Использование атомной энергетики для решения проблем дефицита пресной воды (стр. 2 )

Во-первых: Ядерное топливо является экологически наиболее чистой формой энергии и, по мнению экспертов МАГАТЭ, использование ядерной энергии для крупных опреснительных установок наиболее целесообразно и имеет ряд экономических преимуществ.

Во – вторых: По этой причине МАГАТЭ в настоящее время уделяет серьезное внимание развитию опреснительной техники и применению ядерной энергии для удешевления производства пресной воды из морской. Целесообразность использования ядерной энергии для опреснения признают и ведущие нефтедобывающие страны из Арабского мира, где "стоимость галлона бензина дешевле галлона пресной воды".

На наш взгляд,  перспективными в этой отрасли являются объекты малой атомной энергетики.

В последние годы предлагаются проекты плавающих опреснительных установок. Это либо буксируемые баржи, либо самоходное судно. Появляются предложения по созданию атомных плавающих водоопреснительных станций - АПВС-40 разработки бывшего СССР и двухцелевых опреснительных плавающих платформ с модульными высокотемпературными реакторами совместной разработки ФРГ-США.

Что касается наших плавучих энергоблоков, то они вполне могут быть использованы в качестве источников энергии для водоопреснительных станций. Такие проработки нами уже делались, и они показали возможность создания атомных опреснительных станций, вполне конкурентоспособных по стоимости и качеству получаемой пресной воды.

Мы считаем, что плавучий атомный энергоопреснительный комплекс является мобильным и может обеспечивать несколько населенных пунктов на побережье,  курсируя по графику от одного пункта к другому, обеспечивая население необходимой водой. У такого типа комплексов много преимуществ.

2.2. Плавучие энергетические блоки

       Плавучие энергетические блоки на базе судовых  реакторных установок

При производительности до 100 000 м3/сутки опресненной воды обеспечивается возможность покрытия спроса по мощности единичного ПАЭОК в секторе > 70 % рынка.

Подобная производительность обеспечивается при тепловой мощности ядерного реактора от 40 до 200 МВт.

В целях проведения мониторинга Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) и Детский фонд ООН (ЮНИСЕФ) в Докладе об оценке водоснабжения и канализации в мире за 2000 г. / устанавливают норматив, определяющий приемлемый доступ к воде, — на уровне, как минимум 20 литров воды на человека в день из улучшенного источника, расположенного в пределах 1 километра от жилища пользователя.

Таким образом, по этим данным производительность в 100 000 м3/сутки может обеспечить пресной водой 5 000 000 человек.

Преимущество плавучего исполнения

Создание ПАЭОК основывается на следующих основных положениях:

топливоснабжение районов с децентрализованным энергоснабжением и дефицитом пресной воды (неважно, идет речь о районах Крайнего Севера РФ или о пустынных районах Африки) является одной из самых сложных проблем. Топливные ресурсы на территории такого региона, как правило, отсутствуют и необходим их завоз из отдаленных районов, что иногда является неразрешимой и экономически невыгодной задачей. Использование атомной энергии в такой ситуации является, по сути, единственным выходом; строительство наземных объектов с источниками атомной энергии также является сложной задачей, так как доставка в малодоступную область большого количества строительных материалов и организация строительства с достаточно высоким качеством, свойственным для атомной энергетики, нереальна. Например, доставка атомного топлива для Билибинской АТЭЦ в виде тепловыделяющих сборок, загруженных в специальные транспортные контейнеры, производится перевозкой специальными авиарейсами в аэропорт Кепервеем, откуда автотранспортом доставляется на АТЭЦ. В данном случае выходом является использование атомной энергии на плавучем сооружении; плавучий атомный энергоопреснительный комплекс в основной своей части является плавучим сооружением, которое изготавливается на судостроительном предприятии в промышленно развитой зоне и транспортируется на место базирования в полностью готовом виде; использование плавучего атомного энергоопреснительного комплекса дает возможность привлечь к его созданию в рамках конверсии развитую инфраструктуру атомного судостроения России, а к эксплуатации - специализированные предприятия судоремонта и суда атомно-технологического обслуживания.

Основными преимуществами ПАЭОК на базе плавучего энергетического блока по сравнению с наземным вариантом строительства станции такой же мощности являются:

сокращение сроков инвестиционного цикла и стоимости строительства по сравнению с наземным вариантом сооружения станции такой же мощности за счет минимальных объёмов строительно-монтажных работ; высокое качество изготовления плавучего энергоблока в условиях судостроительного завода и сдача его "под ключ"; возможность размещения станции в непосредственной близости от потребителя энергии; вахтовый метод эксплуатации; простота снятия с эксплуатации – после вывода из эксплуатации плавучий энергоблок буксируется на специализированное предприятие для утилизации.

2.3        Варианты  плавучего энергоблока и опреснительных установок

В настоящей работе рассматривались варианты ПАЭОК двухцелевого назначения - одновременное получение электроэнергии и пресной воды (дистиллята).

Схемы сопряжения ПЭБ и опреснительных установок в максимальной степени удовлетворяют следующим требованиям:

исключение попадания радионуклидов из РУ в опресненную воду; хорошая управляемость комплекса; минимальная стоимость энергоопреснительного комплекса.

Представлены следующие схемы сопряжения ПЭБ с опреснительными установками:

с дистилляционными опреснительными установками посредством промежуточного контура; с обратноосмотическими опреснительными установками – посредством электрической связи без подогрева опресняемой морской воды в конденсаторе ПТУ.

Энергоопреснительные комплексы, работающие при отборе от конденсационных турбин 50 Гкал/час.

Энергоопреснительный комплекс включает в себя РУ, конденсационную турбину, конденсатор, подогреватель промконтура и дистилляционную опреснительную установку (Рис.5. Приложение). 

Достоинствами варианта являются:

использование унифицированного ПЭБ ПАТЭС "Певек" с высоко эффективной турбиной, работающей как в конденсационном, так и теплофикационном режимах (с отбором до 50 Гкал/ч), для энергоопреснительного комплекса; возможность получения опресненной воды высокого качества (с остаточным солесодержанием около 25 ррm (мг/л); возможность размещения энергоопреснительного комплекса на одной барже.

Вместе с тем, данную схему сопряжения невозможно использовать в одноцелевой опреснительной станции с дистилляционными установками из-за ограниченного отбора пара от турбины. Атомный плавучий энергоопреснительный комплекс с использованием обратноосмотических опреснителей выглядит привлекательным и гибким решением, позволяющим достичь оптимального соотношения по выработке, как пресной воды, так и электроэнергии с целью удовлетворения конкретных потребностей пользователя. Соотношение может меняться от максимального получения пресной воды до максимальной величины производства электроэнергии. В состав ядерного энергоопреснительного комплекса двухцелевого назначения входят два плавучих сооружения: плавучая атомная электростанция и судно для производства пресной воды из морской методом обратного осмоса Рис 6. (Приложение).

Вырабатываемая ПАЭС электроэнергия частично передается на судно, производящее пресную воду, а ее избыток направляется для снабжения береговых потребителей.  Данная схема сопряжения РУ и RO установок способна производить до 120 тыс. т/сутки опресненной воды и до 41,57 МВт электроэнергии одновременно, либо до 65,29 МВт электроэнергии при неработающей опреснительной установке.  Данная схема сопряжения РУ и RO установок способна производить до 120 тыс. т/сутки опресненной воды и до 41,57 МВт электроэнергии одновременно, либо до 65,29 МВт электроэнергии при неработающей опреснительной установке. Достоинством варианта является исключение радиоактивного загрязнения опресненной воды.

Плавучие атомные энергоопреснительные комплексы

ПАЭОК на базе двухреакторного ПЭБ и дистилляционной опреснительной установкой. Возможный генеральный план этого варианта ПАЭОК представлен на рисунке 7 (Приложение). Отличительной особенностью является использование тепла отборов турбины не на теплофикацию, а на дистилляционную опреснительную установку, которая расположена непосредственно на двух ПОБ. ПАЭОК на базе однореакторного ПЭБ и дистилляционной опреснительной установкойтВозможный генеральный план этого варианта ПАЭОК представлен на рис. 8 (Приложение). ПАЭОК на базе двухреакторного ПЭБ и обратноосмотической опреснительной установкой без подогрева опресняемой морской воды.

Возможный генеральный план данного варианта ПАЭОК представлен на рис. 9 (Приложение). Варианты установок обратного осмоса без подогрева опресняемой морской воды имеет следующие основные преимущества:

обеспечивается практически полная безопасность опресненной воды, т. к. между установками существует лишь электрическая связь; соединение ПЭБ с опреснительной установкой только по электричеству упрощает прохождение переходных режимов работы РУ при отключении опреснительной установки; минимальная, по сравнению с другими технологиями, стоимость опресненной воды; возможность получения оптимального соотношения пресной воды и электроэнергии с целью максимального удовлетворения требований Заказчика.

Подогрев опресняемой морской воды теплоносителем второго контура позволяет повысить эффективность их работы, но предусматривает гидравлическую связь контуров, повышающую вероятность радиоактивного загрязнения опресняемой воды

Хочется отметить, ПАЭОК на базе плавучего энергетического блока по сравнению с наземным вариантом строительства станции такой же мощности очевидны:

сокращение сроков стоимости строительства по сравнению с наземным вариантом сооружения ПАЭОК такой же мощности за счет минимальных объёмов строительно-монтажных работ; высокое качество изготовления плавучего энергоблока в условиях судостроительного завода и сдача его "под ключ"; возможность размещения станции в непосредственной близости от потребителя энергии и пресной воды; вахтовый метод эксплуатации.

Опыт использования опреснительных установок в  России и регионах мира рассказан в приложении 11.