М.В., Ростунцова И.А., Портянкин А.В.Khrustalev V.A., Garievskii M.V., Rostuntsova I.A., Portyankin A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/1061

Целью статьи является изучение возможности и целесообразности участия АЭС с ВВЭР в противоаварийном частотном регулировании в энергосистемах с высокой долей атомных энергоблокови, одновременно, снижения расхода электроэнергии на собственные нужды главных циркуляционных насосов на режимах с мощностью ниже номинальной. Для решения этих задач предложено повысить достижимые скорости набора мощности (наброса нагрузки) за счет установки частотно регулируемых приводов ГЦН. Изменение частоты в энергосистеме, вызванное большим дисбалансом между генерацией и потреблением, может поставить под угрозу электрическое оборудование с точки зрения поддержания стабильных и надежных условий эксплуатации. Для атомных электростанций задача предотвращения или локализации аварий представляется еще более важной, чем для ТЭС, т.к. при крупных системных авариях возможно полное прекращение внешнего энергоснабжения собственных нужд АЭС. Таким образом, кроме требований к первичному регулированию частоты АЭС с ВВЭР нужны более жесткие требования к их аварийной приемистости и мобильности. Работа АЭС при длительном невосстанавливаемом дефиците активной мощности вызывает снижение числа оборотов главных циркуляционных насосов АЭС с ВВЭР и уменьшение расхода теплоносителя. Показано, что установка частотно-регулируемых приводов главных циркуляционных насосов на АЭС с ВВЭР целесообразна, в перспективе, не только для экономии расхода энергии на их привод на частичных режимах, но и для повышения мощности энергоблоков АЭС выше номинальной (без уменьшения запаса до кризиса теплообмена в активной зоне реактора) для ликвидации системных аварий, а значит, и для повышения безопасности входящих в ОЭС энергоблоков АЭС.

The purpose of the article is to study the possibility and feasibility of participation of nuclear power plants (NPPs) with VVER in emergency frequency control in power systems with a high proportion of nuclear power units and, at the same time, of reducing the power consumption for the own needs of the main circulation pumps during modes with power below nominal. To solve these problems, it was proposed to increase the achievable speeds of power gain (load increase) due to the installation of frequency controlled drives of the MCP. Large system frequency variations (caused by large imbalances between generation and demand) may jeopardize electrical equipment, in terms of maintaining stable and reliable operating conditions. For NPPs, the task of preventing or localizing accidents is even more important than for TPPs, since in case of major system accidents, it is possible to completely stop external power supply of the NPPs own needs. Thus, besides the requirements for the primary control of the frequency of NPPs with VVER, today we need more stringent requirements for their emergency acceleration and mobility. The operation of NPPs with long-term non-recoverable active power shortage causes a decrease in the speed of the main circulation pumps of NPPs with VVER and a decrease in the coolant flow rate. It is shown that the installation of variable frequency drives of the MCPs at NPP with VVER is appropriate not only to save energy consumption for their drive in partial modes, but also to increase the power of NPP above the nominal (without reducing the reserve before the heat exchange crisis in the reactor core) for the elimination of system accidents, and thus to improve the safety of the NPPs included in the power system.

атомная электростанцияэнергосистемачастотапротивоаварийное регулированиеглавный циркуляционный насосчастотно- регулируемый приводnuclear power plantpower systemfrequencyemergency controlmain circulation pumpvariable frequency driveИсследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 17-08-00220 А.: The work was funded by the Russian Foundation for Basic Research (grant no. 17-08-00220 А).ReferencesNon-baseload Operation in Nuclear Power Plants: Load Following and Frequency Control Modes of Flexible Operation, // Nuclear Energy Series, 2018. No.NP-T-3.23. p 173.Non-baseload Operation in Nuclear Power Plants: Load Following and Frequency Control Modes of Flexible Operation. Nuclear Energy Series, 2018;NP-T-3.23:173.Technical and Economic Aspects of Load Following with Nuclear Power Plants. Nuclear Development Division. Paris: OECD NEA, 2011. pp 53.Technical and Economic Aspects of Load Following with Nuclear Power Plants. Nuclear Development Division. Paris: OECD NEA, 2011. pp 53.Иванов В.А. Режимы мощных паротурбинных установок. 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986. 248 с.Ivanov VA. Rezhimy moshchnyh paroturbinnyh ustanovok.. 2nd ed. Leningrad: Energoatomizdat, 1986. 248 p. (In Russ).Бажанов В.В., Лощаков И.И., Щуклинов А.П. Исследование возможности использования на АЭС аккумуляторов тепловой энергии при регулировании частоты тока в сети // Известия высших учебных заведений. ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА. 2013. № 4. С. 29–36.Bazhanov VV., Loshchakov I.I., Shchuklinov AP. Issledovanie vozmozhnosti ispol'zovaniya na AES akkumulyatorov teplovoj energii pri regulirovanii chastoty toka v seti. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. YaDERNAYa ENERGETIKA 2013( 4): 29–36. (In Russ).Лазарев Г.Б., Новаковский А.Н., Султанов А.Т. Энергоэффективное управление расходом теплоносителя в главных контурах реакторных установок энергоблоков АЭС // Энергия Единой Сети. 2015.№ 4(21). С.70–88.Lazarev GB., Novakovskij AN., Sultanov AT. Energoeffektivnoe upravlenie raskhodom teplonositelya v glavnyh konturah reaktornyh ustanovok energoblokov AES. Energiya Edinoj Seti 2015;4(21):70–88. (In Russ).Anishev E.Y., Lazarev G.B. Specific features of the application of frequency converters in power electric drives of circulation pumps // Russian Electrical Engineering. 2007. Vol. 78, pp. 560– 564.Anishev EY., Lazarev GB. Specific features of the application of frequency converters in power electric drives of circulation pumps Russian Electrical Engineering. 2007; 78:560–564. doi: 10.3103/S1068371207100100.Ciufu L., Popescu M.O. Introducing energy efficiency in nuclear power plants by using variable medium voltage frequency drives Advanced Topics in Electrical Engineering (ATEE), 2015 9th International Symposium on. IEEE, 2015. pp. 873– 876.Ciufu L., Popescu MO. Introducing energy efficiency in nuclear power plants by using variable medium voltage frequency drives // Advanced Topics in Electrical Engineering (ATEE), 2015 9th International Symposium on. IEEE, 2015. pp. 873- 876. doi: 10.1109/ATEE.2015.7133924Barie E.Z., Chang C. Application of variable frequency drive on the condensate pump motors of APR1400 nuclear power plants for energy savings // Journal of International Council on Electrical Engineering. 2018. Vol. 8. N. 1. pp. 179–189.Barie EZ., Chang C. Application of variable frequency drive on the condensate pump motors of APR1400 nuclear power plants for energy savings .Journal of International Council on Electrical Engineering. 2018. 8(1): 179–189. doi: 10.1080/22348972.2018.1515691Башарат А., Королев В.И., Лощаков И.И. Система управления энергоблоком АЭС с регулированием производительности главных циркуляционных насосов // Известия РАН. Энергетика. 2006. №5. С. 120–130.Basharat A., Korolev VI., Loshchakov II. Sistema upravleniya energoblokom AES s regulirovaniem proizvoditel'nosti glavnyh cirkulyacionnyh nasosov. Izvestiya RAN. Energetika. 2006; 5: 120–130. (In Russ).Хрусталев В.А., Гариевский М.В. Повышение мощности действующих энергоблоков с водо-водяными реакторами: состояние, проблемы и перспективы // Труды Академэнерго. 2017. №4. С. 77–88.Hrustalev VA., Garievskij MV. Povyshenie moshchnosti dejstvuyushchih energoblokov s vodo- vodyanymi reaktorami: sostoyanie, problemy i perspektivy. Academenergo. 2017; 4:77–88. (In Russ).Лазарев Г.Б., Хрусталѐв В.А., Гариевский М.В. Перспективы и проблемы применения частотного регулирования главных циркуляционных насосов реакторных установок ВВЭР в маневренных режимах работы АЭС // Энергетик. 2018. №9. С. 9–14.Lazarev GB., Hrustalyov VA., Garievskij MV. Perspektivy i problemy primeneniya chastotnogo regulirovaniya glavnyh cirkulyacionnyh nasosov reaktornyh ustanovok VVER v manevrennyh rezhimah raboty AES .Energetik. 2018; 9:9–14. (In Russ).S.P. Averyanova, A.A. Dubov, K.B. Kosourov, P.E. Filimonov. Temperature regulation and maneuverability of VVER-1000. Atomic Energy. 2011; 109(4):246-251.S.P. Averyanova, AA. Dubov, KB. Kosourov, P. E. Filimonov. Temperature regulation and maneuverability of VVER-1000. Atomic Energy. 2011; 109(4):246-251. doi: 10.1007/s10512-011-9352-1.Aver'yanova S.P., Dubov A.A., Kosourov K.B., Semchenkov Yu.M., Filimonov P.E. VVER- 1200/1300 operation in a daily load schedule // Atomic Energy. 2013; Vol. 113. N5. pp. 305–313.Aver'yanova SP., Dubov AA ., Kosourov KB., Semchenkov YuM., Filimonov PE. VVER- 1200/1300 operation in a daily load schedule. Atomic Energy. 2013; 113. (5): 305–313. doi: 10.1007/s10512-013-9637-7.Барзам А.Б. Аварийные режимы энергетических систем и их диспетчерская ликвидация. М.: Энергия, 1970. 184 с.Barzam AB. Avarijnye rezhimy energeticheskih sistem i ih dispetcherskaya likvidaciya. M.: Energiya, 1970. (In Russ).Electric Grid Reliability and Interface with Nuclear Power Plants, Nuclear Energy Series, No. NG-T-3.8, Vienna: International atomic energy agency, 2012. 78 p.Electric Grid Reliability and Interface with Nuclear Power Plants, Nuclear Energy Series, No. NG-T-3.8, Vienna: International atomic energy agency, 2012. 78 p.Панов С. АЭС научат маневрировать // Атомный эксперт. 2016. № 9(51). С. 26–29.Panov S. AES nauchat manevrirovat' Atomnyj ekspert. 2016; 51 (9):26–29. (In Russ).Хрусталев В.А., Башлыков Д.О., Гариевский М.В. Вопросы эффективности высоковольтных частотно-регулируемых приводов ГЦН энергоблока АЭС с ВВЭР // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2017. №7–8. С. 94–104.Hrustalev VA., Bashlykov DO., Garievskij MV. Voprosy effektivnosti vysokovol'tnyh chastotno- reguliruemyh privodov GCN energobloka AES s VVER .Proceeding of the higher educational institutions. ENERGYSECTOR PROBLEMS. 2017; 19 (7-8):94–104. (In Russ.) doi: 10.30724/1998-9903-2017-19-7-8-94-104.Хрусталев В.А., Гариевский М.В. Системные преимущества модернизации главных циркуляционных насосов АЭС с ВВЭР установкой частотно-регулируемых приводов // Труды Академэнерго. 2019. №1. С. 36–45.Hrustalev VA., Garievskij MV. Sistemnye preimushchestva modernizacii glavnyh cirkulyacionnyh nasosov AES s VVER ustanovkoj chastotno-reguliruemyh privodov. Trudy Akademenergo. 2019; (1):36–45. (In Russ).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.