Наплавной метод строительства атомных станций малой мощности.


Студент ИГЭС V-1 Мищенко Андрей

Руководитель: Пергаменщик Б.К.

1.      Введение

Все, кто имеет отношение к энергетике, заметили тенденцию, связанную с развитием атомных станций малой мощности. Это обосновано отсутствием потребителя на большую мощность, необходимостью сделать реакторы более безопасными и желанием снизить капительные затраты при строительстве. Но есть ли реальная потребность в АСММ (Атомные Станции Малой Мощности)?

Один из возможных методов строительства АЭС малой мощности может предполагать перемещение станции в океан. Такие станции все чаще называют ПАТЭС – плавучие атомные электростанции. Возведение станций такого типа планируется наплавным методом.

Что такое наплавное строительство и в чем его преимущества?

Наплавной способ строительства представляет собой комплекс работ по централизованному изготовлению и оснащению крупных плавучих блок-модулей высокой монтажной готовности, транспортировке их водным путем и установке в проектное положение [1]. Это позволяет сократить сроки монтажа, строительные объемы и позволяет добиться максимального качества. Такое сооружение, может быть расположено непосредственно около потребителя, не нуждаясь в отчуждении больших площадей и обширной инфраструктуре, и не сталкиваясь с негативным общественным мнением.

Данный метод имеет особую актуальность при существующей картине мира: 40% населения мира сосредоточены в прибрежных районах [4], и использование оффшорной АЭС поможет решить проблему с энергообеспечением данных мест.

При доставке станции на место установки морским способом, нет необходимости в прокладывании железнодорожных и автомобильных сетей, в строительстве жилого поселка для рабочих.

В связи с тем, что большая часть электростанций по условиям циркуляционного водоснабжения также привязывается к берегам водоемов, расположение станции вне берега имеет особую целесообразность. По окончанию срока эксплуатации будет реализован принцип «зеленой лужайки».

В данной работе будет представлен обзор существующих разработок по данной тематике.

 

2.      ПАТЭС Академик Ломоносов с реакторными установками КЛТ-40С

Плавучая атомная электростанция Академик Ломоносов – несамоходное судно с двумя реакторными установками КЛТ-40С ледокольного типа. Длина – 144 м, ширина – 30 м, водоизмещение – 21,5 тысячи тонн [5].

Используемый тип реакторной установки – водоводяной энергетический реактор, с электрической мощностью 38 МВт, таким образом суммарная мощность станции составляет 76 МВТ. Данную станцию возможно оснастить опреснительным блоком, с производительностью до 100 000 м3/сутки.

Уникальность ПАТЭС заключается в возможности эксплуатации без выгрузки топлива в течение 12 лет и в сочетании с повышенным уровнем радиационной безопасности не оказывать действия на окружающую среду. Назначенный срок службы станции составляет 40 лет.

Безопасность станции обеспечивается многократно резервированными активными и пассивными системами безопасности, различающихся по конструктивному устройству и механизмам действия. Между топливной композицией и окружающей средой, существует ряд барьеров, к которым предъявляются жесткие требования по герметичности.

От внешних угроз станцию защищена несколькими факторами. Защита реакторной установки при столкновении с другим судном обеспечена за счет размещения реактора в средней части корпуса над двойным дном. Верхнее перекрытие станции имеет многослойную конструкцию и специальные конструктивные узлы, позволяющую выдержать падение самолета. Угроза штормовых волн и цунами исключается за счет использования естественных или искусственных барьеров, либо путем установки ПЭБ на удалении от берега [3].

На данный момент проект ПАТЭС Академик Ломоносов нельзя назвать успешным. Учитывая первоначально планируемую дату ввода в эксплуатацию 2013 год и стоимость в 15 млрд.руб. (2 млрд. – береговые сооружение), на сегодняшний день дата ввода сдвинулась на 2018 год, а ориентировочная стоимость превысит 37 млрд.руб (5 млрд. – береговые сооружения) [2].

3.      OFNP-300/1100 (Offshore Floating Nuclear Plants)

Концепция представлена двумя вариантами – станции мощностью 300 МВт и 1100 МВт.  Рассмотрим вариант OFNP-300, с реактором Westinghouse SMR [4].

Технология создания такой станции не отличается от процесса строительства ПАТЭС Академик Ломоносов. Корпус станции со всем технологическим оборудованием монтируется на верфи, после чего транспортируется к месту швартовки недалеко от береговой линии и подключается к сети для передачи электроэнергии.

Корпус станции представляет собой цилиндрическую оболочку (англ. SPAR), диаметр корпуса – 45 м, высота – 49 м, водоизмещение 72 000 тонн. Конструкции такого типа повсеместно распространены в нефтегазовой отрасли, что позволяет использовать многолетний опыт данной области для возведения блока АЭС. Швартовка станции обеспечивается системой тросов.

Расположение станции планируется в территориальных водах, то есть на расстояние приблизительно 22 км, и на глубине не менее 100 м. Такое расположение решит одну из основных проблем расположения станции в водном пространстве – цунами. Ведь разрушительную мощь цунами приобретают только у берега и на небольших глубинах, что и является основной опасностью прибрежного расположения АЭС.

Станция оснащена опреснительной установкой, которая обеспечивает работу второго контура и потребности экипажа. Безопасность реактора обеспечивается традиционными система безопасности, присущими всем современным реакторам. К примеру, система DRACS (Direct Reactor Auxiliary Cooling System) обеспечивает отвод тепла активной зоны через вспомогательный теплообменник, погруженный в морскую воду. При работе любой из систем безопасности, охладитель и морская вода не смешиваются, что исключает загрязнение.

При рассмотрении максимальной проектной аварии, когда давлении внутри защитной оболочки достигнет предельных значений, произойдет сброс давления путем отвода газов в толщу океана. Пройдя через систему фильтров, улавливающих радиоактивные элементы, последствия от высвобождения будут минимальны.

Оценить стоимость данного проекта практически невозможно, так как весь проект находится на этапе научных разработок.

4.      ONPP – Offshore Nuclear Power Plants

Третьим рассмотренным проектом расположения АЭС вне берега, будет вариант предложенный группой исследователей из Южной Кореи. Данный способ возведения наиболее точно подходит под определение термина наплавное строительство, предложенный ещё Советском Союзе.

Идея основана на использовании т.н. гравитационного фундамента (англ. GBS – gravity-based structure), когда устойчивость платформы обеспечивается силой тяжести массивного основания. Данная технология также повсеместно используется в нефтяной промышленности, что так же позволит использовать опыт этой отрасли. Все элементы атомной станции будут расположены в бетонных контейнерах, установленных на морское дно.

Возведение станции можно разделить на четыре основных этапа:

  1. Возведение платформы в сухом доке и изготовление блок-модуля АЭС.
  2. Установка блок-модуля на платформу.
  3. Буксировка платформы к месту расположения станции с последующей установкой и балансировкой на морском дне.
  4. Процедура пуско-наладочных работ и ввод в эксплуатацию.

Первоначально, планировалась разработка проекта с реактором APR1400, но учитывая тенденцию на АСММ, будет рассмотрен вариант с модульным реактором SMART (англ. System-integrated Modular Advanced ReacTor), имеющий интегральную компоновку. Тепловая мощность реактора – 330 МВт, электрическая – 90-100, в зависимости от нужд потребителя. Реактор оснащен активными системами впрыска под высоким давлением и сплинкерных насосов, источником воды для которых является бассейн, окружающий корпус реактора (англ. IRWST – In-containment Refueling Water Storage Tank). Система пассивного отвода тепла (СПОТ), снимающая остаточное тепловыделение основана на естественной циркуляции воды-пара [6].

Все здания и сооружения разбиты на 7 групп, каждая из которых будет находиться в своем отсеке. Если при традиционном строительстве АЭС расположения объектов по площадке станции не имеет особого значения, то здесь ситуация выглядит иначе. Так как все компоненты располагаются в соответствующих им лотках, вместе образующую единую платформу, нельзя допустить неравномерного распределения масс, что в свою очередь может привести к крену всего сооружения.

Данный концепт предполагает расположение до трех энергоблоков на одной платформе, с соответствующим выходом до 300 МВт электрической мощности.

Что касается опасности цунами, то высота волны при глубине в 30 м (планируемая глубина расположения станции) высота волны не будет превышать 15 м, что не представляет опасности.

Но, в отличии от предыдущих двух проектов которые находятся на плаву, для данного проекта реальную угрозу разрушения может иметь сейсмическая активность. При таком виде нагрузке, являющейся динамической, решающим фактором является масса конструкции.

За счет снижения общего веса станции, можно создать эффект т.н. сейсмоизоляции, при котором ущерб от землетрясения будет либо минимизирован, либо полностью исключен. Регулирование массы будет происходить при сбросе балластной воды, которой заполнены простенки по периметру станции. Исследование, проведенное разработчиками, показало, что уменьшение удельного веса станции на 35% приводит к снижению максимального горизонтального ускорения более чем на 30%.

5.      Заключение

Подводя итог, хочется сказать об огромном потенциале данной ветви атомной энергетики. Возможность оффшорного расположения станции особо привлекательна для развивающихся стран, с небольшим энергопотреблением и не особо развитой инфраструктурой. К сожалению, для реализации АСММ еще должно быть преодолено не мало барьеров. Вопрос высокой стоимости единицы установленной мощности может быть решен при серийном производстве, значительных государственных субсидиях и использовании опыта нефтегазовой промышленности при возведении корпуса станции. Возможная подводная атака должна исключаться улучшенной защитой, в том числе охраной военными ведомствами.  Эти и другие вопросы решаются учеными энергетиками всего мира, а пока можно сказать, что Наплавной метод строительства АЭС – это ответ, ищущий свою задачу.

6.      Список использованной литературы

  1. Колтун О.В. Наплавной способ строительства АЭС. Обзорная информация/О.В.Колтун, А.С.Павлов. – Москва: Информэнерго, 1991. – 36 с.
  1. AtomInfo.Ru — независимое атомное электронное периодическое издание [Электронный ресурс] –: URL: http://www.atominfo.ru/newsk/rhtm. – 2.10.2014г.
  1. Экспериментальное обоснование проекта системы аварийного расхолаживания реакторной установки КЛТ-40С плавучей атомной теплофикационной электростанции [Текст] / Б. Ф. Балунов [и др. ] // Теплоэнергетика. — 2011. — N 5. — С. 55-60
  1. Buongiorno, J.; Jurewicz, J.; Golay, M.; Todreas, N. The offshore floating nuclear plant (OFNP) concept. Nuclear Technol. 2015, in press.
  1. Плавучие АЭС: хороший улов./ Т.Данилова [и др.] Атомный эксперт.— 2015.— № 7.— С. 22-25
  1. Kim, M.G.; Lee, K.H.; Kim, S.G.; Woo, I.G.; Han, J.H.; Lee, P.S.; Lee, J.I. Conceptual studies of construction and safety enhancement of ocean SMART mounted on GBS. Nuclear Eng. Des. 2014, 278, 558–572
Рейтинг: 0

Автор публикации

0
не в сети 4 года

Андрей Мищенко

Комментарии: 0Публикации: 2Регистрация: 18-02-2016

Оставьте комментарий


Яндекс.Метрика
Авторизация
*
*


Регистрация
*
*
*

Генерация пароля