Метод ускоренного модульного строительства АЭС

В.Н.Нуждин, ВНИИАЭС, г.Москва
А.А.Просвирнов, ВНИИАЭС, г.Москва

Процесс строительства АЭС на сегодняшний день занимает период в 7–8 лет. Этот показатель в разы отличается от времени строительства, например, газовых электростанций.

Длительный срок строительства снижает привлекательность инвестирования в строительство АЭС, снижает конкурентоспособность АЭС, приводит к длительному замораживанию средств и увеличению стоимости капитальных вложений. Очень часто график строительно-монтажных работ нарушается, что приводит к значительным задержкам пуска АЭС. В то же время заявленный темп ускоренного ввода АЭС в России требует нетрадиционных подходов в процесс проектирования и строительства. Одними из основных способов снижения срока строительства и монтажа блоков АЭС могут быть:

• Использование CALS-технологии проектирования АЭС;

• Упрощение проекта;

• Снижение единичной мощности блока;

• Унификация применяемого оборудования;

• Модульность конструкции и монтажных блоков;

• Смещение основных монтажных работ на площадку завода-изготовителя;

• Метод модульного монтажа АЭС.

В последнее время сложилось ложное впечатление, что рост единичной мощности приводит к снижению удельных показателей экономичности блока, удельной стоимости капитальных вложений и удельной стоимости вырабатываемой электроэнергии. При линейном подходе расчета удельных показателей может действительно показаться, что простое увеличение единичной мощности приводит к уменьшению удельных показателей. Однако в этом случае не учитываются многие факторы, которые в конечном итоге могут привести к отрицательному результату. Выбор оптимального значения единичной мощности блока требует многофакторных исследований, так как неограниченный рост единичной мощности блока приводит к различным проблемам в других областях, что обязывает искать решения с учетом системного многофакторного подхода. Например, выбор Финляндией блока с мощностью 1600 МВт потребовал резервирования в энергосистеме мощностей, равных этой мощности, что для малых энергосистем экономически нецелесообразно, однако требуется по условиям обеспечения безопасности электросети. Оптимальная мощность энергоблока должна выбираться с учетом всех возможных факторов, например, технологии производства оборудования, его монтажа, безопасности и т.д. Безусловно, что смещение монтажных работ на площадку завода-изготовителя положительно сказывается на культуре производства и общей безопасности и уменьшает стоимость монтажных работ.

По этому пути пошла фирма «Вестингауз». Стандартный блок АР-1000 состоит из 50 больших и 250 малых модулей. Малые модули размером 3,7x3,7x24,4 м и весом 80 т можно перевозить по железной дороге. Примером большого модуля являются стальные модули защитной оболочки, из них наиболее тяжелый кольцевой модуль диаметром 39,6 м весит 658 т [3].

При модульном строительстве, однако, возникают ограничения по транспортировке крупномасштабных модулей. Идеальным вариантом может быть создание одномодульной АЭС в плавучем исполнении. Существующие проекты, например, КЛТ-40 мощностью 40 МВт эл., не отвечают требованиям безопасности АЭС 4 поколения и пока неконкурентоспособны по сравнению с блоками единичной мощности 1000–1600МВт по экономическим показателям. Возможно, что промежуточное значение единичной мощности блока в 200–350 МВт может оказаться оптимальным для технологии модульного монтажа, которая уменьшает капитальные затраты на строительство АЭС и уменьшает время строительства блока и АЭС в целом.

Идея метода модульного монтажа состоит в разделении всего оборудования на крупные модули, которые либо сами по себе обладают свойством плавучести, либо изготовлены под унифицированные размеры плавучего дока, способного перевести модуль водным путем к площадке АЭС, расположенной на берегу моря или судоходной реки. Транспортировка затонувшей подлодки «Курск» показала принципиальную возможность такой транспортировки крупных модулей. Монтаж модулей осуществляется гидростатическим методом. Создается система шлюзов наподобие системы проводки судов по каналам, где создается необходимый уровень воды для гидроподъема модуля и его установки на требуемое место, где предварительно должен быть подготовлен фундамент. После окончания монтажа блока АЭС канал с системой открытых шлюзов может одновременно служить в качестве системы подвода и отвода циркуляционной воды, охлаждающей конденсаторы турбины. Наиболее оптимально эта технология может быть использована для интегральных реакторов, так как в них уже заложен принцип модульности. Так для концептуального проекта АЭС с водо-водяным интегральным реактором мощностью 300–350 МВт можно предложить следующее деление на крупногабаритные блоки-модули:

• Реакторное отделение (интегральный реактор, металлический контайнмент, пассивные системы безопасности, система отвода тепла конечному поглотителю, системы управления РО) – 1 модуль

• Турбогенераторное отделение (турбина, генератор, система подогревателей, конденсатор, системы управления ТО) – 1 модуль

• Общий на 4 модуля РО и 4 модуля ТО модуль систем нормальной эксплуатации

• Общестанционный модуль (для всей АЭС)

4 Модуля РО и 4 модуля ТО объединяются в юнит (рис. 1), который обслуживается одно- или двухмодульной системой нормальной эксплуатации:

• СВО и подготовка воды

• Система перегрузки топлива

• Утилизация радиоактивных отходов

• Система вентиляции и кондиционирования

• другие

Критерии для модульного разбиения:

• Принципы безопасности;

• Возможность транспортировки;

• Минимум гидравлических связей между модулями;

• Экономичная компоновка;

• Унификация монтажных связей между модулями;

• Простота монтажа.

Подобный метод строительства упрощает и вывод АЭС из эксплуатации, который производится в обратном порядке подобным крупномодульным удалением частей АЭС, с предварительным вывозом топлива, если того требуют принципы безопасности.


Рис.1. Примерная компоновка энергоблока (юнита) с 4-мя моноблоками (реакторными отделениями и турбогенераторами)

Смонтированная предложенным методом АЭС обладает всеми преимуществами обычной АЭС:

• Площадка АЭС расположена на берегу, значит, более защищена от стихийных бедствий (цунами, приливы, отливы, ураганы, наводнения), чем плавучая АЭС, и, в то же время, она обладает свойством плавучей АЭС транспортировки к месту установки;

• Модульная конструкция;

• Практически заводское изготовление и монтаж основного оборудования в заводских условиях;

• Доставка оборудования практически одномоментная.

В США проводятся работы по созданию плавучих крупногабаритных модулей и моноблоков с интегральным реактором мощностью 330 МВт эл. IRIS. Пример компоновки блока проекта IRIS приведен на рис. 2. и 3.


Рис.2. Примерная компоновка моноблока (модуль-реакторное отделение и модуль-турбогенератор)


Рис 3. Расположение на барже турбины и генератора РУ IRIS 330 МВт эл., изометрический вид

Габариты моноблока реакторного и турбинного отделений составляют 100х40 м. На сегодняшний день запланировано сооружение в России сухого дока для строительства крупнотоннажных судов и кораблей длиной до 320 м и шириной до 80 м (г.Северодвинск). Эти параметры намного превышают требуемые размеры и позволяют надеяться на крупномодульный метод строительства и более мощных АЭС.

Концептуальный проект Свинец-Висмутового Быстрого Реактора СВБР-75/100, разработанный ФЭИ и ОКБ «Гидропресс», также подходит для использования предлагаемой технологии крупномодульного монтажа. Так как его мощность не превышает 100 МВт эл., то в этом случае в один крупнотоннажный модуль уже сейчас можно вместить реакторное отделение и турбинное отделение. В этом случае АЭС можно набирать, как детский конструктор из моноблоков без поперечных связей. Внешними связями моноблоков могут быть связи с общими системами АЭС, такими как: система циркводы конденсаторов турбин, линии электропередачи, система водоподготовки и т.д. В этом случае уже на заводе-изготовителе может быть проведен комплекс пуско-наладочных испытаний вплоть до горячей обкатки, а может быть и со штатной активной зоной. Последнее предположение требует отдельного исследования. Подобный подход возможен и для реакторной установки ВБЭР-300, разрабатываемой в ОКБМ (г.Нижний Новогород)

В связи с конверсией в России остались в резерве значительные мощности на заводах, производящих атомные подводные лодки. Эти мощности могут быть загружены заказами по производству крупных унифицированных модулей АЭС, унифицированных под эти модули плавучих доков для доставки крупных модулей на площадки АЭС. По сути, при достаточном портфеле заказов можно говорить о серийном производстве АЭС и коренном изменении технологии строительства АЭС. Таким образом, предложенная технология монтажа АЭС позволит сократить срок строительства 1 блока до 1–2 лет, которые потребуются для подготовки канала и шлюзов, а также строительства общестанционных зданий и систем. Однако в последующем возможен монтаж следующих блоков за 3–6 месяцев и время ввода в строй АЭС будет определяться уже возможностями заводов-изготовителей крупных модулей АЭС.

Подобная технология применима и для проекта АЭС-2006 при соответствующей доработке проекта. Опыт фирмы «Вестингауз» по разделению блока на крупные модули [3] показывает практическую возможность подобного метода строительства и монтажа.

Литература
1. A Technology Roadmap for Generation IV Nuclear Energy Systems. Technical Roadmap Report. Sept.23.2002. Nuclear Energy Research Advisory Committee.
2. NUCLEAR ENERGY RESEARCH INITIATIVE (NERI) PROGRAM, GRANT NUMBER DE-FG07-00SF22168, FINAL REPORT
3. Токмачев Г.В. «АЭС С РЕАКТОРОМ АР1000 КОМПАНИИ WESTINGHOUSE, ОБЛАДАЮЩАЯ ПОВЫШЕННОЙ ЭКОНОМИЧНОСТЬЮ И БЕЗОПАСНОСТЬЮ», Журнал «Атомная техника за рубежом», № 5, 2006, УДК 621.039.58 http://www.atom.gov.ua/ua/stcenter/apubs?_m=pubs&_t=rec&id=14033


Журнал «Атомная стратегия» № 30, июнь 2007 г.

назад

Материалы из архива

3.2009 ЛАЭС-2: график как эффективный инструмент строительства

ОАО «Санкт-Петербургский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт «АТОМЭНЕРГОПРОЕКТ» (ОАО «СПбАЭП»), выступающее генпроектировщиком и генподрядчиком Ленинградской АЭС-2, провело деловую игру «Практическое применение системы календарно-сетевого планирования для управления проектом сооружения ЛАЭС-2». В игре приняли участие подразделения ОАО «СПбАЭП» и основные подрядные организации.

6.2006 Синдром эмоционального выгорания

С.Г.Кривенков, к.б.н., д. ф. в области философии и психологии личности; Ж.В.Волкова, психолог СПбНЦЭПР Еще в 1970-е годы XX века было введено понятие "синдром эмоционального выгорания". Прежде всего это явление характерно для представителей профессий типа "человек - человек", которые вынужденны постоянно общаться с другими людьми, причем не по собственному выбору. Несколько десятилетий назад Кристиной Маслач была дана "хлесткая" формулировка: "Сгорание - плата за сочувствие".

4.2008 SCHRITTE UBER GRENZEN

"куда в пятницу на Страстной 1300 г. шагнул Данте" (А.Франс)

Д.А.Тайц, к.ф.-м.н. Разуму дана единственная граница (горизонт) – бытие-небытие, жизнь-смерть, живое-неживое, единственная настоящая в том мире, в который мы погружены, который мы знаем. Знание – состояние, самый недвусмысленный синоним понятию "жизнь". Корни дерева знают, на какой почве и куда развиваться, дерево – как реагировать на условия климата. Микроорганизмы или насекомые знают, что за среда подходит колонии. Моряк знает, как управлять парусами.