Подземная атомная электростанция
Изобретение относится к промышленным сооружениям и может быть использовано при строительстве подземных атомных электростанций (АЭС). АЭС включает размещенные в подземных выработках технологические блоки в составе одного атомного энергетического блока. Блок содержит реакторную и турбогенераторную установки с транспортно-технологическим отделением и связанные с ним системы сбора и переработки радиоактивных отходов (РО), имеющие выводы на поверхность, систему водооборота, систему приточно-вытяжной вентиляции, кабельные трассы и транспортно-коммуникативные магистрали. Подземные выработки под блоки размещены на двух сообщающихся уровнях. На верхнем размещены, по крайней мере, один блок, система сбора и переработки РО и система приточно-вытяжной вентиляции. На нижнем размещены хранилище отработавшего ядерного топлива и могильник РО. Одноименные концы туннелей под блоки соединены туннелями под транспортно-коммуникативные магистрали, туннели для размещения реакторной установки. Реакторная установка размещена в заглубленном кессоне и снабжена изолирующей оболочкой. Последняя образует совместно со стенками кессона и перегородкой прочноплотную вакуумируемую выгородку, сопряженную с транспортно-технологическим отделением блока. В реакторной установке блока использован реактор на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем. Обеспечивается высокая эффективность и экологическая чистота получения электроэнергии, ядерная и радиационная безопасность эксплуатации подземной АЭС. 17 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к сооружениям для промышленных целей, а именно электростанциям, использующим ядерную энергетическую установку для получения электроэнергии, размещаемым под землей.
Сооружение атомных электростанций, дающих наиболее дешевую электроэнергию, сталкивается с рядом проблем, основными из которых являются ядерная и радиационная безопасность, утилизация плутония и недопущение его распространения, эффективность использования ядерного топлива и экономичность процесса получения электроэнергии, переработка и захоронение радиоактивных отходов, утилизация продуктов переработки ядерного топлива. Поиски решения таких проблем привели к разработке проектов подземных атомных электростанций (ПАТЭС), в которых активная зона реактора расположена глубоко (не ближе 40 м) под землей в устойчивых, предпочтительно в скальных, грунтах и термодинамически связана с наземными или подземными теплообменниками, причем радионуклиды из активной зоны после их выработки подлежат утилизации и захоронению в специальных условиях или глубоко под землей, а аварийная ситуация подземного атомного взрыва с рассеянием радионуклидов не окажет влияния на экологию среды на земной поверхности вследствие изолирования утечки радионуклидов в атмосферу /US пат. №4851183, МПК 621 CO 13/10, 1989; Э.Л.Петров. ПАТЭС - высокоэффективная область двойных технологий судового машиностроения. Судостроение, СПб, 2000, №3, с.25-27/.
Известна подземная атомная электростанция (проект Каммера), включающая четыре подземные камеры для размещения реактора и соответствующего оборудования, подходы для обслуживания, вентиляционные шахты и туннели, не имеющие открытого доступа к зоне реактора и соединенные с подземной галереей для размещения вспомогательного оборудования, выполненной с возможностью изолирования как от реакторного помещения, так и от внешнего пространства, при этом охлаждение реактора осуществляется пассивной инжекционной системой безопасности в виде большого поверхностного водного резервуара, соединенной трубопроводом с оболочкой реактора /У.А.Каммер, М.Б.Уотсон. "Подземные атомные электростанции с наземными турбогенераторами" в "Атомная техника и ее проектирование", 1975, №33, с.308/. Недостатком известной ПАТЭС является необходимость обеспечения эффективной радиационной защиты и усложненность системы изолирования станции.
Известна ПАТЭС, включающая атомный реактор CANDU, размещенный глубоко в скальной породе, который связан с набором турбинных генераторов, конденсаторов и сопутствующего оборудования, расположенного в отдельных, неглубоко вырытых туннелях. Система реактора располагается в четырех основных камерах, которые соединены между собой туннелями и с поверхностью земли - вертикальной шахтой, обеспечивающей доступ /R.C.Oberth, In "Underground Siting of Nuclear Power Pants, Proceedings of the International Symposium, Hannover, Bundesanstalt fur Geowissenschaften und Rohstoffe, Mar.18-20, 1981, Stuttgart, 1982, p.95/. Недостатком известного технического решения является необходимость обеспечения эффективной изоляции развитой сети подземных камер и вертикальной шахты на случай аварии реактора. Кроме того, общим недостатком известных проектов ПАТЭС /см. также пат. US NN 4244153, 1976 г.; 4297167, 1981 г.; 4167087, 1979 г./ является сложность практического примения, обусловленная особенностями теплопереноса тепла от активной зоны реактора на большой глубине к теплообменнику, расположенному на поверхности или вблизи нее, поскольку обычные реакторы, способные расплавляться при потере охладителя, не подходят для эксплуатации в условиях, когда затруднен контроль за процессом их работы.
Известна подземная атомная электростанция глубокого заложения, которая включает комплекс сооружений для размещения технологических блоков, позволяющих осуществить получение тепловой энергии и ее преобразование в электрическую, размещенных как в подземных выработках и скомпанованных там по функциональному признаку, так и в наземных сооружениях, которые соединены между собой транспортными и инженерными коммуникациями, в том числе системой водооборота, системой приточно-вытяжной вентиляции, кабельными трассами и транспортно-коммуникативными магистралями для подачи и перемещения грузов, включая радиоактивные, и пассажиров /В.Н.Долгов и др. Подземное пространство мира. 1997, №3, с.14-15/.
В число подземных технологических блоков входят по крайней мере один атомный энергетический блок, содержащий реакторную установку, связанную с турбогенераторной установкой и транспортно-технологическим отделением, оснащенным обмывочным боксом отработавшего ядерного топлива и бассейнами выдержки, система сбора и переработки жидких и твердых радиоактивных отходов (РАО), хранилище отработавшего ядерного топлива и могильник радиоактивных отходов. В технологических блоках предусмотрено размещение оборудования для орошения и осушения помещений, пожаротушения, кондиционирования воздуха, вентиляции и дезактивации, а также для охлаждения и очистки вод для бассейнов, что исключает попадание загрязнений из подземных помещений в наземные и окружающую среду.
Предполагается, что известная АЭС может быть расположена в одноуровневых выработках в скальном грунте с соблюдением требований инженерной геологии, предъявляемых к подобным сооружениям, как по простиранию мощных пластовых горных пород, чем обеспечивается выгодное распределение давления на своды, так и по устройству машинного зала (и других помещений), в котором должен быть предусмотрен специальный дренаж, а также усиление противофильтрационной защиты в области складирования РАО и, в особенности, могильника. В известной АЭС возможно использование корабельных ядерных энергетических установок и их систем обеспечения в качестве источников ядерной энергии.
Известная подземная атомная электростанция, включающая размещенные в подземных выработках по крайней мере одну ядерную энергетическую установку, содержащую реакторную и турбогенераторную установки с транспортно-технологическим отделением, систему сбора и переработки радиоактивных отходов, хранилище отработавшего ядерного топлива, могильник радиоактивных отходов, и имеющие выводы на поверхность, во вспомогательные наземные сооружения, систему приточно-вытяжной вентиляции, систему водооборота, кабельные трассы и транспортно-коммуникативные магистрали, выбрана в качестве ближайшего аналога заявляемого изобретения.
Задача изобретения заключается в повышении эффективности экологически чистого производства электроэнергии и обеспечении ядерной и радиационной безопасности подземной АЭС.
Задача решена тем, что в известной подземной АЭС, включающей размещенные в подземных выработках технологические блоки в составе, по крайней мере, одного атомного энергетического блока, содержащего реакторную и турбогенераторную установки с транспортно-технологическим отделением, и связанных с ним системы сбора и переработки радиоактивных отходов, хранилища отработавшего ядерного топлива и могильника радиоактивных отходов, а также имеющие выводы на поверхность систему водооборота, систему приточно-вытяжной вентиляции, кабельные трассы и транспортно-коммуникативные магистрали, в соответствии с изобретением, подземные выработки под технологические блоки размещены на двух сообщающихся уровнях, причем на верхнем уровне размещены по крайней мере один атомный энергетический блок, система сбора и переработки радиоактивных отходов и система приточно-вытяжной вентиляции, а на нижнем уровне размещены хранилище отработавшего ядерного топлива и могильник радиоактивных отходов, которые пространственно объединены и связаны с системой сбора и переработки радиоактивных отходов, при этом одноименные концы туннелей под технологические блоки соединены туннелями под транспортно-коммуникативные магистрали, туннели для размещения каждого атомного энергетического блока разделены прочноплотными перегородками с образованием реакторного зала для размещения реакторной установки и машинного зала для размещения турбогенераторной установки, а реакторная установка размещена в заглубленном кессоне и снабжена изолирующей оболочкой, образующей совместно со стенками кессона и упомянутой перегородкой прочноплотную вакуумируемую выгородку, сопряженную с транспортно-технологическим отделением атомного энергетического блока, в реакторной установке которого использован реактор на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем.
Кроме того, выводы на поверхность систем водооборота, приточно-вытяжной вентиляции, кабельных трасс и транспортно-коммуникативных магистралей размещены в пределах наземных сооружений электростанции.
Кроме того, верхний и нижний подземные уровни сообщены посредством шахт, которые соединяют туннели для транспортно-коммуникативных магистралей с хранилищем отработавшего ядерного топлива.
Кроме того, туннели для транспортно-коммуникативных магистралей имеют выводы на поверхность в виде шахт, примыкающих к упомянутым туннелям на их концах и оборудованных грузопассажирскими лифтами с санпропускниками.
Кроме того, туннели для размещения технологических блоков имеют на концах буферные участки для предотвращения контакта с внешней средой.
Кроме того, реакторная установка выполнена в виде моноблочной двухконтурной паропроизводящей установки, первый контур которой содержит жидкометаллический теплоноситель, а второй - пароводяное рабочее тело.
Кроме того, в качестве жидкометаллического теплоносителя выбран свинец Pb или сплав свинец-висмут Pb-Bi в виде расплава.
Кроме того, реакторный зал снабжен полуобечайкой, размещенной над прочноплотной вакуумируемой выгородкой.
Кроме того, система сбора и переработки радиоактивных отходов включает устройство отверждения жидких радиоактивных отходов и устройство сжигания и холодного прессования твердых радиоактивных отходов.
Кроме того, система приточно-вытяжной вентиляции содержит устройство очистки загрязненного воздуха.
Кроме того, в транспортно-технологическом отделении энергетического блока размещены обмывочный бокс отработавшего ядерного топлива и бассейны выдержки.
Кроме того, хранилище отработавшего ядерного топлива выполнено с возможностью сухого долговременного хранения топлива с обеспечением воздушного охлаждения.
Кроме того, хранилище отработавшего ядерного топлива и могильник радиоактивных отходов имеют совокупный объем, соответствующий расчетному количеству радиоактивных отходов за срок эксплуатации электростанции.
Кроме того, туннели для размещения технологических блоков выполнены длиной 160-200 м и диаметром 20-22 м.
Кроме того, туннели для транспортно-коммуникативных магистралей выполнены длиной 200-500 м и диаметром 9-10 м.
Кроме того, своды туннелей выполнены из железобетонных блоков и обжаты на породу.
Кроме того, своды каждого туннеля для размещения атомного энергетического блока по всей длине усилены металлическими полуобечайками со шпангоутами для размещения подъемно-транспортного оборудования.
Кроме того, выводы на поверхность систем водооборота, приточно-вытяжной вентиляции, кабельных трасс и транспортно-коммуникативных магистралей выполнены с исключением непосредственного контакта их с реакторной установкой.
Технический результат изобретения состоит в повышении безопасности АЭС, сокращении количества радиоактивных отходов, увеличении коэффициента полезного использования природного урана, возможности длительного хранения плутония, что обеспечивает высокую эффективность и экологическую чистоту получения электроэнергии, а также ядерную и радиационную безопасность эксплуатации подземной АЭС.
Такой результат достигается надежной изоляцией любого количества атомных энергетических блоков, установленных в подземной части АЭС, от ее наземной части, исключением операций по транспортировке на поверхность отработавшего ядерного топлива, поскольку туннельный способ размещения технологических блоков АЭС обеспечивает хранение радиоактивных веществ в любом количестве за счет устройства дополнительных туннелей по мере необходимости.
Кроме того, при подземном размещении атомного энергетического блока геологически устойчивые формации (каменные соли, кембрийские соли, скальные породы), в которых выполнены и обустроены нужным образом туннели и шахты, в случае аварии или стихийного бедствия сами являются универсальным защитным барьером, надежно изолирующим подземную АЭС от окружающей среды. При аварийном расхолаживании реактора тепло отводится непосредственно в грунты, что не может быть выполнено на наземных АЭС. Кроме того, интенсивность возможных сейсмических воздействий на помещения подземной АЭС снижается в 1,5-2 раза по сравнению с таковой на поверхности Земли. Организация долговременного хранения (на 100-200 лет) отработавшего ядерного топлива в подземных помещениях исключает необходимость внеплановой его переработки с извлечением плутония и его выдачу на дневную поверхность.
Реактор на быстрых нейтронах повышает безопасность АЭС за счет физических свойств активной зоны, таких как отсутствие в ней заметных эффектов реактивности типа ксенонового отравления, температурного эффекта теплоносителя, а также за счет компенсации выгоревшего в активной зоне уранового топлива наработкой плутония, что обеспечивает малый оперативный запас реактивности в работающем реакторе.
Такой реактор отличается самопроизвольным снижением мощности при повышении температуры в активной зоне из-за нарушения теплоотвода, потери теплоносителя, заполнения активной зоны водой или паром. Кроме того, эффективность использования ядерного топлива, например природного урана, существенно возрастает в результате наработки плутония, что приводит к снижению объемов радиоактивных отходов, упрощает процесс их переработки и захоронения.
Жидкометаллический теплоноситель свинец Pb или свинец-висмут Pb-Bi в виде расплава также обеспечивает безопасность АЭС за счет своих физических свойств. Такой теплоноситель имеет высокую температуру кипения (соответственно 1725°С и 1670°С), что при низком давлении и аварийном перегреве теплоносителя исключает повышение давления и переопрессовку первого контура, а в случае разгерметизации первого контура - исключает тепловой взрыв реактора и потерю теплоносителя.
Теплоноситель не расходуется в работе и может быть использован неоднократно. Сплав свинец-висмут Pb-Bi имеет температуру плавления 125°С, а свинец - 327°С, теплоноситель загружается в установку и используется в работе в виде расплава, который быстро затвердевает при разгерметизации контура, обеспечивает низкий уровень наведенной гамма-активности, удерживает радиоактивный йод и другие продукты деления ядер в реакторе.
Моноблочное выполнение реакторной установки в сочетании со штатным изолирующим страховочным корпусом реактора гарантирует невозможность вытекания теплоносителя из контура даже при его разгерметизации, что исключает появление альфа-активных аэрозолей изотопа полония Ро-210. Конструктивные особенности моноблока, размещение реакторной установки в отдельном зале туннеля позволяют осуществить пассивное расхолаживание реактора через корпус атмосферным воздухом за счет естественной конвекции по воздуховодам, что позволяет избежать перегрева активной зоны и ее расплавления.
Утечка радиоактивных веществ в окружающую среду при экстраординарных обстоятельствах, например диверсии, вследствие разгерметизации основного и страховочного корпусов исключается введением дополнительных барьеров безопасности установки (прочноплотная выгородка, железобетонные блоки облицовки туннеля и грунт).
Сущность изобретения раскрывают фиг.1, на которой представлена схема размещения технологических блоков и систем подземной АЭС на всех уровнях, и фиг.2, на которой представлена схема атомного энергетического блока подземной АЭС (продольный разрез).
Подземная АЭС выполнена следующим образом (фиг.1). В подземных выработках, выполненных в виде туннелей, на первом подземном уровне размещены технологические блоки в составе, по крайней мере, одного атомного энергетического блока 1, системы приточно-вытяжной вентиляции 2 и системы сбора и переработки радиоактивных отходов (РАО) З. Туннель блока соединен с шахтой для размещения кабельных трасс 4, предназначенных для отвода электроэнергии к трансформаторной подстанции наземного уровня, и шахтой для размещения коллектора системы водооборота 5, предназначенного для подвода-отвода водяного охлаждения. К туннелю для размещения системы приточно-вытяжной вентиляции 2 примыкает вентиляционная шахта 6, имеющая выход на дневную поверхность, причем в состав системы 2 входит устройство для очистки загрязненного воздуха, исключающее распространение каких-либо загрязнений по вентиляционным каналам. Одноименные концы туннелей для размещения технологических блоков на первом подземном уровне соединены туннелями для размещения транспортно-коммуникативных магистралей 7, разделяющихся на две ветви - "чистую" 8 и "грязную" 9, определяемые так в соответствии с характером технологических операций, которые они обслуживают (в частности, перемещение грузов с поверхности по "чистой" магистрали 8 и перемещение отработавшего ядерного топлива в хранилище по "грязной" магистрали 9). Туннели для размещения ветвей 8, 9 транспортно-коммуникативных магистралей 7 по концам соединены с дневной поверхностью шахтами 10, оборудованными грузопассажирскими лифтами и санпропускниками.
Туннели под технологические блоки имеют на концах буферные участки 11, отделяющие помещения блоков от сообщения с внешней средой через ветви транспортно-коммуникативных магистралей 7 и шахты 10. Туннели под обе ветви транспортно-коммуникативных магистралей 7 соединены шахтами 12 с концами расположенного на нижнем подземном уровне туннеля для размещения хранилища отработавшего ядерного топлива 13, пространственно объединенного с могильником радиоактивных отходов 14. Такое расположение технологических блоков позволяет связать систему сбора и переработки радиоактивных отходов 3, включающую устройство отверждения жидких радиоактивных отходов и устройство сжигания и холодного прессования твердых радиоактивных отходов (на фиг.1 не показаны), посредством "грязной" ветви 9 магистрали 7 с хранилищем 13-могильником 14.
Посредством кабельных трасс 4, коллектора системы водооборота 5, вентиляционной шахты 6 и шахт с грузопассажирскими лифтами 10, имеющими выход на дневную поверхность, верхний подземный уровень связан с вспомогательными сооружениями 15 наземного уровня, такими как центральный щит управления АЭС, градирни, дизельные электростанции, трансформаторные подстанции, линии электропередач и др., при этом выводы на поверхность всех упомянутых систем и трасс выполнены с исключением непосредственного контакта их с радиоактивной средой атомного энергоблока 1.
Второй подземный уровень заглублен на расстояние, при котором допустимо располагать могильник 14 для выполнения требований к его устройству по обеспечению условий захоронения РАО, причем за счет поступления воздуха из системы приточно-вытяжной вентиляции 2 обеспечивается сухое долговременное хранение отработавшего ядерного топлива при наличии его воздушного охлаждения, а газовый состав воздуха контролируется устройством для очистки загрязненного воздуха в системе приточно-вытяжной вентиляции 2.
Совокупный объем сухого хранилища отработавшего ядерного топлива 13 и могильника радиоактивных отходов 14 рассчитан на размещение радиоактивных веществ, накопленных не менее чем за расчетный срок эксплуатации АЭС (50-60 лет).
Подземная горная выработка для размещения атомного энергетического блока (фиг.2) выполнена в виде туннеля 16, который разделен прочноплотными перегородками 17 с образованием реакторного зала 18 для размещения реакторной установки 19, машинного зала 20 для размещения турбогенераторной установки 21 и транспортно-технологического отделения 22. Реакторная установка 19 размещена в заглубленном кессоне 23 и снабжена внешней изолирующей оболочкой 24, которая совместно со стенками кессона 23 и прочноплотной перегородкой 17 образует прочноплотную вакуумируемую выгородку 25, в которой предусмотрено оборудование, обслуживающее внутриреакторное временное хранилище отработавшего ядерного топлива, рассчитанное на хранение аварийной выгрузки тепловыделяющих сборок и отработавших тепловыделяющих сборок (ТВС) между двумя плановыми перегрузками (на фиг.2 не показаны).
Прочноплотная выгородка 25 сопряжена с транспортно-технологическим отделением 22, в котором предусмотрен обмывочный бокс 26 для отработавшего ядерного топлива и бассейн выдержки 27.
Транспортно-технологическое отделение 22 связано с системой сбора и переработки РАО 3 посредством ветви 9 транспортно-коммуникативных магистралей 7, используемой при разгрузке упомянутого отделения 22 и перемещении отработавшего ядерного топлива по технологической цепочке.
Реакторная установка 19 выполнена в виде моноблочной двухконтурной паропроизводящей установки с реактором на быстрых нейтронах, первый контур которой содержит жидкометаллический теплоноситель, а второй - пароводяное рабочее тело, причем в качестве жидкометаллического теплоносителя выбран свинец Pb или сплав свинец-висмут Pb-Bi в виде расплава, обеспечивающие надежную защиту окружающей среды в случае разгерметизации реактора.
Второй контур посредством трубопровода подачи пара 28 связывает реакторную установку 19 с турбогенераторной установкой 21, вырабатывающей электрический ток.
Туннели, в которых размещены технологические блоки подземной АЭС, могут быть выполнены по известной технологии строительства подземных туннелей метрополитена преимущественно длиной порядка 160-200 м и диаметром около 20 м.
Каждый туннель имеет два обжатых на породу свода - верхний 29 и обратный 30 (фиг.2), которые набраны из железобетонных тюбингов. Облицовка туннеля по всей длине энергоблока 1 усилена в верхней части металлическими полуобечайками 31 со шпангоутами для размещения подъемно-транспортного оборудования. Принцип действия подземной атомной электростанции состоит в том, что вырабатываемая атомной реакторной установкой 19 тепловая энергия отбирается рабочим телом - пароводяной смесью во втором контуре охлаждения и переводится в механическую энергию струи пара, которая по паропроводу 28 подается на турбогенераторную установку 21, преобразующую механическую энергию струи пара в электрическую. Существенным для рассматриваемого процесса является то, что при соответствующем выборе параметров термодинамического цикла достигается превышение давления нерадиактивного пароводяного рабочего тела во втором контуре над давлением радиоактивного жидкометаллического теплоносителя в первом контуре охлаждения реакторной установки 19, что обеспечивает градиент давления среды в направлении к первому контуру в случае нарушения целостности контуров и возникновения аварийной ситуации, при этом градиент давления обеспечивает локализацию радиоактивных веществ внутри первого контура (активная защита). Подобная реакторная установка широко используется, в частности, на судах в качестве источника электроэнергии. Посредством кабельных трасс 4 вырабатываемая электроэнергия передается на трансформаторную подстанцию наземного вспомогательного комплекса сооружений 15 для распределения потребителям.
В процессе эксплуатации реактора на быстрых нейтронах стартовая загрузка активной зоны, составленная тепловыделяющими сборками (ТВС') с высокообогащенным (10-12%) урановым топливом, постепенно замещается ранее загруженными ТВС подпитки из обеденного (или отвального) урана, в которых уже наработан плутоний.
Существенным для обеспечения ядерной и радиационной безопасности являются операции обращения со свежим и отработавшим ядерным топливом, а именно прием свежего ядерного топлива и его подготовка для последующей загрузки в реактор установки 19, а также извлечение отработавшего топлива из реактора, временное хранение во внутриреакторном хранилище в период между плановыми перегрузками, хранение в бассейнах выдержки 27 транспортно-технологического отделения 22 энергетического блока 1 и последующее долговременное хранение в сухом подземном хранилище 13, совмещенном с могильником 14 твердых и отвержденных жидких РАО.
Доставка отработавшего ядерного топлива в долговременное хранилище 13 из энергоблока 1 может быть осуществлена с помощью одноместного транспортного контейнера. Мокрое хранение отработавшего ядерного топлива производится в бассейне выдержки с размещением ТВС на стеллажах до соответствующего спада тепловыделений, соответствующих допустимой температуре ТВС при сухом хранении. Хранение дефектных отработавших ТВС, имеющих повреждения разного рода, осуществляется в герметических пеналах.
Использование транспортно-коммуникативных магистралей 7 и вертикальных шахт 10 дает возможность загрузки отработавшего ядерного топлива в транспортные контейнеры при необходимости отправки их на перерабатывающие заводы.
Расчеты показывают, что подземная АЭС на базе одной реакторной установки на быстрых нейтронах способна выработать мощность порядка 220 МВт, при этом расход пара на турбогенераторную установку составляет 100 т/час. Температура жидкометаллического теплоносителя на входе в активную зону составляет 250°С, а на выходе - 450°С. Температура и давление пара, подаваемого в турбину, составляют соответственно 380°С и 5 МПа. Такой энергоблок может быть размещен в зале туннеля длиной 120 м, шириной 22 м и максимальной высотой 24 м.
Экономические оценки показывают, что общие затраты на проектирование и строительство подземной АЭС мощностью 880 МВт (четыре энергоблока - см. фиг.1) составляют порядка 1000-1200 млн. у.е. При этом себестоимость одной Гкал тепловой энергии составит 2,0-2,5 у.е., а одного кВт/час - не более 0,03 у.е. Технико-экономическая эффективность предлагаемой подземной АЭС может быть повышена по сравнению с расчетной вследствие того, что станция может быть размещена в непосредственной близости от населенных пунктов - потребителей электроэнергии, что уменьшает сетевые потери и позволяет отказаться от использования линий электропередач на дальние расстояния. Эксплуатация подземных АЭС требует значительно меньших затрат на демонтаж, дезактивацию и захоронение капитальных конструкций в сравнении с наземными АЭС, поскольку такое захоронение может быть произведено на месте путем закрытия соответствующего туннеля при минимальном объеме работ. Наземные вспомогательные строения такой АЭС не требуют отчуждения больших площадей и практически не нуждаются в рекультивации после окончания эксплуатации станции.
Подземная АЭС, размещенная в нескольких уровнях, наилучшим образом решает вопрос долговременного хранения отработавшего ядерного топлива и захоронения радиоактивных отходов, поскольку исключает затраты, связанные со строительством региональных хранилищ радиоактивных отходов и их транспортировкой к месту переработки и захоронения.
Сама станция может работать в автоматическом режиме при обеспечении управления и контроля из наземных помещений, что значительно снижает расходы на эксплуатацию и стоимость получаемой электроэнергии при одновременном повышении безопасности работы станции.
1. Подземная атомная электростанция, включающая размещенные в подземных выработках технологические блоки в составе, по крайней мере, одного атомного энергетического блока, содержащего реакторную и турбогенераторную установки с транспортно-технологическим отделением и связанные с ним системы сбора и переработки радиоактивных отходов, хранилища отработавшего ядерного топлива и могильник радиоактивных отходов, а также имеющие выводы на поверхность систему водооборота, систему приточно-вытяжной вентиляции, кабельные трассы и транспортно-коммуникативные магистрали, отличающаяся тем, что подземные выработки под технологические блоки размещены на двух сообщающихся уровнях, причем на верхнем уровне размещены, по крайней мере, один атомный энергетический блок, система сбора и переработки радиоактивных отходов и система приточно-вытяжной вентиляции, а на нижнем уровне размещены хранилище отработавшего ядерного топлива и могильник радиоактивных отходов, которые пространственно объединены и связаны с системой сбора и переработки радиоактивных отходов, при этом одноименные концы туннелей под технологические блоки соединены туннелями под транспортно-коммуникативные магистрали, туннели для размещения каждого атомного энергетического блока разделены прочноплотными перегородками с образованием реакторного зала для размещения реакторной установки и машинного зала для размещения турбогенераторной установки, а реакторная установка размещена в заглубленном кессоне и снабжена изолирующей оболочкой, образующей совместно со стенками кессона и упомянутой перегородкой прочноплотную вакуумируемую выгородку, сопряженную с транспортно-технологическим отделением атомного энергетического блока, в реакторной установке которого использован реактор на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем.
2. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что верхний и нижний подземные уровни сообщены посредством шахт, которые соединяют туннели для транспортно-коммуникативных магистралей с хранилищем отработавшего ядерного топлива.
3. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что туннели транспортно-коммуникативных магистралей имеют выводы на поверхность в виде шахт, примыкающих к упомянутым туннелям на их концах и оборудованных грузопассажирскими лифтами с санпропускниками.
4. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что туннели для размещения технологических блоков имеют на концах буферные участки для предотвращения контакта с внешней средой.
5. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что реакторная установка выполнена в виде моноблочной двухконтурной паропроизодящей установки, первый контур которой содержит жидкометаллический теплоноситель, а второй - пароводяное рабочее тело.
6. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве жидкометаллического носителя выбран свинец Pb или сплав свинец-висмут Pb-Bi в виде расплава.
7. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что реакторный зал снабжен полуобечайкой, размещенной над прочноплотной вакуумируемой выгородкой.
8. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что система сбора и переработки радиоактивных отходов включает устройство отвердения жидких радиоактивных отходов и устройство сжигания и холодного прессования твердых радиоактивных отходов.
9. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что система приточно-вытяжной вентиляции содержит устройство очистки загрязненного воздуха.
10. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что в транспортно-технологическом отделении энергетического блока размещены обмывочный бокс отработавшего ядерного топлива и бассейны выдержки.
11. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что хранилище отработавшего ядерного топлива выполнено с возможностью сухого долговременного хранения с обеспечением воздушного охлаждения.
12. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что хранилище отработавшего ядерного топлива и могильник радиоактивных отходов имеют совокупный объем, соответствующий расчетному количеству радиоактивных отходов за срок эксплуатации электростанции.
13. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что туннели для размещения технологических блоков выполнены длиной 160-200 м и диаметром 20-22 м.
14. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что туннели для транспортно-коммуникативных магистралей выполнены длиной 200-500 м и диаметром 9-10 м.
15. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что своды туннелей выполнены из железобетонных блоков и обжаты на породу.
16. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что своды каждого туннеля для размещения атомного энергетического блока по всей длине усилены металлическими полуобечайками со шпангоутами для размещения подъемно-транспортного оборудования.
17. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что выводы на поверхность систем водооборота, приточно-вытяжной вентиляции, кабельных трасс и транспортно-коммуникативных магистралей размещены в пределах наземных сооружений электростанции.
18. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что выводы на поверность систем водооборота, приточно-вытяжной вентиляции, кабельных трасс и транспортно-коммуникативных магистралей выполнены с исключением непосредственного контакта их с реакторной установкой.
