Недавние зимние холода и летняя жара заострили внимание к проблемам теплоснабжения…

Энергетика будущего…

Специалисты полагают, что пришла пора рассмотреть возможности включения в энергосистему все большего числа теплоэлектростанций, работающих на ядерном топливе.

В нашей стране громадное большинство потребителей электроэнергии и тепла обеспечивается от источников, использующих органическое топливо, в основном уголь, продукты переработки нефти, газ, торф. Причем затраты органического топлива на энергоснабжение быстро возрастают. В 1970 году на эти цели было израсходовано 570 млн. тонн условного топлива (тут,) в 1980 году — около 930 млн. тут. На выработку тепла и его транспорт расходуется в 1,5 раза больше топлива, чем на электроснабжение.

Поэтому все острее встает проблема использования новых источников энергии, в первую очередь на ядерном топливе. Пока они эксплуатируются крайне недостаточно, особенно при производстве тепла.

Специалисты считают, что в европейских районах СССР эффективно строительство атомных ТЭЦ, целесообразно также сооружение атомных станций теплоснабжения (ACT).

Эксплуатация действующих атомных электростанций показала их высокую надежность, они уже конкурентоспособны с тепловыми электростанциями на органическом топливе. Атомные электростанции не расходуют кислород и не загрязняют воздушный бассейн какими-либо химическими вредными выбросами. В связи с этим замена электростанций, сжигающих органическое топливо, на атомные предотвращает загрязнение воздушной среды и прилегающих территорий.

Основной и практически единственный вид удаляемых в окружающую среду при работе АЭС потенциально опасных веществ — радиоактивные нуклиды. Однако количество радиоактивных веществ, удаляемых при работе АЭС в воздушную или водную среды, по существу ничтожно. Облучение от выбросов АЭС в сто с лишним раз меньше облучения от природных источников радиации (естественного радиационного фона).

Одной из главных проблем атомной энергетики является освоение реакторов - размножителей топлива на быстрых нейтронах — бридеров. В них параллельно идут два противоположно направленных процесса — сжигание горючего и образование новых его запасов. Кроме того, эти реакторы по термическим параметрам и, как следствие, по коэффициенту полезного действия, заметно превосходят тепловые, Соответственно, эффективность использования урана в них еще более возрастает.

В нашей стране успешно осуществляется опытно-промышленная эксплуатация энергетических реакторов на быстрых нейтронах с натриевым наполнителем БН-350 на Шевченковском энергокомплексе и недавно введенного на Белоярской АЭС реактора БН-600. Разрабатывается реактор электрической мощностью 1600 мегаватт. Однако ряд особенностей установок этого типа — применение больших количеств натрия и использование металлоемких и дорогостоящих трехконтурных схем переноса тепла — заставили искать новые типы реакторов на быстрых нейтронах.

Сейчас можно с уверенностью утверждать, что дальнейший прогресс атомной энергетики в наибольшей мере зависит от ее безопасности для окружающей среды и человека.

Мировой опыт свидетельствует о том, что атомные электростанции работают надежно. Получившая в начале 1979 года широкое освещение в печати авария на АЭС «Три Майл Айленд» в США не изменяет этого в целом верного вывода. Эта авария, самая серьезная за всю историю ядерной энергетики США, сопровождалась выбросом радиоактивных газов в атмосферу и повреждениями активной зоны реактора и самой станции. Тем не менее облучение персонала не было выше предельно допустимой дозы. Что касается газетных сообщений на Западе об этой аварии, то в них отражается субъективное мнение, подогреваемое производителями традиционных источников энергии. Академик А. П. Александров в своей статье «Перспективы энергетики» («Известия», 11 апреля 1979 года) писал: «Отражение в западной печати аварии атомного реактора в Гаррисберге, США, когда по существу небольшие неприятные последствия были описаны в чрезвычайно преувеличенном виде, также является продолжением кампании против атомной энергетики».

Атомная станция теплоснабжения (ACT) имеет атомный реактор водо-водяного типа: 1 — корпус реактора, 2 — активная зона, 3 — приводы системы управления и защиты реактора, 4 — шахта контура естественной циркуляции, 5 — страховочный корпус, 6 — теплообменники второго контура, 7 — железобетонная шахта, 8 — трубопроводы второго контура

В СССР разработаны новые научно обоснованные нормы и правила ядерной и радиационной безопасности при проектировании, строительстве и эксплуатации АЭС. Ни одно энергетическое предприятие не требует столь точного и надежного строительства, как атомная станция.

Прямое сопоставление экологических последствий развития мировой энергетики двух типов убедительно свидетельствует в пользу энергоисточников на ядерном топливе. Учитывая, что на цели теплоснабжения расход органического топлива значительно превосходит расход топлива на электроснабжение, чрезвычайно важно как можно быстрее найти оптимальные пути покрытия тепловых нагрузок за счет ядерного топлива. В настоящее время может серьезно рассматриваться использование для нужд теплоснабжения атомных теплоэлектроцентралей (АТЭЦ), атомных станций теплоснабжения (ACT) и атомных станций промышленного теплоснабжения (АСПТ).

АТЭЦ и ACT обеспечивают потребителей только перегретой водой, а АСПТ также и технологическим паром.

АТЭЦ располагается значительно дальше от черты города (25—50 км), чем ACT или АСПТ (2—3 км). Следовательно, транзитные тепловые сети от АТЭЦ значительно протяженнее.

Применение того или иного источника тепла на ядерном топливе, безусловно, зависит от конкретных условий.

Специфические требования к атомным источникам теплоснабжения, в отличие от атомных источников электроснабжения, таковы:

1) «чистое» тепло, то есть теплоноситель, идущий к потребителю, не должен иметь радиоактивного излучения;
2) максимальное приближение источника к потребителям;
3) возможность надежной и долговечной работы в условиях резкопеременной тепловой нагрузки в течение суток, недели, сезонов.

Каким образом решаются эти требования?

На АТЭЦ для вращения турбоагрегата, вырабатывающего электроэнергию, необходимо иметь давление внутри реактора порядка 16 мегапаскалей (160 атмосфер). Поэтому в целях безопасности такие станции и размещаются на значительном расстоянии от черты города. На ACT давление в реакторе удалось значительно снизить, и они располагаются значительно ближе к потребителям.

Принципиальная схема ACT: 1—8 — то же, что и на схеме реактора, 9 — вспомогательные системы первого контура (очистка теплоносителя, ввод поглотителя нейтронов), 10 — компенсатор объема теплоносителя второго контура, 11 — сетевой теплообменник, 12 — система аварийного расхолаживания реакторной установки, 13 — тепловой пункт, 14 — потребитель тепла.
Схема и рисунок из журнала «Наука и жизнь», 1981, № 1

Для покрытия «пиков» тепловых нагрузок, наряду с атомным теплоисточником, сохраняются в работе отдельные наиболее экономичные теплоисточники (ТЭЦ и котельные) на органическом топливе, которые работают совместно. В периоды снижения тепловых нагрузок (например, при потеплении) постепенно отключаются теплоисточники на органическом топливе, начиная с наименее экономичных (котельных). Это позволяет работать атомному теплоисточнику большую часть времени в постоянном режиме. Но такая совместная работа требует очень четкой взаимосвязи всей системы теплоснабжения и обеспечения ее в полной мере отрегулированной автоматикой.

Получение технологического пара определенного давления у потребителя от атомного источника связано с двумя главными проблемами.

Первая проблема в том, что транспорт пара на большие расстояния (несколько километров) требует значительных затрат, а в ряде случаев технически невозможен. С другой стороны, получение у потребителя пара давлением 1,3 МПа (13 атмосфер) требует давления в реакторе источника порядка 6 МПа (60 атмосфер). По условиям безопасности источник с таким реактором должен быть отнесен на несколько километров от города.

Вторая проблема: чтобы потребитель получал пар «чистым», надо повышать давление в последующих контурах нагрева. Однако из термодинамики известно, что нельзя получить вторичный водяной пар с давлением выше первичного.

Над этими проблемами сейчас работают научно-исследовательские и проектные организации страны. Окончательные выводы еще не сделаны. Основными требованиями к корпусу реакторов являются: защищать от радиоактивного заражения, обеспечить, чтобы активная зона реактора всегда была под водой, механическая прочность, рассчитанная на попадание предмета массой 20 тонн, летящего со скоростью 800 км/ч. Предложений внесено немало. Одно из них — изготовить такой корпус из железобетона.

Железобетонный корпус реактора в отличие от металлического даже в случае страшнейшей аварии — разуплотнения корпуса — позволяет удержать активную зону под водой. Внутренний диаметр его — 10 м, толщина стенки — 6 м. Эти габариты дают возможность разместить внутри него весь первый контур охлаждения с оборудованием и парогенератор второго контура.

Такой реактор в железобетонном корпусе дороже современного реактора аналогичной мощности, но позволяет приблизить энергоисточник к черте города, несмотря на значительное давление внутри корпуса.

Одним из главных его недостатков — бетон пока нельзя надежно изолировать от тепловых воздействий. Дело в том, что по нормам температура железобетона не должна превышать 65—70°С. В противном случае он начинает «усыхать», крошиться и быстро выходит из строя. Температура же в активной зоне реактора составляет порядка 300°С. Вопрос поглощения 230—240°С на небольшом расстоянии до конца не решен. Однако именно на применение железобетонного корпуса возлагаются наибольшие надежды.

Локально для Латвии

Имеются ли предпосылки в нашей республике для развития централизованного теплоснабжения от источников на ядерном топливе?

Думается, да. И прежде всего в Риге. Величина тепловых нагрузок в Риге и структура их покрытия соизмеримы с аналогичными величинами в городах, для которых уже решается вопрос о строительстве источника теплоснабжения на ядерном топливе. Работа такого источника позволила бы на расчетный год экономить до 2 миллионов тонн органического топлива (вся Латвийская энергосистема в 1979 году на нужды электро- и теплоснабжения израсходовала 1,4 миллиона тонн условного топлива).

Станислав Трусин, инженер
1981 г.

- Статья в тему: Авария на Чернобыльской АЭС 1986 год

***