glonucsecГлобальная ядерная безопасностьGlobal Nuclear Safety2305-414X2499-9733National Research Nuclear University "MEPhI"10.26583/gns-2024-02-02FUHCDKglonucsec-259Research ArticleЯДЕРНАЯ, РАДИАЦИОННАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬNUCLEAR, RADIATION AND ENVIRONMENTAL SAFETYИсследование целесообразности сочетания солнечной электростанции с реактором малой мощности для опреснения морской водыFeasibility study of hybridizing a solar power plant with a small modular reactor for seawater desalinationhttps://orcid.org/0009-0009-6888-1039СалехМ. М.SalehM. M.

аспирант Высшей школы атомной и тепловой энергетики

Postgraduate student

saleh.m@edu.spbstu.ruhttps://orcid.org/0009-0007-5188-7798АбдельразекА. А.AbdelrazekA. A.

аспирант Высшей школы атомной и тепловой энергетики

Postgraduate student

abdelrazek.a@edu.spbstu.ruhttps://orcid.org/0009-0008-4531-3605МохаммедА. Ф.MohammedA. F.

аспирант Высшей школы атомной и тепловой энергетики

Postgraduate student

mohammed.a@edu.spbstu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2965-357XКалютикА. А.KalyutikA. A.

к.т.н., доцент, директор Высшей школы атомной и тепловой энергетики

Cand. Sci. (Engin.), Associate Professor, Director

aa_kalyutik@spbstu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2018-6258СоколоваЕ. А.SokolovaE. A.

к.т.н., старший преподаватель Высшей школы атомной и тепловой энергетики

Cand. Sci. (Engin.), Senior Lecturer

sokolova_ea@spbstu.ruВысшая школа атомной и тепловой энергетики, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ)РоссияHigher School of Nuclear and Thermal Power Engineering, Peter the Great St.Petersburg Polytechnic University (SPbPU)Russian Federation2024270620241422030Copyright © Салех М.М., Абдельразек А.А., Мохаммед А.Ф., Калютик А.А., Соколова Е.А., 20242024Салех М.М., Абдельразек А.А., Мохаммед А.Ф., Калютик А.А., Соколова Е.А.Saleh M.M., Abdelrazek A.A., Mohammed A.F., Kalyutik A.A., Sokolova E.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://glonucsec.elpub.ru/jour/article/view/259

В статье рассматривается технико-экономический анализ установки по опреснению морской воды. Источником энергии на предлагаемой станции является сочетание солнечной и атомной видов энергии, поскольку они являются одними из наиболее экологически чистых источников энергии по сравнению с электростанциями, работающими на ископаемом топливе. Источником ядерной энергии в данном исследовании является модульный реактор малой мощности (ММР). В состав комбинированной установки входит гибридная система опреснения морской воды: либо сочетание установки обратного осмоса с установкой многоступенчатой дистилляции (RO+MED), либо установка обратного осмоса с установкой дистилляции мгновенным вскипанием (RO+MSF). Реакторы малой мощности можно использовать не только для производства электроэнергии, но и для других, неэлектрических применений, поскольку они производят высокотемпературный пар для промышленных процессов (например, для производства водорода и опреснения морской воды). Реакторы малой мощности также считаются экономически более эффективными, безопасными, более гибкими и имеют большее количество применений по сравнению с реакторами большой мощности. Проводимый в работе анализ основан на расчете экономической стоимости одного кубометра пресной воды при использовании гибридной опреснительной установки и сравнении результатов с результатами, полученными в результате использования опреснительной установки, интегрированной с электростанцией, использующей исключительно ядерную энергию в качестве энергоисточника на базе реактора ВВЭР-1200. Также в данном исследовании рассматривается влияние степени гибридизации, то есть отношения мощности, используемой от солнечной энергии, к мощности, используемой от ядерной энергии, на стоимость опреснения одного кубометра воды, а также на качество опресненной воды.

The article discusses the technical and economic analysis of a seawater desalination plant, where the power source is a hybrid of solar and nuclear energy, as they are considered the cleanest energy sources compared to fossil fuel power plants. The source of nuclear energy in this study is a small modular reactor (SMR). This plant also uses a hybrid of seawater desalination systems: either a reverse osmosis plant with a multi-effect distillation (RO + MED) unit, or a reverse osmosis plant with a multi-stage flash distillation (RO + MSF) unit. Small modular reactors can be used for other applications besides generating electricity, as they produce high-temperature steam which can be used in many industrial processes such as hydrogen production and seawater desalination. Small modular reactors are also considered to be more cost effective, safer, more flexible and have a greater number of applications compared to high power reactors. The analysis is based on calculating the cost of producing of one cubic meter of fresh water using this hybrid desalination plant and comparing the results with those of desalination plant integrated with a power plant that uses exclusively nuclear energy as a source of thermal and electrical power, which uses the VVER-1200 reactor. Also, this study studies the impact of the degree of hybridization, that is, the ratio of power used from solar energy to power used from nuclear energy, on the cost of desalination of one cubic meter of water, as well as on the quality of the desalinated water.

реактор малой мощностиММРопреснение морской водыатомное опреснениеобратный осмосмгновенное вскипаниемногоступенчатая дистилляциясолнечная электростанциягибридизация энергетических системВВЭР-1200small modular reactorSMRseawater desalinationnuclear desalinationROMSFMEDsolar power plantenergy hybridizationVVER-1200ReferencesNaterer G.F., DIncer I., Zamfirescu C. Worldwide Nuclear Energy Research Programs. Hydrogen Production from Nuclear Energy. Springer-Verlag London Ltd, 2013. Р. 65–97. https://doi.org/10.1007/978-1-4471-4938-5Naterer G.F., DIncer I., Zamfirescu C. Worldwide Nuclear Energy Research Programs. Hydrogen Production from Nuclear Energy. Springer-Verlag London Ltd, 2013. Р. 65–97. https://doi.org/10.1007/978-1-4471-4938-5Lindroos T.J., Pursiheimo E., Sahlberg V., Tulkki V. A techno-economic assessment of NuScale and DHR-400 reactors in a district heating and cooling grid. Energy Sources. Part B: Economics, Planning, and Policy. 2019;14(1):13–24. https://doi.org/10.1080/15567249.2019.159Lindroos T.J., Pursiheimo E., Sahlberg V., Tulkki V. A techno-economic assessment of NuScale and DHR-400 reactors in a district heating and cooling grid. Energy Sources. Part B: Economics, Planning, and Policy. 2019;14(1):13–24. https://doi.org/10.1080/15567249.2019.159Vujić J., Bergmann R.M., Škoda R., Miletić M. Small modular reactors: Simpler, safer, cheaper? Energy. 2012;45(1):288–295. https://doi.org/10.1016/j.energy.2012.01.078Vujić J., Bergmann R.M., Škoda R., Miletić M. Small modular reactors: Simpler, safer, cheaper? Energy. 2012;45(1):288–295. https://doi.org/10.1016/j.energy.2012.01.078Devanand A., Kraft M., Karimi I.A. Optimal site selection for modular nuclear power plants. Computers and Chemical Engineering. 2019;125:339–350. https://doi.org/10.1016/j.compDevanand A., Kraft M., Karimi I.A. Optimal site selection for modular nuclear power plants. Computers and Chemical Engineering. 2019;125:339–350. https://doi.org/10.1016/j.compchemeng.2019.03.024chemeng.2019.03.024Nian V. The prospects of small modular reactors in Southeast Asia. Progress in Nuclear Energy. 2017;98:131–142. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2017.03.010Nian V. The prospects of small modular reactors in Southeast Asia. Progress in Nuclear Energy. 2017;98:131–142. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2017.03.010Hossam-Eldin A., El-Nashar A., Ismaiel A. Investigation into Economical Desalination Using Optimized Hybrid Renewable Energy System. International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2012;43(1):1393–1400. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2012.05.019Hossam-Eldin A., El-Nashar A., Ismaiel A. Investigation into Economical Desalination Using Optimized Hybrid Renewable Energy System. International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2012;43(1):1393–1400. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2012.05.019Helal A., Al-Malek S., E. Al-Katheeri Economic feasibility of alternative designs of a PV-RO desalination unit for remote areas in the United Arab Emirates. Desalination. 2008;221(1-3):1–16. https://doi.org/10.1016/j.desal.2007.01.064Helal A., Al-Malek S., E. Al-Katheeri Economic feasibility of alternative designs of a PV-RO desalination unit for remote areas in the United Arab Emirates. Desalination. 2008;221(1-3):1–16. https://doi.org/10.1016/j.desal.2007.01.064Ahmed A. Hossam-Eldin, Kamal A. Abed, Karim H. Youssef, Hossam Kotb. Techno-economic optimization and new modeling technique of PV-Wind-Reverse osmosis desalination plant at variable load conditions, International Journal of Environmental Science and Development. 2019;10(8):223–230. https://doi.org/10.18178/ijesd.2019.10.8.1177Ahmed A. Hossam-Eldin, Kamal A. Abed, Karim H. Youssef, Hossam Kotb. Techno-economic optimization and new modeling technique of PV-Wind-Reverse osmosis desalination plant at variable load conditions, International Journal of Environmental Science and Development. 2019;10(8):223–230. https://doi.org/10.18178/ijesd.2019.10.8.1177Кирпичникова И.М., Махсумов И.Б. Выбор электрооборудования автономной фотоэлектрической системы с использованием программного обеспечения PVsyst. Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2020;20(2):77–88. https://doi.org/10.14529/power200207Кирпичникова И.М., Махсумов И.Б. Выбор электрооборудования автономной фотоэлектрической системы с использованием программного обеспечения PVsyst. Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2020;20(2):77–88. https://doi.org/10.14529/power200207Saleh M.M., Abdelrazek A.A., Mohammed A.F., Sokolova E.A. A Solution to the problem of fresh water shortage in Egypt using nuclear desalination. Proceedings of the 2024 6th International Youth Conference on Radio Electronics. Electrical and Power Engineering. REEPE 2024. https://doi.org/10.1109/REEPE60449.2024.10479700Saleh M.M., Abdelrazek A.A., Mohammed A.F., Sokolova E.A. A Solution to the problem of fresh water shortage in Egypt using nuclear desalination. Proceedings of the 2024 6th International Youth Conference on Radio Electronics. Electrical and Power Engineering. REEPE 2024. https://doi.org/10.1109/REEPE60449.2024.10479700Steigerwald B., Weibezahn J., Slowik M., von Hirschhausen C. uncertainties in estimating production costs of future nuclear technologies: A model-based analysis of small modular reactors. Energy. 2023;281:128204. https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.128204Steigerwald B., Weibezahn J., Slowik M., von Hirschhausen C. uncertainties in estimating production costs of future nuclear technologies: A model-based analysis of small modular reactors. Energy. 2023;281:128204. https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.128204

The authors declare that there are no conflicts of interest present.