Баклушин Експлуатация АЕС 2011
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»
Р.П. Баклушин
ЭКСПЛУАТАЦИЯ
АЭС
Часть I
РАБОТА АЭС В ЭНЕРГОСИСТЕМАХ
Часть II
ОБРАЩЕНИЕ С РАДИОАКТИВНЫМИ ОТХОДАМИ
Рекомендовано УМО «Ядерные физика и технологии» в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений
Москва 2011
УДК 621.311.25(075) ББК 31.47я7 Б 19
Баклушин Р.П. Эксплуатация АЭС. Ч. I. Работа АЭС в энергосистемах. Ч. II. Обращение с радиоактивными отходами: Учебное пособие. М.: НИЯУ МИФИ, 2011. – 304 с.
Учебное пособие предназначено студентам вузов, специализирующихся в области атомной энергетики; может быть полезно работникам АЭС и специалистам, связанным с проектированием их.
Вчасти I пособия обсуждаются условия работы энергосистем, характеристики станций, образующих системы, организация управления электроэнергетическими системами, требования к маневренности станций, входящих в системы, а также рассматриваются маневренные характеристики энергоблоков, работающих на российских АЭС, и то, как эти характеристики удовлетворяют требованиям энергосистемы.
Вчасти II рассматриваются принципы обращения с радиоактивными отходами, неизбежно образующимися при эксплуатации атомных станций, технические решения, средства и системы, обеспечивающие снижение выхода их в окружающую среду, исключающие недопустимое воздействие их на человека.
Подготовлено в рамках Программы создания и развития НИЯУ МИФИ.
Рецензент К.В. Куценко
ISBN 978-5-7262-1441-2 |
© Национальный исследовательский |
|
ядерный университет «МИФИ», 2011 |
2
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Предисловие........................................................................................... |
7 |
Часть I. РАБОТА АЭС В ЭНЕРГОСИСТЕМАХ |
|
Введение ............................................................................................... |
12 |
Глава 1. ЭНЕРГОСИСТЕМЫ................................................................... |
15 |
1.1. Понятие об энергосистемах и их роли в энергетике.................. |
15 |
1.2. Развитие электроэнергетических систем.................................... |
18 |
1.3. Выгоды создания энергосистем................................................... |
20 |
1.4. О проблемах, возникающих при создании систем .................... |
26 |
1.5. Управление энергосистемами ..................................................... |
27 |
1.6. О качестве электрической энергии.............................................. |
33 |
1.7. Автоматика энергосистем............................................................ |
36 |
Глава 2. УСЛОВИЯ РАБОТЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ........... |
40 |
2.1. Неравномерность графика нагрузки ........................................... |
40 |
2.2. Показатели маневренных свойств электростанций................... |
42 |
2.3. Типы электростанций и их маневренные возможности............ |
43 |
Глава 3. ПОДДЕРЖАНИЕ РЕЖИМОВ В ЭНЕРГОСИСТЕМАХ........ |
53 |
3.1. Общие положения......................................................................... |
53 |
3.2. Физическая суть процессов регулирование частоты................. |
54 |
3.3. Принципы регулирования частоты ............................................. |
57 |
3.4. Некоторые сведения из электротехники..................................... |
64 |
3.5. Системные аварии. Устойчивость энергосистемы.................... |
66 |
3.6. Примеры системных аварий ........................................................ |
73 |
Глава 4. АЭС И ЭНЕРГОСИСТЕМЫ...................................................... |
77 |
4.1. Место и роль АЭС в энергосистемах.......................................... |
77 |
4.2. Технические аспекты включения АЭС в энергосистемы.......... |
80 |
4.3. Взаимоотношения АЭС и энергосистемы.................................. |
86 |
Глава 5. ТРЕБОВАНИЯ К МАНЕВРЕННОСТИ БЛОКОВ АЭС......... |
90 |
5.1. Требования к маневренности АЭС для нормального |
|
режима работы энергосистемы................................................... |
91 |
3
5.2. Требования к участию блоков АЭС в первичном |
|
регулировании частоты................................................................ |
94 |
5.3. Требования к АЭС при аварийных и нестационарных |
|
режимах работы энергосистемы................................................. |
96 |
5.4. Некоторые итоги........................................................................ |
105 |
Глава 6. ПОКАЗАТЕЛИ МАНЕВРЕННЫХ СВОЙСТВ АЭС............ |
107 |
6.1. Диапазоны изменения мощности блока.................................... |
107 |
6.2. Переходные режимы блоков...................................................... |
112 |
6.3. Приемистость.............................................................................. |
120 |
Глава 7. МАНЕВРЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЛОКОВ АЭС |
|
С РЕАКТОРАМИ ВВЭР ......................................................... |
121 |
7.1. Мощностные диапазоны............................................................. |
121 |
7.2. Переменные режимы блока........................................................ |
127 |
7.3. Приемистость.............................................................................. |
134 |
7.4. Соответствие маневренных характеристик блоков ВВЭР |
|
требованиям энергосистемы ..................................................... |
134 |
Глава 8. МАНЕВРЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЛОКОВ АЭС |
|
С РЕАКТОРАМИ РБМК......................................................... |
136 |
8.1. Мощностные диапазоны............................................................. |
137 |
8.2. Переходные режимы блока........................................................ |
143 |
8.3. Соответствие маневренных характеристик блоков РБМК |
|
требованиям энергосистемы ..................................................... |
146 |
Глава 9. МАНЕВРЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЛОКОВ АЭС |
|
С РЕАКТОРАМИ БН .............................................................. |
149 |
9.1. Мощностные диапазоны............................................................. |
150 |
9.2. Переходные режимы блока........................................................ |
152 |
9.3. Соответствие маневренных характеристик блоков БН |
|
требованиям энергосистемы ..................................................... |
153 |
Глава 10. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ МАНЕВРЕННОСТИ АЭС............. |
155 |
10.1. Улучшение характеристик оборудования и твэлов............... |
155 |
10.2. Тепловые аккумуляторы........................................................... |
164 |
4
10.3. Внешние аккумуляторы энергии............................................. |
169 |
Список литературы к части I.......................................................... |
175 |
Сокращения, принятые в части I..................................................... |
179 |
Часть II. ОБРАЩЕНИЕ С РАДИОАКТИВНЫМИ |
|
ОТХОДАМИ |
|
Введение ............................................................................................. |
182 |
Глава 1. РАДИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ АЭС......................... |
184 |
1.1. Обеспечение радиационной безопасности............................... |
184 |
1.2. Образование РАО........................................................................ |
186 |
1.3. Пути распространения радионуклидов |
|
в природной среде...................................................................... |
191 |
Глава 2. ОБЩИЕ ПОДХОДЫ К ОБРАЩЕНИЮ С РАО.................... |
195 |
2.1. Основные принципы обращения с РАО ................................... |
195 |
2.2. Нормирование радиационного воздействия АЭС.................... |
198 |
2.3. Классификация радиоактивных отходов.................................. |
200 |
2.4. Общая схема обращения с РАО................................................. |
202 |
2.5. Реализация принципов обращения с РАО на АЭС.................. |
209 |
Глава 3. ТВЕРДЫЕ РАДИОАКТИВНЫЕ ОТХОДЫ |
|
И ОБРАЩЕНИЕ С НИМИ |
|
3.1. Источники и виды ТРО............................................................... |
213 |
3.2. Обработка ТРО............................................................................ |
215 |
3.3. Хранение ТРО ............................................................................. |
220 |
Глава 4. ОБРАЩЕНИЕ С ЖИДКИМИ РАДИОАКТИВНЫМИ |
|
ОТХОДАМИ............................................................................ |
222 |
4.1. Общие положения....................................................................... |
222 |
4.2. Источники ЖРО на АЭС........................................................... |
224 |
4.3. Принципы обращения с ЖРО.................................................... |
227 |
4.4. Классификация ЖРО.................................................................. |
230 |
4.5. Требования нормативных документов к системам |
|
обращения с ЖРО на АЭС......................................................... |
231 |
4.6. Системы для обращения с ЖРО................................................ |
234 |
4.7. Обращение с ЖРО...................................................................... |
246 |
5
Глава 5. ОБРАЩЕНИЕ С ГАЗООБРАЗНЫМИ ОТХОДАМИ.......... |
254 |
5.1. Требования нормативных документов...................................... |
254 |
5.2. Источники газовых радиоактивных отходов............................ |
256 |
5.3. Способы снижения активности ГРО......................................... |
263 |
5.4. Очистка технологических сдувок.............................................. |
279 |
5.5. Вентиляция рабочих помещений............................................... |
289 |
5.6. Газоаэрозольные выбросы при авариях на АЭС...................... |
297 |
Список литературы к части II......................................................... |
298 |
Сокращения, принятые в части II ................................................... |
302 |
6
ПРЕДИСЛОВИЕ
В связи с развертываемой в нашей стране программой развития атомной энергетики всё более важное значение приобретает подготовка для АЭС квалифицированных кадров, хорошо и всесторонне знающих особенности энергоблоков и реакторных установок, ими управляемыми, понимающих требования к их эксплуатации, и условия, в которых они работают, в том числе это касается и вопросов, излагаемым в настоящей книге.
Она входит в серию учебных пособий по курсу «Эксплуатация АЭС», которая намечена к изданию Национальным исследовательским ядерным университетом «МИФИ». Полный курс, который автор читает в Обнинском институте атомной энергетики, включает темы, раскрывающие различные стороны эксплуатации атомных станций:
1.Введение (Развитие атомной энергетики: история, проблемы, перспективы).
2.Правовые основы эксплуатации АЭС.
3.Организация эксплуатации АЭС.
4.Эксплуатация и безопасность.
5.Стационарные режимы нормальной эксплуатации.
6.Переходные режимы нормальной эксплуатации.
7.Работа АЭС в энергосистемах.
8.Перегрузка топлива и обращение с ним на АЭС.
9.Ремонты и техническое обслуживание.
10.Контроль состояния твэлов.
11.Обращение с радиоактивными отходами.
12.Технико-экономические показатели эксплуатации.
13.Режимы АЭС при нарушениях нормальной эксплуатации.
14.Ввод АЭС в эксплуатацию.
15.Продление эксплуатации; вывод из эксплуатации.
По замыслу автора весь курс будет изложен в 5−6 книгах, объемом примерно совпадающим с той, которую Вы держите в руках. В настоящей работе же представлены две не связанные друг с другом, но важные темы курса (в списке они выделены).
Одна посвящена вопросу, который слабо разработан и мало описан в литературе, – работе АЭС в энергосистемах, взаимодейст-
7
вию станций и систем, требованиям к АЭС и их маневренности, которые в связи с этим возникают, и тому, как эти требования могут быть удовлетворены современными энергоблоками.
Текст, относящийся к этой теме, можно разделить на две части. В первой (главы 1−5) дается понятие об энергетических системах, обсуждаются условия их работы, организация управления ими и, наконец, характеристики станций, входящих в состав систем, и требования к их маневренности. Во второй (главы 6−10) рассматриваются маневренные характеристики энергоблоков, работающих на российских АЭС, то, как эти характеристики удовлетворяют требованиям энергосистемы, и, наконец, пути повышения маневренности атомных станций.
Автор попытался систематизировать материалы, часто противоречивые, опубликованные в разных источниках, сопоставить маневренные характеристики реальных блоков АЭС с требованиями энергосистем, обосновать используемую терминологию. Насколько это удалось, судить читателю.
Во второй теме – «Обращение с радиоактивными отходами» – рассматривается важный, до конца не решенный вопрос, влияющий на безопасность АЭС и привлекающий большое внимание общественности. Он близко стыкуется с проблемой обеспечения радиационной безопасности станций, но не всегда полностью раскрывается
всоответствующем курсе.
Вэтой части пособия излагаются принципы обращения с разными видами радиоактивных отходов, неизбежно образующимися при эксплуатации атомных станций, технические решения, средства и системы, обеспечивающие снижение выхода их в окружающую среду и исключающие недопустимое воздействие их на человека.
Пособие написано на основе курса «Эксплуатация АЭС», который автор более 30 лет читает студентам дневного и заочного отделений, а также слушателям курсов переподготовки и повышения квалификации персонала АЭС в Обнинском институте атомной энергетики (ИАТЭ), входящем сейчас в состав НИЯУ МИФИ.
Вчитаемом курсе рассматриваются вопросы применительно к энергоблокам, работающих на отечественных АЭС или проектировавшихся российскими организациями – ВВЭР-440 и ВВЭР-1000, РБМК-1000, БН-350 и БН-600. Но материал может быть использо-
8
ван и при подготовке персонала установок с ядерными реакторами другого типа и назначения.
Курс «Эксплуатация АЭС» посвящен: изучению работы энергоблока АЭС как единой большой человекомашинной системы и обращения с ним, как с такой системой; критериям и принципам, которыми при этом руководствуются; порядку управления блоком, проведения различных технологических операций, технического обслуживания и т.п. Данная особенность курса сравнительно слабо проявляется в настоящей работе; в большей мере это будет заметно в других темах. Во всяком случае в курсе нет возможности рассмотреть особенности всех систем и оборудования блоков. Поэтому отдельные виды оборудования и системы рассматриваются только в той степени, в которой они важны для блока в целом и определяют его эксплуатацию, в частности характер эксплуатационных режимов.
В курсе сравнительно мало используется математика. Но зато обращается большее внимание на феноменологическое описание процессов, на те физические, теплофизические, материаловедческие или другие явления и процессы, которые определяют подходы, режимы, ограничения или характер изменения параметров.
Настоящая работа рассчитана на студентов выпускного курса энергетического вуза и работников АЭС или во всяком случае на подготовленных читателей, которые знакомы с основными инженерными дисциплинами в области энергетики, с физикой ядерных реакторов, оборудованием и схемами станций, в том числе с электрической частью АЭС и вопросами радиационной безопасности. Если говорить применительно к атомной станции, то она, как и весь курс, ориентирована в первую очередь на персонал, ведущий основной технологический процесс – начальников смен станции, блока, реакторного цеха, ведущих инженеров по управлению реактором и блоком.
Подробность изложения отдельных вопросов во всех разделах курса определяется практикой преподавания. Более обстоятельно объясняются те положения, которые наиболее часто вызывают вопросы у обучаемых. Автор готов признать, что в ряде случаев в пособии приводится несколько избыточный материал, но считает целесообразным его сохранить, так как поясняющие примеры
9
должны помочь студентам, особенно при заочном обучении, освоить принципы и требования, понять их важность, необходимость и целесообразность. Представляется, что форма учебного пособия (а не учебника!) позволяет это сделать.
Надо принимать во внимание также, что сама эксплуатация АЭС не есть нечто застывшее, осуществляемое по раз и навсегда установленным правилам. Практика эксплуатации постоянно совершенствуется как с учетом опыта работы станций (в том числе зарубежных), так и в связи с усовершенствованием или изменением конструкций, решением новых задач; пример этого – развертывание работ по обеспечению маневренности российских энергоблоков, лучшей приспосабливаемости их к условиям работы и требованиям энергосистем.
В конце каждой темы, представленной в работе, приведен полный перечень литературы, использовавшейся при подготовке пособия. Но ссылки на него даются только в тех случаях, когда автор желает подчеркнуть источник того или иного положения, цифры, мысли.
10