Программа 3 смены «Солнечное ТВ» (18 июля · анцевальная конкурсная 5 день 22.07 dанал "рирода" тро
ВОЗМОЖНОСТИ СОЗДАНИЯ ОПЫТНО- ПРОМЫШЛЕННОГО ОБЪЕКТА...
-
Upload
esmerelda-diaz -
Category
Documents
-
view
43 -
download
0
description
Transcript of ВОЗМОЖНОСТИ СОЗДАНИЯ ОПЫТНО- ПРОМЫШЛЕННОГО ОБЪЕКТА...
ГОСУДАРСТВЕННАЯ КОРПОРАЦИЯ ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ «РОСАТОМ»
Открытое акционерное общество«Ведущий проектно-изыскательский
и научно-исследовательский институт промышленной технологии»
(ОАО «ВНИПИпромтехнологии»)
ВОЗМОЖНОСТИ СОЗДАНИЯ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОГО ОБЪЕКТА ПОДЗЕМНОЙ
ИЗОЛЯЦИИ ОЯТ И ТРО В ТОЛЩЕМНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД
С.Б. КАРАПЕТЯН, П.В. ЛОПАТИН, В.П. ПАРФЕНОВ, Н.В. ГАРМАШЕВА
20121
ВВЕДЕНИЕ
1. Требования Федерального закона №190 «Об обращении с радиоактивными отходами…» – захоронение ВАО и долгоживущих САО в глубоких геологических формациях
2. Политика Госкорпорации «Росатом» в области обращения с ОЯТ – переработка ОЯТ и возврат в ядерный топливный цикл регенерированных ядерных материалов
3. Отраслевая концепция постулирует для всех типов ОЯТ АЭС технологические схемы, предусматривающие хранение и пеработку ОЯТ.
4. Исключение – ОЯТ БиАЭС; для него не разработана технологическая цепочка обращения с ОЯТ при выводе АЭС из эксплуатации
5. В рамках ФЦП ЯРБ проработан вариант обращения с ОЯТ – создание пункта окончательной изоляции РАО и ОЯТ (скважинного или штольневого типа) в районе размещения БиАЭС
2
БИЛИБИНСКАЯ АЭС(КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА)
БиАЭС состоит из четырех одинаковых энергоблоков общей электрической мощностью 48 МВт.Оснащение энергоблока - канальный водографитовый ядерный реактор ЭГП-6.Пуск первого блока БиАЭС - 12 января 1974 года, четвертого– 30 декабря 1976 года. Проектный срок эксплуатации - около 30 лет . Оценочный срок, при модернизации с проведением необходимых технических мероприятий, - 40-45 лет (до 2019-2020 годов).5. Хранение ОЯТ - в приреакторных бассейнах выдержки.
3
Цель создания опытно-промышленного объекта (ОПО) подземной изоляции ОЯТ и РАО в зоне размещения
Билибинской АЭС
Экологически безопасное и экономически приемлемое окончательное удаление в глубокие геологические формации накопленного за весь период эксплуатации Билибинской атомной станции облученного ядерного топлива, твердых радиоактивных и кондиционированных жидких радиоактивных отходов.
4
Требования к опытно-промышленному объекту (ОПО) подземной изоляции ОЯТ и РАО в зоне размещения
Билибинской АЭС
Обеспечение экологически безопасной, технологически надежной и экономически приемлемой изоляции ОЯТ и ТРО Билибинской АЭС на весь срок их потенциальной опасности
Местоположение опытно-промышленного объекта (ОПО) подземной изоляции
5
Аэропорт Кепервеем – Билибино – 40 км (шоссейная дорога)
Билибино – порт Зеленый Мыс - 281 км (автозимники) /
авиаперелет
Билибино - порт Певек– 370 км (автозимники) / авиаперелет
Факторы, определяющие специфичность Билибинской АЭС:
только на БиАЭС используются реакторы типа ЭГП-6; всё ОЯТ хранится в приреакторных бассейнах выдержки (БВ). БиАЭС является основным источником электроэнергии в
изолированной Чаун-Билибинской энергосистеме и единственным источником тепла в системе теплоснабжения гор. Билибино и собственно АЭС;
станция расположена в отдаленном, малонаселенном районе страны, в зоне заполярной тундры с вечномерзлой почвой;
район в целом не имеет стабильных транспортных коммуникаций с остальной частью страны — все перевозки осуществляются морским транспортом через порты Певек и Зеленый Мыс в течение периода навигации и по зимникам от портов до гор. Билибино;
6
регион отличается экстремальными климатическими условиями: 8-9 месяцев зимы, чрезвычайно низкая, до минус 50 °С и ниже, температура воздуха зимой, сильные и длительные зимние метели и пурга.
Концепция изоляции ОЯТ и ТРО в многолетнемерзлых породах
В начале 1990-х годов ОАО «ВНИПИпромтехнологии» была разработана концепция использования многолетнемерзлых горных пород (ММГП) в качестве геологической формации для подземной локализации РАО.
Концепция была рассмотрена и одобрена Госкомприроды СССР, Гоcпроматомнадзором, 3-им Управлением Минздрава СССР, Радиохимической секцией НТС Минатомэнергопрома СССР и другими специализированными организациями.
7
Основные положения концепции изоляции ОЯТ и ТРО в многолетнемерзлых породах
Отсутствие во вмещающей геологической среде воды в свободном состоянии, что препятствует возможности миграции радионуклидов из могильника в окружающую среду.
Замедление течения окислительно-восстановительных реакций в ММГП, что увеличивает время работоспособности инженерных барьеров.
Природный холод - как естественный теплофизический барьер.Характерное время существования зоны оттаивания - несколько
десятков лет. Последующее замораживание всего рабочего объема могильника и
восстановление средних температур ММГП. Перенос радионуклидов из рабочего объема пункта изоляции - лишь
в форме диффузии, что при отсутствии водообмена в условиях многолетней мерзлоты не приведет к загрязнению окружающей среды ввиду чрезвычайно малых скоростей протекания этого процесса.
Работоспособность инженерных барьеров обеспечивает локализацию области возможного распространения радионуклидов из могильника в течение периода оттаивания.
Вывод: Геологические и геокриологические условия в районе расположения Билибинской АЭС соответствуют концепции захоронения ОЯТ и РАО в ММГП.
8
Количество ТРО, образованных на БиАЭС к началу вывода из эксплуатации (за 40 лет)
ВСЕГО:•ТРО – 17542 м³, в том числе:- облученный графит – 1254,5 т;- эксплуатационные РАО – 10800 м³;- РАО от вывода из эксплуатации – 9450 м³ (оценка);•ЖРО ~ 1000 м³.
ЕЖЕГОДНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ ТРО и ЖРО (отвержденные): •ТРО ~ 270 м³, в том числе:- I группы (НАО) - 200 м³;- II группы (НАО) - 50 м³;- III группы (НАО) - 20 м³;•ЖРО (отвержденные) ~ 25 м³.
9
Основные радионуклииды, определяющие радиоактивность ТРО:
60Co (80%); 54Mn; 51Cr.
Количество ОЯТ, образованных на БиАЭС к началу вывода из эксплуатации (за 40 лет)
ВСЕГО:
•8200 штук отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС)
ПЛАНИРУЕМОЕ ЕЖЕГОДНОЕ ПОСТУПЛЕНИЕ ОТВС НА ОБЪЕКТ ПОДЗЕМНОЙ ИЗОЛЯЦИИ:
•420 ОТВС / 672 ОТВС (60 ЧДХ / 96 ЧДХ)ПЛАНИРУЕМЫЙ СРОК ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБЪЕКТА ПОДЗЕМНОЙ ИЗОЛЯЦИИ:
•20 ЛЕТ
10
Требования к размещению ОЯТ и ТРО на объекте окончательной изоляции
•Участок занимает пологую вершину водораздела протяженностью 5 км и шириной 1-2 км, т.е. достаточен для размещения ОПО площадью ~ 30 га и ССЗ - радиусом 500 м;
•Опытно-промышленный объект находится в пределах зоны наблюдения БиАЭС;
•Площадка сложена терригенной формацией триасового возраста, представленной толщей песчаников и алевролитов. Породы трещиноваты до глубины 20-50 м, наибольшая суммарная влажность менее 0,2 ед.;
•глубина сезонного оттаивания – 1,5 м, среднегодовая температура пород на глубине нулевых годовых амплитуд (12 м) минус 5÷7 С, мощность ММГП от 250 до 450 м;
•Температура горных пород на глубине 200 м – минус 2,8 •в соответствии с картами общего сейсмического районирования ОСР-97В
и ОСР-97Д интенсивность проектного землетрясения для грунтов II категории в районе БиАЭС составляет 6 баллов, а максимального расчетного землетрясения (МРЗ) – 8 баллов по шкале MSK-64.
11
ХАРАКТЕРИСТИКА ВЫБРАННОГО УЧАСТКА ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТА ОКОНЧАТЕЛЬНОЙ ИЗОЛЯЦИИ (вариант I)
Требования к конструкции могильника и технологии его заполнения ОЯТ и ТРО:
•надежная изоляция ОЯТ и ТРО на весь период их потенциальной опасности;
•ядерная безопасность окончательной изоляции ОЯТ;•радиационная безопасность захоронения ОЯТ и ТРО;•исключение или минимизация проникновения в могильник воды;•устойчивость и безопасность при возникновении природных
катаклизмов;•технологичность строительства при использовании существующих
механизмов и технологий;•унификация размеров упаковок и контейнеров ОЯТ и РАО
различных категорий;•дистанционное управление загрузкой могильников (при
необходимости);•исключение или максимальное затруднение возможности
несанкционированного проникновения в могильник;•применение мультибарьерной инженерной защиты для
исключения распространения радионуклидов за пределы зоны локализации ОЯТ и ТРО
12
Принципиальная конструктивная схема могильника штольневого типа для размещения РАО и ОЯТ
(вариант II)
13
Камера захоронения РАО (НАО, САО, ВАО) в могильнике штольневого типа
14
Выработка захоронения ОЯТ в могильнике штольневого типа
15
Принципиальная схема скважины захоронения ЧДХ с ОЯТ диаметром 450 мм (с ВАО диаметром 486 мм)
16
Изменение термического состояния и деградация многолетнемерзлых пород
17
Распространение и глубины залегания ММГП на территории России (слева), районы в зоне мерзлоты (справа): Якутия (4), север Дальнего Востока (5)
Глубины таяния ММГП для различных моделей климатических условий 2050 г.
(на основе методов прогноза изменения среднегодовой температуры пород на ближайшие 100÷150 лет, разработанных на кафедре геокриологии
Геологического факультета МГУ 2000г.)
18
Минимальная (А), наиболее вероятная (Б) и максимальная (В) глубины таяния ММГП на территории России для различных моделей климатических условий 2050 г.
- район Билибино
Деградация мерзлоты при глобальном потеплении климата к 2050 и к 2110 гг. (Э.Д. Ершов, МГУ, 1997 г)
(по сценарию, предложенному сотрудниками Института Глобального Климата и Экологии РАН (ИГКЭ), согласно которому на территории криолитозоны России к 2100 г. среднегодовая температура приземного слоя воздуха повысится на 4÷8ºC в зависимости от географического положения района)
19
Зависимость времени начала оттаивания ММГП (τ) от их начальной среднегодовой температуры (to) разных трендов потепления климата: 1-∆t =0,045оС/год, 2-∆t =0,06оС/год
Зависимость прогнозной среднегодовой температуры ММГП (tп ) от их начальной среднегодовой температуры (to) через 50 (1) и 110(2) лет от начала потепления климата с трендом 0,06оС/год
Оценка теплового состояния пункта подземной изоляции при эксплуатации ОПО(температурный режим и параметры ореолов оттаивания вмещающих ММГП рассчитаны на основе решения задачи Стефана)Вывод: Повышение температуры оттаявших пород и образование ореолов оттаивания мерзлых пород вокруг места размещения ОЯТ и тепловыделяющих ТРО не играет существенной роли, поскольку за пределами ореола оттаивания продолжают существовать не фильтрующие и устойчивые в прочностном отношении ММГП.
20
Расчет температурного режима при захоронении в вертикальных скважинах, расположенных по
сетке 6х7 с шагом 20 метров.
Расчет температурного режима при захоронении в горизонтальных выработках, расположенных на глубине около 150 м длиной 165 м каждая с
шагом 20 метров.
Результаты анализа теплофизических и термомеханических режимов при размещении ОЯТ в пункте глубинного
захоронения в районе БиАЭС
21
Выводы:
1. Колебания температуры в северных районах влияют на характер сезонных протаиваний и промерзаний (изменение на 1 градус С на глубине нулевых колебаний 12 - 15 м).
2. Рабочий объем пункта окончательной изоляции сохранен от воздействия экзогенных геологических процессов.
3. Максимальный размер зоны таяния в месте размещения ОЯТ и тепловыделяющих ВАО (пик – 40 лет после загрузки):
15 м – в сторону свободной поверхности; 25 м – в глубину массива4. Время существования зоны таяния в массиве пород – 80 лет5. Сценарий, предложенный сотрудниками Института Глобального
Климата и Экологии РАН (ИГКЭ), предполагает, что , в случае глобального потепления, на территории криолитозоны России к 2100 г. среднегодовая температура приземного слоя воздуха повысится на 4÷8ºC в зависимости от географического положения района
6. Размер зоны таяния с поверхности ( в случае глобального потепления) – не более 60 - 70 м
7. Мощность верхнего охранного целика (100-160 м) достаточна для выполнения условия несмыкания ореола оттаивания в месте размещения ОЯТ и тепловыделяющих ВАО и слоя оттаивания с поверхности
Основные технико-экономические показатели(в зависимости от вариантов размещения ОЯТ и ТРО)
22
Удельные стоимостные показатели варианта 1 поступления
Показатель Вариант размещения
Вариант I Вариант II Удельная стоимость капитальных вложений на 1 м3 РАО, тыс.руб. 218 218
Удельная стоимость изоляции 1 м3 РАО, тыс.руб. 235 235 Удельная стоимость капитальных вложений на 1 ОТВС, тыс.руб. 3310 304
Удельная стоимость изоляции 1 ОТВС, тыс.руб. 4054 374
Удельные стоимостные показатели варианта 4 поступления – ОЯТ (для 96 ЧДХ в год) и сопутствующие ВАО)
Показатель
Тип могильника
скважинны
й
штольнево
й Удельная стоимость капитальных вложений на 1 ОТВС, тыс.руб. 3310 300
Удельная стоимость изоляции 1 ОТВС, тыс.руб. 4054 368 В текущих ценах IV квартала 2011 года.
Категорийность опытно-промышленного объекта по условиям надежности и безопасности
23
Уровень ответственности зданий и сооружений, характеризуемый экономическими, социальными и экологическими последствиями отказа при эксплуатации
- II (нормальный, ГОСТ Р54257-2010).
Класс ОПО подземной изоляции ОЯТ и РАО по влиянию на безопасность
- 3 (сооружения, содержащие радиоактив-
ные вещества, выход которых в
окружающую среду при отказах
превышает значения, установленные в
соответствии с нормами радиационной
безопасности (ОПБ-88/97).
Категория по потенциальной радиационной опасности
– III (радиационное воздействие при проектной аварии ограничивается территорией ОПО, ОСПОРБ-99/2010, п.3.1.4)
Категория сейсмостойкости сооружений ОПО
- II (сооружения сохраняют
работоспособность после прохождения
землетрясения, соответствующего
проектному землетрясению (ПЗ)
включительно, НП-031-01)
Заключение
24
Проблему экологически безопасного и экономически приемлемого окончательного удаления значительных объемов ОЯТ и РАО с Билибинской АЭС, размещенных в настоящее время во временных хранилищах, может решить создание опытно-промышленного объекта подземной изоляции ОЯТ и ТРО в толще многолетнемерзлых пород в зоне размещения Билибинской АЭС. На основе проведенной комплексной оценки воздействия на окружающую среду намечаемого к строительству опытно-промышленного объекта захоронения ОЯТ и РАО можно сделать вывод, что при выполнении необходимых мероприятий по снижению воздействий на окружающую среду, превышения предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ для всех ингредиентов и групп суммации не ожидается.
Билибинская АЭС – наиболее удаленная от предприятий ЯТЦ. Климатические условия, существующие многие тысячелетия, дают уникальные возможности не только надежной изоляции сравнительно небольшого количества ОЯТ и ТРО, но позволят осуществить создание нового уникального центра (подземной лаборатории) по изучению перспектив геологической изоляции ОЯТ и ТРО в многолетнемерзлых породах
В выполнении работ по госконтракту принимали участие:
25
ОАО «Инженерный центр ядерных контейнеров» ОАО «Ордена Ленина Научно-исследовательский и конструкторский
институт энерготехники» («НИКИЭТ им. Доллежаля») ООО НПФ «Сосны»Федеральное государственное унитарное предприятие «Специальное
научно-производственное объединение «Элерон»«Анюйская горно-геологическая компания»Филиал ОАО «Концерн Росэнергоатом» «Билибинская атомная станция»
Основание для выполнения работы
Федеральная целевая программа «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2008 год и на период до 2015 года» – п.197 «Повышение безопасности хранения ранее накопленного отработавшего ядерного топлива, подготовка к вывозу накопленного топлива реакторов ЭГП–6 Билибинской АЭС».
Государственный контракт № Д.4ш.21.25.11.1192 (№ 110-1411) от 04.07.2011 г. между ОАО «ВНИПИпромтехнологии» и ГК «Росатом».
Спасибо за внимание!
26