Современные подземные атомные ТЭС ключ к решению задач по освоению минерально-сырьевой базы и комплексному развитию северных и отдалённых регионов России

В.Н. Анисимов

О решении проблем энергообеспечения отдаленных от центра районов России с помощью подземных атомных теплоэлектростанций (ПАТЭС). Роль и задачи ПАТЭС в освоении минерально-сырьевых ресурсов Сибири, Крайнего Севера и Дальнего Востока.

042 1

Схема размещения ПАТЭС

В.Н.Анисимов, к.т.н., академик Академии горных наук (АГН), член-корр. Международной Академии наук экологии, безопасности человека и природы (МАНЭБ), президент НПЦ «Экоресурсы»

Автор посвящает свою статью памяти Первого вице-президента Академии горных наук д.т.н. Евгения Александровича Котенко, к.т.н. Эрнеста Леонидовича Петрова и Заслуженного машиностроителя РФ Бориса Сергеевича Хозова, приложивших огромные интеллектуальные, организаторские усилия и творческую энергию к созданию подземных атомных теплоэлектростанций, на базе судовых технологий.

В связи с обострением геополитических, геоэкономических и геоэкологических проблем особую важность приобрели вопросы энергообеспечения районов Заполярья, Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока России. В этом плане эффективным решением энергетических проблем стратегически важных, но труднодоступных регионов страны, представляется строительство на их территориях безопасных подземных атомных теплоэлектростанций (ПАТЭС) современного уровня.Общий вид энергоблока

Общий вид энергоблока

Многолетний опыт эксплуатации первой в мире Красноярской подземной атомной теплоэлектростанции, а также опыт научно-технических предложений к проектированию ПАТЭС на территории стран СНГ (в Хабаровске, Чимкенте, Приморье, Белгородской обл.) дают все основания для уверенности в практической возможности строительства подземных АЭС. Учитывая высокий уровень сейсмичности и активного тектоногенеза районов первоочередного их размещения, сооружение ПАТЭС позволит обеспечить высокую рентабельность электрогенерации, радиационную и экологическую безопасность их эксплуатации в труднодоступных районах, например, при освоении минерально-сырьевых и биоресурсов в условиях Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока. Разработками различных научно-технических проектов подземных атомных теплоэлектростанций (ПАТЭС) мощностью 600–800 МВт занимается целый ряд российских организаций – ГНЦ РФ ЦНИИ им. Академика А.Н. Крылова, Горный институт Кольского научного центра РАН, Международная Академия Горных наук, Геофизический центр РАН, институты «ВНИПИпромтехнологии», ВНИПИ-ЭТ, НИКИЭТ, ОКБМ, НПЦ «Экоресурсы».Евгений Александрович Котенко (второй слева) на одной из своих последних встреч с коллегами (геофизическая группа разработчи ков подземных АТЭС): в центре – В.Н. Морозов, слева – В.Н. Тата ринов, ГЦ РАН, справа – В.Н. Анисимов, Региональное отделение КМА АГН (Москва, ГЦ РАН, 2012 г.)

Евгений Александрович Котенко (второй слева) на одной из своих последних встреч с коллегами (геофизическая группа разработчи ков подземных АТЭС): в центре – В.Н. Морозов, слева – В.Н. Тата ринов, ГЦ РАН, справа – В.Н. Анисимов, Региональное отделение КМА АГН (Москва, ГЦ РАН, 2012 г.)

Выполненные этими организациями научно-технические и рабочие проекты отвечают самым жёстким требованиям по обеспечению безопасности объектов ядерно-топливного цикла и основным положениям экологической безопасности атомной энергетики «Европейской энергетической хартии» (1991 г.).

В настоящее время существуют два типа ПАТЭС:

- шахтного типа, которые располагаются на глубинах 100–150 м и включают вертикальный ствол и горизонтальные выработки, в которых размещается оборудование электростанции;

- штольневого типа, размещаемые в горизонтальных или наклонных подземных выработках в массивах горных пород (в т.ч. в скальных, приуроченных к прибрежным зонам).

К этому типу относятся ПАТЭС «Утро» – для Приморского края и «Нерпа» – для Мурманской области.

Следует отметить, что в России создавались проекты обоих типов ПАТЭС [1–5].

Сроки строительства ПАТЭС с выводом их на проектную мощность – до 5 лет, и зависят от мощности тепло- и электрогенерации, а также всего комплекса горно-геологических, геоэкологических, горнотехнических условий.

Структурно ПАТЭС для районов Сибири, Крайнего Севера и Дальнего Востока включает не только энергетическую часть станции, но и экологически безопасное хранилище облучённого топлива, ёмкости для консервации радиоактивных отходов, их длительного хранения и изоляции в местах размещения ПАТЭС.042 4

Ещё в мае 2004 г. Высший Экологический Совет Госдумы РФ обсудил проблемы ядерной и экологической безопасности установок малой атомной энергетики для тепло- и электроснабжения жилых и промышленных объектов различных регионов России. Совет рекомендовал рассмотреть эту тему в Комитете Госдумы по энергетике, транспорту и связи с целью выработки своего отношения к такой проблеме и, в случае положительного отношения, обратиться в Правительство РФ с предложением изыскать финансирование для строительства головных установок [3].

К сожалению, в заключительном решении Госдумы не рассматривались ПАТЭС как на базе судовых технологий, так и на базе других современных существующих решений. В связи с вышеотмеченным возникает вопрос: «Почему «Стратегия развития атомной энергетики России в первой половине XXI века», одобренная Правительством РФ (Протокол №17 от 25.05.2000 г.), до сих пор не предусматривает сооружения объектов малой атомной энергетики? Ведь в качестве заказчиков атомных станций малой мощности готовы были выступать регионы, испытывающие дефицит собственных энергоресурсов, и для которых доставка традиционного углеводородного топлива превращается в ежегодную болезненную проблему, и где приоритет отдаётся сохранению экологических качеств природной среды. Таких регионов в России, от Калининградской области до Камчатки и Приморского края – множество».

Создать для населения устойчивые, достойные и безопасные условия проживания – это та роль, которую могут и должны сыграть современные атомные станции малой мощности. Страна ещё располагает технологической базой судового атомного машиностроения и приборостроения, то есть именно тех секторов промышленности, которые способны серийно производить энергетические блоки для комплектации атомных станций малой мощности.

Сегодня возможно производство энергоблоков как на базе существующих судовых технологий, так и новейших достижений в области атомной энергетики, например, на основе подземных ториевых АЭС[6]. Тем более что прототипы базового оборудования таких энергоблоков эксплуатируются на кораблях и имеют тысячи реакторо-лет наработки. Высокие коммерческая конкурентоспособность и потребительские качества электростанций, создаваемых по судостроительным технологиям, особенно впечатляют, когда энергоблоки удаётся разместить в подземном пространстве на глубине не менее 100 м. Заметим, что именно эти фортификационные качества ПАТЭС приобретают решающее значение, когда атомный электрогенерирующий блок оказывается в прицеле ракеты современных террористов или на пути атакующего самолета.

«...Первое, что находится у самой поверхности решения проблемы атомных станций малой мощности, это применение ледокольной атомной энергетической установки. Это не самая мощная судовая установка, созданная в стране... Но привлекательно именно её поместить в штольню. Именно сейчас тот случай, когда уместно говорить об инновационной технологии, прорывной характер которой должен обеспечиваться наличием производственной базы для ее реализации» [3].

Исторический опыт развития отечественной и мировой атомной энергетики свидетельствует, что мысль о размещении реакторных установок в подземном пространстве зародилась задолго до аварии на советской Чернобыльской АЭС и японской АЭС «Фукусима» и выступлений по этому поводу академиков А.Д. Сахарова, Л.П.Феоктистова и всемирно признанного патриарха ядерной физики Эдварда Теллера [6].

Научный и конструктивный вклад в развитие этого направления внесли многие ученые нашей страны, в особенности члены специализированного Совета, возглавляемого академиком АН СССР А.П. Александровым, академиками РАН Н.Н. Мельниковым, а также Ф.М. Митенковым, академиками АГН Котенко Е.А., Э.Л.Петровым и другими.

Проектными проработками, относящимися в основном к периоду после Чернобыльской аварии, было установлено, что капитальные затраты на подземное размещение (в сравнении с наземным) блоков большой единичной мощности повышаются на 30–40%. С учетом стоимости последующего и неминуемого снятия блока с эксплуатации, его разборки и захоронения, а также полной реабилитации площадки – проигрыш сокращается до нуля. В общем, затраты на снятие с эксплуатации наземных АЭС в 1.5–2 раза выше, чем на её строительство. А снятие с эксплуатации подземных станций – безоговорочно окупается уже за период их использования.

Однако под защиту подземного укрытия современные наземные блоки АЭС не стали размещать, предпочитая возводить толстостенные (от 0,6 до 3,0 м и более) железобетонные ограждения. Другое дело, когда в подземное пространство помещают, например, установку судового класса с поперечником около 10 м и высотой около 16 м. Для нее пригодно помещение с размерами типовой односводчатой станции метрополитена, проходка которого выполняется механизированными комплексами, а крепление – железобетонными или чугунными элементами (тюбингами) стандартного заводского производства.

Следует особо отметить, что стоимость ПАТЭС (в строительной части достаточно мала) составляет около 50 долл./м3.

«Если такие одноуровневые штольни сооружаются вблизи береговой линии океана, моря или реки, то водным путем к ним могут быть доставлены готовые, подчеркнем еще раз – готовые, изготовленные «под ключ» в условиях судостроительного предприятия энергомодули. Каждый энергомодуль – это современный реактор судового типа, турбоэлектрогенератор, водонагревательная установка и вспомогательное оборудование, помещенные в защитную оболочку. Оболочка предназначена для локализации последствий внутренних аварий, которые могут случиться на оборудовании энергомодуля. Образно говоря, энергомодуль – это минимум того, что необходимо для производства электроэнергии и товарного тепла. Если в качестве ядерного реактора применены наиболее мощный судовой аппарат и соответствующее ему оборудование, то вес энергомодуля составит около 5 тыс. т, что позволяет его буксировать или транспортировать с помощью плавдока, либо понтона» [3].

В случае с подземным АТЭС каждый энергомодуль вкатывается на платформе в свою штольню, подключается к внешним сетям и трассам, его реактор загружают активной зоной, после чего блок становится готовым к эксплуатации в течение 40–50 лет, а современные ториевые АЭС – и до 100 лет.

Ядерные реакторы на ториевом топливе более безопасны, чем урановые, поскольку не обладают запасом реактивности, и поэтому никакие разрушения аппаратуры реактора не способны вызвать неконтролируемую цепную реакцию [6, 7]. Основной недостаток ториевого цикла – он намного дороже уранового и технологически ещё не до конца проработан. Интенсивные исследования в этом направлении ведутся в Индии, США, Германии, России.

Таким образом, только отказ от цикла последовательного выполнения строительных и монтажно-сборочных работ, неизбежного при сооружении наземных атомных энергоблоков большой единичной мощности, позволит сократить вдвое время строительства ПАТЭС и её готовности к эксплуатации до 3–3,5 лет, вместо 6–9 лет – обычно отводимых на надземный энергоблок, мощностью 1 ГВт.

Россия сегодня ещё располагает конкурентоспособной технологией строительства ПАТЭС, а её выход на внутренний и внешний рынки целиком зависит от позиции и воли высшего руководства страны.

Налаживание серийного производства подземных электростанций типа ПАТЭС в России обеспечит рабочими местами свыше 100 тыс. человек. Электроэнергия ПАТЭС позволит развернуть в местах, пока ещё труднодоступных для из размещения, технологии извлечения минерально-сырьевых ресурсов (нефти из шельфовых месторождений, газа, редкоземельных элементов), обеспечит производство, например пресной воды, для населения и поливного земледелия, а также создать условия для производства синтетического топлива и получения водорода с целью решения проблемы экологизации автотранспорта и теплоэнергетики.

Ещё одной важной особенностью современных безопасных ПАТЭС остаётся их оснащение многофункциональной комплексной системой защиты особо охраняемых объектов (к которым относятся и производства ядерно-топливного цикла) от внешних природно-техногенных воздействий (сейсмических, ударно-воздушных, цунами), а также новыми системами пожаротушения, пылегазоподавления для больших труднодоступных площадей за счёт применения мощных термогазодинамических генераторов нового поколения [8].

В целом при сравнительном анализе, ПАТЭС имеет неоспоримое преимущество перед АЭС наземного типа.

При отсутствии бюджетного финансирования создание таких крупных объектов, как ПАТЭС, может осуществляться, например, на базе банковских кредитов и других схем финансирования. Возврат кредитов, а также оплата стоимости их предоставления будет производиться за счет прибыли, получаемой ПАТЭС, и представленных льгот для освоения указанных регионов в соответствии с решениями Президиума Госсовета от 29 ноября 2012 г.

В соответствии с Основами государственной политики в области экологического развития России на период до 2030 г. преимущества ПАТЭС перед наземными АЭС будут экономически весомыми, благодаря существенно меньшему сроку их строительства (до 3 лет), высокой геоэкологической безопасности и социально-экономической значимости для решения новых оборонно-стратегических и региональных социально-экономических задач, особенно по освоению минерально-сырьевых ресурсов Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока.

Повышенная потребность в размещении ПАТЭС в районах северо-восточных и восточных рубежей России станет особо ощутимой в связи с намечаемой организацией круглогодичного морского транспортного коридора для перевозок грузов из Японии, Америки, Австралии и других стран ЮгоВосточной Азии в страны Европы, – по трассе северного морского пути России, что позволит эффективно решить не только оборонно-стратегические, но и социально-экономические задачи указанных регионов.


 

Использованные источники:

1. Котенко Е.А. Создание подземных атомных станций // М.: ЦНИИАтоминформ, 1996. 96 с.

2. Котенко Е.А., Морозов В.Н., Петров Э.Л., Анисимов В.Н., Татаринов В.Н., Хазов Б.С. и др. Перспективы создания подземных атомных станций на территории России. ' Горный жур' нал. ' 1999. ' №12. – С.18'23

3. Петров Э.Л. О коммерческих приоритетах ПАТЭС // Атомная стратегия, №16, апрель, 2005. http://www.proatom.ru/modules.

4. Котенко Е.А., Морозов В.Н., Петров Э.Л., Анисимов В.Н., Татаринов В.Н., Хазов Б.С. Вновь о подземных АЭС // Энергия: экономика, техника, экология. — 2000. ' Вып. 5. — С. 11–18.

5. Камнев Е.Н., Котенко Е.А., Дороднов В.Ф., Зверев А.Б. Подземные атомные станции: альтер' натива отказу от атомной энергетики // Горный журнал, №8, 2011. С. 5

6. Максимов Л.Н. Новая ториевая энергетика, топливо, ТВЭЛы, реакторы // Атомная стратегия. ' 2009. '№25 ' С. 15

7. Пелымский Г.А., Котова В.М., Чехович П.А., Капитонов И.М. Торий – перспективный сырь' евой ресурс атомной энергетики // Рациональное освоение недр.' 2012. ' №1 ' С. 50'44.

Журнал "Горная Промышленность" №6 2012, стр.42