Основные направления модернизации АЭС Пакш: повышение мощности, продление срока эксплуатации, перспективы строительства новых блоков

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОДЕРНИЗАЦИИ АЭС ПАКШ: ПОВЫШЕНИЕ МОЩНОСТИ, ПРОДЛЕНИЕ СРОКА ЭКСПЛУАТАЦИИ, ПЕРСПЕКТИВЫ СТРОИТЕЛЬСТВА НОВЫХ БЛОКОВ

Л. Турански

АЭС Пакш, Венгрия

АЭС Пакш состоит из 4-х блоков ВВЭР-440/В-213, введённых в эксплуатацию в 1982 - 1987 годах. Проектная мощность 4440=1760 МВт, мощность в настоящее время ~2000 МВт. Производство электроэнергии на АЭС - около 40% электроэнергии, производимой в Венгрии.

Основные направления модернизации АЭС Пакш:

Повышение мощности.

Продление проектного срока эксплуатации.

Строительство новых блоков.

Повышение мощности

В 2001 году был завершён Предварительный анализ возможности повышения мощности (ПМ) АЭС Пакш. В результате проведённых исследований был сделан вывод, что ПМ блоков возможно и выгодно осуществить повышением тепловой мощности реактора до 108 % при соблюдении безопасности. Результаты достигаются:

• введением нового типа топливных кассет,

• более точными способами внутриреакторного измерения, более современными методами рассчётов и более корректным учётом смешивания теплоносителя внутри кассет,

• малыми модификациями во втором контуре и эл. системах: изменение турбин для большего расхода пара,

• повышением расхода теплоносителя на блоке №2.

Концепция ПМ была одобрена в январе 2002 года. ПМ должно происходить с учётом пределов безопасности и требований ППСС (продления проектного срока службы). Окупаемость проекта ПМ должна быть достигнута за проекный срок службы станции.

Объём реконструкции, проведённой с целью повышения мощности:

Реконструкция турбин

До проекта ПМ мощность турбин была повышена в 1997-2000 годах без повышения мощности реактора. Проект включал в себя модернизацию уплотнений турбины, регулирующих и затворных клапанов, замену роторов ЦНД и ЦВД, а также размещение жалюзийных сепараторов на трубопроводах перед СПП. Последняя ступень ротора ЦНД была выполнена с удлинёнными лопатками. Электрическая мощность блоков в результате реконструкции составила в среднем 460 МВт. Реконструкция турбин выполнялась с учётом планируемого в будущем увеличения расхода пара (в результате повышения тепловой мощности реактора). Исполнитель - ОАО Турбоатом (Харьковский Турбинный Завод).

В рамках проекта ПМ в 2006-2008 г. тепловая мощность реактора, следовательно, и производительность пара была поднята до 108%. Для обеспечения повышения мощности турбин на 8% была произведена замена входных направляющих лопаток 1-й ступени ЦВД - с целью повышения пропускной способности проточной части турбин.

Модернизация проведена на блоках №1,2,4. На блоке №3 - будет проведена вовремя ППР в сентябре 2009 года. Без реконструкции направляющих лопаток 1-й ступени ЦВД мощность блока №3 была поднята в 2008 году до 104%.

Реконструкция системы контроля и регулирования турбин

Реконструкция системы контроля и регулирования турбин была проведена с целью обеспечения безопасности эксплуатации реакторной установки при работе на повышенной тепловой мощности, для обеспечения оптимальных параметров турбины при работе на повышенном расходе пара, а также с целью увеличения срока службы отдельных элементов системы и системы в целом.

Модернизация проведена на блоках №1,2,4. На блоке №3 - будет проведена вовремя ППР в сентябре 2009 года.

Замена рабочих колёс ГЦН на блоке №2

Расход теплоносителя на блоке №2 был ниже, чем на остальных блоках:

ОАО «ЦКБМ», Санкт-Петербург поставило на АЭС Пакш кованные сварные рабочие колёса улучшенного качества. После их установки на блоке №2 расход теплоносителя (измерение проведено в сентябре-октябре 2008 года) повысился до ~41800 м³/ч.

Реконструкция системы контроля и регулирования давления в первом контуре

Необходимым условием для ПМ являлась реконструкция системы регулирования давления в первом контуре, с целью поддержания в безопасных пределах запаса до кризиса кипения.

До реконструкции давление в первом контуре поддерживалось с точностью 1 бар, после реконструкции колебания давления не превышают 0,25 бар. Результат был достигнут с помощью разработки и внедрения специального программного обеспечения, заменой измерительных приборов (входной сигнал по давлению) на более точные, а также установкой регулятора мощности одного из подогревателей.

Изменение параметров среды в гидроаккумуляторах

По результатам анализов аварий на АЭС, в случае аварии с разрывом трубопроводов большого сечения, среда из гидроёмкостей покидает контур охлаждения реактора через разрыв трубопровода, не принимая активного участия в охлаждении активной зоны. Проектные параметры гидроёмкостей (40 м³ воды, 30 м³ азота при давлении 5658 бар) были изменены на следующие: 50 м³ воды, 20 м³ азота при давлении 3538 бар.

Из-за поднятия уровня среды в гидроёмкостях пришлось модифицировать плунжер датчика запирающего шара (поплавка).

Кроме этого, для уменьшения вероятности попадания азота в контур реактора (в случае неплотного закрытия поплавкового клапана) была выполнена блокировка, закрывающая арматуру на линиях подачи в реактор воды из гидроёмкостей при достижении в них минимального уровня. Эта блокировка не являлась необходимым условием для ПМ, однако была включена Госнадзором в объём обязательных мероприятий.

Увеличение концентрации борной кислоты в первом контуре и в ёмкостях САОЗ

Концентрация борной кислоты в ёмкостях САОЗ низкого давления, в бассейне выдержки, в гидроёмкостях, в реакторном контуре при ППР - 14-17,5 г/кг, в ёмкостях САОЗ высокого давления - 41-46 г/кг.

Модернизация топлива

С целью повышения мощности были выполнены следующие модификации в топливе:

• Введение профилированного топлива было выполнено до проекта ПМ

• Увеличение шага в кассете с 12,2 до 12,3 мм

• Сваренный гафниевый (Hf) экран на вернем конце ТВС

Так как из-за повышения мощности увеличивается потребность в количестве РК, поставляемых на АЭС, возникает потребность оптимизации количества кассет за счёт увеличения их обогащения. Начиная с 2010 года планируется постепенный переход на модернизированное топливо повышенного обогащения с гадолинивыем поглотителем. Тест-кассеты будут размещены на блоке №4 в период ППР 2009 года. (Корпорация «ТВЭЛ», Россия). электроэнергия атомный турбина топливо

Следствие внедрения проекта ПМ:

• Все параметры I контура находятся в области нормальной эксплуатации. Все ограничивающие параметры зоны имеют достаточный запас.

• Параметры II контура выросли по расчёту. Запас регулирующих клапанов турбины достаточен.

• Значения химических/радиохимических параметров ниже допустимых пределов, похожи на значения, бывшие до ПМ. Нет негерметичных кассет.

• Блоки АЭС Пакш работают надёжно в рамках допустимых пределов безопасности

• ПМ обеспечивает 5 % снижения производственных затрат. Инвестиция окупается за 3 года.

Таблица 1. Мощность блоков в настоящее время

* - поднятие мощности до 108% - ноябрь 2009 г.

Продление срока эксплуатации

В 2000-2002 годах были проведены работы по обоснованию рентабельности и безопасности работы АЭС после достижения проектного срока эксплуатации. Вывод: не существует технических препятствий, барьеров безопасности, которые бы принципиально ограничивали продление срока службы АЭС Пакш до 40-50 лет.

С точки зрения энергетики, охраны окружающей среды, экономики эксплуатация АЭС Пакш необходима для страны.

21 ноября 2005 г. - 96,6%-ым большинством голосов Парламент одобрил план продления срока эксплуатации АЭС Пакш.

2002-2008 г. - запрос разрешения у органов Надзора за охраной окружающей среды на ППСС АЭС Пакш. Разработка рабочей программы на продление эксплуатации.

Ноябрь 2008 г. - в Госнадзор предоставлена Программа продления срока службы АЭС Пакш.

2008-2012 г. - Выполнение программы и предоставление результатов выполнения органам надзора.

2012-2032(2037) г. - Эксплуатация в соответствии с полученным Разрешением, обеспечение надёжного состояния систем и оборудования.

Объём реконструкции и контрольных мероприятий, проводимых с целью ППСС:

Интегрированная система данных

Для создания системы контроля состояния оборудования было необходимо объединить различные разрозненные базы данных, «исторически» образовавшихся за время эксплуатации АЭС, создать единую систему данных. Существующие базы данных были объединены, данные верифицированны. Интегрированная система данных включает в себя данные по каждой единице оборудования: наименование, технические данные, данные по ремонтам, а также ссылки на документацию, касающуюся данной единицы оборудования.

Методы оценки состояния и контроля старения оборудования

Необходимым условием ППСС является выполнение программы контроля старения оборудования станции. В настоящее время разрабатываются программы контроля старения для основных единиц оборудования, например, ГЦН, ПГ, теплообменника САОЗ. Программа включает в себя: полный объём технических данных, статистические данные по отказу данного оборудования, произведённому ремонту за весь срок службы, определение критических участков с точки зрения эррозии, коррозии, усталостных повреждений, методы и объём наблюдения за параметрами на критических участках и/или оборудования в целом. Затем определяется прогноз необходимых мероприятий: в течении какого времени данное оборудование может выполнять свои функции без ремонта, какие изменения оборудования или режимы его работы необходимо производить для обеспечения во-первых, безопасности эксплуатации станции, а также для обеспечения производства электроэнергии.

В настоящее время некоторые программы находятся на стадии согласования с органами Госнадзора.

Ремонт по техническому состоянию, мониторинг эффективности ремонта

Для обеспечения состояния оборудования на оптимальном уровне планируется введение ремонта по техническому состоянию. Для этого разрабатываются программы контроля технического состояния систем и оборудования (мониторинг состояния или мониторинг эффективности ремонта) - на основе стандарта ASME OM CODE-2001 (American Society of Mechanical Engineers Operation & Maintenance - Code for operation and maintenance of nuclear power plants):

- для оборудования 1-2 класса безопасности - на уровне единиц оборудования,

- для оборудования 3-4 класса безопасности - на уровне технологических систем или на уровне блока

Мониторинг состояния не обязателен для систем и оборудования, для которых программа предупреждения старения обеспечивает выполнение системой (оборудованием) функции безопасности, а также влияние системы (оборудования) на безопасность столь мало, что допускается эксплуатация до момента появления неисправности.

Ожидаемый результат - снижение объёма необоснованных ремонтных мероприятий, а также уменьшение износа оборудования в результате отмены его необоснованного тестирования.

Мероприятия по повышению безопасности

Реконструкция контура охлаждения бассейна выдержки. Для снижения вероятности потери охлаждения бассейна выдержки запорная арматура с ручным приводом, находящаяся в помещении насосов контура охлаждения, ограничивающая "отсекаемую" часть контура охлаждения, должна быть заменена на электроприводную арматуру. При появлении воды в помещении насосов контура охлаждения срабатывает блокировка на закрытие арматуры, отсекающая максимально протяжённую часть контура охлаждения от бассейна выдержки. Таким образом, если негерметичность контура находится в отсекаемой части, течь локализуется за короткий промежуток времени, не происходит значительного снижения уровня в бассейне выдержки, а также не происходит затопления насосов, приводящего к потере охлаждения. Для снижения вероятности потери охлаждения в результате негерметичности, возникшей в неотсекаемой от бассейна выдержки части контура охлаждения, планируется увеличить прочность трубопроводов на этих участках - снижением количества сварных швов.

PRISE. Для снижения вероятности неконтролируемых радиоактивных выбросов в атмосферу в результате протечек теплоносителя во второй контур, парогенераторы оборудуются системой сброса котловой воды.

Обеспечение автономным источником питания предохранительного клапана компенсатора давления. Мобильный дизельный агрегат, обеспечивающий возможность срабатывания предохранительного клапана КД с целью снижения давления реакторного контура.

Система обеспечения измерений в аварийных ситуациях. Некоторые элементы системы измерений, обеспечивающей информацию при нормальной работе блоков, не отвечают требованиям по сейсмостойкости (вращающиеся детали компьютеров). Поэтому не гарантирована возможность их работоспособности для обеспечения измерений, необходимых для локализации аварийных ситуаций. Принято решение о создании независимой системы измерений в объёме измерений, необходимых для определения действий в аварийных ситуациях.

Внедрение систем локализации запроектных аварий

Дополнительные рекомбинаторы водорода. Рассчёты показали, что мощность расположенных в герметичной зоне рекомбинаторов водорода, рассчитанных на выделение водорода в случае МПА, не достаточна для нейтрализации водорода, высвобождающегося в случае запроектных аварий, проходящих с расплавлением активной зоны, а также в случае "высыхания" выгоревших кассет в бассейне выдержки. Для решения проблемы решено разместить в герметичной зоне дополнительное количество рекомбинаторов водорода.

Наружное охлаждение корпуса реактора, заполнение водой шахты реактора, укрепление основания шахты реактора. Необходимо обеспечить целостность корпуса реактора в случае расплавления активной зоны. Если же целостность корпуса реактора всё же нарушается, охлаждение расплавленной массы решается за счёт её удержания и охлаждения в заполненной водой шахте реактора.

Разработка инструкций к системам безопасности

Продолжается/планируется разработка инструкций к системам безопасности, находящимся на стадии разработки и внедрения, в том числе - разработка симптомно-ориентированных инструкций.

Перспективы строительства новых блоков

После ввода в эксплуатацию 4-х блоков ВВЭР-440 планировалось начать строительство 2-х блоков ВВЭР-1000. На АЭС Пакш существовала дирекция по инвестициям, занимающаяся подготовительными работами для начала строительства. Была определена и подготовлена площадка для новых блоков. Однако в 1989 году инвестирование строительства 5 - 6 блоков было прекращено.

В настоящее время результаты опросов общественного мнения показывают, что большинство опрошенных согласны с тем, что в стране работает АЭС:

1991-2002 г.: 67-73%,

2003-2008 г.: 73-76%

Из Закона об атомной энергии (1996. йvi CXVI. Tцrvйny az atomenergiбrуl, 7. §):

Для начала подготовительных работ по строительству предприятий атомной отрасли (в том числе хранилищ радиоактивных отходов), а также по увеличению количества блоков действующей АЭС необходимо предварительное принципиальное согласие Парламента ВР.

17.04.2008 года (40/2008. (IV.17.) OGY hatбrozat) Парламент ВР одобрил новую концепцию энергетической политики, в соответствии с которой Правительство ВР должно начать работы, обеспечивающие принятие решения по увеличению мощностей в атомной энергетике.

Правительство внесло в Парламент проект резолюции с предложением дать принципиальное согласие на строительство двух блоков АЭС мощностью 1000 МВт каждый.

18.03.2009 года - Экономическая комиссия Парламента, 30.03.2009 года - Kомиссия Парламента по охране окружающей среды одобрила проект резолюции на строительство новых блоков АЭС Пакш.

После решения Комиссий, 30.03.2009 года Парламент проголосовал (330 голосов - за, 6 против, 10 воздержавшихся) за принятие резолюции. Таким образом, получено принципиальное согласие Парламента на начало проектирования строительства новых блоков, которые, таким образом, к 2020-му году могут быть введены в эксплуатацию.

К началу 20-х годов устареют (отработают ресурс) электростанции Венгрии, производящие 40% вырабатываемой в стране электроэнергии. В настоящее время в Венгрии работают электростанции общей мощностью 9078 МВт, к 2025 году эта цифра снизится до 5000 МВт. Средний возраст электростанций в стране сейчас 22,1 года, самые старые станции построены по технологии 60-х годов.

Выбор типа блоков

По результатам предварительных исследований для введения в эксплуатацию блоков до 2020 года должен быть выбран тип блока, принадлежащий к 3-му поколению реакторных установок. Необходима стратегия размещения высокоактивных радиоактивных отходов. В Пакше построено промежуточное хранилище ОЯТ. Введено в эксплуатацию хранилище РАО для отходов низкой и средней активности в Батаапати. Технология и место возможного строительства хранилища для окончательного захоронения ОЯТ и высокоактивных отходов пока не выбраны.

Предпочтительно строительство блоков типа PWR. Если размещать блоки в Пакше, охлаждение конденсаторов турбин должно быть решено посредством строительства градирен. Возможность регулирования мощности должна быть в интервале 50-100%.

Новые блоки должны отвечать требованиям Евросоюза, а также отечественным требованиям по безопасности.

Выбор конкретного типа будет зависеть не только от технических параметров и характеристик безопасности. Но и от возможных конструкций финансирования строительства.

Список сокращений

ПМ -повышение мощности

ППСС - продлениe проектного срока службы

ЦНД - цилиндр низкого давления

ЦВД - цилиндр высокого давления

СПП - сепаратор-пароперегреватель

ОЯТ - отработанное ядерное топливо

ППР - планово-предупредительный ремонт

ГЦН - главный циркуляционный насос

САОЗ - система охлаждения активной зоны

ТВС - тепловыделяющая сборка

РК - рабочая кассета

ПГ - парогенератор

МПА - максимальная проектная авария

ОЯТ - отработанное ядерное топливо

РАО - радиоактивные отходы

Размещено на Allbest.ru