научная статья по теме ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ НА БАЗЕ КОРАБЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Машиностроение

Текст научной статьи на тему «ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ НА БАЗЕ КОРАБЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

СУДОСТРОЕНИЕ

ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ НА БАЗЕ КОРАБЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

В. Н. Долгов, докт. техн. наук (СПМБМ «Малахит»)

Предложения о создании подземных атомных электростанций на базе корабельных энергетических установок в последние годы все чаще обсуждаются на научно-технических конференциях, появляются в периодической печати. В предлагаемой читателям статье автор представляет свою концепцию решения данной проблемы.

Анализ современного состояния атомной энергетики и комплекс проектно-исследователь-ских разработок по подземным атомным электростанциям (АЭС) позволяют сформулировать ряд положений о возможностях ее дальнейшего развития.

1. Необходимость в АЭС определяется, в первую очередь, возрастающей зависимостью традиционных источников энергии от стоимости добычи и транспортировки органических топлив, постепенным истощением их ресурсов1, необоснованностью надежд на широкомасштабное производство энергии на базе термоядерного синтеза, неконкурентоспособностью возобновляемых источников тепловой и электрической энергии, ничтожно малым влиянием АЭС на окружающую среду, которое при нормальной эксплуатации в тысячи раз меньше естественного радиационного фона.

2. Для широкомасштабного развития атомной энергетики требуется более высокий уровень безопасности, исключающий радиационно опасные аварии при любых событиях, в том числе таких, как отказы оборудования, ошибки персонала, природные и антропогенные внешние воздействия.

3. В традиционных атомных энергетических установках (АЭУ) с водяным теплоносителем в первом контуре полезно используется только 0,5% энергетического потенциала природного урана, все остальное — радиоактивные отходы. Другими словами, функционирование АЭУ сопряжено с накоплением громадного количества радиоактивных отходов, переработка и захоронение которых требует больших материальных затрат. Суммарные запасы природного урана не так уж велики. По данным МАГАТЭ, запасы дешевого природного урана, например, в России находятся на уровне 450—500 тыс. т. Ежегодная потребность в природном уране для уже действующих в России АЭС суммарной электрической мощностью 212 ГВт превышает 4000 т. При наиболее вероятном увеличении годового расхода природного урана в 2—2,5 раза запасов урана в России едва ли хватит до середины следующего столетия (при условии, что энергетическая мощность всех АЭС в 2030 г. не будет превышать 50 ГВт).

4. Особенностью ядерной энергетики России является промышленное освоение ядерных реакторов на быстрых нейтронах с жидкометалли-ческим теплоносителем (ЖМТ). В последнем поколении таких реакторов (типа БН-800) предусмотрено использование смешанного топ-

лива (мокс-топлива), состоящего на 30% из плутония, извлеченного из отработавшего ядерного топлива легководных реакторов или боеголовок ракет, снятых с вооружения, и отвального урана обогатительных производств, т. е. отходов ядерной энергетики.

5. Замыкание по топливному циклу энергетических систем, включающих ядерные реакторы разного типа, обеспечит увеличение коэффициента полезного использования природного урана и снижение объемов долгоживущих радиоактивных отходов. Наиболее кардинально эту задачу решают системы с реакторами на быстрых нейтронах с ЖМТ.

6. Развитие АЭС на основе традиционных реакторов типа РБМК или ВВЭР, использующих только малую часть энергетического потенциала природного урана, приведет к тому, что к середине следующего столетия атомная энергетика потеряет свою конкурентоспособность. С другой стороны, по мере исчерпания запасов дешевого природного газа конкурентоспособность атомной энергетики будет увеличиваться. Временной интервал, когда АЭС будут менее эффективны по сравнению с тепловыми электростанциями на органическом топливе, может быть существенно сокращен или вообще устранен при использовании реакторов нетрадиционного типа на быстрых нейтронах, охлаждаемых ЖМТ (свинец—висмут). В таких реакторах топливом подпитки служит низ-кообогащенный или даже обедненный (отвальный) уран.

7. Существующие технологии переработки отработавшего в реакторах типа РБМК и ВВЭР ядерного топлива не исключают возможности выделения плутония и его распространения в качестве составной части для создания ядерного оружия.

8. Удельные капитальные вложения для АЭС России и США, по данным Санкт-Петербургского института «Атомэнергопроект» (СПбАЭП), лежат в пределах 1116—2330 дол. на киловатт установленной электрической мощности; удельная себестоимость одного киловатт-часа вырабатываемой ими электроэнергии составляет 3,23— 5,9 цента (табл. 1).

9. Объем производства висмута не только в России, но и во всем мире определяется не разведанными запасами в недрах земли, а уровнем его потребления.

По данным ВНИПИпромтехнологии на базе уже разведанных запасов золотовисмутовых руд в Читинской области может быть организова-

1 По данным Мирового энергетического совета (МИРЭС), запасов нефти, угля и газа при нынешнем уровне потребления хватит соответственно на 40, 250 и 60 лет («Санкт-Петербургские ведомости» от 12.03.97).

СУДОСТРОЕНИЕ

СУДОВЫЕ ЭНЕ^ГЕТ^ЧЕС^^Е УСТАНОВКИ

Таблица 1

Экономические показатели АЭС России и США

США Россия

Показатель Существующие блоки AWR-600 Одноблоч-ная АЭС с реактором AWR-600 Двухблоч-ная АЭС с реактором AWR-600 Трехблоч-ная АЭС, блоки ВВЭР-640 Одноблоч-ная АЭС, блок ВВЭР-640

Удельные капвложения, дол./кВт 2330 1700 1525 1116 1230

Удельная себестоимость [цент/(кВт-ч)]/%:

капитальная составляющая 3,9/66,1 2,8/63,6 2,6/65,0 1,84/57,0 2,27/61,5

топливная составляющая 0,6/10,2 0,5/11,4 0,5/12,5 0,72/22,3 0,72/19,5

расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание 1,3/22,0 1,0/22,7 0,8/20,0 0,47/14,6 0,49/13,3

снятие с эксплуатации 0,1/1,7 0,1/2,2 0,1/2,5 0,06/1,8 0,07/1,9

прочие бюджетные затраты — — — 0,14/4,3 0,14/3,8

Всего: 5,9/100 4,0/100 4,0/100 3,23/100 3,69/100

но производство 2500—3000 т висмута в год при удельных капитальных затратах 150 млн дол. США на 1000 т/год. На внешнем рынке в конце 80-х годов спрос на висмут отставал от предложения. Цены на висмут в среднем составляют 10 дол./ кг.

Из сказанного выше вытекают пять основных требований, которым должны отвечать АЭС XXI века: безопасность, утилизация плутония и недопущение его распространения, топливообеспечение, переработка и захоронение радиоактивных отходов (РАО), экономическая конкурентоспособность АЭС.

Накопленный СПМБМ «Малахит» опыт в области атомного подводного кораблестроения и результаты проектно-исследовательских работ по подземным АЭС, первые из которых по темам «Арктика» и «Сибирь» приходятся на начало 80-х годов, т. е. на дочернобыльский период, дают основание отнести к энергоисточникам нового поколения подземные АЭС (рис. 1), проектирование которых должно базироваться на следующих принципах [1—4]:

1. Геологические формации, такие как каменные соли, кембрийские глины, скальные породы, при антропогенных и радиационных воздействиях являются защитным барьером, надежно изолирующим подземную АЭС от окружающей среды;

2. Архитектурное единство долговременного подземного хранилища отработавшего ядерного топлива с могильником слабо- и среднеактивных РАО, исключающее поступление на поверхность каких-либо вредных отходов и необходимость их перемещения к месту переработки или захоронения;

3. АЭС базируются на использовании освоенных корабельных ядерных технологий, опыта эксплуатации ядерных реакторов на быстрых нейтронах и передовых технологий возведения подземных тоннелей большого сечения;

4. В качестве теплоносителя АЭУ для АЭС нового поколения используют ЖМТ — эвтектический сплав свинец— висмут;

5. Моноблочная (интегральная) компоновка оборудования АЭУ и страховочный корпус, исключающие потерю теплоносителя и выход в окружающую среду радиоактивных веществ даже в случае разгерметизации корпуса ядерного реактора.

Реализация концепции подземных АЭС позволит создать предельно безопасный и экономически эффективный источник тепловой и электрической энергии, сделает АЭС неуязвимой при отказах оборудования, ошибках персонала и внешних воздействиях, таких как цунами, диверсионные взрывы, падение космических тел и летательных аппаратов.

Подземная АЭС представляет собой комплекс расположенных в подземном пространстве инженерных сооружений, осуществляющих основной технологический процесс, который связан с

Рис. 1. Возможная компоновка подземной

АЭС на базе корабельной технологии с реактором, охлаждаемым жидкоме-таллическим теплоносителем:

1 — комплекс вспомогательных сооружений на поверхности земли, обеспечивающих функционирование АЭС и не связанных с радиоактивностью;

2 — вентиляционная труба; 3 — шахты подвода и отвода охлаждающей воды; 4 — шахты прокладки электрокабелей; 5 — вентиляционный центр, фильтровальная установка «грязного» воздуха; 6 — блок сбора и переработки твердых РАО; 7 — сухое хранилище отработавшего топлива и могильник РАО; 8 — переходные и транспортные тоннели; 9 — энергетические блоки; 10 — шахты с грузовыми и пассажирскими лифтами; 11 — грузопассажирские лифты и санпропускники

радиоактивностью, и комплекс вспомогательных сооружений на поверхности земли, обеспечивающих функционирование АЭС и не связанных с радиоактивностью.

Проектные разработки, выполненные СПМБМ «Малахит» с участием специализированных предприятий — Физико-энергетического института, ОКБ «Гидропресс», Всероссийского проектного и научно-исследовательского института комплексной энергетической технологии, Ленметрогипротранса, СПбАЭП и Ленинградского металлического завода — показали, что в подземном зале, аналогичном станции типа «Спортивная» Санкт-Петербургского метрополитена, может быть размещен энергетический модуль АЭС электрической мощностью 220 МВт (рис. 2). Подземная АЭС в зависимости от потребности в тепловой или электрической энергии может иметь любое число энергетических модулей, каждый из которых состоит из реакторной и турбогенераторной установок мощностью от 50 до 220 МВт. В состав реакторной установки АЭС входят традиционные системы: первый контур (ЖМТ свинец—висмут) и связанные с ним всп

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Машиностроение»