АЭС - КАК ОНА РАБОТАЕТ?
Атомная электростанция является сложным комплексом, состоящим из большого числа сооружений, технологически связанных между собой. Очевидно, что прямое назначение АЭС — выработка электроэнергии. Для этого требуется осуществить много различных технологических операций, обеспечить безотказную и безопасную работу сложного оборудования.
Основным элементом АЭС является энергоблок, в котором смонтированы ядерный реактор — «атомный котел», нагревающий воду, и турбогенератор, вырабатывающий электроэнергию. Последовательность процессов такова: нагретая вода превращается в пар, который вращает турбину. Турбина, в свою очередь, вращает ротор-магнит. Электрический ток производится благодаря известному из курса школьной физики явлению электромагнитной индукции — возникновению электродвижущей силы в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. При вращении ротора-магнита в витках окружающего его статора появляется электрический ток. Остается только «снять» напряжение с обмоток и передать электроэнергию внешним потребителям. Однако за кажущейся простотой такого описания устройства энергоблока скрывается огромное количество производящих, контролирующих, управляющих установок, приборов, механизмов, которые жестко, продуманно и эффективно связаны в единую технологическую цепочку.
Естественно, для работы такого большого числа механизмов и установок требуются определенные затраты энергии, и на это расходуется часть вырабатываемой станцией электроэнергии. Когда все энергоблоки остановлены, агрегаты АЭС могут питаться электроэнергией от внешних энергоисточников – линий электропередач, таких линий три. Для подстраховки, для того чтобы обеспечить в любой ситуации бесперебойное электроснабжение оборудования АЭС, и в первую очередь, оборудования систем безопасности, имеются резервные дизель-генераторные электростанции (по три на каждый энергоблок) и дополнительно – аккумуляторная электростанция для питания систем управления и защиты (СУЗ). Для работы энергоблока обязательно необходимы насосные подстанции, обеспечивающие водоснабжение узлов АЭС. Нужны газосборщики-ресиверы, в которых собираются и очищаются газы. Жизненно необходим спецкорпус, в котором производится подготовка свежего топлива и очистка теплоносителя от радиоактивных примесей, и корпус для переработки отходов. Нужно большое количество других механизмов, приборов и устройств, работа которых скоординирована, отлажена и подчинена одной цели — обеспечить эффективный процесс выработки электроэнергии в совершенно безопасных для человека условиях. То есть, атомная электростанция в действительности является подлинным достижением современной научно-технической мысли, целостным организмом, надежная работа которого обеспечивается множеством составных элементов.
Как любой живой организм, атомная электростанция нуждается и в подаче питания — загрузке топлива, и в обеспечении нормального «пищеварительного» процесса — за режимом работы реакторного отделения и всех вспомогательных установок непрестанно ведется пристальное наблюдение и контроль всех технологических процессов. На случай какой-либо «болезни» предусмотрены все необходимые «лекарства» в виде многократно продублированных и быстродействующих систем управления и защиты и аварийных систем. Жидкие, газообразные и твердые отходы «жизнедеятельности» организма АЭС тщательно собираются, перерабатываются и хранятся в безопасной для человека форме. Чистый же продукт — электроэнергия — через распределительные системы выводится за пределы АЭС.
Добавим, что различные объекты станции соединены закрытыми железобетонными эстакадами, в которых размещены технологические коммуникации. В нижней части защищенных эстакад располагаются трубопроводы для транспортировки низкорадиоактивных сред. По этим трубопроводам вода, содержащая радиоактивные примеси, поступает из каждого реакторного отделения на переработку в спецкорпус.
Главным сооружением АЭС является энергоблок. В его состав входят: реакторное отделение, машинный зал, деаэраторная этажерка (там установлено оборудование, предназначенное для удаления газов из теплоносителя второго контура), помещения электротехнических устройств. Энергоблок проектируется и строится как самостоятельный объект, отвечающий всем требованиям обеспечения надежной, безотказной и безопасной работы смонтированного в нем энергетического и вспомогательного оборудования.
«Сердце» атомной станции — ядерный реактор размещен в герметичной защитной оболочке реакторного отделения, которая защищает его от любых внешних воздействий и препятствует попаданию в окружающую среду радионуклидов в случае аварии. Там же, в герметичной защитной оболочке, размещено и все оборудование главного циркуляционного контура. Реактор и главный циркуляционный контур в сборе образуют замкнутый объем для теплоносителя первого контура.
Кроме оборудования первого контура внутри гермооболочки находятся: оборудование шахт ревизии внутриреакторных устройств, машина перегрузки топлива, полярный кран, оборудование бетонной шахты реактора, включающее в себя, в том числе ряд биологических и температурных защит, бассейны перегрузки и выдержки топлива.
Защитная гермооболочка опирается на железобетонную плиту толщиной 2,4 метра на высоте 13 метров. Диаметр цилиндрической части гермооболочки 45 метров, высота сферической части – 45 метров (верхняя отметка купола – 67,5 метра), толщина железобетонных стен гермооболочки и купола 1,2 метра. Гермооболочка обтянута системой тросов, находящихся внутри стен, с усилием натяжения до 1200 тонн на каждый трос, что обеспечивает исключительную прочность сооружения. Равномерность обтяжки защитной гермооболочки контролируется системой встроенных в нее датчиков, постоянно ведутся мониторинговые работы по определению и оценке геометрии гермооболочки и параметров ее изменения, а также все изменения планово-высотного положения строительных элементов и их частей. До пуска энергоблока проводилась проверка прочности и герметичности защитной гермооболочки внутренним избыточным давлением 5 атмосфер. При этом нагрузка на внутреннюю поверхность гермозоны составляла около 600 000 тонн.
В окружающей гермооболочку реактора обстройке высотой в 45,6 м и площадью 66 * 66 кв.м размещены блочный щит управления реактором, оборудование систем управления, контроля и защиты энергоблока, устройства вентиляции, фильтры, противопожарное и другое оборудование. В фундаментной части обстройки размещены системы аварийного охлаждения, теплообменники и часть оборудования промежуточного контура, системы подпитки – продувки. С обстройкой реакторного отделения соединяется здание машинного зала и деаэраторного отделения. Здание имеет внушительные размеры — его высота 42 м, а размеры в плане 127 * 57 м. В машинном зале расположены паровая турбина и электрогенератор.
Строительные конструкции энергоблока удовлетворяют всем самым строжайшим требованиям надежности. В частности, оборудование и корпус здания рассчитаны и построены так, что способны без нарушений выдерживать землетрясение в 7 баллов.
ТЕПЛОВАЯ СХЕМА
Тепловая схема энергоблоков с реакторами ВВЭР содержит два контура циркуляции теплоносителя. Первый контур является замкнутым, радиоактивным и предназначен для отвода тепла от реактора и передаче его воде второго контура. Он состоит из реактора, парового компенсатора давления и четырех одинаковых петель охлаждения, включающих в себя главные циркуляционные насосы, трубопроводы, парогенераторы, ионообменные фильтры. Теплоносителем первого контура является вода очень высокой чистоты, находящаяся под высоким давлением в 160 атмосфер, что препятствует ее кипению. В воду первого контура добавляется раствор борной кислоты, которая является сильным поглотителем нейтронов и используется для плавного регулирования мощности реактора.
Главными циркуляционными насосами вода прокачивается через активную зону реактора, где она нагревается с 290 до 320 градусов Цельсия за счет тепла, выделяемого в результате ядерной реакции в активной зоне реактора. Каждый из четырех насосов перекачивает за один час 20 000 кубометров воды. Вода первого контура передает свою теплоту воде второго контура через металлические стенки теплообменных трубок в парогенераторе и возвращается в реактор. Таким образом, создан барьер на пути радиоактивных элементов, содержащихся в воде первого контура, которые не могут проникать во второй контур.
Второй контур предназначен для выработки пара и передаче его на турбину. Он тоже замкнутый, но нерадиоактивный, и включает в себя парогенератор, паропроводы острого пара, турбогенератор мощностью 1030 МВт с конденсационной установкой, насосы и систему регенерации тепла. Парогенераторы выдают насыщенный пар температурой 290 градусов под давлением 64 атмосферы, который подается на паровую турбину, приводящую в движение электрогенератор. Отработавший пар охлаждается в конденсаторах и превращается в воду, которая вновь подается насосом в парогенератор. Охлаждение конденсаторов осуществляется водой, подаваемой насосами из водоема-охладителя.
Подчеркнем, что и первый, и второй контур охлаждения замкнуты.
ПЛЮСЫАТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ