Статті

Інтеграція атомних і водневих технологій для підвищення ефективності генерації та акумулювання електроенергії

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №4 2025

Останнє оновлення: 26 серпня 2025

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 1858

Authors:

А. Русанов, orcid.org/0000-0002-9957-8974, Інститут енергетичних машин і систем імені А. М. Підгорного НАН України, м. Харків, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

В. Соловей, orcid.org/0000-0002-5444-8922, Інститут енергетичних машин і систем імені А. М. Підгорного НАН України, м. Харків, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

М. Зіпунніков*, orcid.org/0000-0002-0579-2962, Інститут енергетичних машин і систем імені А. М. Підгорного НАН України, м. Харків, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Р. Русанов, orcid.org/0000-0003-2930-2574, Інститут енергетичних машин і систем імені А. М. Підгорного НАН України, м. Харків, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

* Автор-кореспондент e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2025, (4): 142 - 149

https://doi.org/10.33271/nvngu/2025-4/142

Abstract:

Мета. Розробка енерготехнологічної схеми й дослідження термодинамічної ефективності атомно-водневих електроакумуляційних систем на базі малого модульного реактора із воднево-кисневою системою акумулювання та генерування енергії.

Методика. У роботі представлена методика створення й розрахунку системи акумулювання енергії із водневим перегріванням пари із використанням електролізних модулів для генерації водню й кисню.

Результати. Проведено системний аналіз енергетичного балансу енергоустановки на базі малого модульного реактора із водневим перегріванням пари. Виконано розрахунок системи акумулювання енергії із водневим перегріванням пари із використанням електролізного модуля, продуктивністю 12 м³/год за питомого енергоспоживання 4 кВт × год/м³ водню. Дана оцінка обсягу системи зберігання газів при тиску 150 атмосфер і запропоновано варіант секційного виконання конструкції системи зберігання з оснащенням її детандерно-компресорною установкою для більш повного вилучення газів із системи зберігання. Застосування турбокомпресора, що працює в діапазоні тисків 0,5–3,5 МПа і приводиться в дію турбодетандером, який працює в діапазоні тисків 15,0–3,5 МПа і розташований на одній осі із компресором, забезпечує більш повне використання газів і дозволяє зменшити об’єм системи зберігання.

Наукова новизна. Запропоновані методики створення й термодинамічного аналізу автономних атомно-водневих енерготехнологічний комплексів на основі малого модульного реактора та електролізера високого тиску для акумулювання й пікової генерації електричної енергії, що забезпечує під час несення пікового навантаження збільшення ККД із 28 до 34,8 %.

Практична значимість. Застосування водню й кисню для перегріву пари перед турбіною в енергоустановці з малим модульним реактором потужністю 45 МВт забезпечує коефіцієнт повернення енергії на рівні 0,55 за добового акумулювання 190 МВт·год енергії.

Ключові слова: воднево-кисневий перегрів, малий модульний реактор, система зберігання газів

References.

1. Ho, M., Obbard, E., Burrb, P.A., & Yeoh, G. (2019). A review on the development of nuclear power reactors. Energy Procedia, 160, 459-466. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2019.02.193

2. Kessler, G. (2012). Sustainable and safe nuclear fission energy technology and safety of fast and thermal nuclear reactors. Springer, 466. Retrieved from http://www.springer.com/978-3-642-11989-7

3. World Nuclear Industry Status Report 1 (2018). Retrieved from https://www.worldnuclearreport.org

4. Power Reactor Information System. IAEA 1 (2018). Retrieved from https://pris.iaea.org/PRIS/home.aspx

5. World Nuclear Association, Reactor Database 1 (2018). Retrieved from http://www.world-nuclear.org/informationlibrary/facts-and-figures/reactor-database.aspx

6. Michaelson, D., & Jiang, J. (2021). Review of integration of small modular reactors in renewable energy microgrids. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 152, 111638. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111638

7. Alonso, G., Bilbao, S., & del Valle, E. (2016). Economic competitiveness of small modular reactors versus coal and combined cycle plants. Energy, 116(1), 867-879. https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.10.030

8. Bustos, J., Vergara, J. A., & Correa, F. A. (2021). Development of a concept power plant using a Small Modular Reactor coupled with a Supercritical CO₂ Brayton cycle for sustainable Antarctic stations. Progress in Nuclear Energy, 132, 103606. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2020.103606

9. Park, J. H., Park, H. S., Kwon, J. G., Kim, T. H., & Kim, M. H. (2018). Optimization and thermodynamic analysis of supercritical CO₂ Brayton recompression cycle for various small modular reactors. Energy, 160, 520-535. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.06.155

10.      International atomic energy agency. The Platform on Small Modular Reactors and their Applications (2023). Retrieved from https://nucleus.iaea.org/sites/smr/SitePages/Resources.aspx

11.      ERNST & YOUNG LLP (2016). Small modular reactors: Can building nuclear power become more cost-effective? Retrieved from https://assets.publishing.service.gov.uk/media/5a8244b8ed915d74e6236aef/TEA

12.      Nuclear Safety Review (2020). Retrieved from https://www.iaea.org/sites/default/files/gc/gc64-inf3.pdf

13.      Advances in Small Modular Reactor Technology Developments A Supplement to: IAEA Advanced Reactors Information System (ARIS) Edition A Supplement to: IAEA Advanced Reactors Information System (ARIS) (2020). Retrieved from http://aris.iaea.org

14.      Small Modular Reactors: Challenges and Opportunities (2021). Nuclear Technology Development and Economics, NEA: OECD, 7560, 54. Retrieved from www.oecd-nea.org

15.      Small Modular Reactors for Marine-based Nuclear Power Plant (2023). Technologies, Designs and Applications: IAEA Advanced Reactors Information System (ARIS). Retrieved from https://aris.iaea.org/sites/Publications.html

16.      Design Safety Considerations for Water Cooled Small Modular Reactors Incorporating Lessons Learned from the Fukushima Daiichi Accident. IAEA-TECDOC-1785. Retrieved from https://www.iaea.org/publications/10981/design-safety-considerations-for-water-cooled-small-modular-reactors-incorporating-lessons-learned-from-the-fukushima-daiichi-accident

17.      Liu, Z., Fan, J. (2014). Technology readiness assessment of Small Modular Reactor (SMR) designs. Progress in Nuclear Energy, 70, 20-28. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2013.07.005

18.      European truth. International security and European integration. Retrieved from https://www.eurointegration.com.ua/rus/news/2023/12/7/7175134

19.      Borissova, A., & Popov, D. (2020). An option for integration of Carnot Battery into a small Nuclear Power Plant. Thermal Equipment, Heat and Mass Transfer Processes. E3S Web of Conferences, 207, 01027, 1-17. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202020701027

20.      Norouzi, N., Talebi, S., & Najafi, P. (2020). Thermal-hydraulic efficiency of a modular reactor power plant by using the second law of thermodynamic. Annals of Nuclear Energy, 151, 107936. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2020.107936

21.      Khalid, F., & Bicer, Y. (2019). Energy and exergy analyses of a hybrid small modular reactor and wind turbine system for trigeneration. Energy Science and Engineering. https://doi.org/10.1002/ese3.327

22.      Mazur, A., Tarasova, V., Kuznetsov, M., & Kostikov, A. (2023). Development of a steam turbine rational thermal scheme for a small modular reactor power plant. 2023 IEEE 4 ^th KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek), 137-142.

23.      Rusanov, A., Rusanov, R., Klonowicz, P., Lampart, P., Żywica, G., & Borsukiewicz, A. (2021). Development and experimental validation of real fluid models for CFD calculation of ORC and steam turbine flows. Materials, 14(22), 6879. https://doi.org/10.3390/ma14226879

24.      Minko, O. M., & Shevchenko, V.V. Heat utilization power station. (Patent No. 135396 of Ukraine). MPK F01, K 3/18, 2019. Retrieved from http://web.kpi.kharkov.ua/elmash/vinahidnitska-robota

25.      Solovey, V. V., Zipunnikov, M. M., & Rusanov, R. A. (2023). Increasing the maneuverability of power units of the thermal power plants due to applying the hydrogen-oxygen systems. Journal of Physics Energy, 5(1), 014012. https://doi.org/10.1088/2515-7655/aca9ff

26.      Solovey, V. V., Shevchenko, A. A., Zipunnikov, M. M., Kotenko, A. L., Khiem, N. T., Tri, B. D., & Hai, T. T. (2022). Development of high pressure membraneless alkaline electrolyzer. International Journal of Hydrogen Energy, 47(11), 6975-6985. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.01.209

27.      Solovey, V., Kozak, L., Shevchenko, A., Zipunnikov, M., Campbell, R., & Seamon, F. (2017). Hydrogen technology of energy storage making use of wind power potential. Machine building problems, 20(1), 62-68. https://doi.org/10.15407/pmach2017.01.062

28.      Rusanov, A. V., Kostikov, A. O., Tarasova, V. O., Rusanov, R. A., & Tretiak, S. P. (2024). The concept of creating a maneuverable power plant based on a small modular reactor. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (5), 37-44. https://doi.org/10.33271/nvngu/2024­5/037

• < Попередня
• Наступна >