Подземная атомная теплоэлектростанция вертикального шахтного исполнения

Изобретение относится к конструкции подземных атомных теплоэлектростанций шахтного исполнения (ПАСШИ) и предназначено для использования в атомной энергетике. Подземная атомная теплоэлектростанция вертикального шахтного исполнения содержит комплекс оборудования с модулем атомного реактора, который расположен в нижней части шахты. Весь комплекс оборудования подземной атомной теплоэлектростанции выполнен в виде модулей и размещен над модулем атомного реактора по высоте шахты. Модуль атомного реактора изолирован от остальных модулей комплекса оборудования отсеком с устройством аварийной изоляции. Верхняя часть шахты снабжена устройством для рассредоточенного отвода охлаждающего теплоносителя. Изобретение позволяет повысить надежность станции путем уменьшения площади поражения, снизить затраты на строительство машинного зала и сократить сроки создания ПАСШИ. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к конструкции подземных атомных теплоэлектростанций шахтного исполнения (ПАСШИ) и предназначено для использования в атомной энергетике.

Известные ПАСШИ представляют собой сооружения, частично или полностью размещенные под землей в шахтах вертикального или вертикально-горизонтального исполнения. Во втором случае используют горизонтальные подземные выработки.

Известна подземная атомная теплоэлектростанция на базе судовых реакторных установок (Патент RU №2222839, класс G21D 1/00, публикация заявки 20.08.03 г.), которая представляет собой сооружение, где все элементы станции, комплексы устройств для перезарядки активных зон ядерных реакторов и хранения радиоактивных отходов размещены под землей в горизонтальных рабочих туннелях. Система в высокой степени автоматизирована и обеспечивает безопасность в процессе эксплуатации для окружающей среды, населения, обслуживающего персонала.

Недостатком данного решения является то, что оно требует значительных материальных затрат, сравнимых по величине с элементами бюджета страны, и при существующем состоянии экономики не может быть осуществлено.

Перспективным, с точки зрения экономики, является предложение размещать атомную теплоэлектростанцию в уже имеющихся подземных убежищах ракетно-космического комплекса, используя вертикальные шахты для загрузки узлов станции и расположения их в горизонтальных подземных убежищах комплекса, как, например, в патенте RU №2095862, кл. G21C 9/00, публикация 10.11.97 г.

Тем не менее, наличие горизонтальных подземных убежищ удорожает стоимость проекта.

Экономически наиболее привлекательным является решение по патенту RU №2061265, кл.G21C 9/00, опубл. 27.05.1996 г. (прототип), где под землей в вертикальной шахте пусковой установки на сейсмоизолирующих устройствах размещено модульное реакторное отделение атомной теплоэлектростанции, а остальная часть станции расположена в машинном зале, находящемся на поверхности земли.

Последняя особенность является недостатком данного решения из-за дополнительных затрат на строительство машинного зала для турбогенераторной установки с системами ее управления, и недостаточной защиты наземной части станции при военных действиях, диверсиях, стихийных бедствиях и т.п.

Технический результат предлагаемого решения заключается в повышении надежности станции путем уменьшения площади поражения, снижении затрат на строительство машинного зала, сокращении сроков создания ПАСШИ.

Технический результат достигается тем, что в подземной атомной теплоэлектростанции вертикального шахтного исполнения, содержащей комплекс оборудования с модулем атомного реактора, расположенного в нижней части шахты, весь комплекс оборудования станции выполнен в виде модулей и размещен над модулем атомного реактора по высоте шахты, при этом модуль атомного реактора изолирован от остальных модулей комплекса оборудования отсеком с устройством аварийной изоляции, а верхняя часть шахты снабжена устройством для рассредоточенного отвода охлаждающего теплоносителя.

В отсеке с устройством аварийной изоляции в качестве устройства аварийной изоляции используют заряды, расположенные по периметру сечения отсека на высоте, превышающей сумму высоты модуля атомного реактора и внутреннего радиуса шахты, умноженному на 1,41.

К отличительным признакам предлагаемого решения относятся:

- весь комплекс оборудования станции выполнен в виде модулей и размещен над модулем атомного реактора по высоте шахты;

- модуль атомного реактора изолирован от остальных модулей комплекса оборудования отсеком с устройством аварийной изоляции;

- верхняя часть шахты снабжена устройством для рассредоточенного отвода охлаждающего теплоносителя;

- в качестве устройства аварийной изоляции используют заряды, расположенные по периметру сечения отсека на высоте, превышающей сумму высоты модуля атомного реактора и внутреннего радиуса шахты, умноженному на 1,41.

Известных технических решений с такой совокупностью признаков в патентной и научно-технической литературе не обнаружено.

В предлагаемом решении снижение экономических затрат обеспечивается за счет размещения всего комплекса оборудования станции в стволе вертикальной шахты, при этом можно использовать уже существующие шахты ракетных комплексов (РК).

Использование шахт РК ведет к уменьшению площади поражения, что повышает надежность станции. На этот же результат направлено использование устройства для рассредоточенного отвода охлаждающего теплоносителя. Теплоноситель распределяется по периметру верхней части шахты.

Такую ПАСШИ удобно эксплуатировать, т.к. использование оборудования станции в виде модулей дает возможность легко осуществлять их загрузку-выгрузку через верхнюю часть шахты, возможность изымать модуль атомного реактора из шахты и производить утилизацию его отработанных активных элементов на специализированных предприятиях, приспособленных для этого производственных помещениях или, в случае необходимости, осуществлять консервацию модуля атомного реактора в шахте, используя для этого устройство аварийной изоляции. Все это обеспечивает экологическую безопасность окружающей среды.

На чертеже изображена подземная атомная теплоэлектростанция шахтного исполнения.

Шахта, изображенная на чертеже, содержит модуль атомного реактора 1, который расположен в нижней части шахты, а комплекс оборудования ПАСШИ, выполненный в виде модулей, размещен над модулем атомного реактора (MAP) по высоте шахты. Отсек с устройством аварийной изоляции 2 изолирует MAP от остальных модулей комплекса оборудования станции. Над отсеком с устройством аварийной изоляции расположены следующие модули: система расхолаживания и поддержания горячего резерва 3; далее по высоте шахты: конденсаторы - 4, турбогенератор - 5, трансформаторная система - 6, системы автоматики и управления - 7, коммуникации - 8. В верхней части шахты расположено устройство для рассредоточенного отвода охлаждающего теплоносителя - 9.

В отсеке с устройством аварийной изоляции 2 в качестве устройства аварийной изоляции используют заряды 10, например, пороховые. Данные заряды расположены по периметру сечения отсека на высоте, превышающей сумму высоты MAP и внутреннего радиуса шахты, умноженному на 1,41. В этом случае при взрыве происходит смыкание оболочки шахты по центру.

Каждая перечисленная выше часть комплекса оборудования представляет собой функционально законченную систему, изготовленную, проверенную и поставляемую специализированными производствами, устанавливаемую в виде насыщенных оборудованием модулей с последующим монтажом коммуникаций, т.е. силовых и управляющих кабелей и трубопроводов рабочих и охлаждающих средств.

Работа станции

Эксплуатационные характеристики ПАСШИ определяются параметрами модуля атомного реактора. Для станций мощностью до 10 МВт используются реакторы четвертого поколения. Такая станция без привлечения средств внешней автоматизации обеспечивает физическое саморегулирование в зависимости от потребления энергии и рассчитана на 25 лет без проведения перегрузок активной зоны атомных реакторов. Она не нуждается в управлении оперативным персоналом, наблюдается при работе дежурным по станции и через космическую связь дежурным регионального центра обслуживания атомных станций. По окончании срока эксплуатации демонтируется и вывозится, а участок ее размещения реабилитируется до состояния «зеленой лужайки».

Сборка ПАСШИ осуществляется следующим способом: компактные функциональные модули, из которых состоит весь комплекс оборудования станции, после проверки их на стенде, доставляют, например, железнодорожным или вертолетным (для станций мощностью до 10 МВт) транспортом к месту установки. Перед этим предварительно оборудуют и расширяют шахту с учетом обеспечения загрузки и стыковки модулей и функционирования станции в целом.

Доставленные модули 1÷7 размещают в шахте и стыкуют между собой функционально с коммуникациями 8, образуя единую энергосистему. Модули размещают с учетом рабочего температурного режима станции и их максимальной рабочей температуры. Наиболее чувствительными к температуре окружающей среды являются электронные компоненты системы автоматики и управления 7. Поэтому они расположены в верхней части шахты. Далее внизу размещаются трансформаторная система 6 и турбогенератор 5, затем теплотехнические модули: конденсаторы 4 и система расхолаживания и поддержания горячего резерва 3.

ПАСШИ обладает высокой степенью противоаварийной защищенности.

Отметим, что вертикальная шахтная концепция размещения ПАСШИ позволяет создать еще один уровень защищенности.

На тот случай, если произойдет разгерметизация реактора по периметру сечения шахты, то на высоте, считая от основания, превышающей сумму высоты реактора от основания и внутреннего радиуса шахты, умноженному на 1,41, подготовлено место для размещения зарядов 10, при направленном взрыве которых происходит перекрытие и изоляция модуля атомного реактора 1. При данной высоте происходит смыкание оболочки шахты по ее центру. Для гарантированного смыкания оболочки между атомным реактором и расположенным выше оборудованием размещен промежуточный отсек 2.

В этом случае при взрыве происходит полное перекрытие сечения шахты за счет деформации ее цилиндрической поверхности.

Заряды 10 располагаются в средней части упомянутого отсека.

Важным фактором является скрытность расположения электростанции.

Учитывая прогресс в области выявления объектов, поверхностная температура которых превышает температуру окружающей среды, необходимо осуществлять мероприятия по выравниванию температуры в верхней части ПАСШИ с температурой поверхности земли, точнее для снижения температуры в приповерхностном слое до уровня ниже отслеживания средствами инженерно-технической разведки теплового пятна. Эта проблема решается тем, что отвод охлаждающего теплоносителя (воздуха, воды) на выходе из шахты осуществляется по периметру горловины, т.е. имеет рассредоточенный характер.

Удаление атомного реактора осуществляется путем демонтажа верхних модулей оборудования ПАСШИ с последующим изъятием модуля атомного реактора и транспортировкой его на специализированный участокутилизации. Если по каким-либо причинам принимается решение о захоронении реактора, то в действие приводят пороховые заряды 10, которые осуществляют изоляцию реактора от остальной части станции с предварительным изъятием выше расположенного оборудования.

1. Подземная атомная теплоэлектростанция вертикального шахтного исполнения, содержащая комплекс оборудования с модулем атомного реактора, расположенного в нижней части шахты, отличающаяся тем, что весь комплекс оборудования подземной атомной теплоэлектростанции выполнен в виде модулей и размещен над модулем атомного реактора по высоте шахты, при этом модуль атомного реактора изолирован от остальных модулей комплекса оборудования отсеком с устройством аварийной изоляции, а верхняя часть шахты снабжена устройством для рассредоточенного отвода охлаждающего теплоносителя.

2. Подземная атомная теплоэлектростанция вертикального шахтного исполнения по п.1, отличающаяся тем, что в отсеке с устройством аварийной изоляции в качестве устройства аварийной изоляции используют заряды, расположенные по периметру сечения отсека на высоте, превышающей сумму высоты модуля атомного реактора и внутреннего радиуса шахты, умноженного на 1,41.