Конструктивно-технологические решения объектов подземной атомной энергетики малой мощности Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

---------------------------------------------- © А.Э. Кокосадзе, 2011

УДК 622:69.035.4 А.Э. Кокосадзе

КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ПОДЗЕМНОЙ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ МАЛОЙ МОЩНОСТИ

Рассмотрены различные технические решения подземных объектов малой атомной энергетики в горизонтальных выработках. Дан сравнительный анализ конструктивнотехнологических решений подземных станций в прибрежных массивах и на равнинной местности.

Ключевые слова: подземная атомная станция, реакторы малой мощности, хранилища радиоактивных отходов, тоннели.

Одним из направлений развития малой энергетики может быть создание подземных объектов с использованием корпусных судовых реакторов малой мощности (40-70 КВт) или специально созданных реакторов такой же мощности, возможно, ториевого типа [1, 2, 3, 4, 5, 6].

Рассмотрим конструктивно-компоновочные решения подземных атомных электростанций (ПАЭС) тоннельного типа (ТТ), где все основные выработки станций расположены в тоннеля большого сечения или каверных.

Концепция создания таких станций включает следующие основные положения:

- глубина заложения реакторных помещений (РП) составляет не менее 60100м в зависимости от конкретных инженерно-геологических и других свойствах породного массива;

- помещение реакторов должно быть совмещено с временным хранилищем низко и средне активных радиоактивных отходов (НАО) и (САО), продолжительность эксплуатации такого рода выработок составляет не менее 70 лет для судовых реакторов малой мощности (РММ);

- на глубине свыше 300 м располагают выработки хранилищ отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС), высокоактивных отходов (ВАО) и облученного ядерного топлива (ОЯТ), продолжительность эксплуатации которых составляет сотни и тысячи лет;

- снятие РММ с эксплуатации производят в подземных условиях, окончательная консервация станции - путем заполнения тоннелей или каверн составами из бетонита в смеси со свинцом:

- конструкция ПАЭС ТТ допускает вывод отдельных РММ для ремонта на заводах их изготавливающих;

- конструкция хранилища исключает возможность изъятия радиоактивных материалов с поверхности в незамеченном режиме с помощью космической разведки;

- станция допускает поэтапный ввод в эксплуатацию.

На рис. 1 и рис. 2 показаны принципиальные конструктивно-тех-

нологические решения ПАЭС ТТ в прибрежных и равнинных регионах.

Сооружение станции производят следующим образом.

*(60 МОП МОП 0)

Вертикальный и горизонтальный масштаЭ не соЬпйЭанШт

Рис. 1. Принципиальное конструктивно-технологическое решение прибрежной - подземной атомной электростанции (ПАЭС) наплавного типа (НТ): 1 - морская акватория; 2 - створки шлюзового затвора; 3 - монтажная камера для тоннелепроходческого комбайна (ТПК); 4 - выработка кругового очертания, пройденного ТПК; 5 - вертикальный ствол для хранилища ВАО и ОЯТ. Если выработка 4 расположена на глубине не менее 300 м.; 6 - ствол для выдачи электроэнергии на поверхность, вентиляции, аварийной эвакуации персонала; 7 - вспомогательная наклонная выработка для демонтажной камеры ТПК; 8 - хранилище ВАО и ОЯТ; 9 - выработка для дезактивации элементов ПАЭС при снятии станции с эксплуатации и хранения НАО и САО; 10 -турбинная камера; 11 - турбина; 12 - демонтажная камера ТПК; 13 - баржи большой грузоподъемности; 14 - корпусные судовые реакторы малой мощности; 15 - хранилище ВАО и ОЯТ на одном уровне с выработкой 9 при глубине заложения выработки свыше 300 м.; 16 - позиция 8 для выработки 15.

С моря на большегрузных баржах по воде внутрь тоннеля или каверны завозят турбины и реакторы, создавая «гирлянду» станции. Далее закрывают створки шлюза и осушают тоннель, закрепляя турбины и РММ на дне круговой выработки. Если в дальнейшем будет необходимость перемещать баржи с РММ, тоннель или каверна могут быть снова заполнены морской водой.

Основные выработки ПАЭС ТТ выполняют с использованием тоннелепро-

ходческих комбайнов (ТПК) большого диаметра (12-15 м) из ряда существующего парка зарубежных комбайнов и в перспективе - диаметром до 25 м, которые будут заново запроектированы и изготовлены.

На рис. 1 показано расположение монтажных и демонтажных камер, как на поверхности, так и на горизонте проходки.

0,0

Вертикальный и горизонтальный моштсб не со&паЗают

Рис. 2. Принципиальное конструктивно-технологическое решение прибрежной - подземной атомной электростанции (ПАЭС) равнинного типа (РТ): 1 - наземная монтажная камера тоннелепроходческого комбайна (ТПК); 2 - наклонная выработка кругового очертания, проходимая ТПК; 3 - ТПК большого диаметра (12-15 м); 4 - вертикальный ствол для возведения ПАЭС РТ без проведения наклонной выработки; 5 - монтажная камера ТПК в основании проходческого ствола; 6 - основная выработка тоннельного типа для размещения реакторов малой мощности (РММ) 4070 МВт; 7 - «гирлянда» судовых реакторов малой мощности; 8 - турбинное отделение станции («чистая зона»); 9 - вертикальный ствол доступа в хранилища ОТВС, ВАО и ОЯТ; 10 - выработки (пеналы) для размещения ОТВС, ВАО и ОЯТ; 11 - вертикальный основной ствол для выдачи на поверхность электроэнергии, проветривания станции и подходу к демонтажной камере ТПК (для одноступенчатого варианта станции); 12 - демонтажная камера ТПК для одностадийного сооружения станции; 13 - вторая подходная наклонная выработка, проходимая ТПК «снизу вверх» при одностадийном сооружении станции; 14 - ТПК; 15 - наземная демонтажная камера ТПК; 16 - кран для перемещения реакторов по выработкам; 17 - опоры для портального крана; 18 - инженерный барьер из тюбингов и спецконструкций (СНЭК); 19 - реактор малой мощности»; 20 - монтажная камера для проходки основного тоннеля ТПК второй очереди; 21 - основной тоннель второй очереди для размещения «гирлянды» РММ; 22 - ТПК для ведения проходческих работ на горизонтальном участке станции; 23 - выработка для дезактивации элементов ПАЭС при снятии станции с эксплуатации и хранения САО и НАО в течение до 70 лет; 24 - консервируемые элементов РММ; 25 - выработка для перемещения ТПК из выработки 6 в выработку 21 для второй очереди станции; 26 - выработка для спуска ОТВС, ВАО и ОЯТ в хранилище на срок сотни и тысячи лет Конструкция ПАЭС ТТ требует на- выдачи электроэнергии на поверхность, личия ряда вертикальных стволов для проветривания выработок в процессе

проходки и эксплуатации хранилищ временного и постоянного типа, эвакуации обслуживающего персонала при за-проектных авариях, подачи инструмента и оборудования для ведения подземных работ и т.д. Эти вспомогательные стволы на рис. 1 и 2 не показаны.

Выработки для НАО и САО располагают на том же горизонте, что и основные выработки станции для реакторов, турбин и другого оборудования. Все выработки оборудованы кранами для перемещения РММ для ремонта, снятия с эксплуатации при аварийных ситуациях конкретного реактора. Выработки хранилищ ОТВС, ВАО и ОЯТ выполняют в шахтной компоновке на глубине свыше 300 м или на том же горизонте, где расположены РММ и турбины, если глубина расположения этих выработок составляет свыше 300 м. Проектными решениями могут быть сопоставлены варианты заглубления основных выработок для РММ для исключения работ по возведению хранилищ ОТВС, ВАО и ОЯТ, которые в принципе могут быть сооружены в процессе эксплуатации ПАЭС, поскольку на первых этапах ее эксплуатации эти отходы еще не будут образованы.

Таким образом, подземный комплекс ПАЭС ТТ будут одновременного эксплуатировать и в нем будут выполнять проходческие работы по возведению как второй очереди самой ПАЭС,

1. Мельников Н.Н., Конухин В.П., Наумов

В.А. Подземные атомные станции // Апатиты, изд. Кольского научного центра АН СССР. 1991. -138 с.

2. Чесноков С.А., Румянцев В.А. Технологические проблемы создания подземных АЭС // Проблемы транспортных и инженерных коммуникаций - №4. 1996. - С.12-17.

так и для создания хранилищ высокоактивных отходов.

На рис. 2 представлен вариант ПАЭС ТТ для равнинного района местности с использованием для ведения основных подземных работ как наклонной проходной выработки, возможно, и в виде спирали, так и с использованием вертикальных стволов. Эти варианты выбирают в зависимости от конкретных принятых технологических решений в зависимости от инженерно-геологических, горнотехнических и прочих обстоятельств, а также наличия горнопроходческого оборудования, в частности ТПК, инфраструктуры и т.д.

Использование ТПК вместо буровзрывного способа производства работ вызваны, в первую очередь, необходимостью иметь минимальное нарушение массива в местах расположения РММ и хранилищ. В этих местах возводят мощный инженерный барьер, состоящий из двух слоев - радиационностойкого и традиционного бетона, разделенных за-армированным листом из нержавеющей стали, что позволяет создать замкнутую конструкцию кругового очертания, вставленную в традиционную крепь горной выработки (7, 8, 9, 10, 11).

Приведенные конструктивно-технические решения ПАЭС с реакторами малой мощности могут стать одним из направлений развития атомной энергетики.

-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Петров Э. Новая технология обеспечивает ПАТЭС рентабельность // Ядерное общество. - №2-3. 1999. - С.32-35.

4. Новиков И., Кружилин Г., Ананьев Е. Ещё раз о ПАТЭС // Ядерное общество - №2. 2000. - С. 43-44.

5. Дмитриев С.А., Фридкин В.М., Кокосадзе А.Э. и др. Инновационные технологии создания подземных комплексов АЭС малой мощности // Труды Международной научно-технической

конференции «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики». М., 2008. - С. 912-915.

6. Кедровский О.Л., Чесноков С.А., Коко-садзе А.Э., Фридкин В.М. Подземные электростанции малой мощности //Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. Серия «Науки о земле». Изд. ТулГУ. Тула. - Вып. 4. 2009. - С.113-115.

7. Кедровский О.Л., Фридкин В.М., Коко-садзе А.Э. и др. Критерии и направления создания инженерных сооружений для подземного захоронения радиоактивных отходов и подземных атомных электростанций // Наука и технологии в промышленности - №4. 2008. -С.65.

8. Чесноков С.А., Фридкин В.М., Кокосадзе А.Э. и др. Геомеханические аспекты конструирования хранилищ высокоактивных отходов и отработавшего ядерного топлива в глубинных геоформациях с инженерными барьерами повышенной надежности// Известия Тульского

государственного Университета. Серия «Геомеханика. Механика подземных сооружений». Изд. ТулГУ. Тула. Вып.4. 2006. - С. 211-218.

9. Чесноков С.А., Фридкин В.М., Кокосадзе А.Э. и др. Конструктивно-техноло-гические и экологические аспекты создания подземных хранилищ ядерного топлива в глубинных галогенных формациях // Горный информационноаналитический бюллетень. Изд. Горная книга. -№3.2008.-С.182-189.

10. Кокосадзе А.Э. Экологические проблемы подземных захоронений опасных промышленных отходов // Горный информационноаналитический бюллетень. Изд. «Горная книга».- № 11.2010.-С.160-164

11. Кокосадзе А.Э., Чесноков С.А. Экологические и конструктивные проблемы создания подземных хранилищ радиоактивных отходов // Горный информационно-аналитический бюллетень. Изд. «Горная книга». - №12 2010. -

С. 154-158. ЕШ

— Коротко об авторе ---------------------------------------------------------------

Кокосадзе А.Э. - Первый заместитель генерального директора - технический директор ЗАО «Институт «Оргэнергострой», член Ядерного общества и Тоннельной ассоциации России, [email protected]

----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор | Название работы | Специальность | Ученая степень

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ

ЖУРАВЛЁВ Тектоническое развитие Верхнесе-

Алексей леннях - Уяндинского района Колымской петли в мезозое и кайнозое 25.00.01 к.т.н.

Николаевич