Подземная АЭС

27.03.08 10:35

Подземные АЭС в России и мире

Первой подземной АЭС СССР-России можно считать ядерные реакторы Красноярского ГХК (г. Железногорск). Конечно, это не АЭС «в чистом виде»: всё-таки основной задачей водографитовых канальных реакторов была наработка оружейного плутония. Но, в отличие от комбината «Маяк» (Челябинская обл.), они создавались по принципу двухцелевых – то есть с возможностью попутной выработки тепловой и электрической энергии. В 1958 г. заработал первый реактор АД, следом – АДЭ-1 (оба использовались только как оружейные, вода-теплоноситель прямотоком сливалась в Енисей), а к 1964 г. – уже ориентированный на энергетику АДЭ-2 (электроснабжение, отопление, горячее водоснабжение комбината и города). Разместились реакторы в подземных выработках на глубине более 200 м от поверхности земли (к этому нужно прибавить ещё высоту горы).

«Аппетиты» мирового сообщества в создании подземных АЭС куда скромнее. В 1960 г. в Норвегии появилась экспериментальная подземная АЭС «Халден» (по другим источникам – «Хандер») мощностью 25 МВт с кипящим реактором на тяжёлой воде, укрытым в скальном массиве на глубине 30 м. В 1963 г. в США начала работать экспериментальная подземная АЭС «Хамболдт». Затем в 1967 г. во Франции была построена самая мощная из зарубежных подземных АЭС – «Сена-Чуз» мощностью 275 МВт с водо-водяным реактором, заглублённым в сланцы на 50 м. Французы поместили под землю только реактор: турбогенераторы и другое оборудование остались на поверхности. Известны также подземные АЭС «Агеста» в Швейцарии (глубина 30 м) и более современная «Тулуза-2» во Франции (кстати, последняя рассматривается как возможный энергоблок серийного внедрения).

Чем же привлекательны станции такого типа?

Достоинства подземных АЭС

Во-первых, заглублённость реактора в землю обеспечивает его эффективную защиту от повреждения внешними силами (падение самолёта, теракт, военные действия с применением неядерного ракетно-бомбового и артиллерийского оружия). В наземных АЭС для этой цели приходится сооружать мощный защитный купол над реактором, и всё равно толща земли оказывается более удачной «бронёй».

Кроме того, при сооружении наземных АЭС приходится тратить значительные средства на повышение сейсмической стойкости зданий, сооружений, оборудования. По расчётам Горного института Кольского научного центра РАН, для АЭС, заглублённой на 120 м, при землетрясении такой же мощности сейсмическое воздействие уменьшается в 1,4–1,7 раз.
Во-вторых, считается, что подземная АЭС более безопасна в случае повреждения корпуса реактора от внутренних причин (как пример рассматривается паровой взрыв, приведший к аварии в Чернобыле). Толща земли при этом удержит саму взрывную волну (по оценкам геологов, горные породы в 4-5 раз прочнее бетона) и не выпустит продукты работы реактора в окружающую среду.

В-третьих, радиоактивные отходы, образующиеся в процессе работы АЭС, не требуется никуда вывозить: они накапливаются и хранятся здесь же, в приреакторных бассейнах под землёй.

В-четвёртых, минимизируются расходы на снятие энергоблока с эксплуатации. Наземную АЭС нужно долгое время выдерживать под наблюдением в законсервированном виде, затем демонтировать оборудование и здания, а реакторную установку утилизировать или захоранивать. На подземной АЭС всё гораздо проще: когда прекращается тепловыделение ядерного топлива, помещения заполняются бетоном или породой и превращаются в монолит, удобный для длительного хранения в качестве могильника.

Если подземные АЭС обладают такими достоинствами, почему же до сих пор они не распространены в массовом порядке?

Недостатки подземных АЭС

Главный недостаток – стоимость строительства. После Чернобыльской аварии рассматривалось предложение академика А.Д. Сахарова, который поддерживал развитие атомной энергетики только в подземном виде. Выяснилось, что при попытке упрятать под землю ядерный реактор (обо всём энергоблоке речь вообще не шла – затраты достигли бы астрономических сумм), капитальные затраты на строительство АЭС возрастают в 1,2–1,4 раза. При этом достоинства подземной АЭС в полной мере не реализуются: реактор остаётся связан с наземным оборудованием технологическими коммуникациями (например, паропроводами), а циркулирующий в них теплоноситель также подвергается воздействию радиации. Конечно, можно упрятать под землю и парогенераторы, чтобы на поверхность выходили только трубопроводы чистого пара, но это ещё больше повысит капитальные затраты по сравнению с наземной АЭС.

Не менее существенный недостаток – ограничение мощности подземного энергоблока, связанное с его размерами. Оболочка подземного реакторного зала должна выдерживать давление извне, со стороны окружающих горных пород. Поэтому существует ограничение по её габаритам, при превышении которых оболочка становится непрочной. Увеличивать её толщину бесполезно: при этом возникают внутренние напряжения строительного материала, которые опять же приводят к снижению прочности. Исходя из этого, большой реактор поместить под землю невозможно, а маленький не сможет выработать большую мощность. Специалисты полагают, что самый крупный подземный атомный энергоблок будет ограничен мощностью не более 250–300 МВт (эл). Тогда как у современных наземных АЭС экономически эффективной считается мощность блока в 1200–1600 МВт. Например, на строительстве АЭС в Олкилуото (Финляндия) российский «Атомстройэкспорт» проиграл тендер франко-германской компании "Framatome" только потому, что европейский конкурент предложил финнам реактор большей мощности.

В этой связи возникает такое сомнение. Инициаторы строительства подземной АЭС в Кушве предполагают мощность станции в 210–220 МВт. В то же время выбранный ими судовой реактор КЛТ-40с обладает мощностью 35–37 МВт. Стало быть, на станции будет размещено 6 таких реакторов? Возможно, с экономической точки зрения целесообразнее было бы вместо 6 маленьких установить 2 более мощных реактора. Разработки подобных установок сейчас ведутся. Конечно, в пользу КЛТ-40с говорит то, что он уже существует в реальности и накопил длительный опыт эксплуатации. Но ведь и подземная АЭС строится не сегодня: от высказанных намерений до начала реального строительства пройдёт ещё значительное время (в планах атомной отрасли этой станции пока что нет). А работать она будет 50–60 лет. Поэтому принцип экономической эффективности должен занимать не последнее место в выборе мощности и количества реакторов.

Некоторые эксперты усматривают ещё один недостаток. Современные реакторы-новостройки оснащаются конвективной системой расхолаживания. То есть при отказе всех систем охлаждения корпус реактора естественным путём обтекается воздухом, который отбирает выделяемое тепло и самотёком уносит его вверх, в атмосферу. Таким образом, даже если остановятся все насосы и пропадёт всё электроснабжение, перегрева реактора не произойдёт. В случае же подземной АЭС охлаждение конвективной самотягой воздуха обеспечить не удастся: нужно искать другие пути «естественной безопасности».

Стоимость подземных АЭС

Определяющим недостатком подземных АЭС служит их высокая стоимость. Упрятать АЭС на глубину более 200м. смог только СССР; западные атомщики «закопались» всего лишь на 30-50 м. Решающую роль здесь сыграла дармовая рабочая сила: «рекрутинговое агентство» под названием ГУЛАГ поставляло практически бесплатных землекопов в любом потребном количестве, а недостаток трудовых ресурсов легко восполнялся новой волной арестов. Поэтому зарубежные конкуренты изначально оставались в проигрыше.

Но и сегодня, даже при использовании более совершенной строительной техники и технологий, строительство подземной АЭС по соотношению затрат к установленной мощности проигрывает наземным энергоблокам. Есть два варианта размещения подземной АЭС: шахтный (в вертикальном колодце) и в заглублённом под землю «ангаре» наподобие бомбоубежищ и хранилищ ракетно-торпедного оружия. Но оба этих варианта требуют масштабных и дорогостоящих земляных работ.

Для уменьшения капитальных затрат подземную АЭС стремятся размещать в уже существующих шахтных выработках, эксплуатация которых завершена. Это, конечно, не всегда согласуется с местами, выбранными с точки зрения эффективности электроснабжения потребителей. Кушве в этом повезло: отработанная железорудная шахта Валуевская, где предполагается размещение АЭС, находится в районе г.г. Верхней Салды, Лесного и Нижнего Тагила, где расположены крупные промышленные потребители электроэнергии: Баранчинский механический завод, ВСМПО, НТМК, Уралвагонзавод, «Электрохимприбор».

Морская пехота

Логично и то, что сотрудничать в сооружении подземной АЭС власти Кушвы намерены не только с нижегородским атомным предприятием ОКБМ им. Африкантова (реакторы, парогенераторы, конструирование, комплектные поставки оборудования), но и с двумя сугубо морскими учреждениями Санкт-Петербурга: ЦНИИ им. академика Крылова и ЦКБ «Рубин». Они занимались разработкой оборудования (в том числе атомного) для нужд флота, а подземелье по ряду условий (ограниченное пространство, давление внешней среды) сходно с проектно-конструкторскими задачами, решавшимися при создании атомных подводных лодок. Да и реактор КЛТ-40с, обкатанный на ледоколах «Таймыр», «Вайгач», лихтеровозе «Севморпуть», принятый для сооружения плавучих АЭС и предлагаемый для подземной АЭС, морским конструкторам хорошо знаком. Кстати, серийное производство этих реакторов (вместе с флотилией «плавучек») и более низкое обогащение ядерного топлива, чем в предполагавшихся ранее проектах подземных АЭС, позволит снизить затраты на сооружение и эксплуатацию.

ЦНИИ им. академика Крылова уже с 90-х годов изъявляет готовность и желание работать по тематике подземных АЭС. Разрабатывались несколько вариантов размещения – как в штреках, так и в горизонтальных штольнях. Причём в такую штольню, проложенную с помощью «Метростроя», предлагалось упрятать весь энергоблок целиком: реактор, турбогенератор, электротехническое оборудование. Как планировалось ранее, в России должны были появиться три подземные АТЭЦ: в Ленинградской и Мурманской областях, и в Приморском крае. Например, в Приморском крае подземная АТЭЦ «Утро» из нескольких энергоблоков суммарной мощностью 600 МВт должна была начать работу в 1997г. На уровне слухов, проверить которые не представляется возможным, остались рассказы о предполагавшемся строительстве подземных АЭС в Карелии и Калининградской области.

Проекты эти, реальные и мнимые, не реализовались – как из-за отсутствия финансов, так и из-за неприятия населением. Тем более отрадно, что со своей инициативой выступил Урал, где до этого строительство подземной АЭС не планировалось. И законодательная конъюнктура благоприятствует: «туннельный закон», изменивший структуру собственности в атомной отрасли, акционирование атомных предприятий и продолжающееся развитие рынка электроэнергии способствуют привлечению инвестиций в сооружение Кушвинской подземной АЭС. Если, конечно, потенциальные инвесторы – металлурги, машиностроители – проявят заинтересованность в создании «своего» источника электроснабжения.

Мнение эксперта

Так, всё же, что такое Кушвинская подземная АЭС – опытно-промышленный объект для отработки новой технологии, или же реальный коммерческий проект, нацеленный на промышленное энергоснабжение? Насколько высоки шансы на его воплощение, и кто может способствовать его успешной реализации? Корреспондент EnergyLand.Info обратился за комментариями к заведующему кафедрой атомной энергетики УГТУ-УПИ, профессору Сергею Евгеньевичу Щеклеину.

– В настоящее время в Северодвинске строится плавучая АЭС с реактором КЛТ-40, – прокомментировал ситуацию С.Е. Щеклеин. – Предполагается, что далее этот тип АЭС может тиражироваться. Реактор КЛТ-40 ледокольного назначения освоен в серийном производстве и имеет большой опыт эксплуатации. АЭС для г. Кушвы предполагается на основе этого же типа реактора, но в сухопутном исполнении. Так как размеры реактора очень небольшие, его достаточно просто разместить под землей на глубине до 50 м, что создаст очень надежный барьер безопасности на все случаи негативного внешнего и внутреннего воздействия. Единичная мощность плавучего энергоблока (в составе двух реакторов) около 70 МВт (эл), однако сухопутная АЭС может иметь несколько блоков. Решение о реализации проекта принимается на уровне Правительства России. Финансирование строительства может быть комбинированным: бюджетное и частными компаниями.

Таким образом, по мнению эксперта, предлагаемый проект подземной АЭС вполне работоспособен, а в его основу заложена достаточно «обкатанная» ядерная технология. Основная проблема, как обычно, заключается в финансировании: на бюджет особенно рассчитывать не приходится (тем более, что этой АЭС нет в Федеральной целевой программе развития атомной энергетики до 2015 г.). Вся надежда – на государственно-частное партнёрство, возможности которого предоставлены изменившимся атомным законодательством России. Именно от заинтересованности инвесторов в долговременных поставках дешёвой электроэнергии и их готовности вкладывать деньги в сооружение подземной АЭС будут зависеть судьба проекта и темпы строительства.

Читайте также: