подземная атомная станция энергоснабжения и способ ее эксплуатации

Формула изобретения

1. Подземная атомная станция энергоснабжения, включающая идентичные энергоблоки, изготовленные в виде модулей на базе судового оборудования и судостроительных технологий, каждый из которых состоит из реакторной установки и состыкованного с ней блока преобразования энергии, и систему транспортирования энергоносителей, и расположенная в горизонтальных подземных убежищах, имеющих вертикальные шахты, отличающаяся тем, что подземные убежища выполнены в виде одноуровневых штолен, на одном конце каждой из которых расположен энергоблок, а на противоположном конце штольни со стороны реакторной установки образована дополнительная полость длиной, кратной длине реакторной установки, причем каждая реакторная установка энергоблока состыкована с соответствующим блоком преобразования энергии через коффердам.

2. Способ эксплуатации подземной атомной станции энергоснабжения, включающий работу энергоблоков на мощности в горизонтальных подземных штольнях, вывод энергоблоков из эксплуатации, заключающийся в выгрузке из реакторных установок отработавшего ядерного топлива с последующим его удалением на переработку, в отстыковке от блоков преобразования энергии выработавших ресурс реакторных установок с последующей их консервацией и хранением, в удалении на перевооружение блоков преобразования энергии, установку новых энергоблоков и вывод их на мощность, отличающийся тем, что работу энергоблоков на мощности осуществляют в подземных штольнях с дополнительной полостью, а при выводе энергоблоков из эксплуатации выгрузку отработавшего ядерного топлива из выработавших ресурс реакторных установок производят непосредственно в подземных штольнях, затем в дополнительной полости тех же штолен осуществляют консервацию и длительное хранение выработавших ресурс реакторных установок, которые после выгрузки из них отработавшего ядерного топлива и отстыковки от удаляемых блоков преобразования энергии перемещают в глубь дополнительной полости штолен, освобождая место для установки новых энергоблоков, причем указанный цикл замены выработавших ресурс энергоблоков на новые повторяют до исчерпания длины штольни под хранение выработавших ресурс реакторных установок.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области атомной энергетики и касается атомных энергетических станций, размещаемых в целях защиты от внешних воздействий природного и техногенного характера в подземных убежищах.

В настоящее время широко известны различные атомные энергетические станции, в том числе и подземного размещения, во многих странах мира. Несмотря на разнообразие проектов, жизненный цикл всех атомных станций одинаков и включает следующие основные этапы:

- создание энергоблоков станции;

- работа энергоблоков на мощности;

- вывод энергоблоков из эксплуатации после выработки ими ресурса;

- создание замещающих блоков и вывод их на мощность.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является подземная атомная теплоэлектростанция по патенту РФ 2095862 от 10.11.1997 г., в которой в качестве подземных убежищ использованы подземные убежища ракетно-космического комплекса в виде горизонтальных подземных убежищ с вертикальными шахтами, а узлы станции функционально сформированы в компактные модули, выполненные на базе судового оборудования и судостроительных технологий.

Известен также наиболее близкий к предлагаемому способ эксплуатации подземной атомной станции энергоснабжения (Н.Н.Мельников, В.П.Конухин, В.А.Наумов "Подземные атомные станции", изд-во Кольского научного центра РАН, Апатиты, 1992 г. , стр. 6, 124-125), согласно которому работу энергоблоков на мощности осуществляют в подземных штольнях, после выработки энергоблоками ресурса производят вывод их из эксплуатации, включающий выгрузку и удаление на переработку отработавшего ядерного топлива из реакторных установок с последующей их консервацией и хранением в тех же штольнях, демонтаж и перевооружение нерадиоактивного оборудования, а затем создают новые энергоблоки и выводят их на мощность.

Указанные устройство и способ эксплуатации атомной энергетической станции имеют ряд существенных недостатков. Так, срок службы любой атомной станции определяется ресурсом ее реакторных установок, который составляет 30 лет. Ввиду того, что срок службы подземных помещений более 100 лет, использование всего комплекса подземных сооружений в качестве хранилища выработавших ресурс и законсервированных реакторных установок позволяет использовать штольни для размещения энергоблоков станции только однократно, причем на срок менее одной трети всего времени их эксплуатации. Поэтому для создания замещающих энергоблоков требуется строительство новых штолен, монтаж в них системы транспортирования энергоносителей и установка новых энергоблоков, то есть фактически создание новой станции. Это значительно увеличивает как материальные и финансовые затраты на создание замещающих мощностей, так и время на ввод их в эксплуатацию. При возможном повторном использовании подземных штолен для размещения замещающих энергоблоков необходимо выгрузить из них выработавшие ресурс энергоблоки, освободить от отработавшего ядерного топлива реакторные установки и затем транспортировать их в места длительного хранения. Однако при транспортировке большого количества радиоактивного оборудования сложно обеспечить радиационную безопасность, особенно в случае аварии транспортного средства. Кроме того, выгрузка отработавшего ядерного топлива является ядерно-опасной операцией и возможная ядерная авария приведет к тяжелым последствиям.

Задачей предлагаемого изобретения являются обеспечение радиационной и экологической безопасности при выводе энергоблоков из эксплуатации и при хранении выработавших ресурс реакторных установок и многократное использование подземных штолен для размещения в них заменяемых энергоблоков, а также сокращение материальных средств и сроков работ по консервации выработавших ресурс реакторных установок и создание замещающих мощностей.

Это достигается тем, что в подземной атомной станции энергоснабжения, включающей идентичные энергоблоки, изготовленные в виде модулей на базе судового оборудования и судостроительных технологий, каждый из которых состоит из реакторной установки и состыкованного с ней блока преобразования энергии, и систему транспортирования энергоносителей, расположенную в горизонтальных подземных убежищах, имеющих вертикальные шахты, подземные убежища выполнены в виде одноуровневых штолен, на одном конце каждой из которых расположен энергоблок, а на противоположном конце штольни, со стороны реакторной установки, образована дополнительная полость длиной, кратной длине реакторной установки, причем каждая реакторная установка энергоблока состыкована с соответствующим блоком преобразования энергии через коффердам.

В известном способе эксплуатации подземной атомной станции энергоснабжения, включающем работу энергоблоков на мощности в горизонтальных подземных штольнях, вывод энергоблоков из эксплуатации, заключающийся в выгрузке из реакторных установок отработавшего ядерного топлива с последующим его удалением на переработку, в отстыковке от блоков преобразования энергии выработавших ресурс реакторных установок с последующей их консервацией и хранением, в удалении на перевооружение блоков преобразования энергии, установку новых энергоблоков и вывод их на мощность, работу энергоблоков на мощности осуществляют в подземных штольнях с дополнительной полостью, а при выводе энергоблоков из эксплуатации выгрузку отработавшего ядерного топлива из выработавших ресурс реакторных установок производят непосредственно в подземных штольнях, затем в дополнительной полости тех же штолен осуществляют консервацию и длительное хранение выработавших ресурс реакторных установок, которые после выгрузки из них отработавшего ядерного топлива и отстыковки от удаляемых блоков преобразования энергии перемещают вглубь дополнительной полости штолен, освобождая место для установки новых энергоблоков, причем указанный цикл замены выработавших ресурс энергоблоков на новые повторяют до исчерпания длины штольни под хранение выработавших ресурс реакторных установок.

Выполнение подземных убежищ в виде одноуровневых штолен позволяет упростить технологию работ по выводу энергоблоков из эксплуатации, а также воспользоваться при помещении энергоблоков в штольни единым погрузочно-разгрузочным комплексом и единым причалом для всех штолен в случае размещения станции в холме, прилегающем к акватории.

Наличие в устройстве дополнительной полости со стороны реакторной установки позволяет разместить выработавшие ресурс реакторные установки непосредственно под землей, обеспечивая тем самым радиационную и экологическую безопасность, а также обеспечивает возможность многократно использовать подземные штольни для установки замещающих энергоблоков, исключая материальные и финансовые затраты на неоднократное строительство штолен. Кроме того, значительно сокращается и время на создание замещающих энергоблоков.

Необходимая длина дополнительной полости, кратная длине реакторной установки, объясняется возможностью замены выработавших ресурс энергоблоков в течение срока эксплуатации подземных штолен.

Наличие коффердама между блоком преобразования энергии и реакторной установкой позволяет легко отстыковать их друг от друга при выводе энергоблоков из эксплуатации, а также обеспечить пожарную безопасность, для чего в помещении, где находится реакторная установка, атмосфера обедняется кислородом.

Выполнение в способе эксплуатации подземной атомной станции энергоснабжения выгрузки отработавшего ядерного топлива из выработавших ресурс реакторных установок непосредственно в подземных штольнях обеспечивает локализацию последствий ядерной аварии, возможной при производстве указанных работ, в подземном пространстве.

Осуществление консервации и хранения выработавших ресурс реакторных установок в подземных штольнях обеспечивает радиационную и экологическую безопасность ввиду обращения с радиоактивным оборудованием только в подземном пространстве.

Сущность изобретения поясняется рисунками 1, 2 и 3, где на фиг.1 схематически изображена штольня подземной атомной станции энергоснабжения с установленным рабочим энергоблоком, на фиг.2 - то же, но с законсервированной в дополнительной полости выработавшей ресурс реакторной установкой и на фиг.3 - вариант расположения штольни подземной атомной станцией энергоснабжения в холме, прилегающем к акватории. Здесь под слоем грунта 1 в штольне 2 расположен энергоблок, состоящий из блока преобразования блока преобразования энергии 3 и реакторной установки 4, состыкованных между собой через коффердам 5. Со стороны блока преобразования энергии 3 имеется вертикальная шахта 7 для загрузки и выгрузки узлов и блоков станции, а со стороны реакторной установки 4 в штольне 2 - дополнительная полость 6 для консервации и длительного хранения выработавших ресурс реакторных установок 8. В штольне 2 стационарно смонтированы система транспортирования энергоносителей и комплекс для выгрузки отработавшего ядерного топлива (на рисунке не показаны).

Работу на мощности всех энергоблоков и эксплуатацию подземной атомной станции энергоснабжения осуществляют в штольнях 2, удлиненных со стороны реакторных установок 4. При выводе энергоблока из эксплуатации его отсоединяют от системы транспортирования энергоносителей, в штольне 2 из реакторной установки 4 производят выгрузку отработавшего ядерного топлива, затем ее отстыковывают от блока преобразования энергии 3 и перемещают в дополнительную полость 6 штольни 2, где производят консервацию выработавшей ресурс реакторной установки 8 и там же осуществляют ее длительное хранение. При этом через вертикальную шахту 7 удаляют на перевооружение блок преобразования энергии 3. После этого на освободившееся в штольне 2 место устанавливают новый замещающий энергоблок и выводят его на мощность. Аналогичные операции совершают после каждой выработки ресурса энергоблоком до исчерпания длины дополнительной полости 6 под хранение выработавших ресурс реакторных установок 8.

Штольни подземной атомной станции энергоснабжения могут быть также размещены в холме, прилегающем к акватории 9. В этом случае отпадает необходимость проходки вертикальной шахты 8, а загрузка и выгрузка узлов энергоблоков производится через входной портал 10 штольни 2.