Зеленая лужайка
Я решил написать общепонятный ликбез про плюсы и минусы ядерной энергетики и ее возможное будущее в мире, и как маленький кусочек паззла вспомнил часто возникающее утверждение "еще ни одна АЭС не была разобрана до состояния зеленой лужайки, т.е. целиком и полностью и никто не знает, как это сделать"
Так вот, это не так, и сегодня будут примеры именно по зеленым лужайкам.
Картинка по запросу "зеленая лужайка"
Прежде всего, нужно сказать, что в мире в статусе "окончательного останова" числится 171 энергетический реактор. Понятно, что реакторы это в основном 50х-70х годов, а значит среди них много уникальных или не традиционных (для сегодняшнего дня) конструкций.
Разборка таких энергоблоков упирается в следующие вопросы:
1. Чем более сложная конструкция реакторной установки (см. РБМК), тем меньше вероятность решить все дистанционно, роботами. А значит будет облучение персонала от активированных и контаминированных конструкций.
2. В некоторых случаях требуется процедура нейтрализации материалов и жидкостей реакторной установки (например - натрия из быстрых реакторов) и понимание, куда можно будет затем захоранивать эти материалы (например графит из множества графитовых реакторов)
3. В целом, необходимо наличие в стране объекта, где можно захоранивать средне и высокоактивные конструкции реактора - причем этот объект должен принимать совершенно разнородные материалы и формы (большие куски металла, бетона, бочки, контейнеры и т.п.). На деле, этот пункт самый ограничивающий - пункты захоронения созданы далеко не везде, а где они есть - не в состоянии принимать все подряд, и необходима сортировка по активности и типу радионуклидов, а так же кондиционирование, т.е. заливка цементом или смолой, прессовка или переупаковка - приведение к некоему стандартному виду, которое способно принимать хранилище.
Все эти вышеописанные проблемы со временем становятся проще, т.к. самые активные изотопы распадаются. С другой стороны, создание пунктов захоронения - долгий и довольно дорогостоящий процесс, поэтому он тоже неизбежно затягивается. Отсюда частым решением в политике ликвидации АЭС является приведение ее в пассивное и более-менее безопасное состояние и дальше длинное ожидание, когда активность в конструкциях снизиться достаточно. Неким консенсусом является 50 летний период.
Процесс спадения радиоактивности конструкции из нержавеющей стали, активированной нейтронным потоком. Цифры здесь показаны для радиотоксичности, т.е. они отличаются от контактной радиоактивности. Видно, что на рубеже 50-60 лет происходит резкий излом в скорости падения радиоактивности материала, и дальше ждать смысла нет.
Однако, не смотря на все очевидные плюсы стратегии "подождать, пока перестанет так печь", есть и минусы - объект надо эксплуатировать и охранять, и стоит это недешево. И здесь оказывается, что для реакторов типа PWR/BWR/ВВЭР все гораздо лучше. Конструкция этих реакторов обычно предусматривает расположение в шахте, которую можно залить водой, поэтому разделка проводится под водой, а вода, как известно хорошо экранирует от радиоактивного излучения и прозрачна, поэтому разрезать конструкцию дистанционно-управляемым оборудованием довольно удобно. В итоге подводная разделка остановленных PWR/BWR приобрела массовый характер, вот список проектов от Westinghouse, а вот фотографии оборудования, участвовашего в разборке американских энергоблоков АЭС ZIon.
Резка корпуса реактора испанской АЭС Jose Cabrera телеуправляемым оборудованием под водой
В итоге для остановленных BWR/PWR (коих почти 2/3 в списке из 171) основным ограничителем является захоронение радиоактивных отходов, остающихся от разделки и ОЯТ. С последним, скажем, в США вообще существует один-единственный вариант - площадка с сухим контейнерным хранением - либо на месте бывшей АЭС, либо некая централизованная для оператора нескольких АЭС.
Отсюда можно сделать некую градацию состояний остановленных АЭС:
1. Энергоблок окончательно остановлен, но в наличии ядерное топливо не в режиме длительного хранения. Примером является 1 блок ЛАЭС, остановленный меньше двух месяцев назад. Здесь еще 5 лет будут выгружать топливо (это связано с большим количеством ТВС в РБМК и сложностью процедуры выгрузки) и АЭС будет функционировать по тем же правилам, что и до остановки
2. Ядерное топливо выгружено, и может быть даже отправлено на сухое хранение или в процессе, начата разборка вспомогательных объектов, но реакторная установка не затронута. Например, в таком состоянии находится Игналинская АЭС. Больше всего в этом состоянии зависших объектов с графитовой кладкой, например 8 французских CGR или десяток английских графитово-газовых Magnox. Для них откладывание разборки реакторной установки может затянуться примерно на 60-70 лет.
3. Дальше, как промежуточное решение, блок может быть освобожден от всего нерадиоактивного и слаборадиоактивного и оставлен сам корпус реактора с внутрикорпусными элементами под контейнментом на длительном хранении. Например, в таком состоянии находятся все бывшие (страна отказалась от использования атомной энергии по референдуму 1986 года) итальянские АЭС - Caorosa, Enrico Fermi, Garigliano и Latina.
4. Реактор может быть разобран, но хранение его радиоактивных частей осуществляется на площадке АЭС, обычно внутри контейнмента. Т.е. от АЭС, в принципе, осталась пустая оболочка, но с РАО. В таком состоянии, например, находится блок 1 АЭС San Onofre в США. Как вариант, захоронение может быть организовано прямо на месте бывшего реактора - примером служит реактор наработчик оружейного плутония ЭИ-2 (СХК) или АЭС Piqua в США (весьма оригинальный реактор которой охлаждался органическим теплоносителем - эксперимент был признан неудачным и реактор проработал всего 2 года).
5. Наконец последний вариант - разбор всех конструкций АЭС с оставлением небольшой площадки с контейнерами ОЯТ или даже без них - зеленая лужайка. Я насчитал 8 таких лужаек, из них 6 в США и 2 в Германии.
Небольшое количество позволяет перечислить их поименно. Для поиска я использовал простой подход - смотрел спутниковый снимок по координатам закрытых АЭС.
Big Rock Point Один из первых BWR в мире, мощностью всего 71 мегаватт электрический. Отработал лицензию 35 лет 27 сентября 1962 - 29 августа 1997 года. Разборка площадки закончена в 2003 году, реактор вывезен за долговременное хранение одним куском.
Площадка во время работы АЭС
Лужайка
Fort St. Vrain. 31 января 1974 года - 29 августа 1989 года. Один из немногих работавших в мире газоохлаждаемых реакторов с TRISO топливом. Остановлен из-за конструктивных проблем с коррозией. Сложно назвать результат разборки "зеленой лужайкой", здание и инфраструктура АЭС было использовано для создания ПГУ-электростанции. Но тем не менее площадка была полностью избавлена от радиоактивных элементов и отходов.
Проектное изображение АЭС FSV. Родовой признак графитовых реакторов - весьма приличные размеры собственно реактора.
Корпус реактора
Единственное изображение еще атомной станции, которое я нашел.
Fort St. Vrain сегодня. Здание реактора используется для размещения утилизационного котла, где сбросное тепло от газовых турбин производит пар для оригинальной паровой турбины. Кажется такое превращение называется brownfield - коричневая площадка.
Haddam Neck. PWR мощностью 603 мегаватта отработала 30 летнюю лицензию. 24 июля 1967 года - 05 декабря 1996 года. Площадка полностью высвобождена в 2006 году
АЭС на старте карьеры
Лужайка
Maine Yankee, PWR мощностью 900 мегаватт, 23 октября 1972 - 01 августа 1997 года. Закрыта из-за протестов общественности и найденных проблем с безопасностью. Корпус реактора вывезен на длительное хранение в Barnwell disposal site.
АЭС во времена молодости и протестов.
Площадка сегодня. Можно заметить сухое контейнерное хранилище ОЯТ чуть правее и выше.
Trojan 15 декабря 1975 - 09 ноября 1992 года. PWR мощностью аж 1095 мегаватт, закрыт из-за проблем с парогенераторами и протестов публики. Оставшаяся площадка не совсем зеленая - есть хранилище ОЯТ, некоторые здания были оставлены, но реакторная установка демонтирована и основные технологические сооружения снесены до основания.
АЭС в 80х
И сегодня. Странно, что осталась часть высоковольтной ОРУ.
Yankee NPS. Еще одна "Янки", PWR мощностью всего 180 мегаватт, одна из первых АЭС США 19 августа 1960 года - 01 октября 1991 года. Закрыта по экономическим причинам.
АЭС в лучшие года
"АЭС" сегодня
Сухое контейнерное хранилище ОЯТ, оставшееся от АЭС. Здесь хорошо можно оценить экономику этих хранилищ - несложная асфальто-бетонная площадка, будка на пару человек (т.е. 10-15 человек постоянного персонала). Самое дорогое здесь - 100 тонные контейнеры, каждый по ~1 млн долларов.
Германия
Vak Kahl 13 ноября 1960 года - 25 ноября 1985 года. Опытный BWR мощностью всего 15 мегаватт электрических. По сути этот демонтаж надо относить к опытным реакторам, а не к энергетическим, но тем не менее.
АЭС
Результат
АЭС Niederaichbach 12 декабря 1972 - 31 июля 1974 года. 100-мегаваттный блок с канальным реактором с тяжеловодным замедлителем (близкий родственник CANDU), закрытый из-за отказавшего парогенератора. Этот блок был одним из первых (если не вообще первый) в мире разобранных до зеленой лужайки (в середине 80х годов).
До и после.
Такой вот обзор лужаек. На самом деле, я уверен, что есть еще проекты, которые закончились лужайками - просто в Европе и тем более в Азии эта информация систематизирована плохо, а просматривать глазами сотни энергетических и экспериментальных объектов силенок маловато. Но как минимум можно констатировать, что "зеленая лужайка" и полное высвобождение от лицензирования площадки - возможный итог, и более того, не требующее экстраординарных денег и усилий мероприятие (вот обзор по стоимости вывода из эксплуатации и высвобождения - в среднем оно обходится в 0,4-0,8 доллара за ватт).
Так вот, это не так, и сегодня будут примеры именно по зеленым лужайкам.
Картинка по запросу "зеленая лужайка"
Прежде всего, нужно сказать, что в мире в статусе "окончательного останова" числится 171 энергетический реактор. Понятно, что реакторы это в основном 50х-70х годов, а значит среди них много уникальных или не традиционных (для сегодняшнего дня) конструкций.
Разборка таких энергоблоков упирается в следующие вопросы:
1. Чем более сложная конструкция реакторной установки (см. РБМК), тем меньше вероятность решить все дистанционно, роботами. А значит будет облучение персонала от активированных и контаминированных конструкций.
2. В некоторых случаях требуется процедура нейтрализации материалов и жидкостей реакторной установки (например - натрия из быстрых реакторов) и понимание, куда можно будет затем захоранивать эти материалы (например графит из множества графитовых реакторов)
3. В целом, необходимо наличие в стране объекта, где можно захоранивать средне и высокоактивные конструкции реактора - причем этот объект должен принимать совершенно разнородные материалы и формы (большие куски металла, бетона, бочки, контейнеры и т.п.). На деле, этот пункт самый ограничивающий - пункты захоронения созданы далеко не везде, а где они есть - не в состоянии принимать все подряд, и необходима сортировка по активности и типу радионуклидов, а так же кондиционирование, т.е. заливка цементом или смолой, прессовка или переупаковка - приведение к некоему стандартному виду, которое способно принимать хранилище.
Все эти вышеописанные проблемы со временем становятся проще, т.к. самые активные изотопы распадаются. С другой стороны, создание пунктов захоронения - долгий и довольно дорогостоящий процесс, поэтому он тоже неизбежно затягивается. Отсюда частым решением в политике ликвидации АЭС является приведение ее в пассивное и более-менее безопасное состояние и дальше длинное ожидание, когда активность в конструкциях снизиться достаточно. Неким консенсусом является 50 летний период.
Процесс спадения радиоактивности конструкции из нержавеющей стали, активированной нейтронным потоком. Цифры здесь показаны для радиотоксичности, т.е. они отличаются от контактной радиоактивности. Видно, что на рубеже 50-60 лет происходит резкий излом в скорости падения радиоактивности материала, и дальше ждать смысла нет.
Однако, не смотря на все очевидные плюсы стратегии "подождать, пока перестанет так печь", есть и минусы - объект надо эксплуатировать и охранять, и стоит это недешево. И здесь оказывается, что для реакторов типа PWR/BWR/ВВЭР все гораздо лучше. Конструкция этих реакторов обычно предусматривает расположение в шахте, которую можно залить водой, поэтому разделка проводится под водой, а вода, как известно хорошо экранирует от радиоактивного излучения и прозрачна, поэтому разрезать конструкцию дистанционно-управляемым оборудованием довольно удобно. В итоге подводная разделка остановленных PWR/BWR приобрела массовый характер, вот список проектов от Westinghouse, а вот фотографии оборудования, участвовашего в разборке американских энергоблоков АЭС ZIon.
Резка корпуса реактора испанской АЭС Jose Cabrera телеуправляемым оборудованием под водой
В итоге для остановленных BWR/PWR (коих почти 2/3 в списке из 171) основным ограничителем является захоронение радиоактивных отходов, остающихся от разделки и ОЯТ. С последним, скажем, в США вообще существует один-единственный вариант - площадка с сухим контейнерным хранением - либо на месте бывшей АЭС, либо некая централизованная для оператора нескольких АЭС.
Отсюда можно сделать некую градацию состояний остановленных АЭС:
1. Энергоблок окончательно остановлен, но в наличии ядерное топливо не в режиме длительного хранения. Примером является 1 блок ЛАЭС, остановленный меньше двух месяцев назад. Здесь еще 5 лет будут выгружать топливо (это связано с большим количеством ТВС в РБМК и сложностью процедуры выгрузки) и АЭС будет функционировать по тем же правилам, что и до остановки
2. Ядерное топливо выгружено, и может быть даже отправлено на сухое хранение или в процессе, начата разборка вспомогательных объектов, но реакторная установка не затронута. Например, в таком состоянии находится Игналинская АЭС. Больше всего в этом состоянии зависших объектов с графитовой кладкой, например 8 французских CGR или десяток английских графитово-газовых Magnox. Для них откладывание разборки реакторной установки может затянуться примерно на 60-70 лет.
3. Дальше, как промежуточное решение, блок может быть освобожден от всего нерадиоактивного и слаборадиоактивного и оставлен сам корпус реактора с внутрикорпусными элементами под контейнментом на длительном хранении. Например, в таком состоянии находятся все бывшие (страна отказалась от использования атомной энергии по референдуму 1986 года) итальянские АЭС - Caorosa, Enrico Fermi, Garigliano и Latina.
4. Реактор может быть разобран, но хранение его радиоактивных частей осуществляется на площадке АЭС, обычно внутри контейнмента. Т.е. от АЭС, в принципе, осталась пустая оболочка, но с РАО. В таком состоянии, например, находится блок 1 АЭС San Onofre в США. Как вариант, захоронение может быть организовано прямо на месте бывшего реактора - примером служит реактор наработчик оружейного плутония ЭИ-2 (СХК) или АЭС Piqua в США (весьма оригинальный реактор которой охлаждался органическим теплоносителем - эксперимент был признан неудачным и реактор проработал всего 2 года).
5. Наконец последний вариант - разбор всех конструкций АЭС с оставлением небольшой площадки с контейнерами ОЯТ или даже без них - зеленая лужайка. Я насчитал 8 таких лужаек, из них 6 в США и 2 в Германии.
Небольшое количество позволяет перечислить их поименно. Для поиска я использовал простой подход - смотрел спутниковый снимок по координатам закрытых АЭС.
Big Rock Point Один из первых BWR в мире, мощностью всего 71 мегаватт электрический. Отработал лицензию 35 лет 27 сентября 1962 - 29 августа 1997 года. Разборка площадки закончена в 2003 году, реактор вывезен за долговременное хранение одним куском.
Площадка во время работы АЭС
Лужайка
Fort St. Vrain. 31 января 1974 года - 29 августа 1989 года. Один из немногих работавших в мире газоохлаждаемых реакторов с TRISO топливом. Остановлен из-за конструктивных проблем с коррозией. Сложно назвать результат разборки "зеленой лужайкой", здание и инфраструктура АЭС было использовано для создания ПГУ-электростанции. Но тем не менее площадка была полностью избавлена от радиоактивных элементов и отходов.
Проектное изображение АЭС FSV. Родовой признак графитовых реакторов - весьма приличные размеры собственно реактора.
Корпус реактора
Единственное изображение еще атомной станции, которое я нашел.
Fort St. Vrain сегодня. Здание реактора используется для размещения утилизационного котла, где сбросное тепло от газовых турбин производит пар для оригинальной паровой турбины. Кажется такое превращение называется brownfield - коричневая площадка.
Haddam Neck. PWR мощностью 603 мегаватта отработала 30 летнюю лицензию. 24 июля 1967 года - 05 декабря 1996 года. Площадка полностью высвобождена в 2006 году
АЭС на старте карьеры
Лужайка
Maine Yankee, PWR мощностью 900 мегаватт, 23 октября 1972 - 01 августа 1997 года. Закрыта из-за протестов общественности и найденных проблем с безопасностью. Корпус реактора вывезен на длительное хранение в Barnwell disposal site.
АЭС во времена молодости и протестов.
Площадка сегодня. Можно заметить сухое контейнерное хранилище ОЯТ чуть правее и выше.
Trojan 15 декабря 1975 - 09 ноября 1992 года. PWR мощностью аж 1095 мегаватт, закрыт из-за проблем с парогенераторами и протестов публики. Оставшаяся площадка не совсем зеленая - есть хранилище ОЯТ, некоторые здания были оставлены, но реакторная установка демонтирована и основные технологические сооружения снесены до основания.
АЭС в 80х
И сегодня. Странно, что осталась часть высоковольтной ОРУ.
Yankee NPS. Еще одна "Янки", PWR мощностью всего 180 мегаватт, одна из первых АЭС США 19 августа 1960 года - 01 октября 1991 года. Закрыта по экономическим причинам.
АЭС в лучшие года
"АЭС" сегодня
Сухое контейнерное хранилище ОЯТ, оставшееся от АЭС. Здесь хорошо можно оценить экономику этих хранилищ - несложная асфальто-бетонная площадка, будка на пару человек (т.е. 10-15 человек постоянного персонала). Самое дорогое здесь - 100 тонные контейнеры, каждый по ~1 млн долларов.
Германия
Vak Kahl 13 ноября 1960 года - 25 ноября 1985 года. Опытный BWR мощностью всего 15 мегаватт электрических. По сути этот демонтаж надо относить к опытным реакторам, а не к энергетическим, но тем не менее.
АЭС
Результат
АЭС Niederaichbach 12 декабря 1972 - 31 июля 1974 года. 100-мегаваттный блок с канальным реактором с тяжеловодным замедлителем (близкий родственник CANDU), закрытый из-за отказавшего парогенератора. Этот блок был одним из первых (если не вообще первый) в мире разобранных до зеленой лужайки (в середине 80х годов).
До и после.
Такой вот обзор лужаек. На самом деле, я уверен, что есть еще проекты, которые закончились лужайками - просто в Европе и тем более в Азии эта информация систематизирована плохо, а просматривать глазами сотни энергетических и экспериментальных объектов силенок маловато. Но как минимум можно констатировать, что "зеленая лужайка" и полное высвобождение от лицензирования площадки - возможный итог, и более того, не требующее экстраординарных денег и усилий мероприятие (вот обзор по стоимости вывода из эксплуатации и высвобождения - в среднем оно обходится в 0,4-0,8 доллара за ватт).