Перспективы перевозок РАО на завершающем этапе обращения

В.С.Гупало, В.Ю.Коновалов, ФГУП ВНИПИпромтехнологии

Общепринятой практикой обращения со всеми образующимися радиоактивными отходами (РАО) в России является так называемое «отложенное решение» – то есть их контролируемое временное хранение (следует заметить, что существует множество причин «отложенного решения», как-то: снижение тепловыделения РАО и распад короткоживущих радионуклидов или отсутствие на территории РФ сертифицированных объектов окончательной изоляции).

Поэтому в результате развития ядерной энергетики, выполнения военных программ, деятельности научно-исследовательских и медицинских учреждений в 33 регионах России накоплены значительные объемы радиоактивных отходов (РАО), которые размещены в пунктах временного хранения (хранилищах) в жидком, твердом или отвержденном виде.

Однако существующие и создаваемые объекты временного хранения зачастую не могут рассматриваться как будущие объекты окончательной изоляции, так как их инженерные решения не способны обеспечить радиоэкологическую безопасность на весь период сохранения локализованным загрязнением потенциальной опасности, который может составлять миллионы лет*. Следовательно, при окончательном решении проблемы РАО потребуется создание иных объектов окончательной изоляции, что означает, что существующая практика обращения с РАО не может быть признана экономически обоснованной, так как в будущем потребует дополнительных вложений на извлечение РАО из хранилищ и создание специализированных объектов окончательной изоляции РАО.

*Периодом сохранения радионуклидным загрязнением потенциальной опасности называют интервал времени, за который содержание радионуклида в составе РАО снизится до нормативно-разрешенного (условно безопасного для здоровья человека) уровня в результате естественного радиоактивного распада.

Конструкция объекта окончательной изоляции (могильника) РАО в геологических условиях, обеспечивающая их надежную изоляцию от среды обитания человека, может существенно различаться, в зависимости от параметров локализуемых РАО. Однако, при любых инженерных решениях для обеспечения экологической безопасности изоляции используется «многобарьерная система», причем основным элементом данной системы является породный массив, обеспечивающий стойкость объекта окончательной изоляции к техногенным и природным воздействиям, и противостоящий последствиям нештатных ситуаций.

Для выполнения своих защитных функций, породный массив, вмещающий объект окончательной изоляции РАО, должен соответствовать ряду технических требований. По этому для решения проблемы РАО, в предыдущие годы, был выделен ряд перспективных мест для создания объектов окончательной изоляции глубокого заложения, таких как: промплощадка ПО «Маяк», Нижнеканский гранитоидный массив, архипелаг «Новая земля», площадки в Дальневосточном регионе, а также выделены ряд перспективных для окончательной изоляции геологических формаций – например Майкопские глины.

Однако в настоящее время, наряду с приоритетом экологической безопасности решение проблемы окончательной изоляции радиоактивных отходов предполагает минимизацию затрат заключительного этапа обращения. По этому при выборе мест для создания объектов окончательной изоляции РАО необходимо экономическое обоснование их количества и расположения, как для ранее рассматриваемых, так и вновь разведываемых площадок.

Кроме того, на современном научно-техническом уровне окончательная изоляция всех объемов накопленных РАО в специально создаваемых могильниках РАО не представляется возможной из-за чрезвычайно высокой общей стоимости, объемов и длительности таких работ, не являющихся прибыльными. Анализ используемых способов хранения РАО также показывает, что не все типы накопленных отходов возможно или экономически целесообразно извлекать из существующих хранилищ и изолировать от среды обитания человека в специализированных могильниках. Так, например, хранилища РАО, представленные водоемами-накопителями, отвалами забалансовых руд, хвостохранилищами, общий объем которых достигает 108 м3, должны быть приведены в экологически безопасное состояние без извлечения.

Таким образом, систему объектов окончательной изоляции РАО в РФ будут составлять два различных (по принципу создания) вида объектов: локальные – созданные в местах накопления значительных объемов «трудно» извлекаемых РАО и региональные – специально созданные сооружения, размещение которых удовлетворяет всем техническим, политическим и социальным критериям.

В соответствии с подходом к организации новых объектов атомной энергетики (Концепция Минатома России по обращению с радиоактивными отходами 2000 г.) создание объектов атомной энергетики (в том числе и окончательной изоляции РАО) целесообразно осуществлять на площадках, где уже проводились работы с радиоактивными веществами и население в определённой степени «привыкло» к существованию радиационно-опасных объектов. Продолжая данную логику целесообразно приближение площадок размещения региональных могильников к сосредоточению значительных объемов «не извлекаемых» РАО – локальным могильникам. Значит, выбор мест возможного размещения региональных объектов окончательной изоляции производится последовательной фильтрацией площадок, содержащих «не извлекаемые» РАО, по различным показателям: объем накопленных «не извлекаемых» РАО, геологическая пригодность пород для размещения объектов окончательной изоляции глубокого заложения или приповерхностного заложения, низкая плотность населения, экономическая обоснованность создания.

Общая схема примененного для выбора мест размещения объектов окончательной изоляции РАО подхода приведена на рисунке 1.


Рис. 1. Общая схема выбора мест размещения объектов окончательной изоляции РАО

Для сравнения вариантов размещения объектов окончательной изоляции РАО предложено использовать комплексный показатель эффективности рассматриваемых решений, основанный на минимизации затрат на реализацию варианта, минимизации объема перевозок РАО, и как следствие их стоимости, а также минимизации числа могильников.

В ходе оптимизации были рассчитаны экономические показатели всех вариантов создания объектов окончательной изоляции в местах, отобранных по социальным и техническим критериям: один объект в любом из отобранных мест, два объекта в любых двух отобранных местах, и так далее до варианта размещения объекта в каждом из таких мест. Экономические показатели вариантов оценивались на основании стоимости отдельных технологических операций: стоимости транспортировки РАО от мест их образования/накопления (по железнодорожным и водным путям); стоимости создания объектов окончательной изоляции, зависящей от объема размещаемых РАО.

Решение данной задачи осложнялось тем, что стоимость создания объекта окончательной изоляции РАО складывается из стоимости основных рабочих модулей (зависящей от объема размещенных РАО), и стоимости создания наземного комплекса, инфраструктуры, шахтных стволов, и прочих сооружений (не зависящей от объема отходов напрямую, а зависящей лишь от выбранного типа конструкции объекта окончательной изоляции). По этому увеличение объема РАО, размещенного в одном объекте, уменьшает удельную стоимость окончательной изоляции (из расчета на 1 м3). Вместе с тем для укрупнения объектов окончательной изоляции необходимо перевозить значительные объемы РАО, что повышает стоимость реализации варианта обращения. Общая схема оптимизации, иллюстрирующая изменение зависимости объемов перевозок от общего количества объектов окончательной изоляции приведена на рис.2.


Рис.2. Общая схема оптимизации по комплексному экономическому показателю

Задача оптимизации технологических операций реализации плана окончательной изоляции РАО, является разновидностью транспортной задачи, с большим числом внутренних ограничений и частичной нелинейностью функций предпочтения по ряду основных параметров. Для решения таких задач в настоящее время не существует однозначных аналитических методик. Авторами разработан математический метод и создана информационно-аналитическая система, предназначенная для решения такого класса задач – позволяющая составить набор квазиоптимальных планов реализации технологических операций обращения с РАО: от мест их образования до мест их окончательной изоляции. Созданный программный комплекс позволяет проводить сравнение принятия решений по эколого-экономическим показателям при выборе плана реализации технологических операций при обращении с РАО, и позволяет производить комплексную экономическую оценку таких планов.

С применением предложенного комплексного критерия проведена оптимизация размещения объектов окончательной изоляции РАО различных типов на территории РФ. Полученные в ходе оптимизации размещения объектов окончательной изоляции РАО, укрупненные оценки стоимости реализации технологических операций транспортировки РАО, создания объектов окончательной изоляции и загрузки РАО, приведены на графиках (рис.3.) в зависимости от количества намеченных площадок для различных конструкций объектов и типов РАО.


Рис. 3. Зависимость стоимости создания объектов окончательной изоляции от их количества для различных типов РАО:
а) для приповерхностных объектов окончательной изоляции низкоактивных отходов
б) для объектов окончательной изоляции долгоживущих РАО глубокого заложения

Так для приповерхностных объектов окончательной изоляции низкоактивных отходов рассматривались площадки, приближенные к местам образования и накопления значительных объемов РАО. Для объектов окончательной изоляции долгоживущих РАО глубокого заложения рассматривались 4 площадки с высокой степенью изученности геологического строения – гранитоидный массив Горно-химического комбината г.Железногорска Красноярского края, порфиритовые толщи в районе размещения ПО «Маяк», скальные массивы Кольского полуострова и Новой Земли.

Как следует из анализа полученных результатов, выигрышной с точки зрения экономических показателей является стратегия минимального количества мест окончательной изоляции (см. графики на рис. 3). Например, для объектов изоляции короткоживущих РАО приповерхностного заложения оптимальным является решение о создании шести региональных объектов.

Вместе с тем, на результат вычислений может в значительной мере повлиять принятая удельная стоимость транспортировки РАО: так при существенном возрастании стоимости транспортировки (выше 1 $/м3РАО•км) экономически целесообразным станет создание объектов окончательной изоляции на каждом из предприятий, на которых образуются РАО или осуществляется их временное хранение в настоящее время.

Объем планируемых железнодорожных перевозок РАО при создании объектов окончательной изоляции может колебаться от 200 до 600 млн. м3РАО•км в зависимости от выбранной стратегии окончательной изоляции РАО в РФ.

Заключение

В результате проведенных работ разработан подход и инструментарий (информационно-аналитическая программная система), позволяющие производить оптимизацию и оценку планов реализации технологических операций по обращению с РАО всех типов вплоть до окончательной изоляции.

В результате применения системного подхода к выбору мест размещения объектов окончательной изоляции РАО, определены экономически обоснованные места их размещения:

• Локального типа (в местах текущего хранения РАО, извлечение которых невозможно или экономически не целесообразно);

• Регионального типа:

– Места размещения объектов окончательной изоляции НАО приповерхностного типа;

– Места размещения объектов окончательной изоляции долгоживущих РАО глубокого заложения.

Для каждого из рекомендуемых мест размещения региональных объектов окончательной изоляции выбраны несколько экономически обоснованных резервных мест размещения, для случаев, когда по каким-либо причинам создание регионального объекта окончательной изоляции в рекомендуемом месте невозможно.

По результатам проведенной оптимизации проведена оценка объема перевозок, который потребуется для окончательного решения проблемы РАО – создании сети региональных объектов окончательной изоляции. Объем планируемых железнодорожных перевозок РАО в зависимости от выбранной стратегии окончательной изоляции РАО в РФ может колебаться от 200 до 600 млн. м3РАО•км, а при отдельных вариантах может возрасти до 1 млрд. м3РАО•км.

По материалам Международной конференции «Стратегия безопасности использования атомной энергии»

назад

Материалы из архива

1.2008 Атом имени Ломоносова

Александр КулешовРазговоры о строительстве атомной теплоэнергоцентрали (АТЭЦ) в Архангельске велись еще в 80-х годах прошлого столетия. Однако Чернобыльская катастрофа поставила жирную точку на проекте, не смотря на то, что площадку под строительство уже начинали готовить. Неподалеку от Архангельска до сих пор можно наблюдать несколько заросших, частично асфальтированных дорог, ведущих к горам песка. Больше здесь ничто не напоминает о начавшемся когда-то строительстве.

12.2008 Огонь — главный враг подводника

Е.В.Лаухин, капитан I ранга в отставкеВ обеспечении пожарной безопасности атомных подводных лодок (АПЛ) давно наступил кризис, требующий не только принятия неординарных мер, но и осознания роли всех составляющих в предотвращении и устранении пожара. Неправильно поставленные цели приводят к неправильной постановке задач. Изучение обстоятельств тяжёлых аварий на АПЛ и их гибели от пожаров позволяют выработать новые подходы для достижения победы над огнём.

9.2008 О государственном регулировании ядерной и радиационной безопасности в России

В.А. Сидоренко, член-корреспондент РАН, заслуженный энергетик РоссииСпецифическая опасность деятельности, связанной с использованием ядерных материалов и радиоактивных веществ, определила особое внимание к формированию в мире единого согласованного подхода к обеспечению того, чтобы использование ядерной энергии было безопасным и хорошо регулируемым.