Мореходство и морские науки - 2009

Плавучие энергоблоки (ПЭБ) для районов Крайнего Севера и Дальнего Востока

А. Ю. Каверинский, Ю. Б. Володин, г. Санкт-Петербург

Floating Power Unit Design for Russian Arctic and Fareast regions. Andrey Yu. Kaverinsky, Yury B. Volodin. Saint-Petersburg.

Введение

В России две трети территории находится вдали от мощностей так называемой «большой энергетики». Нехватка углеводородного топлива в зимнее время является проблемой для жителей отдаленных территорий. Доставка, а также создание запасов топлива сопряжены со значительными расходами: на Крайнем Севере и Камчатке, в районах Сибири и Дальнего Востока транспортная составляющая в цене органического топлива – угля, газа и мазута, используемого на электростанциях, достигает 60 %. Прокладка же газопроводов в отдаленные регионы дорога и трудоемка. Одним из возможных путей решения проблемы является создание плавучих атомных станций малой мощности.

Плавучий энергоблок как основной компонент ПАТЭС

В отличие от известных разработок плавучих атомных станций малой мощности предлагается проектировать ПЭБ, состоящий из зонально-функциональных модулей и блоков.

ПАТЭС предназначена для выработки электрической и тепловой энергии. ПАТЭС состоит из следующих основных элементов:

– плавучий энергоблок (ПЭБ) «Нева» с двумя реакторными модулями электрической мощностью порядка по 6 МВт каждый;

– гидротехнические сооружения, обеспечивающие надежную установку ПЭБ и передачу вырабатываемой электрической и тепловой энергии на берег;

Рис. 1. ПЭБ «Нева». 1 – реакторный модуль; 2 – турбогенераторный модуль; 3 – электроэнергетический модуль; 4 – модуль вспомогательных механизмов; 5 – бытовой модуль; 6 – энергомост; 7 – кран

– береговые сооружения для приема и передачи выработанной электрической и тепловой энергии во внешние сети для распределения потребителям.

ПЭБ представляет собой плавучее несамоходное сооружение, имеющее на борту две атомные энергетические установки и оборудование, системы и устройства, необходимые для работы по назначению. В основу архитектуры ПЭБ положен модульный принцип (рис. 1).

Оборудование и устройства группируются в крупные зонально-функциональные модули, устанавливаемые на общем основании. Имеется возможность раздельной постройки и испытаний модулей с последующей установкой на основание, в том числе и на месте эксплуатации. Также предусматривается возможность демонтажа модулей на месте эксплуатации.

В состав атомной энергетической установки входят два независимых энергетических блока, каждый в составе реакторной и турбогенераторной установки с обеспечивающими системами. Основные технические характеристики ПЭБ приведены в таблице 1.

Таблица 1

На месте эксплуатации ПЭБ размещается на подготовленной акватории и подключается к береговой части ПАТЭС (рис. 2).

Габаритные размеры ПЭБ позволяют проводить его транспортировку водным путем к месту эксплуатации как на плаву, так и на борту специального судна (баржи, понтонов).

Рис. 2. ПАТЭС на основе ПЭБ «Нева». 1 – ПЭБ «Нева»; 2 – плавучий причал с проходной зоны строгого режима; 3 –электрическая подстанция; 4 – ЛЭП; 5 – тепловая подстанция; 6 – теплоцентраль; 7 – административный корпус; 8 – хозяйственно-бытовой корпус; 9 – территория ПАТЭС

В качестве источника энергии применены две реакторные установки со 100-процентной естественной циркуляцией теплоносителя. По уровню ядерной и радиационной безопасности реакторная установка удовлетворяет отечественным требованиям, нормам и правилам, а также учитывает рекомендации МАГАТЭ.

Реакторная установка состоит из двух парогенерирующих агрегатов, каждый из которых вместе с обслуживающими системами представляет собой автономную паропроизводящую установку, работающую на одну из турбогенераторных установок.

Турбогенераторная установка состоит из двух установок, включающих однокорпусную турбину с отбором пара, высоковольтный генератор, маневровое устройство, конденсатор, систему регулирования и защиты и другие элементы.

Электроэнергетическая система состоит из следующих основных частей:

– высоковольтного оборудования: кабелей, главных распределительных щитов;

– основной силовой сети для обеспечения собственных нужд ПЭБ, включающей две электростанции, сети освещения и т. д.;

– аварийной сети с аварийными дизель-генераторами.

Комплексная система управления техническими средствами состоит из:

– информационно-вычислительной системы;

– системы управления энергетической установкой (единой для обоих блоков);

– системы управления электроэнергетической системой.

Эксплуатационный персонал ПЭБ состоит из:

– постоянной круглосуточной вахты;

– дежурной службы;

– обслуживающих служб.

Межремонтный цикл эксплуатации энергетических модулей составляет 12 лет. По истечении этого срока модули поочередно целиком заменяются на новые и транспортируются на специализированное предприятие для проведения заводского ремонта.

Новизна предлагаемых технических решений

Основными преимуществами предлагаемого варианта ПАТЭС представляются следующие:

– поочередное проведение заводского ремонта энергетических модулей в условиях предприятия (включая перезарядку реакторов) без вывода ПЭБ из эксплуатации на этот период;

– хранение отработанного ядерного топлива в корпусе реактора в период транспортировки энергетического модуля для ремонта обеспечивает снижение риска радиационного заражения окружающей среды;

– сокращение капитальных затрат за счет отсутствия комплекса перезарядки и хранилищ ядерного топлива, так как их размещение на ПЭБ приводит к увеличению водоизмещения ПЭБ и его стоимости примерно в 1,5 раза.

Предполагаемая модель жизненного цикла ПЭБ

Исходя из минимизации ежегодных затрат на эксплуатацию, наиболее целесообразной представляется следующая стратегия жизненного цикла ПЭБ:

– межремонтный период без проведения перезарядки – 12 лет или до исчерпания энергозапаса с проведением работ по продлению ресурса и срока службы (возможно до 14–15 лет);

– транспортировка и заводской ремонт модулей с перезарядкой реакторов – 1–1,5 года;

– межремонтный период без проведения перезарядки – 12 лет или до исчерпания энергозапаса активной зоны реактора с проведением работ по продлению ресурса и срока службы (14–15 лет + 1–1,5 года + 14–15 лет = 29–31,5 года);

– снятие с эксплуатации и транспортировка к месту утилизации - через 30 лет.

Заключение

Реально, где предполагается устанавливать ПАТЭС, рассматриваются города Певек, Тикси, Вилючинск, ряд населенных пунктов республики Саха.

ПАТЭС может также рассматриваться в качестве источника электроэнергии для обеспечения работы опреснительных станций. По оценкам международных организаций, 20 % жителей планеты (около 1 млрд. человек) испытывают дефицит пресной воды.

Потенциальный исполнитель проекта – ОАО «Центральное конструкторское бюро морской техники «Рубин» (ЦКБ МТ «Рубин») – является крупнейшим в России конструкторским бюро в области кораблестроения и создания энергетических систем, в том числе с атомной энергетикой.