CC BY
35
2. ГОСТ Р 50571.3-2009 (МЭК 60364-4-41:2005). Электроустановки низковольтные. Часть 4-41. Требования для обеспечения безопасности. Защита от поражения электрическим током. 2005. С. 1-33.
3. IEC 61936-1:2010. Установки электрические напряжением свыше 1 кВ переменного тока. Часть 1. Общие правила. 2010. С. 1-214.
4. ГОСТ Р 50571.5.54-2013 (МЭК 60364-5-54:2011). Электроустановки низковольтные. Часть 5-54. Заземляющие устройства, защитные проводники и защитные проводники уравнивания потенциалов. 2015. С. 1-44.
5. IEC 62305-3:2010. Защита от молнии. Часть 3. Физические повреждения конструкций и опасность для жизни. 2010. С. 1-160.
Сведения об авторе Белова Любовь Александровна
лаборант-исследователь лаборатории энергосбережения и возобновляемых источников энергии Центра физико-технических проблем энергетики Севера — филиала ФГБУН ФИЦ КНЦ РАН E-mail: belowa8998@gmail.com
DOI 10.37614/2307-5252.2020.7.19.009 УДК 621.039 (470.21)
Н. М. Кузнецов, В. А. Минин
РОЛЬ КОЛЬСКОЙ АЭС В ЭНЕРГЕТИКЕ МУРМАНСКОЙ ОБЛАСТИ Аннотация
Показано определяющее значение Кольской АЭС в структуре Кольской электроэнергетической системы. Взаимно дополняющая работа КАЭс мощностью 1760 МВт с семнадцатью гидроэлектростанциями мощностью около 1600 МВт и двумя ТЭЦ мощностью 240 МВт делает уникальной систему электроснабжения региона, производящую самую дешевую электроэнергию на Северо-Западе России. Рассмотрены вопросы, связанные с дальнейшим продлением сроков эксплуатации действующей АЭС и сооружением в перспективе Кольской АЭС-2. Ключевые слова:
Кольская АЭС, электроэнергетическая система, выработка и потребление электроэнергии.
Nikolai M. Kuznetsov, Valerii A. Minin
THE ROLE OF THE KOLA NUCLEAR POWER PLANT IN MURMANSK REGION ENERGY
Abstract
The determining value of the Kola NPP in the structure of the Kola electric power system is shown. The mutually complementary operation of the 1,760 MW KAES with seventeen hydroelectric power stations with a capacity of about 1,600 MW and two 240 MW thermal power plants makes the region's power supply system unique, producing the cheapest electricity in the North-West of Russia. The issues related to the further extension of the operating life of the existing nuclear power plant and the construction of the Kola NPP-2 in the future are considered. Keywords:
Kola nuclear power plant, electricity system, electricity generation, electricity consumption.
Кольская АЭС — одна из первых отечественных атомных электростанций с серийными водо-водяными энергетическими реакторами. Она является основным производителем электроэнергии в энергосистемах Мурманской обл. и Республики Карелия. Кольская АЭС находится в 35 км севернее г. Кандалакша и в 11 км от г. Полярные Зори.
Станция вводилась в эксплуатацию с 1973 по 1984 гг. в составе 4 энергоблоков типа ВВЭР мощностью 440 МВт каждый [1]. Все энергоблоки имеют лицензии на эксплуатацию в течение продленного срока службы: 1-й и 2-й введены в эксплуатацию 1973 и 1974 гг., 3-й и 4-й — в 1981 и 1984 гг.
Сочетание совместной работы АЭС, гидростанций и ТЭЦ делает электроэнергетическую систему Мурманской обл. уникальной. Электростанции Кольской энергосистемы, производящие самую дешевую электроэнергию в ОЭС Северо-Запада, надежно и эффективно обеспечивают не только всю потребность в электроэнергии области, но и удовлетворяют 25 % спроса на электроэнергию Республики Карелия. Кроме того, значительные объемы электроэнергии отпускаются в приграничные районы Норвегии и Финляндии (рис. 1).
14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0
-OS
Т I I I
1995 2001 2007 2013 2019
Рис. 1. Распределение электроэнергии от Кольской энергосистемы, млн кВтч Fig. 1. Distribution of electricity from the Kola power grid, million kWh
Динамика производства электроэнергии Кольской АЭС. Выработка электроэнергии энергоблоками Кольской АЭС [2-5], показывает, что станция работает стабильно, вырабатывая ежегодно около 10 млрд кВтч (рис. 2).
В осенне-зимний период в работе находятся все четыре энергоблока КАЭС. Средняя нагрузка станции в этот период составляет около 1500 МВт. Таким образом, с учетом падения располагаемой мощности ГЭС в зимний период вывод из эксплуатации хотя бы одного энергоблока может привести зимой к дефициту электроэнергии в Кольской энергосистеме. Располагаемая выработка АЭС с учетом продления срока эксплуатации и повышения мощности блоков 3-го и 4-го составляет около 14 млрд кВтч в год.
Увеличение объемов передачи электроэнергии в Карелию и рост промышленного производства в Мурманской обл. позволят загрузить свободные мощности КАЭС и повысить эффективность ее работы. В сложившихся условиях крайне важна поддержка реализации энергоемких инвестиционных проектов в Карело-Кольском регионе на всех уровнях.
Рис. 2. Производство электроэнергии блоками Кольской АЭС в 2010-2019 гг., млн кВтч Fig. 2. Electricity Production by Kola NPP units in 2010-2019 million kWh
В холодном резерве на АЭС практически всегда находится один турбогенератор (220 МВт), работа остального оборудования зависит от режимных условий, задаваемых ОАО «СО ЕЭС». Имеются диспетчерские ограничения по выработке электроэнергии Кольской АЭС в весенне-летний период в связи с паводковой ситуацией и необходимостью дополнительной загрузки ГЭС филиала «Кольский» АО «ТГК-1».
Основные технико-экономические показатели работы Кольской АЭС в 2019 г. представлены ниже.
Выработано электроэнергии, млн кВт-ч По отношению к 2018 г., % Выполнение задания ФАС РФ в 2019 г., % КИУМ в 2019 г., %
КИУМ в 2019 г. по отношению к 2018 г., %
10072
98,4
98,7
65,3
98,7
Невыполнение задания по выработке электроэнергии связано с диспетчерскими ограничениями.
Радиационная безопасность. Состояние радиационной безопасности на Кольской АЭС характеризуется положительно благодаря надлежащему уровню подготовки персонала. Отсутствуют инциденты, сопровождающиеся радиационными последствиями, активность выбросов и сбросов АЭС не превышает допустимых значений.
В ходе внутристанционных международных проверок радиационной безопасности КАЭС непрерывно совершенствуется применяемая система контроля сбросов/выбросов радиоактивных веществ со станции. Используется
более совершенный тип программы мониторинга, ее масштаб и объем. Программы периодически пересматриваются в целях гарантии того, что измерения по-прежнему соответствуют своей цели, и чтобы не были пропущены никакие важные пути облучения.
Сокращение жидких радиоактивных отходов. В качестве хорошей практики на Кольской АЭС была введена передовая технология очистки кубовых остатков от радионуклидов. В ее основе лежат процессы разделения радионуклидов и последующей ионно-селективной очистки, для чего применяется специальный ферроцианидный сорбент.
В отличие от традиционных методов, применение разработанных на станции процессов позволяет сократить объемы радиоактивных отходов (суммарный эффективный коэффициент сокращения объема — более 100). Был разработан специальный фильтр-контейнер, в котором размещен ионоселективный сорбент, позволяющий избежать дозоемких операций. Конечным продуктом переработки кубового остатка является отвержденный солевой продукт, не относящийся к категории «радиоактивные отходы». Таким образом, благодаря введенным новшествам технологические среды возвращаются в процесс: конденсат вторичного пара используется для промывки оборудования и создания слоя воды (вместе с трапными водами) для растворения солевых отложений.
Внедренная технология значительно снижает объемы радиоактивных отходов и предусматривает их упаковку в специальный тип контейнеров, пригодных для длительного безопасного хранения, транспортировки и последующего окончательного захоронения. Производительность комплекса переработки ЖРО превышает скорость образования жидких радиоактивных отходов при эксплуатации АЭС.
На Кольской атомной станции совместно с Институтом химии и технологии редких элементов и минерального сырья ФИЦ КНЦ РАН ведутся работы по внедрению на комплексе переработки ЖРО технологии выделения борной кислоты из продуктов переработки кубового остатка и уже полученного солевого плава с целью ее повторного использования в технологическом процессе и снижения эксплуатационных затрат.
Повышение безопасности. Для того чтобы энергоблоки КАЭС соответствовали всем современным требованиям отраслевых и мировых стандартов по безопасности в области использования атомной энергии, на станции в плановом порядке реализуются мероприятия по модернизации оборудования и повышению его безопасности, продлению сроков эксплуатации энергоблоков.
Достигнутые результаты получили высокую оценку как со стороны международных организаций (миссия OSART МАГАТЭ, партнерские проверки WANO), так и надзорных органов РФ (Ростехнадзор, МЧС России).
Отмеченный прогресс достигается не только благодаря квалификации персонала, но также за счет работоспособности и своевременной модернизации используемого оборудования. Другими словами, снижение вероятности повреждения активной зоны реактора свидетельствует об эффективности реализованных мер по реконструкции и повышению безопасности.
На энергоблоках Кольской АЭС в 2011-2014 гг. были проведены системные мероприятия по противодействию экстремальным внешним воздействиям. Выполнены различные стресс-тесты вместе с отчетом о проведении анализа безопасности. Эти мероприятия дополнили ранее имевшиеся средства управления запроектной аварией (ЗПА): дополнительная система аварийной подпитки парогенератора (ДСАП ПГ), передвижная аварийная дизель-генераторная станция (ПАДГС). Для смягчения последствий ЗПА, вызванных природными и/или техногенными факторами, приобретена противоаварийная техника:
1) передвижные дизель-генераторные установки:
• мощностью 2,0 МВт — 3 шт.;
• мощностью 0,2 МВт — 4 шт.;
2) мотопомпы различной производительности — 12 шт.;
3) передвижные насосные установки (ПНУ) 65-560 — 4 шт.
Продление срока эксплуатации АЭС. 46 % установленной мощности
в энергосистеме приходится на Кольскую АЭС [6], последняя обеспечивает более половины потребности в электроэнергии Мурманской обл. и около 40 % Республики Карелия. Таким образом, гарантия бесперебойного и надежного электроснабжения этих двух северных регионов до недавнего времени находилась в зависимом положении от принятия решений по продлению сроков эксплуатации энергоблоков Кольской АЭС и сохранения ее эффективного функционирования, что крайне важно с точки зрения экономической и социальной составляющих в жизни регионов. Продление сроков эксплуатации энергоблоков до 60 лет вписывается в общемировую практику. В США на текущий момент продлены до 60 лет сроки эксплуатации 83 из 104 действующих энергоблоков. В течение 40 и более лет атомные энергоблоки эксплуатируются во Франции, Швейцарии, Бельгии и других странах. С 1977 г. в Финляндии эксплуатируется АЭС «Ловииза» с реакторами ВВЭР-440, аналогичными установленным на Кольской АЭС. Срок эксплуатации данной АЭС, признанной одной из самых безопасных и эффективных в мире, в настоящий момент составляет 50 лет. Работа АЭС планируется до 2030 г.
В Институте энерготехники (г. Халден, Норвегия) с 1958 г. (более 60 лет) эксплуатируется исследовательский реактор, при этом действующая программа испытаний подразумевает работу реактора еще как минимум 3 года. Все вышеперечисленные примеры могут являться косвенным обоснованием продления сроков эксплуатации находящихся в удовлетворительном состоянии атомных энергоблоков в РФ, а в нашем случае — Кольской АЭС.
Процесс продления срока эксплуатации АЭС подразделяется на этапы.
I этап — оценка технической возможности, безопасности и экономической целесообразности ПСЭ, продление сроков эксплуатации энергоблоков, формирование соответствующего инвестиционного проекта.
II этап — подготовка энергоблока к дополнительному сроку эксплуатации, реализация упомянутого инвестиционного проекта.
III этап — обеспечение безопасности работы в период дополнительного срока эксплуатации.
В настоящее время продлены сроки эксплуатации 1 и 2-го энергоблоков до 60 лет, т. е. до 2033 и 2034 гг. соответственно. Сроки эксплуатации энергоблоков 3-го и 4-го продлены на 25 лет — до 2036 и 2039 гг. Разница в сроках продления блоков объясняется тем, что 3-й и 4-й блоки были построены
на 8-10 лет позже в рамках проекта В-213, который превосходит по своим техническим характеристикам и характеристикам безопасности проект первых двух блоков, выполненных по проекту В-230. При конструировании, проектировании и изготовлении оборудования, предусмотренного проектом В-213, использовались консервативные подходы и основной акцент делался на обеспечение безопасности за счет запасов прочности основного оборудования и эксплуатационной надежности в сравнении с проектом В-230. Ожидается, что сроки эксплуатации энергоблоков 3-го и 4-го будут продлены еще на 5 лет.
Затраты на реализацию инвестиционных проектов продления сроков эксплуатации энергоблоков 1 -го и 2-го были включены в инвестиционную программу АО «Концерн Росэнергоатом» на 2017-2019 гг., которая была утверждена Министерством энергетики Российской Федерации.
С учетом того, что сроки эксплуатации 3-го и 4-го энергоблоков КАЭС продлены до 2036 г. и 2039 г., действующая Кольская АЭС в ближайшие два десятилетия останется гарантом энергобезопасности Мурманской обл.
Для обеспечения и повышения экономической эффективности инвестиционных проектов по продлению сроков эксплуатации 1 -го и 2-го энергоблоков, зависящей в первую очередь от роста уровня электропотребления в регионе в среднесрочной перспективе, крайне важно обеспечить развитие существующего промышленного производства и ввод новых объектов.
Отсутствие дефицита электрической мощности в энергосистеме Мурманской обл. создает благоприятные предпосылки развития дальнего теплоснабжения от Кольской атомной электростанции: имеются возможности для рационализации системы теплоснабжения г. Кандалакша [7].
Существующая структура генерирующих мощностей Кольской электроэнергетической системы (Кольская АЭС, 17 ГЭС, 2 ТЭЦ) обеспечивает избыток электроэнергии (рис. 3) и более низкие тарифы на электрическую энергию.
14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0
м
1973 1978 1983 1989 1995 2001 2007 2013 2019
Рис. 3. Выработка электроэнергии Кольской энергосистемой, млн кВтч Fig. 3. Electricity generation is the Kola power grid, million kWh
Относительная изолированность и замкнутость энергосистемы региона не позволяет создать реальный конкурентный рынок, а также обеспечить возможный переток электроэнергии в другие регионы в связи с недостаточной пропускной способностью 330 кВ Кола — Карелия — Ленинградская обл.
Избыток электрических мощностей на территории Мурманской обл. оценивается в 200-350 МВт. Его использование могло бы позволить ежегодно дополнительно вырабатывать для потребителей региона около 3 млрд кВтч электроэнергии.
Для реализации указанного потенциала необходимо создание в регионе условий, обеспечивающих использование этих избыточных мощностей и электроэнергии по более низкой цене. Претворение в жизнь таких предложений будет способствовать вводу в эксплуатацию новых объектов промышленной сферы, развитию энергетической инфраструктуры региона, формированию благоприятного инвестиционного климата и обеспечит прирост объемов потребления за счет увеличения количества электрокотельных в регионе.
Действующая модель ценообразования на оптовом рынке электроэнергии (мощности) с момента своего внедрения является фактором, сдерживающим рост потребления электроэнергии в регионе, и в связи с этим требует определенных изменений и дополнений. Проблема необходимости введения особого условия ценообразования для электрокотельных касается как действующих объектов теплоснабжения, так и вновь создаваемых. Особенностью Мурманской обл. является высокая зависимость от привозных видов топлива, и это в условиях наличия избытков местного энергоресурса — электроэнергии.
Реализация механизма особого условия ценообразования возможна через механизм заключения регулируемых договоров для объемов электроэнергии (мощности), приобретаемых гарантирующими поставщиками и энергосбытовыми компаниями для электрокотельных (для последующей поставки тепловой энергии населению). Необходимо рассмотреть вопрос о внесении в действующую нормативную базу изменений, предусматривающих особый порядок ценообразования на электрическую энергию (мощность) в опорных зонах развития в Арктике. Следует отметить, что целями государственной политики в АЗРФ является создание условий для равномерного социально-экономического развития всех арктических регионов, благоприятного инвестиционного климата в Арктической зоне, исходных норм для привлечения и развития различных видов хозяйственной деятельности. Все это должно соответствовать социальным, природно-климатическим и геополитическим условиям Арктического региона, созданию условий для рациональной добычи, использованию и охране природных ресурсов, соответствующих природным условиям Арктической зоны. Основные горно-металлургические и энергоемкие предприятия Мурманской обл., потребляющие более 70 % всей электроэнергии в регионе, а также производители электрической энергии поддерживают необходимость стимулирования потребления электрической энергии, в т. ч. за счет внедрения механизма формирования стоимости избыточных объемов электроэнергии на оптовом рынке. Положительное решение данного вопроса позволит создать в регионе условия для размещения новых крупных промышленных предприятий, диверсифицировать топливно-энергетический баланс, исключив из него значительную долю расходов на привозное топливо.
В рамках реализации программы «Комплексный инвестиционный проект модернизации системы теплоснабжения Мурманской области на период 20152030 гг.», модернизации энергетической инфраструктуры и топливного баланса региона разрабатывается механизм перевода электрических котельных на покупку электроэнергии по высокому уровню напряжения. Это позволит снизить
издержки теплоснабжающих организаций на производство и передачу тепловой энергии для потребителей и, следовательно, уменьшить тариф на тепловую энергию для электрокотельных, который в настоящее время является сравнительно высоким. Имеющиеся в нашем регионе преимущества дают возможность сформировать безубыточную деятельность электрокотельных. Использование электроэнергии в качестве основного вида топлива (местный вид топлива) позволит диверсифицировать топливно-энергетический баланс региона, загрузить свободные электрогенерирующие мощности Кольской АЭС и сделать возможным практически без субсидирования функционирование источников теплоснабжения, обеспечивающих производство тепловой энергии. Необходимо максимально использовать электрическую энергию для выработки тепловой энергии, которая является единственным местным видом топлива, при этом ее стоимость возможно спрогнозировать, в отличие от угля и мазута, цены на которые растут с опережением инфляции.
Строительство замещающих мощностей. Особенности структуры Кольской энергосистемы, а также приостановленное с 2012 г. решение по реализации Штокмановского проекта и прогноз умеренного роста энергопотребления Кольской и Карельской энергосистем показывают, что наиболее оптимальный вариант в данной ситуации — это замещение энергоблоков КАЭС (после окончания их уже продленного срока эксплуатации) энергоблоками с единичной установленной мощностью около 600 МВт.
Площадка станции размером 200 га расположена в 8 км к западу от г. Полярные Зори и в 9 км к юго-западу от действующей Кольской АЭС на северном побережье губы Кунчаст оз. Бабинская Имандра (рис. 4). Выбранная площадка достаточно изучена, изыскательские работы на ней выполнены в объеме, необходимом для создания технико-экономических обоснований для разработки плана строительства двухблочной АЭС.
Рис. 4. Площадка станции КАЭС-2 Fig. 4. KAES-2 station Site
В разное время на площадке Кольской АЭС-2 планировалось размещение энергоблоков следующих типов:
• ВВЭР-1000 (1980-е гг.) — 2-3 блока;
• ВВЭР-640 (1990-е гг.) — 3-4 блока;
• ВВЭР-300-ВВЭР-420 (2008 г.) — 4 блока;
• ВВЭР-1200 (2009-2011 гг.) — 2 блока;
• ВВЭР-600 или ВБЭР-600 (с 2012 г.) — 2-4 блока.
Размещение на площадке Кольской АЭС-2 энергоблоков ВВЭР-1200 было связано не только с замещением энергоблоков, но и с энергоснабжением Штокмановского газоконденсатного месторождения, которое потребовало бы значительных поставок энергии от Кольской энергосистемы. Генеральной схемой размещения объектов электроэнергетики до 2035 г. [8] предусмотрено строительство энергоблока ВВЭР-600 Кольской АЭС-2.
Площадка Кольской АЭС-2 является единственной из включенных в схему территориального планирования, на которой возможно сооружение энергоблоков средней мощности.
Реализация проекта КАЭС-2 с энергоблоками средней мощности позволит улучшить экономические показатели Кольской атомной электростанции.
Выводы
1. Кольская АЭС является основным производителем электроэнергии в Мурманской обл., на ее долю приходится около 49 % мощности Кольской энергосистемы и около 60 % всей вырабатываемой годовой энергии.
2. Совместная работа Кольской АЭС, 17 ГЭС и 2 ТЭЦ делает Кольскую энергосистему уникальной по своей структуре, способной вырабатывать самую дешевую электроэнергию в объединенной энергосистеме Северо-Запада России.
3. Надежная и эффективная работа Кольской АЭС позволяет удовлетворять не только все потребности Мурманской обл., но и обеспечивать 25 % спроса на электроэнергию в Республике Карелия.
4. С учетом состоявшегося продления сроков эксплуатации блоков атомной электростанции (первого — до 2033 г., второго — до 2034 г., третьего — до 2036 г., четвертого — до 2039 г.) Кольская АЭС в ближайшие два десятилетия останется гарантом энергобезопасности Мурманской обл.
Литература
1. Фуртаев А. И., Минин В. А., Якимов М. Ю. Кольская АЭС, ее роль в энергетике Кольско-Карельского региона, перспективы развития // Вестник Кольского научного центра РАН. 2017. Т. 9, № 2. С. 95-105.
2. ^LA-1. URL: https://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/ ReactorDetails.aspx?current=453 (дата обращения: 02.07.2020).
3. KOLA-2. URL: https://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/ ReactorDetails.aspx?current=460 (дата обращения: 02.07.2020).
4. KOLA-3. URL: https://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/ ReactorDetails.aspx?current=491 (дата обращения: 02.07.2020).
5. KOLA-4. URL: https://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/ ReactorDetails.aspx?current=492 (дата обращения: 02.07.2020).
6. Кузнецов Н. М., Минин В. А., Селиванов В. Н. Развитие Кольской энергосистемы в интересах горнопромышленного комплекса Мурманской области // Горн. журн. 2020. № 3. С. 96-100. DOI: 10.17580/gzh.2020.09.14.
7. Калинина Н. В. К вопросу о развитии теплоснабжения города Кандалакши // Развитие энергетического хозяйства Мурманской области. Апатиты, 1976. С. 26-31.
8. Генеральная схема размещения объектов электроэнергетики до 2035 г. URL: http://static.government.ru/media/files/zzvuuhfq2f3OJIK8AzKVsXrGIbW8ENGp.pdf (дата обращения: 18.06.2020).
Сведения об авторах Кузнецов Николай Матвеевич
кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории энергосбережения и возобновляемых источников энергии Центра физико-технических проблем энергетики Севера — филиала ФГБУН ФИЦ КНЦ РАН E-mail: kuzn55@mail.ru
Минин Валерий Андреевич
кандидат технических наук, заведующий лабораторией энергосбережения и возобновляемых источников энергии Центра физико-технических проблем энергетики Севера — филиала ФГБУН ФИЦ КНЦ РАН E-mail: v.minin@ksc.ru
DOI 10.37614/2307-5252.2020.7.19.010 УДК 621.311
А. В. Евстигнеев
РАСЧЕТ ВХОДНОГО ФИЛЬТРА
ДЛЯ ПОВЫШАЮЩЕГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Аннотация
Выполнен расчет параметров сглаживающего фильтра на входе повышающего преобразователя напряжения, работающего в режиме стабилизации напряжения. Ключевые слова:
входной фильтр, повышающий преобразователь напряжения, LTSpice.
Artem V. Evstigneev
THE CALCULATION OF STEP-UP VOLTAGE CONVERTER INPUT FILTER
Abstract
In this article the parameters of the input filter of a voltage-mode step-up converter are calculated. Keywords:
input filter, step-up voltage converter, LTSpice.
Преобразователь энергии, работающий в импульсном режиме, является источником помех и оказывает влияние на оборудование, находящееся вблизи преобразователя.
В ряде случаев питание импульсного преобразователя и питание чувствительных электронных цепей осуществляется от одного источника, что
