CC BY
63ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И КОМПЛЕКСЫ
УДК 621.039.586
В.В. Андреев 1, М.А. Берберова 2, Л.М. Сапаркин 1
РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ОЦЕНКИ УЩЕРБА, НАНЕСЕННОГО НАСЕЛЕНИЮ В РЕЗУЛЬТАТЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ПРИ АВАРИЯХ НА АЭС (НА ПРИМЕРЕ НОВОВОРОНЕЖСКОЙ АЭС)
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева1, Международный Центр по ядерной безопасности2
Проблема оценок показателей риска особо опасных объектов (в частности, АЭС) является важной задачей для разработки комплекса мер предосторожности. Речь идет об оценках ущерба в результате аварий на АЭС. Представлены модель расчета ущерба, нанесенного населению при авариях на АЭС, а также сфера ее применения для аварии на энергоблоках с реакторами типа ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 Нововоронежской АЭС. Общий экономический ущерб для энергоблока с реактором типа ВВЭР-440 оценивается в 5844,73 млн руб. Общий экономический ущерб для энергоблока с реактором типа ВВЭР-1000 оценивается в 13279,1 млн руб.
Ключевые слова: оценка риска, безопасность, ущерб, население, радиоактивные вещества, АЭС.
Введение
Оценка ущерба от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера -сложная и многоуровневая проблема. Ее суть сводится к прогнозированию воздействия поражающих факторов природных и техногенных чрезвычайных ситуаций при различных сценариях. Согласно монографии «Оценка ущерба от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» [1], прямые ежегодные ущербы от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера достигают 100-300 млрд рублей с гибелью сотен и тысяч жителей. Одним из самых опасных техногенных объектов является атомная станция (АЭС). Авария на таком объекте может иметь очень серьезные последствия, примером чего служат известные аварии: АЭС Три-Майл-Айленд (1979), Чернобыльская АЭС (1986), АЭС «Фукусима-дайити» (2011).
Согласно НП-001-15 [2], авария на АЭС - это нарушение нормальной эксплуатации АС, при котором произошел выход радиоактивных веществ и (или) ионизирующего излучения за границы, предусмотренные проектной документацией АЭС для нормальной эксплуатации в количествах, превышающих установленные пределы безопасной эксплуатации. Если эти радиоактивные вещества выходят за пределы площадки АЭС, то неизбежно в результате их воздействия появляется риск нанесения ущерба здоровью населения, проживающего вблизи расположения АЭС. Он зависит от многих факторов: типа энергоблока, типа аварии, ее протекания, особенностей расположения площадки АЭС, погоды, срабатывания систем безопасности, срабатывания мер по защите населения и др. В этих условиях задача оценки нанесенного населению ущерба приобретает очень сложный вид и не имеет простого универсального решения. Однако даже грубые предварительные оценки позволяют оценить опасность и повлиять на создание дополнительных мер безопасности. Также такие оценки полезны для развития экономики, поскольку оценка ущерба является основой решения буквально всех задач, связанных
© Андреев В.В., Берберова М.А., Сапаркин Л.М, 2018.
с предупреждением и ликвидацией чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, развитием экономических механизмов регулирования безопасности, разработки инвестиционных программ, возмещения ущерба от чрезвычайных ситуаций, страхования гражданской ответственности и т. д. [1].
Разработанная модель
Для оценки ущерба, нанесенного человеку из-за воздействия радиоактивных веществ, важно количественно описать риск этого воздействия. В НРБ-99/2009 [3] такое воздействие описывается понятием «годовая эффективна доза» - сумма эффективной дозы внешнего облучения, полученной за календарный год, и ожидаемой эффективной дозы внутреннего облучения, обусловленной поступлением в организм радионуклидов за этот же год. Если речь идет о дозе, полученной группой лиц, то тогда говорят о коллективной эффективной дозе. Единицей измерения эффективной дозы в Международной системе единиц - зиверт (Зв).
Согласно НРБ-99/2009 [3], облучение в коллективной эффективной дозе в 1 чел.-Зв приводит к потенциальному ущербу, равному потере примерно 1 чел. -года жизни населения. Величина денежного эквивалента потери 1 чел. -года жизни устанавливается отдельными документами федерального уровня в размере не менее 1 годового душевого национального дохода. Валовой национальный доход (англ. Gross National Income (GNI)) является одним из ключевых показателей экономического развития. GNI представляет собой текущую рыночную оценку всех конечных товаров и услуг, созданных факторами производства, находящихся в собственности резидентов, в том числе и на территории других государств. GNIper capita — годовой валовой национальный доход на душу населения. В России расчетом валового национального дохода занимается Росстат, который публикует эти данные в своих статистических сборниках [4] и на своем сайте (табл. 1).
Таблица 1
Валовой национальный доход РФ в 2011-2017 гг.
Год 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017
GNI (млн. руб.) 58513728 66058370 70587364 76626148 81063035 83763577 89737892
Население (млн. чел.) 143 143,3 143,6 146,2 146,3 146,5 146,8
GNIper capita (руб.) 409187 460980 491555 524119 554088 571765 611294
Учитывая вышеизложенное, была разработана следующая формула оценки экономического ущерба, нанесённого населению, находящемуся на некоторой территории S, в результате воздействия радиоактивных веществ при аварии на АЭС:
L = DE ' GNIPer capita,
где, L — ущерб, нанесённый населению, находящемуся на территории S; De — годовая эффективная доза облучения населения на территории S; GNIPer capita — валовой национальный доход на душу населения. Разделив выражение справа на Ni (общая численность населения на территории S), получим оценку экономического ущерба, нанесённого одному человеку на территории S в результате воздействия радиоактивных веществ:
_ DE ' GNIPer capita
= Щ
Просуммировав ущерб по всем территориям, получаем формулу для расчёта общего экономического ущерба населению:
k
LI = ^ Ц, i=1
где Li — общий ущерб, k — количество территорий, Li — ущерб на территории Si.
^ • / N1/8(0 • ^(уеаг)(0'
Для применения разработанной формулы оценки ущерба населению при авариях на АЭС необходима оценка радиационного риска, дающая оценку годовой эффективной дозы облучения населения, проживающего на некоторых территориях вблизи площадки АЭС. В качестве такой оценки были рассмотрены оценки, предложенные в [5]. Особенностью этих оценок является учёт частот направления ветра (розы ветров) и распределения населения в районе расположения АЭС по кольцевым сегментам румба, являющимися разбиением территории в радиусе Я от АЭС по сторонам света и по отдалённости от АЭС. При равномерном распределении населения в кольцевом сегменте румба была предложена формула:
Р Гк
DE(R) = ^ ^ I М1/8(Г) • DE(year)(r) • dr,
где Бб - годовая эффективная доза облучения населения в кольцевом сегменте румба, с учётом розы ветров; Я, г - расстояния от АЭС, Р-да - вероятность направления ветра; N1/8 - количество людей в румбе; ББ(уеаг) - годовая эффективная доза облучения всего населения. При
дискретном распределении населения в кольцевом сегменте румба:
к
DE(R) = PW•/
i=1
где Бб - годовая эффективная доза облучения населения в кольцевом сегменте румба, с учётом розы ветров; Я - расстояние от АЭС, Р-да - вероятность направления ветра; N1/8 - количество людей в румбе; ББ(уеаг) - годовая эффективная доза облучения всего населения. В этой же работе была предложена оценка ущерба населению с учётом частот направления ветра и распределения населения в районе расположения АЭС по кольцевым сегментам.
_ ^ 1к=1^д)(Ю ^^ = N---п-'
^(уеаг)
где Ь - ущерб, нанесённый одному человеку, проживающему в кольцевом сегменте румба; Я - расстояние от АЭС; Ьб - общий ущерб от аварии; N1 - общая численность населения; Бб -годовая эффективная доза облучения населения в кольцевом сегменте румба, с учётом розы ветров; ОБ(уеаг) - годовая эффективная доза облучения всего населения. Особенностью этой формулы от существующих оценок также является учёт частот направления ветра и распределения населения в районе расположения АЭС по кольцевым сегментам румба. Однако эта оценка не отражает реальной зависимости экономического ущерба, нанесённого одному человеку вследствие аварии, от дозы, полученной одним человеком вследствие этой же аварии. Также эта оценка не учитывает динамики экономического развития. Предложенная же ранее модель оценки ущерба лишена этих недостатков.
Применение модели
В качестве объекта для применения разработанной модели была рассмотрена Нововоронежская АЭС. Строительство станции началось в конце 1960-х гг.., и к началу 1980-х гг. к сети было подключено 5 энергоблоков. К 2015 году в эксплуатации оставалось три энергоблока с реакторами типа ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 (табл. 2).
Таблица 2
Энергоблоки Нововоронежской АЭС
Энергоблок Тип реакторов Мощность, МВт Начало строительства Подключение к сети Ввод в эксплуатацию
Чистый Брутто
Нововоронеж-3 ВВЭР-440/179 385 417 01.07.1967 27.12.1971 29.06.1972
Нововоронеж-4 ВВЭР-440/179 385 417 01.07.1967 28.12.1972 24.03.1973
Нововоронеж-5 ВВЭР-1000/187 950 1000 01.03.1974 31.05.1980 20.02.1981
Объектом исследования выступали только наиболее опасные аварии. В качестве таковой была рассмотрена авария «Полное осушение бассейна выдержки отработавшего топлива». Согласно [6, 7], вероятность выброса радиоактивных продуктов деления при такой аварии в окружающую среду - 3,710-9 год -1. Выброс радионуклидов происходит на высоте 30 м над уровнем земли, скорость ветра на высоте флюгера 2,7 м/с. Для оценки радиационных последствий аварии в [6, 7] были проведены расчеты годовых эффективных доз облучения населения для реакторов обоих типов, которые находятся в эксплуатации на Нововоронежской АЭС (табл. 3).
Таблица 3
Оценка средних суммарных эффективных годовых доз облучения населения при аварии «Полное осушение бассейна выдержки отработавшего топлива» на энергоблоках Нововоронежской АЭС с реакторами типа ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 (мЗв)
Расстояние от АЭС, км Годовая эффективная доза облучения, мЗв
ВВЭР-440 ВВЭР-1000
3-5 1120 2230
5-7 525 1150
7-10 297 676
10-15 160 373
15-20 87,3 208
20-30 50,3 121
30-40 27,3 66,1
40-50 17,5 42,5
50-100 9,18 22,4
Территория Нововоронежской АЭС находится на стыке двух морфологических областей: Среднерусской возвышенности и Окско-Донской низменности. Климат засушливый, континентальный. Средняя температура января составляет -8(-10)°С, средняя температура июля +21-23°С. Количество атмосферных осадков в среднем составляет 400-500 мм в год. Основная часть осадков (65-75%) выпадает в весенне-летний сезон в виде кратковременных ливней. Годовая скорость ветра для района Нововоронежской АЭС 2,7 м/с, а направление ветра в течение года сильно меняется по сторонам света (табл. 4) [6, 7].
Таблица 4
Повторяемость направления ветра за год
Месяц/сезон Румб
С СВ В ЮВ Ю ЮЗ З СЗ
Год % 14 7 10 12 14 9 22 12
Средняя скорость, м/с 2,7 2,2 2,6 2,8 2,7 2,7 2,8 2,9
Площадка Нововоронежской АЭС расположена в 45 км южнее города Воронеж и в 35 км юго-западнее села Каширское в южной части России, вблизи границы с Украиной. Севернее площадки на расстоянии 5 км расположен г. Нововоронеж, и районный центр Георгиу-Деж расположен на расстоянии 45 км на юго-восток от станции. Ближайшие деревни и города расположены за пределами зоны отчуждения, на расстоянии более 3 км. Город Нововоронеж с населением 30 000 человек - единственный город вблизи площадки АЭС. Согласно переписи 2002 года, численность населения в зоне радиусом 50 км от Нововоронежской АЭС составляет примерно 1 274 000 человек. Само же население в 100 км зоне вокруг АЭС по кольцевым сегментам румба распределено неоднородно (табл. 5) [6, 7].
Таблица 5
Распределение населения в 100 км зоне вокруг Нововоронежской АЭС (чел.)
Расстояние от АЭС, км Румб
С СВ В ЮВ Ю ЮЗ З СЗ
3-5 12901 0 0 0 0 0 0 91
5-7 26029 0 340 65 0 0 1846 0
7-10 597 2066 0 1641 2830 0 0 415
10-15 1951 6934 487 543 933 45 2350 715
15-20 220 4150 1178 4148 2150 2999 506 4305
20-30 16984 8623 11785 22481 9450 6867 7500 9208
30-40 519080 8102 4568 43240 7867 5400 6650 4652
40-50 388748 7383 4553 33114 41570 12702 1753 9672
50-100 71 245 71 245 71 245 71 245 71 245 71 245 71 245 71 245
До использования разработанной модели для расчёта экономического ущерба необходимо рассчитать коллективную эффективную годовую дозу облучения. Для расчета была использована ранее описанная формула, предложенная в [5], с дискретным распределением населения. Расчет проводился для населения на расстоянии 3-100 км от АЭС. В табл. 6 и 7 приведены результаты этого расчета.
Таблица 6
Годовая коллективная эффективная доза облучения населения с учетом розы ветров по разным направлениям в зависимости от расстояния от АЭС для энергоблока с реактором типа ВВЭР-440 (Зв)
Расстояние от АЭС, км Румб
С СВ В ЮВ Ю ЮЗ З СЗ
3-5 2022,8 0 0 0 0 0 0 12,2
5-7 1913,1 0 17,8 4,1 0 0 213,2 0
7-10 24,8 42,9 0 58,5 117,6 0 0 14,8
10-15 43,7 77,6 7,8 10,4 20,9 0,6 82,7 13,7
15-20 2,6 25,3 10,3 43,4 26,2 23,5 9,7 45,1
20-30 119,6 30,3 59,2 135,6 66,5 31,0 83 55,5
30-40 1983,9 15,5 12,4 141,6 30,1 13,2 39,9 15,2
40-50 952,4 9 7,9 69,5 101,8 20 6,7 20,3
50-100 91,5 45,7 65,4 78,4 91,5 58,8 143,8 78,4
Таблица 7
Годовая коллективная эффективная доза облучения населения с учетом розы ветров по разным направлениям в зависимости от расстояния от АЭС для энергоблока с реактором типа ВВЭР-1000 (Зв)
Расстояние от АЭС, км Румб
С СВ В ЮВ Ю ЮЗ З СЗ
3-5 4027,7 0 0 0 0 0 0 24,3
5-7 4190,6 0 39,1 9 0 0 467 0
7-10 56,5 97,7 0 133,1 267,8 0 0 33,6
10-15 101,8 181,0 18,1 24,3 48,7 1,5 192,8 32
15-20 6,4 60,4 24,5 103,5 62,6 56,1 23,1 107,4
20-30 287,7 73 142,6 326,4 160 74,7 199,6 133,7
30-40 4803,5 37,5 30,2 343 72,8 32,1 96,7 36,9
40-50 2313 21,9 19,3 168,8 247,3 48,6 16,4 49,3
50-100 223,4 111,7 159,6 191,5 223,4 143,6 351,1 191,5
Для расчета ущерба по предложенной модели брались статические данные по душевому валовому национальному доходу за 2017 год. Результаты расчёта по данным за 2014 год можно просмотреть в работе [8]. Согласно данным, за 2017 год было взято GNIper capita равным 611294 руб. Результаты расчетов представлены в табл. 8-11.
Таблица 8
Оценка ущерба, нанесенного населению, по кольцевым сегментам румба при наиболее опасной аварии на энергоблоке Нововоронежской АЭС с реактором типа ВВЭР-440 (млн руб.)
Расстояние от АЭС, км Румб
С СВ В ЮВ Ю ЮЗ З СЗ
3-5 1236,6 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 7,5
5-7 1169,5 0,0 10,9 2,5 0,0 0,0 130,3 0,0
7-10 15,2 26,3 0,0 35,8 71,9 0,0 0,0 9,0
10-15 26,7 47,5 4,8 6,4 12,8 0,4 50,6 8,4
15-20 1,6 15,5 6,3 26,6 16,1 14,4 5,9 27,6
20-30 73,1 18,6 36,2 82,9 40,7 19,0 50,7 34,0
30-40 1212,8 9,5 7,6 86,6 18,4 8,1 24,4 9,3
40-50 582,2 5,5 4,9 42,5 62,3 12,2 4,1 12,4
50-100 56,0 28,0 40,0 48,0 56,0 36,0 88,0 48,0
Таблица 9
Оценка ущерба, нанесенного одному человеку, по кольцевым сегментам румба при наиболее опасной аварии на энергоблоке Нововоронежской АЭС с реактором типа ВВЭР-440 (руб.)
Расстояние от АЭС, км Румб
С СВ В ЮВ Ю ЮЗ З СЗ
3-5 95851 0 0 0 0 0 0 82158
5-7 44930 0 32093 38511 0 0 70604 0
7-10 25418 12709 0 21786 25418 0 0 21786
10-15 13693 6846 9781 11737 13693 8803 21518 11737
15-20 7471 3736 5337 6404 7471 4803 11740 6404
20-30 4305 2152 3075 3690 4305 2767 6765 3690
30-40 2336 1168 1669 2003 2336 1502 3671 2003
40-50 1498 749 1070 1284 1498 963 2353 1284
50-100 786 393 561 673 786 505 1235 673
Таблица 10
Оценка ущерба, нанесенного населению, по кольцевым сегментам румба при наиболее опасной аварии на энергоблоке Нововоронежской АЭС с реактором типа ВВЭР-1000 (млн руб.)
Расстояние от АЭС, км Румб
С СВ В ЮВ Ю ЮЗ З СЗ
3-5 2462,1 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 14,9
5-7 2561,7 0,0 23,9 5,5 0,0 0,0 285,5 0,0
7-10 34,5 59,8 0,0 81,4 163,7 0,0 0,0 20,6
10-15 62,3 110,7 11,1 14,9 29,8 0,9 117,9 19,6
15-20 3,9 36,9 15,0 63,3 38,3 34,3 14,2 65,7
20-30 175,9 44,6 87,2 199,5 97,9 45,7 122,0 81,7
30-40 2936,4 22,9 18,5 209,7 44,5 19,6 59,1 22,6
40-50 1414,0 13,4 11,8 103,2 151,2 29,7 10,0 30,2
50-100 136,6 68,3 97,6 117,1 136,6 87,8 214,6 117,1
Таблица 11
Оценка ущерба, нанесенного одному человеку, по кольцевым сегментам румба при наиболее опасной аварии на энергоблоке Нововоронежской АЭС с реактором типа ВВЭР-1000 (руб.)
Расстояние от АЭС, км Румб
С СВ В ЮВ Ю ЮЗ З СЗ
3-5 190846 0 0 0 0 0 0 163582
5-7 98418 0 70299 84358 0 0 154657 0
7-10 57853 28926 0 49588 57853 0 0 49588
10-15 31922 15961 22801 27361 31922 20521 50163 27361
15-20 17801 8900 12715 15258 17801 11443 27973 15258
20-30 10355 5178 7397 8876 10355 6657 16273 8876
30-40 5657 2828 4041 4849 5657 3637 8889 4849
40-50 3637 1819 2598 3118 3637 2338 5716 3118
50-100 1917 959 1369 1643 1917 1232 3012 1643
Общий экономический ущерб для энергоблока с реактором типа ВВЭР-440 оценивается в 5844,73 млн руб. Общий экономический ущерб для энергоблока с реактором типа ВВЭР-1000 оценивается в 13279,1 млн руб. На рис. 1 показана диаграмма распределения ущерба в исследованных кольцах в процентах от общего ущерба.
50-100 км
Рис. 1. Распределения ущерба в кольцевых сегментах румбах в процентах от общего ущерба
Заключение
Разработана модель оценки ущерба, нанесенного населению в результате воздействия радиоактивных веществ при аварии на АЭС. Модель была применена к наиболее опасной аварии на Нововоронежской АЭС. Получены оценки коллективного и индивидуального ущерба, нанесённого населению, проживающему в кольцевых сегментах румба, для энергоблоков Нововоронежской АЭС с реакторами типа ВВЭР-440 и ВВЭР-1000. Результаты применения отражают зависимость ущерба от полученной дозы.
Библиографический список
1. Авдотьин, В.П. Оценка ущерба от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера: монография / В.П. Авдотьин, М.М. Дзыбов, К.П. Самсонов. - М.: Всероссийский научно-исследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций МЧС России, 2012. - 467 с.
2. Федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии «Общие положения обеспечения безопасности атомных станций» (НП-001-15): [Нормы и правила НП-001-15: утверждены приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 17 декабря 2015 г. № 522]. - М., 2015. - 74 с.
3. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009): [санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.6.1.2523-09: утверждены Постановлением Главного государственного санитарного врача РФ № 47 от 07.07.2009]. - М., 2009. - 75 с.
4. Национальные счета России в 2011-2016 годах: Стат. сб. / Н35 Росстат. - М., 2017. - С. 23.
5. Берберова, М.А. Оценка показателей риска для вторых очередей Смоленской и Курской АЭС: дисс... канд. техн. наук: 05.14.03 / Берберова Мария Александровна. - М., 2015. - 106 с.
6. Разработка перечня мероприятий по управлению безопасностью и оценка показателей риска для блока Нововоронежской АЭС с реактором ВВЭР-1000 / Кабанов Л.П., Деревянкин А.А., Жуков И.В., Чулкова Е.В., Берберова М.А. - М.: Международный Центр по Ядерной Безопасности, 2011. - 77 с.
7. Разработка перечня мероприятий по управлению безопасностью и оценка показателей риска для энергоблоков Нововоронежской АЭС с реактором ВВЭР-440 / Жуков И.В., Чулкова Е.В., Берберова М.А., Цыкало Н.Б. - М.: Международный Центр по Ядерной Безопасности, 2013. - 80 с.
8. Сапаркин, Л.М. Разработка модели оценки ущерба, нанесённого населению в результате воздействия радиоактивных веществ при аварии на АЭС (на примере Нововоронежской АЭС) / М.А. Берберова, Л.М. Сапаркин // Ситуационные центры и информационно-аналитические системы класса для задач мониторинга и безопасности (SCVRT2017). Труды Международной научной конференции. - Протвино-Москва: Изд-во ИФТИ, 2017. - С. 175-183.
Дата поступления в редакцию: 02.10.2018
V.V. Andreev1, M.A. Berberova2, L.M. Saparkin1
DEVELOPMENT OF A MODEL FOR ASSESSING DAMAGE TO THE POPULATION AS A RESULT OF EXPOSURE TO RADIOACTIVE SUBSTANCES IN AN ACCIDENT AT A NPP (BY THE EXAMPLE OF THE NOVOVORONEZH NPP)
Nizhny Novgorod state technical university n. a. R.E. Alekseev1, International nuclear safety center2
Purpose: Damage assessment from emergencies in dangerous objects is necessary for correct assessment of danger level and for planning of economic activity. The purpose of the research is to develop a model for assessing damage to population from emergencies at a Npp.
Findings: In the article a model for assessing damage to population as a result of exposure to radioactive substances in an accident at a NPP is presented.
Results: This paper presents a model for calculating the damage caused to the population in case of accidents at nuclear power plants and its application for an accident at power units with VVER-440 and VVER-1000 reactors at Novovoro-nezh NPP. Obtained results showed that developed model reflects the depending damage from obtained doses.
Key words: risk assessment, safety, damage, population, radioactive substances, NPP.
