دانلود ترجمه مقاله ترمودینامیک نیروگاه هسته ای مدولار GT-MHR-250 با راکتور هلیوم و توربین گاز (ساینس دایرکت – الزویر 2023)

ترمودینامیک نیروگاه هسته ای مدولار GT-MHR-250 با راکتور هلیوم و توربین گاز بر اساس چرخه پیچیده برایتون

Thermodynamics of GT-MHR-250 modular nuclear plant with helium reactor and gas turbine based on the complex Brayton cycle

چکیده
1 مقدمه
2 نیروگاه هسته ایِ GT-MHR
3 نتایج و بحث
4 نتیجه گیری
عدم تضاد منافع
دسترسی به داده ها
تقدیر و تشکر
منابع

چکیده
با اینکه اغلبِ نیروگاه های مدولارِ راکتورِ هلیوم با توربین گازی ، که مورد بررسی قرار گرفته اند، بر اساس چرخۀ (سیکل) رانکین کار می کنند، استفاده از سیکل برایتونِ ترکیبی  می تواند سودمند باشد. با این حال، مقالات علمیِ منتشر شده در سال های اخیر، این ترکیب را با دقّت، ارزیابی نکرده اند. پژوهش حاضر، یک تحلیل ترمودینامیکی از نیروگاه هسته ایِ مدولار با توانِ حرارتی MW 250، را ارائه می دهد که شامل راکتور هسته ایِ خنک- شونده با هلیوم، و واحد تبدیلِ انرژی می باشد و از توربینِ گازیِ عمودی که بر اساس سیکل برایتونِ ترکیبی، کار می کند، استفاده می نماید. دو مُدِ (مدل) اجرایی در نیروگاه هسته ای، به کار گرفته شدند: تولید الکتریسیته ، و تولید ترکیبیِ گرما و الکتریسیته . اجزاءِ واحد تبدیل انرژی، مانند بازده الکتریکی ، توان الکتریکی ، و توان حرارتیِ  رژنراتورهای (بازیابنده های) حرارتی  و مبدّل های حرارتی ، به دست آمده و تحلیل شدند. نتایج حاصل، تأیید نمودند که اگر بهترین پارامترهای اجزاءِ درون-نیروگاهی که در حال حاضر، در توربین گازیِ مدرن و صنایع مهندسی برق وجود دارند، در این طراحی استفاده شوند، می توان به کارایی زیادِ سیکل، در مُد تولید الکتریسیته دست یافت. یافته ها نشان دادند که ضریب حرارتیِ خنک سازی هلیوم، اثر بزرگی بر بازده الکتریکی و توانِ الکتریکی دارد. به منظور ارزیابیِ کاهشِ بازده GT-MHR-250 به دلیل خرابیِ اجزاء ِدرون-نیروگاهی (توربین، کمپرسور، مبدّل های حرارتی) در حین کار، تحلیلِ حساسیت ، انجام شد. در این مورد، بازده الکتریکی و توان الکتریکیِ نیروگاه در مُد (مدل) ترکیبی، قابل توجه تر از مُد تولید الکتریسیته بود. 

2- نیروگاه هسته ایِ GT-MHR
مفهوم GT-MHR
ابتدا، باید اشاره نمود که نمی توان از هر توربین گازیِ سریالی در طراحی نیروگاه استفاده نمود. چون توربینِ هلیومی، ویژگی های خاص بسیاری دارد که آن را از توربین گازیِ قدرتمندِ سریالی، متمایز می سازد. این ویژگی ها عبارتند از: وضعیت عمودی، یاتاقان های مغناطیسی، و بهترین پارامترهای نیروگاهی برای دستیابی به بالاترین عملکرد.

طرح پیشنهادی نیروگاه هسته ایِ GT-MHR، شامل دو بلوکِ جداگانه (بلوک راَکتور هسته ایِ خنک شونده با هلیوم (MHR)، و بلوک تبدیل انرژی) (شکل 1)، بر اساس توربینِ سیکلِ برایتونِ ترکیبی، می باشد ]14-16[.

هیچ جزءِ فلزی، در طراحی هستۀ MHR با یک تعدیل کنندۀ گرافیتی (منطقۀ فعال ) وجود ندارد، که این امر، اجازۀ افزایش دمای هلیوم تا ◦C 950-850 در خروجیِ راکتور، را می دهد و اطمینان از بازده بالای تولیدِ الکتریسیته در سیکل برایتونِ ترکیبی، را حاصل می نماید. در این طرحِ راکتور هلیوم، استفادۀ کارآمدی از سوختِ هسته ای فراهم می شود، اجرای انواع چرخه های سوخت (اورانیوم، پلوتونیوم، توریوم) ممکن می گردد، اثر تشعتشعات بر محیط زیست، کاهش می یابد، و هسته، در حوادث شدید، ذوب نمی گردد. به دلیل عدم وجود خنک کننده های میانی با تغییر فاز (مایع-بخار)، و مبدّل های حرارتیِ توده ای ، طراحی یک نیروگاهِ هسته ای، بسیار ساده شده است. تحقیقات، نشان داده اند که می توان در نیروگاه هسته ایِ GT-MHR، از «سوزاندن کاملِ» پلوتونیومِ گرِید تسلیحاتی استفاده نمود، و سپس، سوختِ مصرف شده را بدون بازپردازشِ اضافی، دور ریخت. هزینه های سرمایه ایِ کُل ، برای نیروگاه هسته ایِ GT-MHR، از 1000 تا 1600 دلارِ آمریکا، به ازای هر kWe 1 (از زمان ساخت نیروگاه، 4-3 سال می گذرد)، تخمین زده شده اند.