Дилемма: градирни «мокрые» или «сухие»
Дата: 07/06/2012
Тема: Экология


 Г.И.Полтараков, вед.эксперт, ветеран атомной энергетики и промышленности, ст. преподаватель Института ядерной энергетики  СПбГПУ (филиал в г. Сосновый Бор)

В Сосновом Бору продолжается строительство ЛАЭС-2, но споры вокруг её проекта не утихают. Еще в ходе публичных слушаний, и не раз позднее высказывались опасения относительно возможного негативного воздействия испарительных «влажных» градирен на экологическую обстановку в промышленной зоне, городской черте и окружающих садоводствах.


Известно, что альтернативой «влажным» могут стать «сухие» градирни, практически не оказывающие вредного воздействия на окружающую среду. Но проблема заключается в их значительно более высокой стоимости. Почему же проектировщики отказались от привычной прямоточной схемы съёма тепла из конденсаторов турбин путем прокачки через них морской воды со сбросом нагретой воды обратно в Финский залив? Проблема в том, что сброс в залив примерно двух третей тепла (определяется коэффициентом полезного действия термодинамического цикла), существенно ухудшает экологическое равновесие прилегающей акватории. Образующаяся в зимнее время полынья площадью несколько квадратных километров не замерзает даже в самые сильные морозы, влияя на микроклимат окружающей местности.

Необходимость строительства испарительных градирен авторы проекта обосновывают тем, что с 1 января 2007 г. в Российской Федерации введена новая редакция Водного кодекса РФ, принятого Государственной  Думой 03.06.2006 г. № 74-ФЗ, статья 60 которого запрещает проектирование прямоточных систем технического водоснабжения. Введение запрета на прямоточные системы (ПС) технического водоснабжения нанесло чувствительный  удар и по экологии, и по энергетике. Замена ПС на берегу морей и океанов градирнями снижает КПД АЭС и их конкурентоспособность. Ряд общественных деятелей с участием специалистов и экологов обратились в Государственную Думу с предложением отменить запрет на прямоточные системы технического водоснабжения.

Фактором, способствующим появлению Водного Кодекса РФ, по-видимому, стал Закон США «О Чистой Воде» (U.S. Clean Water Act; Selections 316(a) and 316(b)), принятый в 1972 г. Этот закон требует, чтобы размещение, проектирование, строительство и мощность охлаждения водозаборных сооружений отражала передовые технологии, приемлемые для сведения к минимуму неблагоприятного воздействия окружающей среды. В связи с этим требованием в США последние десятилетия происходит отказ от прямотока: из 103 блоков АЭС на прямотоке осталось только 59. На остальных блоках соотношение следующее: влажные градирни на естественной тяге - на 20 блоках, вентиляторные – на 15, системы охлаждения с прудами и каналами – 9 (John S. Maulbetsch, Advanced Cooling Technologies). Складывается мировая тенденция к сокращению тепловых сбросов в открытые водоёмы, особенно с учётом проблемы глобального потепления. В связи с этим вероятность корректировки Водного Кодекса РФ с отменой запрета на прямоток представляется весьма маловероятной. Отказ от прямотока создаёт проблему выбора типа градирни.

Градирни

Необходимость сброса тепла от конденсаторов турбин электростанций диктуется законами термодинамики. Коэффициент полезного действия  цикла Ренкина, используемого на АЭС, зависит от величин начальных и конечных параметров (давления и температуры) пара. На АЭС-2006 только одна треть тепла, вырабатываемого реактором, используется для выработки электричества. Оставшиеся две трети передаются внешнему поглотителю. Ранее эту функцию выполнял Финский залив. Для отвода тепла в атмосферу могут использоваться испарительные («влажные», «мокрые»)  или «сухие» градирни. Для ЛАЭС-2 были выбраны испарительные градирни с естественной тягой.

Испарительные градирни

Процесс охлаждения воды в испарительных градирнях происходит за счет частичного испарения воды (выпара) и теплообмена с встречным потоком воздуха. Часть испаряемой воды в виде капель захватывается потоком пара и воздуха и выпадает вблизи градирни в виде осадков (капельного уноса). Потеря воды восполняется за счет подпитки обычно пресной речной или озёрной водой. Всего в Сосновом Бору планируется возвести 5 градирен: две высотой 150 метров на первом блоке и четыре высотой по 167 метров на 2-4 блоках. Суммарный выброс пара для 4-х блоков (говорится и о 6 блоках!) равен 163680  т/сутки, водяных капель, как минимум, 148,8 т/сутки, что превосходит возможности окрестных источников пресной воды. По этой причине авторами проекта было принято решение о подпитке контура оборотной воды градирни водой из Копорской губы Финского залива с предварительной фильтрацией механических примесей и водорослей. Данный вариант вызвал возражения общественности и предложения рассмотреть вариант с «сухими» градирнями.

«Сухая» градирня

«Сухая» градирня это поверхностный теплообменник вода-воздух, где вода движется в трубках, обдуваемых наружным воздухом. В «сухой» градирне отсутствует выброс воды, пара и содержащихся в них примесей, и вредное воздействие от них на окружающую среду практически исключается. Одним из вариантов «сухой» градирни является схема с установкой смешивающего конденсатора на выхлопе паровой турбины, так называемая система Геллера, успешный опыт эксплуатации которой превышает 50 лет. Испарительные градирни экономически более выгодны, но они оказывают вредное воздействие на окружающую среду. «Сухие» градирни экологически практически безвредны, но проигрывают испарительным градирням в стоимости строительства. 

Среднегодовое снижение электрической мощности на АЭС-2006 при применении «сухого» отвода «сбросного» тепла за счет ухудшения вакуума в конденсаторе может составить ~25-30 МВт (эл). Компенсацией роста удельных затрат при снижении мощности турбины ЛМЗ на 3000 об/мин. для проекта АЭС-2006 могут служить:

-        упрощение выбора площадки и снижение стоимости строительства АЭС из-за отсутствия привязки к источнику водоснабжения и исключения затрат на водозаборные сооружения и водоводы, включая стоимость отчуждаемых земель,

-        исключение проблем, связанных с обработкой продувочной воды из бассейна испарительной градирни и «засолением» почвы,

-        улучшение водно-химического режима в закрытом контуре «градирня – конденсатор»  и исключение загрязнения трубок конденсатора,

-        исключение потребности в подпиточной воде, объем которой для энергоблока АЭС-2006 составляет не менее 1,2-1,5 м3/с или 30-38 млн. м3/год,

-        сокращение капитальных затрат на турбоустановку: при «сухих» градирнях турбине достаточно трех цилиндров низкого давления, вместо четырех при испарительных градирнях,

-        укорочение турбины, обеспечивающей сокращение длины машзала на 1 пролет (12 м),

-        применение смешивающих конденсаторов, которые значительно дешевле поверхностных конденсаторов,

-        упрощение процесса технического обслуживания укороченной турбины по сравнению с полноразмерной.

Применение «сухих» градирен на АЭС-2006 при смешивающих конденсаторах приведет к удельному удорожанию системы охлаждения циркуляционной воды по сравнению с испарительными градирнями в ~ 2 раза (на ~ 1,5 млрд руб.) при сокращении капитальных затрат по машинному залу на 0.9-1,0 млрд. руб., то есть суммарное увеличение капзатраз по энергоблоку составит около 0.5 млрд руб. Естественно, решение о применении системы Геллера должно быть принято до закладки фундамента машзала и турбоустановки.

Следует отметить, что максимум энергопотребления на Северо-западе России приходится на зимнее время. Поэтому проигрыш в мощности АЭС в летнее время будет не столь ощутимым. А.С.Гаврилов, доктор физ-мат наук, профессор РГГМУ в интервью по поводу безопасности будущих градирен сказал следующее: «Зимой повышенные температуры приведут к образованию густых туманов, мороси, сильнейшего гололеда. По-настоящему сложной будет обстановка около самих градирен. Толстая корка льда будет образовываться повсюду — на трубопроводах, проводах, строениях. Но речь идет о зоне радиусом до 500 м от градирен, а при неблагоприятных погодных условиях — до полутора километров. В этом пятне не должно проходить линий электропередач, автомобильных и железных дорог, трубопроводов. Задача учета  распыления через градирни «химии» и органики, присутствующей в морской воде, не ставилась. Влияние Лужского порта (нефтяной терминал, перевалка радиоактивных отходов) не оценивалось».

Ветераны атомной энергетики, жители Соснового Бора  обратились с письмом к Генеральному директору ГК «Росатом» Кириенко С.В.  с просьбой оказать активное содействие решению этой серьезнейшей проблемы и не   допустить масштабного технического просчета создателей ЛАЭС-2, решивших использовать для охлаждения конденсаторов турбин новых энергоблоков башенные испарительные градирни.
       
В ходе общественных слушаний по проектам новых блоков, проведенных в Сосновом Бору, эксперты по экологии и горожане указывали на негативное воздействие «влажных» испарителей на природу и климат в обширной зоне действия ЛАЭС-2 в случае их возведения.    Но, к сожалению, подобные предостережения и предложения не были услышаны заказчиками и проектировщиками ЛАЭС-2. С подачи специалистов-экспертов от общественности руководством «Росатома» была поддержана инициатива по созданию рабочих групп – своеобразный механизм социального партнерства по разрешению проблемы безопасной работы градирен при эксплуатации блоков ЛАЭС-2.  На II Научно-практической конференции «Экологические аспекты воздействия проектных градирен энергоблоков №1,2 строящейся ЛАЭС-2 на окружающую среду» был заслушан ряд промежуточных отчетов о деятельности этих групп. Окончательное решение будет принято в конце 2012 - начале 2013 г. по завершению экспертной работы этих групп.

Сказав «а» - отказавшись от прямотока, надо сказать и «б»: начать строить «сухие» градирни.

Литература
1.    В.М.Кузнецов – д.т.н., ак. РАЭН, в.н.с. Института истории естествознания и техники им. С.И.Вавилова РАН. Сухие градирни против парникового эффекта, http://www.ng.ru/energy/2008-04-08/22_gradirni.html
2.   В. Болдырев, засл. энергетик России, к.т.н., "Сухие" градирни на тепловых и атомных электростанциях как средство снижения антропогенных выбросов, http://www.promved.ru/articles/article.phtml?id=1373&nomer=1
3.   В. Болдырев, нач. отд. координации НТД концерна «Росэнергоатом», Похоже, альтернатив для сухих градирен нет, Росэнергоатом. №6 июнь 2008. www.ROSENERGOATOM.RU
4.   John S. Maulbetsch. Advanced Cooling Technologies. Proceedings of ICAPP ’08. Anheim. CA USA, June 8-12, 2008. Paper 8340
5.   U.S. Clean Water Act; Sections 316(a) and 316(b). http://www.epa.gov/lawsregs/laws/cwa.html
6.   Comparison of Alternative Cooling Technologies for U.S. Power Plants, EPRI, Palo Alto, CA: 2004, 1005358
7.   В. П. Тишков, А. В. Степанов, В. М. Гаврилов. II.5. Радиационная обстановка в Северо-Западном регионе Советского Союза и восточной части Балтийского моря в результате аварии на ЧАЭС. http://www.khlopin.ru/proceedings/14-13.pdf
9.   Градирни «просчитали». Но не до конца? «Маяк» от 31.5.2007. http://www.mayak.sbor.net/node/2120
10.            Полтараков Г.И., Водянкин Р.А., Кузьмин А.В.Замыкание ядерного топливного цикла в преодолении мирового дефицита энергоресурсов. Части 1, 2. Современные оценки энергопотребления и энергоресурсов. Известия ТПУ. 2011. http://www.lib.tpu.ru/fulltext/v/Bulletin_TPU/2011/v319/i4/03.pdf







Это статья PRoAtom
http://www.proatom.ru

URL этой статьи:
http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=3823