LAŠÁK, O. Porovnání sekundárních okruhů pro různé typy SMR [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2025.

Posudek vedoucího

Kracík, Petr

Předložená diplomová práce se zabývá porovnáním sekundárních okruhů malých modulárních reaktorů (SMR) pracujících na bázi různých principů, s různými teplonosnými médii a při různých teplotních úrovních. Úvodní rešeršní část práce stručně, ale věcně popisuje různé vyvíjené, licencované, nebo již budované typy malých modulárních reaktorů. V závěru této části jsou jednotlivé typy porovnány podle vhodně zvolených kritérií. Hlavní část práce se zabývá návrhem čtyř typů sekundárních oběhů. Jako reprezentativní byly vybrány tlakovodní SMR, vysokoteplotní plynem chlazený SMR, SMR chlazený roztavenou solí a SMR chlazený tekutým kovem. Aby bylo možné jednotlivé typy mezi sebou korektně porovnat, byly pro všechny varianty zvoleny výkon reaktoru ve výši 600 MW a teplota chladící vody ve výši 25 °C. Zbylé parametry v jednotlivých obězích byly vhodně voleny. Záměrem studenta bylo neporovnávat mezi sebou jen ideální teoretické oběhy. Jeho snahou bylo uvažovat co nejvíce parametrů zreálňujících oběh. Přitom projevil značnou kreativitu a snažil se řadu parametrů podložit i na základě vědeckých článků. Ve výsledku to bylo v některých případech spíše až na škodu. Jako například při uvažování všemožných tlakových ztrát. V rámci každého ze čtyř typů sekundárních oběhů student provedl dílčí parametrickou studii, u které se snažil pomocí vybraných parametrů maximalizovat účinnost daného tepelného oběhu, resp. výkon na svorkách generátoru. Následně si student vybral v rámci návrhu klíčových komponent v každém schématu tepelný výměník, skrze který je odváděno zbytkové teplo z oběhu. Ve dvou případech se jedná o parní kondenzátor a ve dvou případech o chladič plynu. Ve všech případech student provedl tepelně hydraulický návrh výměníků. Součástí návrhu je i ideový výkres pro srovnání výměníků mezi sebou. V závěrečné části jsou porovnány jednotlivé typy sekundárních oběhu na základě vhodně zvolených kritérií, jako například svorkový výkon na generátoru, účinnost oběhu, vlastní spotřeba vybraných komponent oběhu ale i materiálu a podobně. Při zpracování práce student projevil zájem o danou problematiku, prokázal schopnost samostatného řešení zadaného úkolu, značnou kreativitu a dokázal dobře zhodnotit získané výsledky. Práce splnila zadání v celém rozsahu, doporučuji ji k obhajobě a hodnotím známkou výborně / A.

Posudek oponenta

Milčák, Pavel

Předložená diplomová práce je zaměřena na porovnání sekundárních okruhů pro různé typy SMR. V úvodní kapitole 1 je proveden stručný přehled řešené problematiky, který je však věcný. Druhá kapitola je velmi rozsáhlá a je stěžejní výpočetní částí práce. Student zde řeší koncepční návrhy jednotlivých typů reaktorů a jejich následné výpočty. Dochází zde k přesahu i do primární a terciární části. Vlastní rozsah prováděných výpočtů je proveden velmi pečlivě, nicméně se student nevyhnul výpočtovým chybám či nevhodně zvoleným předpokladům. - Nevhodně je zvolen předpoklad izoentlapického proudění v potrubí u dolní mezní křivky – kvůli zanedbání tepelných ztrát (str. 20). Pakliže se student chtěl vyhnout výpočtu tepelných ztrát, měl raději zanedbat i ztráty tlakové. Důvod je ten, že poté dochází ke kolizi výpočtových hodnot, např. dále uvedeno u napájecího čerpadla. - Tabulka 2.1 je převzata ze zdrojů [20], [26], ve kterých je mimo jiné uvedena i teplota napájecí vody do parogenerátoru (PG) 200 °C. Proto nevidím důvod volit si vlastní „podchlazení“. - Tlaková ztráta PG volena na základě podobnosti s kotlem není rovněž příliš vhodná, ale tohle student komentoval i sám. Co vidím z pohledu koncepce jako chybné je srovnávání PG systémů CAREM25 a APR1400 (str. 27). - Teplota v nádrži napájecí vody 177 °C je pro PWR-SMR velmi vysoko posazená. Odůvodňovat to tím, že blok 6 elektrárny Ledvice (B6 ELE) má teplotu v nádrži napájecí vody 188,8 °C je velmi nekoncepční přístup. Je nutné si uvědomit, na jakou výslednou teplotu je napájecí voda v B6 ELE ohřívána. Celkové rozdělení sekundárního okruhu PWR reaktoru na 4x NTO a 1x VTO s vloženou napájecí nádrží je nestandardní. Ohřevy u NTO jsou již poměrně vysoké. Jako vhodnější by bylo snížit teplotu v napájecí nádrži a přidat jeden VTO. - Kolize parametrů u napájecího čerpadla. Pro teplotu na sání 173,7 °C a tlak 865,47 kPa nemůže být entalpie 749,8 kJ/kg. Reálná hodnota entalpie na sání čerpadla při těchto parametrech je 2772 kJ/kg. Rovněž je zde vysoký pokles teploty mezi napájecí nádrží a sáním čerpadla (bez uvažování tepelných ztrát). Poté vychází i velmi vysoké ohřátí vody čerpadlem, o 4,3 °C, což při vysoké volené účinnosti čerpadla 83 % není technicky možné. - Výstupní suchost z VT dílu je pouze 0,946 (str. 35). Tuto hodnotu by bylo vhodné snížit a zvolit ji jako předmět optimalizace namísto optimalizace teploty napájecí vody. - U terciárního okruhu by bylo vhodnější uvažovat i relativní vlhkost a přiblížení se teplotě vlhkého teploměru. To je však pouze poznámka, protože terciální okruh nebyl stěžejním předmětem DP. - Dílčí tlakové ztráty – ztrátové součinitele v tabulce 2.3 jsou navyšovány ve směru VTO-NTO1 včetně odběru pro nádrž napájecí vody. Tento úsek se však řeší vždy separátně, dílčí tlaková ztráta 6 % plus přídavek na odplynění 0,5 bar je nízký, zcela chybí důležitý prvek systému – regulační ventil na trase do nádrže napájecí vody. - Parametrickou studii uvedenou v kapitole 2.3.5 by bylo lépe neuvádět. Vliv teploty v nádrži napájecí vody je velmi nevhodný parametr. Dále je velmi netradiční trend závislosti účinnosti na teplotě podchlazení napájecí vody, které je dáno konfigurací schématu.  - U HTGR reaktoru je nevhodný předpoklad podobnosti chladiče helia s přihřívákem u PWR. Jedná se koncepčně o naprosto rozdílné výměníky, byť koncový rozdíl teplot na chladiči nezpochybňuji. - Koncové rozdíly u rekuperátorů jak u HTGR, tak i MSR 20 K, 10 K jsou poměrně nízké. U takto nízkých diferencí sice vychází dobrá účinnost, ale velká teplosměnné plocha výměníků. - V kapitole 2.6.2 je u parního okruhu nelogicky zvolen tlak sekundárního okruhu. 20 MPa na výstupu z PG je velmi vysoká hodnota, pro kterou již poté nevychází zcela korektně expanze do standardně užívaných suchostí v kondenzátoru. Dále bude nutné vysvětlit stav média na vstupu do PG při tlaku 23,529 MPa. - Čistá účinnost v kapitole 2.6.4 vychází při daných parametrech velmi optimisticky. - V kapitole 3.1.1 je zcela špatně přistoupeno k volbě rychlosti chladící vody. Odůvodnění bylo optimalizací tlakových ztrát. Tato tlaková ztráta však dosahuje pouze hodnoty 1,4 kPa. Tento chybný návrh se negativně projeví v zbytečném počtu paralelních trubek v kondenzátoru (18883) a při takto nízkých rychlostech lze u chladicí vody očekávat intenzivní zanášení teplosměnných trubek. Rovněž samotná konstrukce kondenzátoru bude s největší pravděpodobností ovlivňovat poměrně vysoký vypočtený součinitel přestupu tepla na straně páry. Závěrečné srovnání jednotlivých variant v kapitole 4 z pohledu účinnosti nemusí být zcela vypovídající vzhledem k výše uvedeným poznámkám k jednotlivým konceptům (u parních oběhů neoptimalizovaná schémata, u plynových oběhů nestandardně nízké koncové nedohřevy). Student však měl poměrně obtížné zadání což bude zohledněno při celkovém hodnocení práce. Vhodnější dle mne by bylo zvolit pouze dva typy (např. PWR, LMR) a tyto zpracovat kvalitněji. Obecně lze konstatovat, že přehršel výpočtů tlakový ztrát je v tomto případě spíše kontraproduktivní, zesložiťuje vlastní výpočet a práce se díky tomu stává velmi nepřehlednou. Oceňuji však vlastní zpracování schémat oběhů, ale pro lepší orientaci by bylo vhodné do nich vložit hlavní parametry, zejména teploty a tlaky. Dohledávání parametrů v textu či tabulkách bylo velmi obtížné. Seznam zkratek by bylo vhodné seřadit abecedně. I přes výše uvedené nedostatky je práce dobrým inženýrským dílem, oceňuji zejména odvahu studenta řešit takovýto netradiční typ práce.  Práci doporučuji k obhajové a hodnotím známkou dobře/C.

eVSKP id 165553