III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ЗАМКНУТАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ – ЗАЛОГ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АЭС
Богатова Е.Д.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

По прогнозам, глобальное потребление энергии к середине 21 века удвоится. Рост связан с развитием мировой экономики и ростом населения в большинстве регионах мира. В ближайшие десятилетия месторождения углеводородов будут истощаться.

Сейчас около 90% всей добываемой нефти используют в качестве топлива. Топливно-энергетический комплекс является опорой российской экономики. Нефтяная промышленность долгое время развивалась экстенсивно, за счет открытия и ввода в эксплуатацию крупных высокопродуктивных месторождений, а также расширением действующих нефтеперерабатывающих заводов. Темпы добычи нефти в 2016 году достигли 47млн т. в год, однако для дальнейшего роста отрасли необходимо расширение минерально-сырьевой базы, а это дополнительные инвестиции в геологоразведку.

В связи с высокой выработанностью крупных нефтяных месторождений количество запасов нефти уменьшается, поэтому в промышленном масштабе лучшего источника, чем ядерная энергетика найти трудно. В настоящее время во многих странах мира, именно она, обеспечивает базовую электрическую потребность. Количество сырья и ядерных материалов гарантируют развитие ядерной энергетики на многие десятилетия вперед. На начало 2015 года в РФ работает 10 АЭС, в стадии строительства ещё 5 наземных и одна плавучая станция. Доля атомных электростанций в общем энергобалансе России составляет около 18 %.Производство энергии с помощью АЭС, обеспечивает получение самой дешевой энергии для населения. Позволяет решить такие экологические проблемы, как:

  • сохранение природных источников углеводородов,

  • сохранение атмосферного кислорода,

  • отсутствие выбросов в атмосферу ядовитых веществ,

  • ослабление парникового эффекта, в результате сокращения выбросов углекислого газа.

В нашей области есть Балаковская АЭС, расположенная на левом берегу Саратовского водохранилища. Она ежегодно вырабатывает более 30 млрд. кВт/ч, что обеспечивает четверть производства электроэнергии в Приволжском федеральном округе и составляет пятую часть выработки всех АЭС России. Таким образом наличие АЭС позволяет нам не испытывать недостаток энергии для населения.

В 2013 году в Саратовской области было произведено 44029, а потреблено 13545,1 энергии. В 2014 году произведено - 39540,1, а потреблено -13924,8. В 2015 году произведено - 42142,7, а потреблено -13870,8 энергии. Таким образом, Балаковская АЭС обеспечивает электроэнергией не только нашу область, но и другие регионы России.

У многих существует мнение, что АЭС таит опасность, хотя это один из самых безопасных видов получения энергии. Существование нарастающего страха, связаннос авариями 7 уровня в Чернобыле (26 апреля 1986 года) и «Фукусиме 1» (11 марта 2011 года). Близость Балаковской АЭС к одной из самых больших рек России и водоснабжение её водами водохранилища-охладителя вызывают у населения чувство опасности.

Поэтому цель моей работы: изучить устройство системы охлаждения и защищённости Балаковской АЭС.

Технологическое устройство Балаковской АЭС

Балаковская АЭС — сложный и масштабный комплекс различных технологических систем, оборудования, устройств, сооружений, предназначенный для выработки электроэнергии. Техническое водоснабжение, осуществляется по замкнутой схеме с использованием водохранилища-охладителя.

Первый энергоблок введен в работу в 1985 году. Всего эксплуатируются 4 типовых энергоблока с реакторной установкой. Каждый состоит из турбинного и реакторного отделений – образуя моноблок. Бесперебойное электропитание каждого энергоблока обеспечивают 3 независимых Резервных Дизельных Электрических Станции. Условно его основное оборудование можно разделить на реакторную и турбогенераторную части. Важную роль играет химическая часть, системы технического водоснабжения, сжатого воздуха и другие. На всех блоках обеспечивается полная автоматизация контроля и управления технологическими процессами.

Технологическая схема каждого блока двухконтурная. Первый контур содержит водо-водяной энергетический реактор ВВЭР-1000.А так же четыре циркуляционных петли охлаждения. Регулирование мощности реактора осуществляется изменением положения в активной зоне кластеров из стержней с поглощающими элементами, стальными трубками с карбидом бора, и изменением концентрации борной кислоты в воде первого контура.

Второй контур — нерадиоактивный, состоит из испарительной и водопитательной установок, блочной обессоливающей установки и турбоагрегата. Герметичная оболочка является локализующей системой безопасности и предназначена для предотвращения выхода радиоактивных веществ при тяжёлых авариях с разрывом крупных трубопроводов первого контура и удержания в зоне локализации аварии среды с высоким давлением и температурой. Она состоит из предварительно напряжённого железобетона толщиной 1,2 метра

Оборотная система технического водоснабжения

На Балаковской АЭС используется модернизированный серийный ядерный реактор ВВЭР-1000 с водой под давлением. Его тепловая мощность 3000 МВт. Он предназначен для выработки тепловой энергии за счёт цепной реакции деления атомных ядер. По циркуляционным петлям охлаждения, через активную зону с помощью главных циркуляционных насосов прокачивается теплоноситель - вода под давлением 16МПа. Температура воды на входе в реактор равна 2890C, на выходе— 3200C. Циркуляционный расход воды через реактор составляет 84000 т/ч. Нагретая в реакторе вода направляется по четырём трубопроводам в парогенераторы.

Парогенератор – это горизонтальный теплообменник с погруженной поверхностью теплообмена, предназначенный для выработки осушенного насыщенного пара с производительностью 1470т/ч. Вода из реактора поступает в коллектор и раздается внутрь на 11 тысяч трубок. Проходя по ним, она отдает тепло котловой воде второго контура и выходит через аналогичный собирающий коллектор на всасывающий патрубок главного циркуляционного насоса.

Радиоактивная вода остаётся в замкнутом первом контуре, которые служит замедлителем нейтронов и системой охлаждения ядерного реактора. Второй контур охлаждает воду первого контура и поступает в парогенератор для получения электроэнергии. В нём вода уже не является радиоактивной. Таким образом, парогенератор является граничным элементом между первым – радиоактивным контуром и вторым – нерадиоактивным. Насыщенный пар, производимый в парогенераторе, с давлением 6,4 МПа и температурой 280 °C подается в сборный паропровод и направляется к турбоустановке, приводящей во вращение электрогенератор. Весь пар, вырабатываемый четырьмя парогенераторами энергоблока, объединяется и подается на турбину. В итоге вода попадает в резервуары, и оттуда снова начинается цикл.

Герметичная оболочка является локализующей системой безопасности и предназначена для предотвращения выхода радиоактивных веществ при тяжёлых авариях с разрывом крупных трубопроводов первого контура и удержания в зоне локализации аварии среды с высоким давлением и температурой. Она имеет цилиндрическую форму и состоит из предварительно напряжённого железобетона толщиной 1,2 метра.

Проблемы повышенного солесодержания

На Балаковской АЭС применена оборотная система технического водоснабжения, при которой вода, используемая для охлаждения турбин, направляется в водоём – охладитель и, после естественного охлаждения, вновь используется для подачи в систему охлаждения конденсаторов. Для увеличения площади водообмена используются брызгательные бассейны. Сброс воды из водохранилища – охладителя в Саратовское водохранилище не осуществляется.

Источником циркуляционного водоснабжения АЭС является водоем-охладитель площадью 24,1 км², со средней глубиной – 6 метров, он является системой охлаждения второго контура, поэтому вода пруда-охладителя не является источником радиоизотопов. Температура воды составляет в среднем +27 градусов, а в отводящем+37 круглый год. Там живут судак, щука, окунь, белый амур и толстолобик, необходимые для естественного биологического очищенияот водных растений и поддержания качества воды пруда–охладителя. Вода из охладителя по открытым подводящим каналам поступает к четырём блочным насосным станциям (БНС), располагающимся на его берегу.

Водоём охладитель - это часть Волги, которая была изолирована от русла реки песчаной дамбой ещё на этапе строительства АЭС. Забор воды в него осуществляется из Волги и реки Березовки. Отсутствие сообщения с реками не позволит загрязнять воду водоемов, но отсутствие естественных стоков, повышенная температура воды приводят к увеличению испарения и как следствие повышение солесодержания в водоеме – охладителе.

Для решения этой проблемы водоему увеличили кубатуру, уровень воды в нем стал на 2 м выше уровня Саратовского водохранилища, и вода из пруда-охладителя АЭС активно фильтруется через песчаную дамбу в Волгу.

«Концентрация солей в нем стала превышать допустимую по условиям отложений (1000 мл на литр) только в 2005 году. Сегодня этот процесс нарастает, что приводит к накоплению нерастворимых карбонатов на трубках конденсаторов и начинает сказываться на оборудовании, снижении эффективности работы систем охлаждения энергоблоков. Кроме того, повышенное солесодержание воды негативно влияет не только на работу теплообменного оборудования АЭС, но и на экологию водоема, его рекреационное значение, сохранение ихтиофауны и флоры водохранилища", - констатировал Евгений Ларин, кандидат технических наук, профессор кафедры "Теплоэнергетика" СГТУ, руководитель лаборатории теплоэнергетических установок электростанций, член-корреспондент Российской экологической академии, член Международной энергетической академии.

Для решения этой проблемы задумывалось производить, продувку и соответствующую подпитку водоема, но к сожалению воплотить задумку не удалось . Сброс циркуляционных вод с поверхности водоема-охладителя АЭС самотеком в Саратовское водохранилище по двум трубопроводам диаметром 1200 мм в объеме 30 млн куб.м в течение 100 дней в году.

«Чтобы минимизировать экологическое воздействие на р. Волга и добиться наиболее интенсивного перемешивания сбросных вод, этот процесс будет осуществляться по 50 дней в весенний и осенний паводки. Во-вторых, осуществлятся подпитка водоема-охладителя существующей насосной станцией водами Саратовского водохранилища и реки Березовка с минерализацией 0,35 г/л в объеме, соответствующем объему продувочных циркуляционных вод», - сообщил Владимир Хрусталев, доктор технических наук, профессор кафедры "Теплоэнергетика" СГТУ.

Работа по определению химических показателей воды производится в аналитической лаборатории. Она производит контроль, очистку и обессоливание воды, дозирование реагентов при водоподготовке и обеспечивает химический анализ воды.

Заключение

Изучив данные об устройстве системы охлаждения Балаковской АЭС, я считаю, что опасения о возможности загрязнения Волги через воды охладительного водоёма преувеличены.

Безопасность станции на высоком уровне, об этом свидетельствует тот факт, что за весь период существования АЭС значения концентраций элементов не превышали предельно допустимых значений. А необходимость продувки пруда-охладителя, необходимо, так как это неизменно скажется на снижении эффективности работы систем охлаждения энергоблоков.

Качество воды используемой в охлаждении находится под постоянным радиологическим контролем. В лаборатории производится контроль, очистка и обессоливание воды, дозирование реагентов при водоподготовке и обеспечивается химический анализ. Конечно есть альтернатива продувки и подпитки водоема-охладителя, это построение специальных очистных сооружений с повторным использованием воды на нужды предприятия.

Но во-первых это дорогостоящий проект, а во-вторых не решена проблема утилизации отходов счистки.

Разработка проекта уменьшения солесодержания пруда-охладителя должна содержать научные долгосрочные прогнозы за состоянием сточных вод пруда-охладителя и влиянии этих вод на флору и фауну. Сейчас проблема засоления вод водоёма охладителя стоит на первом месте, как основная угроза нормальной работе охлаждения энергоблоков.

Список используемых ресурсов
  1. http://archive.rosatom.ru/resources/1d2a1c8043511fe4b6cff6c5687e4a83/12+Balak+AES+Binder.pdf - Отчёт по экологической безопасности Балаковской атомной станции за 2008 год. Росэнергоатом

  2. http://balnpp.rosenergoatom.ru – официальный сайт Балаковской АЭС

  3. http://lib.sstu.ru/open/vestniki/2006/04_20_-2006.pdf - Влияние на окружающую среду газоаэрозольных выбросов радиоактивных веществ в вентиляционные трубы Балаковской АЭС // Вестник СГТУ. — Саратов: СГТУ, 2006. — Вып. 5. — № 4(20). — С. 180—182. — ISBN 5 7433 1770 4.

  4. http://supercoolpics.com/samaya-moshhnaya-aes-rossii/ - Самая мощная АЭС России

  5. http://www.energyland.info/news-show-tek-atom-41410 - интернет-портал сообщества ТЭК

  6. http://www.rbc.ru/economics/02/11/2016/5819d3999a794740decf1016 - РБК статья «Уровень добычи нефти в России достиг нового рекорда»