СУДОСТРОЕНИЕ 2'2000
О ЗНАЧЕНИИ СУДОСТРОИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ОБЕСПЕЧЕНИИ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ ПОДЗЕМНЫХ АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Э. Л. Петров, канд. техн. наук (ГНЦ ЦНИИ им. академика А. Н. Крылова) удк 621.311.25:621.039(24)
В журнале «Судостроение» № 5 за 1999 г. помещена статья В. Н. Долгова «Перспективы создания подземных атомных станций на базе корабельных технологий». Следует поблагодарить редакцию журнала за публикацию этой статьи, привлекшей внимание читателей к теме, актуальность которой не вызывает сомнений.
С прекращением серийной постройки кораблей с атомными энергетическими установками (АЭУ) высвободился значительный промышленный потенциал судового машиностроения и приборостроения, использование которого для нужд народнохозяйственной сферы может оказаться одновременно спасательным кругом для десятков предприятий отрасли. Наряду с этим как в России, так и во многих других странах имеются регионы, испытывающие недостаток собственных энергоресурсов, где этот дефицит может быть удовлетворен блочными атомными электростанциями (АЭС) сравнительно малой мощности (до 100 МВт), т. е. близкими к уровню современных судовых АЭУ.
Подземное укрытие радиационноопасных узлов АЭС (реакторы, хранилища отработанного ядерного топлива, радиоактивных отходов и т. п.) известно давно. Подземные атомные блоки были построены в России, Франции, Швеции, США, Норвегии, Швейцарии еще в 50—70-х годах. Можно, таким образом, утверждать, что имеется и опыт сооружения, и опыт эксплуатации подземных АЭС. Именно такие защищенные станции позволили сделать решающий шаг к более эффективному использованию тепловой энергии реакторов. Потребитель помимо электроэнергии получил в свое пользование теплофикационное и низкопотенциальное тепло, тем самым кардинально улучшив экологические характеристики энергогенерирующего объекта.
«Если АЭС, — то подземная», — в этом убеждают нас работы директора горного института научного центра РАН Н. Н. Мельникова [1] и вице-президента Академии горных наук России Е. А. Котенко [2]. Эта концепция поддержана также известными учеными страны академиками РАН А. П. Александровым, Е. П. Велиховым, И. В. Горыниным, П. Л. Капицей, Ф. М. Митенковым, В. Н. Михайловым, В. М. Па-шиным, А. Д. Сахаровым, И. Д. Спасским, В. И. Субботиным, Ю. А. Трутневым, Н. С. Хлоп-киным и другими.
Однако не со всеми положениями статьи В. Н. Долгова можно согласиться.
Узловым вопросом при реализации любого проекта по энергообеспечению является его конкурентоспособность, поэтому заказчик все-
гда сравнивает экономические характеристики проектов. Почему же мировая атомная энергетика все-таки идет по пути наземного сооружения блоков-миллионников, усложняя и укрепляя защитные оболочки? Да потому, что десятки проектных вариантов их подземного размещения показали, что чрезмерно велики (примерно в 1,3—1,4 раза больше) первоначальные затраты на их сооружение. Если же учесть, что блок станции через 40—50 лет должен сниматься с эксплуатации, то подземная компоновка блока оказывается, по оценкам Н. Н. Мельникова, более рентабельной, чем наземная. Практика подтверждает, что, как правило, строители первых подземных АЭС использовали ландшафтные особенности местности. Именно при этих условиях защита блока земным покровом оказывалась экономически более целесообразной, чем сооружение эквивалентного по свойствам железобетонного защитного колпака. Досадно, но в этом плане компоновочные решения В. Н. Долгова по подземной станции не содержат ничего принципиально нового по сравнению с уже реализованными решениями, а корабельная технология оказалась вообще не причем. В предложенной им компоновке оборудование по-прежнему расставляется в разновысоких помещениях, при этом реакторная установка существенно заглубляется по сравнению с другими помещениями. Разновысокие помещения предполагают последовательное осуществление строительно-монтажных операций, что удлиняет цикл сооружения станции. Как оценивает сам автор статьи, сроки возведения такой подземной станции достигают 8—10 лет, что ведет к существенному ее удорожанию. Более того, для такой станции необходимо планировать захоронение блока на месте, к чему не всякий земной массив пригоден; из-за этого резко сужается сфера применения станций такого типа и ухудшается их конкурентоспособность.
В выборе типа судовой АЭУ для проекта подземной станции В. Н. Долгов остановился на реакторной установке с жидкометаллическим теплоносителем (свинцово-висмутовый сплав), которой по-прежнему присущи проблемы предотвращения реактивностных аварий, сохранения герметичности контура теплоносителя реактора, надежного отвода теплоты от активной зоны, обеспечения работоспособности барьеров безопасности и физической защиты делящихся материалов.
Как показывает опыт эксплуатации подводных лодок, имевших АЭУ с жидкометалличе-
СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
СУДОСТРОЕНИЕ 2'2000
Защищенность ПАТЭС и АЭС от воздействия природных и техногенных событий
Событие ПАТЭС Наземная АЭС с ВВЭР
Снежная лавина, заносы + ♦
Экстремальная скорость ветра и торнадо + ♦
Пожар на станции ♦ ♦
Пожар вне территории станции + ♦
Внутреннее затопление ♦ ♦
Низкие зимние температуры + ♦
Туман + ♦
Сейсмическая активность ♦ ♦
Взрывы промышленных и военных установок за пределами станции + ♦
Метеориты + ♦
Молнии + ♦
Авария на транспорте + ♦
Усадка — вспухание грунта при выравнивании в нем напряжения ♦ ♦
Авария на трубопроводах с газом и другими взрывчатыми вещества - + ♦
ми вне станции
Выделение токсичных газов ♦ ♦
Воздействие на АЭУ осколков при аварии турбины + ♦
Оползень + ♦
Падение любого самолета + о
Попадание бомбы или ракеты с зарядом тротиловым эквивалентом + о
до 190 кг
Диверсионный акт (взрыв взрывчатых веществ тротиловым эквивален- + о
том до 50 т)
Условные обозначения
+ — защита обеспечена.
♦ — требуются проектные решения.
О — конструкцией защита не предусматривается.
ским теплоносителем, использование свинцово-висмутового сплава сопряжено с определенными трудностями:
во-первых, для разогрева сплава, его плавления, прогрева конструкций установки, поддержания сплава в жидком состоянии необходимы дополнительные энергозатраты и усложнение состава оборудования реакторных установок;
во-вторых, не приходится надеяться на использование развитой естественной циркуляции сплава в первом контуре, что снижает живучесть реакторной установки при ее обесточивании;
в-третьих, в результате нейтронного облучения сплав становится носителем токсичного радиоизотопа Ро-210, пролив которого в отсек ограничивает обитаемость, эти же обстоятельства усложняют ремонтные работы с оборудованием первого контура, с перегрузкой топлива и т. п.
Важнейшее достоинство судовой АЭУ заключается в ее компактности, а значит, и транспортабельности. Если рабочие штольни выполнены одноуровневыми, то энергомодули, изготовленные в заводских условиях под ключ, могут быть оперативно в них введены. Таким образом, новая организация параллельного цикла как подземных, так и машиностроительных работ позволяет сократить конечные сроки сооружения до 3,5—4 лет. В условиях рыночной экономики сокращение вдвое срока кредитования дает существенный экономический эффект. Этот же путь
ведет к сохранению штолен при многократной замене энергомодулей, что весьма важно и для ремонтных работ, и для замещения после исчерпания срока службы энергомодулей.
В этом случае принятая технология позволяет переложить тяжесть капитальных ремонтов и утилизации энергомодулей на специальные цехи судоремонтного предприятия, что делает ненужным расширение ремонтной базы на площадках подобных станций. Такая схема обслуживания станция практически тождественна практике обслуживания кораблей и судов. Только теперь появляется принципиально новый аспект именно централизованного обслуживания АЭС специализированным техническим центром, каковым становится судоремонтный завод. Заметим, что подземное укрытие станции гарантирует радиационную безопасность населения в форс-мажорных обстоятельствах, обусловленных природными, техногенными или антропогенными воздействиями, что наглядно иллюстрируют данные приведенной таблицы. Расчеты и практика горного строительства показывают, что с уменьшением поперечного размера штольни увеличивается устойчивость кровли к внешним воздействиям. Однако для конечного достижения поставленной цели — предотвращения недопустимой эмиссии радиоактивных веществ в окружающую природную среду — необходимы меры по обеспечению надежной герметизации кабельных и трубопроводных проходок, перекры-
тия проходок систем вентиляции и систем теплоотвода, транспортных проходов и т. п. Для блоков судового уровня мощности, и это следует подчеркнуть, в проектах станций могут быть использованы малогабаритные устройства и оборудование, хорошо зарекомендовавшие себя в судостроительной практике.
При всей свой приверженности к реакторным установкам со свинцово-висмутовым теплоносителем, В. Н. Долгов обязан объективно признать, что на флотах всех стран мира сегодня все корабли и суда используют только во-доохлаждаемые реакторы. Этот выбор не ошибочен и не случаен. Должны быть чрезвычайно веские основания, чтобы доведенные до совершенства по безотказности, надежности и экономичности современные водоохлаждаемые реакторы заменить другими. Поэтому, не вступая в полемику с В. Н. Долговым, можно было бы приоритет водоохлаж-даемых реакторных установок обосновать лишь одним доводом — готовностью промышленности к их серийному производству и обслуживанию. Реалистичность должна быть в этом выборе ведущим аргументом.
Преодоление технологических и эксплуатационных проблем неизбежно затрагивает экономику любого проекта, поэтому следует предоставить возможность читателю сделать свой выбор. Капитальные затраты для подземной станции с реактором, охлаждаемым свинцово-висмутовым сплавом, электрической мощностью 220 МВт (такого, правда, не было и нет) по данным В. Н. Долгова составляют 1550— 1600дол./кВт и не намного отличаются от АЭС с блоком ВВЭР-640 — 1629 дол./кВт [3]. В то же время четы-рехблочная подземн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.