Porovnání sekundárních okruhů pro různé typy SMR

Abstract

Diplomová práce se zabývá porovnáním sekundárních okruhů pro různé typy malých modulárních reaktorů. Cílem práce je navrhnout a analyzovat tepelná schémata elektráren využívajících čtyři základní typy reaktorů: tlakovodní, vysokoteplotní plynem chlazený, reaktor chlazený roztavenou solí a reaktor chlazený tekutým kovem. Pro každý typ reaktoru byl zvolen reprezentativní zástupce, na jehož základě bylo navrženo tepelné schéma sekundárního okruhu a proveden termodynamický výpočet s následnou optimalizací z hlediska účinnosti a provozních parametrů. Výsledky ukazují, že nejvyšší čisté účinnosti dosahuje návrh HTGR SMR s plynovým okruhem na bázi helia, konkrétně 45,8%. Následují MSR SMR s nadkritickým CO s účinností 41,9% a LMR SMR s parním cyklem dosahujícím 41,5%. Tlakovodní varianta PWR SMR vykazuje nejnižší účinnost, přibližně 30,9%, což odpovídá tradičním parametrům dnes provozovaných jaderných elektráren. Součástí práce je také návrh klíčových komponent těchto okruhů, konkrétně kondenzátorů a chladičů, s ohledem na odlišné fyzikální vlastnosti pracovních médií. V závěrečné části práce je proveden ucelený přehled a srovnání všech variant z hlediska účinnosti, rozměrových a technologických nároků, pokročilosti vývoje a možnosti nasazení do komerčního provozu v kontextu nízkoemisní energetiky budoucnosti.The thesis deals with the comparison of secondary circuits for different types of small modular reactors. The aim of the thesis is to design and analyse thermal schemes of power plants using four basic types of reactors: pressurized water reactor, high temperature gas cooled reactor, molten salt cooled reactor and liquid metal cooled reactor. For each type of reactor, a representative was selected, based on which the thermal scheme of the secondary circuit was designed, and a thermodynamic calculation was performed, followed by optimization in terms of efficiency and operating parameters. The results show that the highest net efficiency is achieved by the HTGR SMR design with a helium-based gas circuit, namely 45.8%. This is followed by the MSR SMR with supercritical CO with an efficiency of 41.9% and the LMR SMR with a steam cycle reaching 41.5%. The pressurised water variant of the PWR SMR has the lowest efficiency, approximately 30.9%, which is in line with the traditional parameters of nuclear power plants in operation today. The work also includes the design of key components of these circuits, namely condensers and coolers, considering the different physical properties of the working media. In the final part of the thesis, a comprehensive review and comparison of all options is made in terms of efficiency, dimensional and technological requirements, development progress and the possibility of deployment in commercial operation in the context of the low-emission energy of the future.