4.3. Реакторы для атомных станций теплоснабжения

Атомные станции теплоснабжения (ACT), предназначенные исключи­тельно для снабжения крупных городов низкопотенциальным теплом, были почти полностью построены в Нижнем Новгороде (г. Горьком) и г. Воро­неже (ACT-500 мощностью 500МВт). К сожалению, ввод их в эксплуатацию не состоялся из-за неразумной политики в области ядерной энергетики после Чернобыльской катастрофы. Однако весь ход событий вселяет надежду, что эта ошибка будет исправлена, и приведенные выше сведения о судьбе построенных ACT устареют раньше, чем это пособие.

В мире структура потребления энергии в среднем такова, что ~80% составляет потребность в тепловой энергии и только ~20% - в электри­ческой. При этом ~60% из 80% требуется в промышленных технологиях, т.е. остальные ~20% идут чисто на бытовые нужды. В быту используется низкопотенциальное тепло с температурой рабочего тела до 260^oC. Тепло для промышленных технологий распределяется по требуемым температурам следующим образом:

До 260^оС 43%

260-550^оС 33%

550-950^оС 3% 950^оС 21%

Таким образом, суммарная доля низкопотенциального тепла в общем пот­реблении энергии составляет 20%+0.43*60%=45.8*, т.е. почти половина всей потребной энергии в мире - это низкопотенциальное тепло.

Ясно, что основными потребителями такого тепла являются крупные города с большими жилыми массивами и развитой промышленностью. Именно поэтому ACT выгодно строить около крупных городов (расстояние ~3-5км). Выгода состоит в том, что

-сокращаются транспортные потоки с топливом:

-экономится это топливо (вдвое, втрое):

-улучшается экологическая обстановка в крупных городах. Последний тезис требует пояснения. Сделаем это на примере ACT-500. Они являются экологически более чистыми, чем котельные на органическом топливе или АС такой же мощности потому, что

1)уменьшают выбросы в атмосферу городов сернистого газа на 20-30 тыс.т. в год, окислов азота на 7-9 тыс.т. в год:

2)практически все выделившееся тепло идет к потребителю без сбросов тепла в водоемы и атмосферу;

3)обеспечено минимальное водопотребление. т.к. нет турбинного хозяйства и не требуются пруды-охладители.

ACT-500 - ЯЭУ ПРЕДЕЛЬНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

В проблеме безопасности ядерной энергетики установилась опреде­ленная терминология, в соответствии с которой под "ЯЭУ предельной безопасности" понимается ЯЭУ, обеспечивающая вероятность не более 10^-7 того, что в течение года произойдет какое-либо из двух неприятных событий:

-превышение допустимых пределов (устанавливаемых в зависимости от назначения и места расположения ЯЭУ в требованиях к размещению) радиоактивных выбросов;

-разрушение активной зоны реактора (критерий разрушения принимается для каждого типа ЯЭУ в нормативных документах).

При оценке того, обладает ли ЯЭУ свойством предельной безопас­ности, должны учитываться характерные для места ее расположения вне­шние инициаторы аварий (землетрясения, цунами и т.д.), а также все возможные аварийные события, включая ошибочные действия персонала. Основными средствами достижения таких качеств ЯЭУ должны быть свой­ства самозащищенности реактора (или эквивалентные по надежности дру­гие средства защиты от внутренних инициаторов аварий), а также средства защиты от внешних инициаторов аварий.

Реакторы АСТ-500, в общих чертах, представляют собой модифика­цию реакторов типа ВВЭР, в которой реализованы почти все имеющиеся в настоящее время возможности для повышения их безопасности, в частности:

1)более, чем в 4 раза снижено удельное энерговыделение в активной зоне, т.е. существенно смягчен режим работы активной зоны;

2)съем тепла с активной зоны во всех режимах организован неза­висимо от внешних источников энергии с помощью естественной цирку­ляции теплоносителя, для чего каждая ТВС снабжена тяговой трубой;

3)за счет кластерного регулирования в каждой ТВС объемный коэффициент неравномерности снижен до 2.2 против 2.8-3 у ВВЭР-1000, т.е. снижены факторы перегрева твэлов, выгорание топлива более равномерное;

4)запас реактивности компенсируется выгорающими поглотителями,

размещенными прямо в ТВС;

5)трехконтурное охлаждение реактора организовано так, что второй промежуточный контур имеет давление теплоносителя, меньшее, чем в первом и третьем (сетевом) контурах, что при любых аварийных режимах исключает попадание активности в сетевой контур;

6)второй контур (на случай разгерметизации теплообменника меж­ду первым и вторым контурами), имеет компенсатор давления и предо­хранительный клапан под защитной оболочкой;

7)помимо защитной оболочки (контайнмента) на ACT-500 имеется страховочный корпус, выполняющий роль дополнительного барьера на пу­ти радиоактивных веществ, а также дополнительного средства для удержания теплоносителя в случае разгерметизации основного корпуса;

8)первый контур выполнен в интегральной компоновке, что позволило убрать трубопроводы больного диаметра из первого контура;

9)между активной зоной и корпусом реактора имеется слой воды толщиной почти 1м, что снижает радиационное воздействие (флюенс) на корпус в ~10 раз по сравнению с ВВЭР-1000;

10)отказ от борного регулирования снизил требования на коррозионные свойства материала корпуса реактора, повысил его устойчивость к переменным нагрузкам за счет отказа от внутреннего плакирующего слоя, а также уменьшил активацию оборудования первого контура и теплоносителя;

11)получили массовое применение патентованные устройства защиты по первопричине (например, размыкатели электропитания по давлению), что повысило надежность СУЗ по функции защиты.

Эти и другие меры привели к тому, что реакторы АСТ-500 признаны установками предельной безопасности. Необходимые доказательства этого были проведены Главным конструктором АСТ-500 и проверены экспертами МАГАТЭ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В этой главе на примере водо-водяных реакторов показано как и почему выбираются основные конструктивные решения при создании ядер­ных реакторов. Оказывается, при решении многих вопросов применяются не "высокая наука", а инженерные подходы, зачастую основанные просто на здравом смысле. Многие ограничения, влияющие на принятие реиений (в том числе ключевых), вообще возникают из-за проблем в смежных неядерных отраслях.