СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА АТОМНЫХ СТАНЦИЙ И ОБЪЕКТОВ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК E04H5/02 E04H9/14 

Изобретение относится к области строительства атомных станций (АС), в частности к способам возведения и укрытия атомных электростанций (АЭС), (а также ACT, АЭТС) и объектов специального назначения (ОСН), в том числе, уникальных, имеет отношение к использованию энергии ветра, атмосферного холода, местных строительных материалов и может быть применено в условиях холодного климата.

Известны пять способов размещения АЭС. В первом случае станция размещается на открытой местности - наземная АЭС. Второй способ - размещение в вертикальной шахте или горизонтальной штольне - подземная АЭС. Известны предложения по размещению АЭС в огромных карьерах - полуподземные (заглубленные) АЭС. Четвертый и пятый способы связаны с размещением АЭС на водной платформе (на корабле) или на подводной лодке - плавучие АЭС (надводная, подводная) (например, Подземная АЭС; PRoAtom - Перспектива международного геоядерного альянса на базе…; Плавучие атомные станции; Франция разрабатывает проект подводной АЭС).

Наиболее близкими по технической сущности предлагаемому способу являются первые три способа строительства АЭС: наземный способ, карьерный или полуподземный способ и подземный способ (при размещении станции в горизонтальной штольне). Первые два способа включают возведение объектов станции из сборного и монолитного железобетона с защитой людей, окружающих объектов и прилегающей местности от радиации путем изоляции реакторов и укрытия реакторных блоков стойкими к силовым воздействиям железобетонными конструкциями. В третьем случае укрытием служат горные породы. При этом как на период строительства объектов станции, так и на период ее эксплуатации обычно требуется использование дополнительных традиционных источников энергоснабжения, в том числе, и как резервных (например, ПНАЭ Г-9-026-90 Общие положения по устройству и эксплуатации систем аварийного электроснабжения атомных станций).

Недостатками двух первых способов являются открытость станции и ее недостаточная защищенность от негативных природных и техногенных воздействий, от террористической угрозы, недостаточная защищенность прилегающей местности от радиоактивного заражения в случае повреждения или разрушения реактора и радиоактивных контуров, а также значительные сроки возведения АЭС, связанные с неблагоприятными погодными условиями. Недостатком третьего способа размещения АС является, в частности, ограниченность допустимых размеров пространства горной выработки, необходимого для возведения большой станции.

Цели изобретения:

- повышение уровня безопасности АС (за счет возведения над основными объектами АС устойчивого долговременного металлоледяного общего укрытия);

- повышение автономности и надежности энергообеспечения АС в периоды строительства и эксплуатации (за счет использования окружающих возобновляемых природных источников энергии);

- снижение единовременных затрат на строительство объектов АС и эксплуатационных затрат (за счет использования окружающих природных источников энергии, природного холода, использования воды и других местных строительных ресурсов, снижения материалоемкости объектов АС и сроков строительства).

Поставленные цели достигаются тем, что АС размещается в зоне распространения вечномерзлых и сильно промерзающих грунтов, объекты станции располагаются на подготовленном дне котлована - грунтовой полости (выработки) крупного отработанного карьера (горнодобывающего разреза) или на подготовленном дне полости естественного происхождения, до возведения АС над оконтуренной площадкой размещения объектов АС возводится общее полусферическое или полуцилиндрическое устойчивое опалубочное покрытие (оболочка) из металлического профилированного листа по каркасу с опиранием его (через фундамент) на мерзлое грунтовое основание дна котлована устройством конструктивных, технологических и эвакуационных проемов, пространство между оболочкой-опалубкой и откосами котлована заполняется послойно намораживаемым льдом с использованием воды из местных источников, на прилегающей к котловану местности по периметру до начала электроемких работ размещаются модульные ветрозахватные электростанции башенного типа, затем - аккумуляторы атмосферного холода с системой воздушного охлаждения подоболочечного пространства и резервуары с водой, а при строительстве объектов АС и во время ее эксплуатации температура воздуха в пространстве под оболочкой поддерживается в пределах минус 4-5°С.

Сущность предложенного способа поясняется чертежом, где на фиг.1 в плане, на фиг.2 в разрезе показаны объекты атомной электростанции укрытого типа, на фиг.3 и 4 в разрезе изображены, соответственно, аккумуляторы атмосферного холода и резервуары с водой.

Для строительства АС (напр., АЭС) предлагают использовать грунтовую полость (1) искусственного или естественного происхождения, которая расположена в зоне распространения вечномерзлых и сильно промерзающих грунтов. В качестве примера в описании использована грунтовая полость отработанного горного карьера с существующей инфраструктурой: ЛЭП, автомобильные дороги и источники воды.

До начала подготовки карьера к строительству объектов АЭС вокруг карьера устанавливают модульные ветрозахватные электростанции (2). Затем одновременно производят подготовку карьера (склонов, дна и спусков) к производству строительных работ, вокруг карьера возводят аккумуляторы атмосферного холода (3) и теплоизолированные резервуары с водой (4), в которых размещают электрические кабели (5). На дне подготовленного карьера - котлована возводят полусферическое или полуцилиндрическое устойчивое несущее опалубочное покрытие (оболочка) (6) из металлического профилированного листа по каркасу с возможными резервными опорами (7) и с закрываемыми конструктивными, технологическими и эвакуационными проемами. После завершения строительства и испытания опалубочного покрытия с наступлением устойчивых отрицательных температур воздуха пространство между оболочкой-опалубкой и откосами котлована заполняют послойно намораживаемым льдом с использованием воды из местных источников. В металлоледяной оболочке-укрытии устраивают и оборудуют конструктивные, технологические и эвакуационные проемы. Аккумуляторы холода (3) соединяют с компрессором (8) и трубопроводами охлаждения (9), где в качестве теплоносителя используют морозный воздух. Трубопроводы (9), в свою очередь, выводят в подоболочечное пространство, где создают и поддерживают искусственный климат с постоянной температурой воздуха минус 4-5°С. Затем на строительной площадке под металлоледяным укрытием возводят все основные здания и сооружения АЭС (10) в традиционном исполнении, прокладывают коммуникации и инженерные сети. Учитывая округлую или протяженную форму карьера, объекты (10) располагают в радиальном или в линейном направлении.

Каждый аккумулятор холода (3) в резервуарном парке представляет собой теплоизолированный резервуар (11) с незамерзающей жидкостью и размещенные по его периметру термосифоны (12) сезонного действия, заполненные жидким или газовым хладоагентом, со змеевиком (13).

Аккумуляторы атмосферного холода (3) накапливают в зимний период холод с помощью термосифонов (12) до среднезимней температуры, а в теплое время года накопленный холод используется для охлаждения воздуха в подоболочечном пространстве. Термосифоны работают в автоматическом режиме без использования электрической энергии.

При включении компрессора (8) атмосферный воздух с более высокой температурой подается в змеевик (13), охлаждается в змеевике от жидкости, имеющей низкую температуру, и далее поступает по трубопроводу (9) в подоболочечное воздушное пространство АЭС. Температуру воздуха в подоболочечном пространстве АЭС поддерживают в пределах минус 4-5°С, чтобы сохранить ледяной покров оболочки (14) в твердомерзлом состоянии и обеспечить расчетные прочностные характеристики всего металлоледяного укрытия и льда в его составе при длительной эксплуатации АЭС. Лед является газонепроницаемым материалом, поэтому ледяная оболочка (14) выполняет функции и ограждающей конструкции, и противорадиационной защитной оболочки - противорадиационного укрытия.

В летний период года на поверхности ледяного слоя укрытия-оболочки образуется слой воды (15). Кроме того, при выпадении атмосферных осадков в виде дождя и снега толщина ледяного покрова оболочки может с каждым годом увеличиваться, поэтому снег и лишнюю воду с поверхности укрытия удаляют за его пределы или используют в хозяйственных целях.

Выполнение строительных и монтажных работ под общим укрытием, дальнейшая эксплуатация АС в относительно благоприятных климатических условиях (отсутствие ветра, низких и высоких температур воздуха, снегопада, дождя, возможность регулирования освещения и вентиляции) с использованием местных возобновляемых энергоресурсов (ветра, природного холода) позволяет снизить единовременные и эксплуатационные расходы, сократить сроки строительства.

Районы потенциально возможного размещения АС и ОСН в пределах зон распространения вечномерзлых и сильно промерзающих грунтов не относятся к районам с опасной сейсмической активностью. Благодаря этому снижается вероятность опасных землетрясений и, соответственно, опасных сейсмических воздействий на эти объекты. Заглубление станции в грунтовой полости (котловане) и устройство над ней общей металлоледяной оболочки-укрытия повышает защиту АС от внешней террористической и иной угрозы, а окружающей местности, атмосферы и поселений - от радиоактивного заражения в результате возможных аварийных ситуаций на станции, разрушения реакторных блоков и выхода радиации в пространство под оболочкой.

Изобретение относится к строительству, в частности к способам возведения и укрытия атомных станций, и может найти применение в условиях холодного климата. Технический результат заключается в повышении защитных свойств укрываемых объектов и персонала от внешних угроз, снижении трудозатрат на строительство. Станция размещается в предварительно подготовленной и укрытой сверху грунтовой полости (выемке) искусственного или природного происхождения, в зоне распространения вечномерзлых или сильно промерзающих грунтов. Над площадкой предстоящего размещения объектов АС предварительно сооружается единое опалубочное покрытие - оболочка полусферической или полуцилиндрической формы из металлического профилированного листа по каркасу с опиранием его на дно котлована. Между откосами котлована и опалубочным покрытием слоями намораживается лед. 4 ил.

Способ строительства атомных станций и объектов специального назначения, включающий возведение общего укрытия, зданий, сооружений и инженерных коммуникаций, отличающийся тем, что атомные станции (в том числе, атомные электростанции или иные объекты специального назначения) размещают в зоне распространения вечномерзлых и сильно промерзающих грунтов на дне подготовленной естественной или искусственной грунтовой полости (выемки, разреза, карьера, котлована), над местом предстоящего строительства атомной станции (или иного объекта специального назначения) возводят общее опалубочное покрытие полусферической или полуцилиндрической формы из металлического профилированного листа по каркасу с устройством в нем конструктивных, технологических и эвакуационных проемов, опирающееся через фундамент на мерзлое грунтовое основание дна котлована, пространство между откосами котлована и опалубочным покрытием заполняют послойно намораживаемым льдом и создают самонесущую металлоледяную оболочку - общее укрытие объектов атомной станции (или иного объекта специального назначения), по верху на площадках вокруг котлована размещают ветрозахватные электростанции башенного типа, аккумуляторы атмосферного холода, соединенные с системой воздушного охлаждения, и резервуары с водой, а при строительстве и эксплуатации атомной станции (или иного объекта специального назначения) температуру воздуха под металлоледяным укрытием круглый год искусственно поддерживают в пределах минус 4-5°С.