5 мая 2012

Перспективы контейнерного хранения ОЯТ энергетических реакторов

Atomic-Energy.ru
Пристанционное хранилище на АЭС «Линген» (Германия)

Для решения проблемы отработавшего ядерного топлива в России, с учетом сложившейся ситуации, технических и экономических возможностей, а также международного опыта наиболее эффективно долговременное хранение ОЯТ в контейнерах. Это решение может быть реализовано в кратчайшие сроки с минимальными техническими и коммерческими рисками.

Проблемы хранения ОЯТ в России

В ближайшее время в России ожидается недостаток мощностей по хранению ОЯТ энергетических реакторов типа ВВЭР-1000 и РБМК-1000.

Существующие хранилища отработавшего ядерного топлива (ХОЯТ) на площадках АЭС с реакторами РБМК-1000 практически будут заполнены в самое ближайшее время, даже с учетом внедрения технологических решений по увеличению их вместимости. Ввод в эксплуатацию пристроек для контейнерного хранения ОТВС к существующим ХОЯТ на Ленинградской (2010 год), Курской (2010 год) и Смоленской АЭС (2014 год) частично решит проблему хранения ОЯТ и позволит на несколько лет продолжить эксплуатацию реакторов. В 2010 году на ФГУП «Горно-химический комбинат» будет введена в эксплуатацию первая очередь строящегося централизованного «сухого» хранилища камерного типа с вместимостью по урану 8600 т; туда начнется вывоз ОЯТ с Ленинградской и Курской АЭС с использованием сертифицированных транспортных упаковочных комплектов ТУК-109. На отработку технологий, в том числе перегрузки ОЯТ из ТУК-109, подготовки его к долговременному хранению и размещению в камере, потребуется несколько лет, следовательно, необходимо будет расширить объем контейнерных отделений хранения на всех АЭС и изготовить соответствующее количество упаковочных комплектов УКХ-109.

ОЯТ реакторов ВВЭР-1000 после трех-пятилетнего технологического хранения на площадках АЭС транспортируется в контейнерах ТУК-10 и ТУК-13 в централизованное хранилище водного типа на ГХК. Используемая технология хранения ОЯТ в воде требует значительных эксплуатационных затрат, возрастающих со временем, и ограничения срока хранения. Кроме того, проектный срок эксплуатации этого хранилища истекает в 2015 году. В то же время, несмотря на проведенные мероприятия по увеличению вместимости с 6000 т до 8600 т по урану, его вместимость будет исчерпана вследствие размещения всего ОЯТ реакторов ВВЭР-1000 действующих АЭС России, Украины и Болгарии.

Технология обращения с ОЯТ реакторов типа АМБ-100, АМБ-200 и ЭГП-6 достаточно разнообразна, однако не имеет законченного цикла. Условия водного хранения такого ОЯТ не в полной мере отвечают современным требованиям безопасности.

По отношению ко всему объему ОЯТ – существующему и ожидаемому в будущем – отработаны технологии хранения и переработки только топлива ВВЭР-440 и БН-600. ОЯТ таких реакторов после приреакторного хранения на энергоблоках АЭС поступает на переработку на ФГУП ПО «Маяк».

Однако общие объемы ОЯТ, включенного в номенклатуру перерабатывающего завода на ПО «Маяк», не превышают 5% от всего накопленного ОЯТ и 14% от ежегодно образующегося на АЭС России. В соответствии с концепцией ГК «Росатом» по обращению с ОЯТ, в ближайшее время не планируется сооружение новых промышленных перерабатывающих мощностей. Только в 2025 году, после отработки инновационных технологий в создающемся на ГХК опытно-демонстрационном центре, должен быть введен в эксплуатацию промышленный завод по переработке ОЯТ.

Альтернативным решением является промышленное захоронение ОЯТ. Однако в России пока нет соответствующих технологий, международный опыт захоронения топлива в промышленных масштабах также отсутствует. Кроме того, экономические затраты на захоронение как минимум в 20 раз превышают расходы на обращение с ОЯТ по существующим технологиям. Непроработанность технологий не позволяет в принципе оценить бремя для будущих поколений при захоронении ОЯТ.

Контейнерное хранение как альтернативное решение 

Основополагающие международные принципы обращения с ОЯТ и РАО предполагают не налагать чрезмерного бремени на будущие поколения, как в экономическом отношении, так и по безопасности. Для долговременного хранения ОЯТ это означает выполнение следующих условий:

  • срок гарантированного долговременного хранения должен быть максимально возможным, по крайней мере, не менее жизни одного поколения;
  • к окончанию этого срока должна быть обеспечена возможность или постепенно, без крупных затрат модернизировать хранилище по мере старения соответствующего оборудования и появления новых требований безопасности, или постепенно перейти к захоронению и/или переработке ОЯТ, если это окажется предпочтительней.

При выборе оптимальных вариантов длительного хранения эти требования следует дополнить следующими положениями:

  • хранение должно быть контролируемым, так как сегодня нет достоверных данных по изменению состояния ОЯТ при хранении в течение продолжительного срока (более 30 лет);
  • в процессе и по окончанию срока хранения должна быть обеспечена возможность извлечения ОЯТ для возможности переработки, захоронения или перехода к более эффективным технико-экономическим условиям хранения;
  • хранение должно осуществляться в сухой среде, чтобы не допустить образования дополнительных РАО.

С учетом правовой неопределенности и неясности отношения правительств и населения субъектов РФ к размещению на своей территории ОЯТ из других регионов, технологии хранения должны позволять осуществлять размещение ОЯТ, в основном, в местах его образования. С другой стороны, они должны обеспечивать возможность оперативного перемещения ОЯТ в другие регионы – в централизованные хранилища и затем на переработку.

 

Контейнерное хранилище ОЯТ на АЭС «Дукованы» (Чехия)

 

 

 

 

Технология хранения ОЯТ в хранилищах контейнерного типа с использованием контейнеров двухцелевого назначения (для хранения и транспортирования) позволяет оптимально обеспечить выполнение всех условий долговременного хранения ОЯТ с максимальной гарантией безопасности.

Долговременный срок хранения обеспечивается конструкцией контейнеров. Конструкционная надежность и материалы контейнеров позволяют хранить в них ОЯТ в течение от 50 до 100 и более лет.

Контроль состояния ОЯТ обеспечивается в тестовых контейнерах и на контрольных образцах ОЯТ на стендах, имитирующих условия хранения в контейнере. Обеспечивается контроль среды хранения, влияющей на состояние ОЯТ, и состояния контейнеров, с возможностью замены при необходимости. Контейнеры с ОЯТ можно оперативно доставить к местам исследования.

Возможность извлечения ОЯТ обеспечивается конструкцией контейнера. Его можно транспортировать в место извлечения ОЯТ – как в целях контроля состояния топлива, так и для захоронения или переработки.

При таком хранении обеспечиваются и контролируются все параметры сухой среды хранения с возможностью ее замены.

При необходимости возможна постепенная модернизация отдельных элементов и контейнеров в целом.

Постепенность перехода к захоронению или переработке обеспечивается модульным типом хранения.

Обеспечение безопасности

Ядерная безопасность при контейнерном хранении достигается за счет применения  дистанцирующих и поглощающих элементов внутри контейнера, а также размещением ОТВС в пеналах, что обеспечивает их изоляцию друг от друга вне зависимости от времени и практически любых проектных и запроектных внешних воздействиях. Контакт между ОЯТ различных контейнеров в случае аварий природного или техногенного характера принципиально ­невозможен.

 

Контейнерное хранилище ОЯТ на Игналинской АЭС (Литва)

 

Радиационная безопасность в отношении излучения от ОЯТ обеспечивается защитой контейнера, а многобарьерная система герметизации гарантирует практически нулевой выход активности. Возможен контроль состояния уровня радиоактивности в контейнерном хранилище и выявление отдельного контейнера с нарушением системы его герметизации.

Теплоотвод от ОЯТ осуществляется без использования принудительных систем за счет естественной вентиляции.

Практически не требуется вспомогательных систем для поддержания безопасных условий хранения и контроля безопасности.

Важнейшей чертой технологии являются гарантии безопасности. Они обеспечиваются следующими особенностями:

  • вся система невосприимчива к природным катаклизмам, включая наводнения, землетрясения и т.д.;
  • транспортные аварийные условия, на которые рассчитаны контейнеры, превышают аварийные воздействия при хранении;
  • транспортные требования к конструкции контейнеров едины во всем мире и четко  классифицированы, их выполнение подтверждается общепринятыми методами расчетов и тестированием, включая натурные аварийные испытания, что практически невозможно для хранилищ других типов;
  • обоснование безопасности практически не зависит от конкретных условий эксплуатации, что позволяет применять при разработке контейнеров весь накопленный отечественный и зарубежный опыт и максимально использовать формализованные процедуры независимой сертификации;
  • есть возможность контроля и замены дефектных элементов конструкций, в том числе отдельных дефектных контейнеров или постепенно всей серии в случае ошибок в конструктивных решениях или необходимости модернизации с изменением требований ­безопасности;
  • заводские условия изготовления контейнеров, выполняющих основную роль в обеспечении безопасности хранилища, позволяют гарантировать качество как контейнеров, так и всей системы безопасности.

Технико-экономические преимущества

Контейнеры с ОЯТ можно размещать на площадках ядерных объектов, в региональных, межрегиональных, централизованных хранилищах без жестких требований к площадкам и с возможностью перемещения контейнеров с ОЯТ с минимальными дополнительными расходами.

Ввод в эксплуатацию хранилищ или модулей обеспечивается с максимальной дискретностью без значительных капитальных затрат. 

Имеются возможности модернизации, изменения  различных технических решений и установки дополнительных систем контроля при эксплуатации.

В хранилищах обеспечивается учет ядерных материалов и контроль физической защиты – визуально, инструментально, документально.

Максимально упрощены проблемы вывода хранилищ из эксплуатации с возможностью практически полной утилизации использованных материалов и доведения площадок хранения до состояния «зеленой ­лужайки».

Важнейшими экономическими преимуществами контейнерной технологии являются:

  • возможности создания конкурентной среды различных предприятий – разработчиков и производителей контейнеров;
  • простота реализации проекта хранилища как объекта капитального строительства, что приводит к высокой скорости сооружения и минимизации рисков превышения сметных лимитов;
  • оптимальная технологическая унификация: используется одна основная единица оборудования – ­контейнер;
  • в случае использования двухцелевых контейнеров одновременно решаются две задачи – хранение и ­транспортирование.

В целом, по общим отечественным и зарубежным оценкам, при объемах хранения ОЯТ до 10000 т по урану экономическое преимущество контейнерного хранения неоспоримо.

Российский опыт и перспективы использования

В настоящее время уже накоплен значительный опыт реализации проектов сооружения контейнерных хранилищ ОЯТ российских реакторов.

За рубежом введены в эксплуатацию или находятся в стадии сооружения контейнерные ХОЯТ на чешских АЭС «Дукованы» с реактором ВВЭР-440 (1992-1995 годы) и «Темелин» с ВВЭР-1000 (2006-2011 годы), болгарской АЭС «Козлодуй» с ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 (2005-2011 годы), Игналинской АЭС в Литве с РБМК-1500 (2005-2011 годы). Одним из примеров успешного внедрения технологии контейнерного обращения с ОЯТ является проект сооружения атомной станции «Белене» в Болгарии, подрядчиком которого является ЗАО «Атомстройэкспорт». Проект АЭС «Белене» предусматривает создание контейнерного хранилища для обеспечения хранения ОЯТ в течение 50 лет.

 

Контейнерное хранилище ОЯТ на АЭС «Козлодуй» (Болгария)

 

 

 

В России завершается строительство пристройки для контейнерного хранения ОТВС к ХОЯТ на Ленинградской АЭС; в первой половине 2010 года должны быть проведены ее комплексные испытания. Пристройка состоит из отделений разделки ОТВС на два пучка твэлов и загрузки их в упаковочный комплект УКХ-109, подготовки УКХ-109 к долговременному сухому хранению ОЯТ и хранения УКХ-109. В дальнейшем планируется ее сооружение и на других АЭС с реакторами РБМК-1000.

Кроме того, в России накоплен положительный опыт эффективной реализации контейнерных технологий для ОЯТ транспортных ядерных энергетических установок. Их внедрение позволило:

  • ускорить разработку и внедрение единых норм и правил по безопасности хранения ОЯТ в контейнерах двухцелевого назначения, что, кроме исключения неоправданных требований по безопасности к вспомогательным системам хранилищ и, соответственно, лишних расходов, способствовало привлечению широкого круга отечественных и зарубежных разработчиков и изготовителей, а следовательно, образованию необходимой конкурентной среды;
  • ускорить разработку и внедрение межведомственной системы экспертиз (создание Главгосэкспертизы) и единой системы сертификации в области контейнеров для хранения и транспортирования ОЯТ;
  • обеспечить условия для максимальной координации создания контейнеров, обмена информацией в области их конструирования и обоснования безопасности, использования имеющихся разработок и расчетных методик, а также испытаний контейнеров на действующих стендах;
  • определить точные и открытые исходные данные по проблеме ОЯТ, включая его характеристики; установить условия и процедуры тендеров на разработку, изготовление и внедрение технологий контейнерного хранения ОЯТ.

С учетом вышеизложенного в России сложились все условия для обеспечения максимального ускорения практического внедрения технологий контейнерного обращения с ОЯТ с сохранением возможности модернизации в техническом, организационном и финансовом планах.

Авторы

Т.Ф. Макарчук, к.т.н.

А.А. Глухов, к.т.н.

А.Л. Семенов

А. Вайхард

У. Кучер

ЗАО «Атомстройэкспорт»

NUKEM Technologies GmbH