Достоинства и недостатки подземных размещений АЭС

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РФ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

 

 

 

Кафедра - ФЭУ

 

 

Тематический  реферат

по курсу «Теория переноса нейтронов»

«Достоинства и недостатки подземных размещений АЭС»

 

Студент гр.  ____________________  

^{(подпись)}

_________________

^(дата)

Руководитель

                                   ___________________  

^{(подпись)}

__________________

^(дата)

 

                                            Томск – 2012

Содержание

 

Введение……………………………………………………………………...……3

1. Подземные АЭС в России и мире……………………………………………..4

2. Достоинства подземных  размещений АЭС…………………………………..9

3. Недостатки подземных  размещений АЭС…………………………………..17

Заключение……………………………………………………………..….……..19

Список  используемой литературы………………………………………...……20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Развитие атомной энергетики в России и мире затруднено по причине  потенциальной опасности, которую  она несёт, пример этому недавняя авария на АЭС Фукусима-1 в Японии. Но при этом полностью отказаться от атомной энергии не представляется возможным. Выходом из сложившейся  ситуации может стать строительство подземных атомных электрических станций, безопасность которых существенно превосходит все остальные виды АЭС.

Примером заинтересованности России в ПАТЭС является проект подземной атомной электростанции на территории Кушвы.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Подземные АЭС в России и мире.

 

Впервые промышленный реактор  в подземном пространстве был  введен в эксплуатацию в 1958 году в  городе Железногорске (бывший Красноярск-26). Глубина залегания подземных выработок – 250 м. Это был уран-графитовый реактор АД на Красноярском Горно-химическом комбинате для наработки оружейного плутония. Затем там же были построены еще два реактора: АДЭ-1 (также для наработки плутония, 1962 г.) и АДЭ-2 – энергетический (1964 г.), для энергоснабжения комбината и для тепло-электроснабжения и горячего водоснабжения г. Железногорска с населением более 100 тыс. человек. В1992 году реакторы АД и АДЭ-1 были остановлены, а реактор АДЭ-2 используется для энергообеспечения Железногорска и является единственной в России подземной атомной станцией энергоснабжения[1].

Мировой опыт создания подземных  АЭС насчитывает более 30 лет. Первая экспериментальная подземная АЭС  “Халден” с тяжеловодным кипящим  реактором была введена в эксплуатацию в 1960 году в Норвегии. Ее мощность составила 25 МВт. Подземная выработка, в которой  размещен реактор,, имеет размеры 30х10 м и высоту 26 м и расположена  в скальном массиве на глубине 30 м. АЭС “Халден” была построена в непосредственной близости от населенного пункта. Самая крупная подземная АЭС “Сена-Чуз”(мощностью 275 МВт) с реактором PWR была построена во Франции в 1967 году. Особенностью ее компоновки является то, что реактор, его вспомогательные системы и системы локализации аварии установлены в двух подземных сооружениях, облицованных бетоном, а турбогенераторы, системы управления и вспомогательное оборудование размещены в здании на поверхности. Стены реакторного помещения дополнительно покрыты стальными листами. Подземные выработки размещены в сланцах на глубине 50 м [5].

В настоящее время в  мире (кроме России) эксплуатируется  пять подземных АЭС. Это, кроме упомянутых “Халден” и “Сена-Чуз”, станции  “Хамболдт” (США, 1963 г.), “Агеста” (Швеция,1964 г.) и “Люцерн” (Швейцария, 1968 г.). Еще  одна экспериментальная АЭС SA (Швейцария) была построена в 1968 году, однако, после  аварии реактора в 1969 году была остановлена.  Опыт эксплуатации подземных АЭС  подтвердил высокую степень защищенности технологического оборудования, персонала  и населения при подземном  размещении станций и их экологическую  чистоту. В непосредственной близости от реактора размещаются бассейн  выдержки и перегрузки топлива и  хранилище отработанных ТВЭЛов. Все  работы с радиоактивными материалами  ведутся только в подземных помещениях. Помещения для персонала, контрольно-измерительной  аппаратуры и служб дозиметрического контроля скомпонованы в отдельный  блок с учетом обеспечения необходимых  условий для работы.

Накопленный опыт и новые  горно-строительные технологии явились  основой для проектирования новых  подземных АЭС с реакторами большей  мощности. Мировой опыт подземного строительства последних десятилетий  прошлого века доказал, что не существует никаких технических проблем  для создания крупногабаритных сооружений для размещения блоков АЭС, а по данным зарубежных исследований сроки строительства  подземных АЭС не превышают 1,5…2 лет (15…25%) по сравнению с наземными. Удорожание строительства подземной  АЭС по сравнению с наземной не превышает 25…40%  без учета затрат на вывод станции из эксплуатации, а с их учетом стоимости строительства  сопоставимы. Проведенные в Японии технико-экономические сравнения  подземной и наземной АЭС мощностью 1100 МВт показали экономическую целесообразность подземной АЭС в стране со скудными земельными ресурсами, развитой промышленностью  и густонаселенностью. По данным Института  энергетики Японии даже делается вывод, что именно создание подземных АЭС  позволит решить сложную проблему размещения объектов ядерной энергетики в стране. Кроме Японии национальные программы развития ядерной энергетики и других стран (Канада, США, Бельгия, Швеция и др.) содержат проекты строительства подземных АЭС. В настоящее время разработано более десятка проектов их создания [1].

Несмотря на разнообразие планировочных решений, глубины  размещения, типов реакторов и  т.д., все их можно разделить на три типа: АЭC штольневого типа. Все группы оборудования размещены в одной или нескольких подземных штольнях в скальном массиве. Котлованная АЭС с размещением всех групп оборудования в котловане с последующей засыпкой грунтом или скальной породой. Комбинированное размещение АЭС. В этом случае реакторное оборудование, его вспомогательные системы и системы локализации аварии размещаются в подземных помещениях, а остальное оборудование размещено в наземных помещениях. Конкретный выбор типа АЭС и площадки для ее строительства определяется следующими условиями:

- благоприятные горно-геологические  и геомеханические характеристики  геологической формации;

- удобство подходов и  подъездов к площадке;

- особенности рельефа  местности;

- сейсмические и тектонические  условия;

- наличие источников водоснабжения;

- отсутствие полезных  ископаемых в зоне строительства;

- технико-экономические  показатели строительства.

Глубина заложения подземных  АЭС, различающаяся в различных  проектах в несколько раз, зависит  от величины давления, которое возникает  при аварии, и от физических свойств грунта, определяющих распространение радиоактивности при ее выходе из реакторного помещения. В России Нижегородским институтом “Aтомэнергопроект” разработан проект подземной АЭС штольневого типа с реактором ВВЭР-1000 для Кольского полуострова. В этом проекте реактор размещается в вертикальном цилиндрическом подземном сооружении с куполообразным сводом диаметром 59 и высотой 90 м. Глубина заложения – 40 м [3].

В существующих проектах подземных  АЭС применены различные типы реакторов (PWR, BWR,CANDU, ВВЭР). Габаритные размеры таких реакторов требуют  создания для них подземных помещений  большого объема, как, например, упомянутый проект с реактором ВВЭР-1000 или  проект Калифорнийской Энергетической компании, где реактор PWR-1300 размещается  в помещении размерами 31х58 и высотой 65 м. Все это влечет, как упоминалось  выше, удорожание и увеличение сроков строительства станции. Кроме того, усложняются ремонт и обслуживание оборудования и требуются постоянные вахты значительного количества персонала в подземных помещениях. Наиболее целесообразно для подземных АЭС использовать высоконадежные наиболее мощные корабельные реакторы типа КН-3, обладающие высокой компактностью. Проведенный анализ показал, что при минимальной модернизации, возможно, увеличить их номинальную мощность почти вдвое. Уникальный опыт эксплуатации этих реакторных установок на крейсерах типа «Петр Великий» (в настоящее время количество действующих установок типа КН-3 – 8 единиц, наработки – несколько десятков реакторо-лет) позволяет создать АЭС на базе реакторов КН-3 в сжатые сроки и при низком риске использования новых технологий. Типовой проект подземной атомной теплоэлектростанции (ПАТЭС) установленной мощностью 300 МВт на базе реактора КН-3 и судостроительных технологий состоит из четырех унифицированных энергомодулей, каждый из которых размещается в одноуровневой штольне размерами 12х16х100 м Принятые в проекте конструктивные и технологические решения обосновывают привлекательность ПАТЭС по многим причинам. Помимо преимуществ, присущим подземным АЭС, использование корабельных реакторов и судостроительных технологий дополнительно позволяет решить многие актуальные проблемы ядерной энергетики и существенно повысить  экономическую эффективность станции [4].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Достоинства  подземных размещений АЭС

 

Безопасность:

— Подземное расположение ядерных  реакторов позволяет эффективно решить проблему их "физической" безопасности. Но даже если, тем ни менее, произойдет полное разрушение ядерного реактора,  расплавление активной зоны,  неконтролируемая цепная реакция,  то и в этом случае катастрофа легко  предотвращается тампонажем реактора и реакторной камеры с земли специальными составами с добавкой нейтроннопоглощающих материалов.  В таком замоноличенном состоянии реактор может храниться  сотни лет, не представляя никакой  реальной опасности для подземной  среды .

—Прочностные свойства гранитов, базальтов и некоторых других природных пород в 4…5 раз выше, чем у бетонов, поэтому скальный массив является защитной оболочкой  при паровых взрывах, вследствие которых давление повышается до 1,3…1,5 МПа [2].

—Одним из актуальных факторов современной международной политической обстановки является терроризм. Не исключено, что объектом нападения международных  террористических организаций могут  стать ядерные объекты, в частности  АЭС, где недостаточно эффективная  защита от диверсий и терроризма очевидна. Подземное размещение АЭС надежно  защищает их от поражающего воздействия  не только высокоточного реактивного  оружия типа «Корнет» или «Атлант», широко используемого международными террористами, но и любого бетонобойного  заряда или взрыва боеприпаса мощностью 50 тонн тротила. Даже в случае проникновения  террористов во внутренние помещения, где размещены ядерные энергоблоки станции, последствияаварии будут локализованы в подземном пространстве [1].

—Слабой стороной существующих АЭС является и их полная незащищенность от падения тяжелого самолета типа «Боинг-747». Падение такого летательного объекта на блок обычной АЭС, которое  может произойти, как показали террористические акты в США, не только в результате авиакатастрофы, приведет к глобальной катастрофе. Поэтому вероятностный  подход к оценке такого события неприменим, и в случае целенаправленных действий его вероятность равна единице. Фанатики-камикадзе, захватившие над  Америкой самолеты, спокойно могли  направить их не на здания Всемирного торгового центра, а на одну из многочисленных американских АЭС. Катастрофой, по масштабам, превышающим чернобыльскую, может  закончиться и нападение на наземную АЭС небольшой диверсионной группы фанатиков-смертников. Размещенная  в земных недрах АЭС полностью  защищена и от природных воздействий, например, падение метеорита, цунами и др [2].

—Важным фактором внешнего воздействия на АЭС являются землетрясения. Исследования вероятностных показателей  безопасности, проведенные Ливерморской лабораторией для АЭС “Surry” (США), показали, что частота повреждений  активной зоны от землетрясения составляет 1,2*10^(-4) 1/реактор*год, а от внутренних исходных событий  4,1*10^(-5) 1/реактор*год, то есть внешние воздействия почти  в 3 раза превосходят внутренние исходные события. Так как согласно требованиям  МАГАТЭ расчетная вероятность тяжелой  аварии не должна превышать 10…5 1/реактор*год, то требуются огромные затраты на антисейсмические мероприятия при  строительстве АЭС, а многие районы вообще непригодны для их размещения. В Японии проводились экспериментальные  исследования сейсмического воздействия  на поверхности и в подземных  машинных залах гидростанций “Shiroyama”  и “Numahaza”. Измерения показали снижение сейсмических воздействий в 2…3 раза. Детальные исследования проводились в Канаде фирмой “Онтарио Гидро” в связи с проектированием подземной АЭС вблизи озера Онтарио. Теоретические и экспериментальные исследования показали снижение сейсмических воздействий в 1,5…2 раза. Расчеты сейсмического воздействия на реактор, размещенный на глубине 120 метров, выполнены Горным институтом Кольского Научного Центра РАН. С учетом конкретных геологических условий получено снижение сейсмических колебаний в 1,4…1,7 раза . Таким образом, исследования, выполненные независимо друг от друга для разных геологических условий, дали практически одинаковый результат о снижении сейсмического воздействия при подземном размещении АЭС, и вероятность тяжелой аварии от землетрясения становится сопоставимой с вероятностью от внутреннего исходного события. Приведенные результаты позволяют сделать однозначный вывод о значительном сокращении затрат на антисейсмические мероприятия для подземных АЭС по сравнению с наземными [5].

—Подземные АЭС на основе судовых реакторов в 10000 раз надежнее наземных АЭС.

—Упрочение режима нераспространения  ядерного оружия и военных ядерных  технологий. Ядерный реактор в  подземном пространстве может работать под замком, в безлюдном режиме с полным управлением, вынесенным на поверхность. В результате можно  такие станции размещать в  любых странах на условиях работы их под замком, а работы по их перезагрузке и иному обслуживанию периодического характера осуществлять только под  контролем соответствующих органов, например МАГАТЭ. Этим самым проблема нераспространения военных ядерных  технологий, накопления расщепляющих материалов решается достаточно эффективно [6].

 

Экономичность: