БОЛЬШИЕ ВЫЗОВЫ 2022
Атомный мобильный источник энергоснабжения
Направление "Современная энергетика"
Актуальность
Большая часть России не имеет централизованного энергоснабжения, в виду чего отдаленные районы страны нуждаются в электрификации. К тому же мир не стоит на месте, и технологический прогресс зачастую вынуждает ученых и исследователей работать в неблагоприятных условиях.
Люди решают эту проблему по-разному: сжигают мазут или используют дизельные генераторы. Но как известно, это наносит огромный вред экологии, а также требует регулярного снабжения топливом, что весьма дорого и порой затруднительно.
В данном случае преимущество атомной энергетики очевидно. Кроме того, на данный момент уже существуют плавучие и стационарные атомные станции, которые могут исправить столь затруднительное положение.
Но что делать в удаленных районах суши? Как снабжать электричеством научные экспедиции, военные учения и базы, а также места строительства объектов стратегического назначения?
На этот вопрос смело ответит наша команда. Мы создали атомный мобильный источник энергоснабжения! Атомная энергетика - это надежность, безопасность и экологичность.

Основные технические требования к конечному продукту
Наше устройство должно быть:
Надёжным
Использование проверенных временем технологий и материалов
01
Безопасным
Наличие пассивной и активной систем безопасности
02
Автономным
Срок работы до 5-7 лет
03
Ремонтопригодным
Возможность ремонта установки на месте
04
Мобильным
Способность свободно перемещаться к месту базирования
05
Компактным
Малые размеры для удобства транспортировки
06
Задачи проекта
Для реализации проекта нужно:
1
Выбрать топливо для реактора
2
Выбрать рабочее тело
3
Выбрать цикл по преобразованию тепловой энергии в электрическую
4
Выбрать транспорт для транспортировки
5

Определить и обосновать систему управления и безопасности ядерного реактора​

6
Расчет мощности и срока работы
Предлагаю решение
Мы разработали следующую концепцию: атомный мобильный источник энергоснабжения, представляющий из себя специализированный тягач МАЗ-МЗКТ-79221 с установленным на нём атомным реактором малой мощности.
Предлагаемая установка имеет следующие характеристики и параметры:
1
КПД установки ~ 20%, а количество вырабатываемой электрической энергии - 1 МВт
2
Масса установки 70 тонн, габариты ~ 15*4*2.8 (м)
3
В качестве топлива используются TRISO на основе оксида урана,
находящиеся в монолитном шестиграннике в центре активной зоны
4
Обогащение топлива - 19.9%
5
Закрытый цикл Брайтона
6
Использование байпаса для регулировки мощности установки
7
Использование тепловых труб для передачи тепла от реактора
8
Использование системы аварийного отвода тепла
9
Наличие независимых систем управления реактором: стержень СУЗ и барабанные отражатели-поглотители
10
Использование CO2 в качестве рабочего тела
Топливо и реактор
В качестве топлива используется TRISO на основе оксида урана, спаянное в шестигранник, через который проходят тепловые трубы. Активная зона реактора окружена шестью барабанами-отражателями. С их помощью мы сможем экстренно остановить цепную реакцию, а также регулировать мощность реактора. Вокруг реактора установлены два слоя биологической защиты, что защищает персонал от радиационного воздействия. В центре активной зоны находится отверстие для стержня СУЗ, который способен заглушить реакцию в аварийных ситуациях. От физического воздействия реактор защищён слоем нержавеющей стали.
Принцип работы тепловых труб
Тепловые трубы работают на основе передачи тепла с помощью изменения фаз вещества. В нашем случае, мы используем натрий. Тепловые трубы позволяют нам выводить тепло из активной зоны без использования теплоносителя внутри реактора. Внутренний контур труб является пористым с наличием фитиля-экрана. Снаружи трубы обладают рёбрами, которые помогут увеличить площадь теплопередачи. Средняя тепловая мощность - 5 КВт.
Закрытый цикл Брайтона
Цикл Брайтона состоит из четырёх основных элементов: теплообменник; турбина; охладитель; компрессор. Его преимущество заключается в оптимальном среднем КПД для выбранного теплоносителя и позволяет сделать турбину более компактной. В качестве теплоносителя CO2.
Итоговая концепция
Для демонстрации нашего решения мы создали макет. И как же он работает?
Никак! Это всего лишь модель, а не прототип, поэтому мы не используем ядерное топливо, но сейчас расскажем, что было реализовано.
Наш макет демонстрирует саму ядерную установку в собранном виде. Есть потребители, такие как: военная база, город, а также исследовательский лагерь.
Работа велась с программируемым модулем Arduino, с помощью которого было создано управление макетом, осуществляемое через кнопки и наглядно показанные с помощью светодиодных лент падача энергии и циркуляция теплоносителя.
Режимы работы установки:
Штатный:
А) Малое энергопотребление. Большая часть энергии уходит на байпас, остальная питает одного потребителя
Б) Умеренное энергопотребление. Часть энергии уходит на байпас, а часть питает ряд потребителей
В) Максимальное мощность. Малая часть энергии уходит на байпас, питаются все потребители сразу.
Аварийный:
Байпас и контур отключены, потребители не получают энергии вообще, тепло отдаётся в окружающую среду
Расчёты
Команда
Владислав Аверьянов
Аналитик, физик
Павел Пугин
3D-моделист, инженер
Алексей Кутузов
Аналитик, физик
Анастасия Саманова
3D-моделист, инженер
Игорь Борисенко
Инженер, программист
Кирилл Збиняков
Инженер, программист
Фотоотчёт
sochisirius.ru