RU2813400C1

RU2813400C1 - Многокомпонентная энергетическая установка (варианты)

Info

Publication number: RU2813400C1
Application number: RU2023115311A
Authority: RU
Inventors: Денис Олегович Веселов
Original assignee: Денис Олегович Веселов
Filing date: 2023-06-12
Publication date: 2024-02-12

Abstract

Группа изобретений относится к ядерной и возобновляемой энергетике. Многокомпонентная энергетическая установка включает ветроэнергетическую установку и атомную станцию. Ветроэнергетическая установка включает ветровую турбину, машинное отделение, полую трубчатую башню, основание башни. Атомная станция включает реакторную установку с ядерным реактором и герметичное ограждение реакторной установки. Реакторная установка размещена во внутренней полости башни ветроэнергетической установки. Функцию герметичного ограждения реакторной установки по защите персонала и населения от ионизирующих излучений выполняет радиационная защита, выполненная в виде кольцевой конструкции, охватывающей ядерный реактор снаружи напротив активной зоны, содержащая вещества, хорошо замедляющие и поглощающие нейтроны, а также вещества, хорошо поглощающие гамма-излучение. Функцию герметичного ограждения по предотвращению распространения выделяющихся радиоактивных веществ за границы герметичного ограждения, а также функцию герметичного ограждения по защите реакторной установки от внешних экстремальных природных и техногенных воздействий выполняют стенки башни ветроэнергетической установки совместно с дополнительными перегородками в количестве, необходимом и достаточном для обеспечения герметичности полости внутри указанной башни, в которой расположена реакторная установка, совместно с герметичным шлюзом и герметичными проходками в стенках указанной башни. Во втором варианте ядерный реактор размещен во внутренней полости плавучего или наземного основания ветроэнергетической установки. Технический результат заключается в исключении необходимости возведения (изготовления) отдельного сооружения, основным назначением которого будет выполнение функции герметичного ограждения по предотвращению распространения выделяющихся радиоактивных веществ за границы ГО, а также функции ГО по защите реакторной установки от внешних экстремальных природных и техногенных воздействий. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 15 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Энергетические установки, использующие для производства тепловой или электрической энергии источники энергии различного вида (невозобновляемые, возобновляемые, ядерные)

Уровень техники

Известна наземная АС с реакторной установкой EPR компании AREVA /Отчет о статусе 78 – Эволюционный энергетический реактор (EPR). [онлайн] Международное агентство по атомной энергии 2011 [найден 2023-01-06] Найдено в < IAEA's Advanced Reactors Information System (ARIS), https://aris.iaea.org/PDF/EPR.pdf>, лист 35, раздел 9.2/. В состав АС входят реакторная установка с ядерным реактором, герметичное ограждение ядерного реактора, хранилища свежего и отработавшего ядерного топлива, сооружения, в которых размещены оборудование систем безопасности и систем нормальной эксплуатации, турбогенераторная установка и прочие сооружения и системы. Ядерный реактор и технологические системы, подключенные к реактору и содержащие радиоактивные вещества, расположены внутри герметичного ограждения. В описании представлено двойное железобетонное герметичное ограждение (контайнмент - лист 35); внутренняя оболочка является герметичной и удерживает радиоактивные вещества, которые могут выйти из реактора, а наружная защитная оболочка защищает реактор и внутреннюю герметичную оболочку от природных катаклизмов (ураганный ветер и предметы, летящие с ветром, торнадо, затопление и др.) и поражающих факторов техногенных аварий (падение летательных аппаратов, ударная волна взрывов и т.п.). Наружная защитная оболочка не является герметичной, однако контур наружной защитной оболочки является замкнутым. Включение герметичного ограждения в состав систем безопасности АС приводит к увеличению капитальных затрат на сооружение АС.

Известна наземная АС с реакторной установкой АР1000 /Отчет о статусе 81 – Усовершенствованный пассивный реактор с водой под давлением (AP 1000) [онлайн] Международное агентство по атомной энергии 2011 [найден 2023-01-06] Найдено в < IAEA's Advanced Reactors Information System (ARIS), https://aris.iaea.org/PDF/AP1000.pdf>, лист 13, раздел 3.2.4/. В проекте реализовано двойное герметичное ограждение (контайнмент), причем внутренняя герметичная оболочка выполнена из металла, наружная защитная оболочка изготовлена из железобетона.

Известна наземная АС с реакторной установкой APR1400 /Отчет о статусе - APR1400 (KEPCO E&C/KHNP) [онлайн] Международное агентство по атомной энергии 2020 [найден 2023-01-06] Найдено в < IAEA's Advanced Reactors Information System (ARIS), https://aris.iaea.org/PDF/APR1400_2020May.pdf>, лист 8, раздел 1.3/. В описании (лист 8) представлено одинарное герметичное ограждение (контайнмент): цилиндрический сосуд с полусферическим куполом, изготовленный из железобетона, с герметизирующей металлической облицовкой внутренней поверхности. Одинарное герметичное ограждение выполнено герметичным и стойким против внешних природных и техногенных воздействий.

Известен ядерный реактор малой мощности NuScale с интегральной компоновкой и пассивной системой отвода тепла /NuScale энергетический модульный масштабируемый реактор [онлайн] Международное агентство по атомной энергии 2013 [найден 2023-01-06] Найдено в < IAEA's Advanced Reactors Information System (ARIS), https://aris.iaea.org/PDF/NuScale.pdf>/. Активная зона и основное оборудование 1-го контура указанного реактора (теплообменик для передачи тепла от теплоносителя 1-го контура рабочему телу 2-го контура, компенсатор объема теплоносителя 1-го контура и другие элементы) размещены внутри общего корпуса реактора. Реактор размещен в компактной металлической герметичной оболочке (контайнменте), которая окружена снаружи поглотителем тепла (например, водой). В случае аварии с выходом теплоносителя 1-го контура во внутреннее пространство герметичной оболочки металлическая стенка оболочки обеспечивает передачу тепла изнутри оболочки поглотителю, расположенному снаружи. Наружный диаметр корпуса реактора составляет 2830 мм. Наружный диаметр герметичной оболочки составляет 4600 мм.

Известна плавучая атомная тепловая и электрическая станция с реакторными установками КЛТ-40С / KLT-40S [онлайн] Международное агентство по атомной энергии [найден 2023-04-02] Найдено в <IAEA's Advanced Reactors Information System (ARIS), https://aris.iaea.org/PDF/KLT-40S.pdf>/. Станция выполнена в виде несамоходного судна. На судне размещены 2 реакторные установки и, соответственно, 2 ядерных реактора. Каждая реакторная установка помещена в индивидуальное герметичное ограждение (металлическую герметичную оболочку).

Известны ветроэнергетические установки, в состав которых входят ветровая турбина (с горизонтальной или вертикальной осью вращения), машинное отделение (коробчатая конструкция с силовым каркасом, внутри которой размещены опора ротора ветровой турбины, электрогенератор, необходимые системы управления, охлаждения, смазки и др.), основание и другие системы и элементы. Основание ВЭУ может размещаться на поверхности земли (или на поверхности дна водоема) с требуемым заглублением, либо быть плавучим (в виде одного поплавка или нескольких соединенных друг с другом поплавков). В случае, если ось вращения ветровой турбины близка к горизонтали, то в составе ВЭУ используется башня, наверху которой устанавливается машинное отделение. Наиболее распространено исполнение башни в виде полой трубчатой конструкции цилиндрической формы, либо формы усеченного конуса, либо телескопической. К примеру, известна ВЭУ Haliade-X компании GE Renewable Energy /GE Haliade-X 12 МВт Прибрежная ветровая турбина [онлайн] [найден 2023-01-06] Найдено в <интернет-сайт 4C Offshore, https://www.4coffshore.com/windfarms/turbine-ge-energy-haliade-x-12-mw-tid260.html/. В состав указанной ВЭУ входит полая трубчатая башня в форме усеченного конуса диаметром около 8 м в нижней части и около 6 метров в верхней части. Высота башни до 130 м. Суммарная масса машинного отделения с ветровой турбиной, которые устанавливается на башню, составляет около 700 т. Таким образом, башня ВЭУ большой мощности характеризуется значительным диаметром и высотой, поэтому имеет внутреннюю полость значительного объема, окруженную стенами высокой прочности.

Известна башня ветроэнергетической установки /патент WO/2002/038890 (MALISZEWSKI, Leonard, P.), 2002-05-16, реферат, чертежи/, состоящая из полых трубчатых элементов цилиндрической формы или формы усеченного конуса, соединенных между собой фланцевыми соединениями. Сплошные стенки башни создают внутри башни полость, изолированную от окружающей среды с боковой стороны, но на верхнем торце башни перегородка отсутствует.

Известна башня ветроэнергетической установки /патент US 20090169393 A1 (General Electric Company), 2009-07-02, пункты формулы 1,2, чертежи/, в которой полые трубчатые сегменты башни соединены между собой за счет зацепления выступов и впадин на конических сопрягаемых поверхностях, а также за счет адгезивной композиции (клеевого слоя) в зазоре между сопрягаемыми поверхностями. Такой способ соединения сегментов позволяет герметизировать стыки сегментов.

Известна башня ветроэнергетической установки /патент WO2005015013 A1 (General Electric Company), 2003-08-09, реферат, чертежи/, верхняя часть которой представляет собой полую цилиндрическую или коническую металлическую трубу; нижняя часть башни представляет собой полую железобетонную трубу цилиндрической формы; верхняя часть башни заделывается в бетон нижней части с использованием выступающих элементов.

Известен способ снижения нагрузок на систему ориентации ветровой турбины /патент EP 3343027 B1 (NORDEX ENERGY SPAIN S A), 2018-07-04 Абзац описания [0042], чертежи 1,2/. Из рисунка 2 в составе патента можно видеть, что машинное отделение (гондола) опирается на подшипник, который закреплен на фланце, установленном на верхнем торце полой трубчатой башни. Подшипник позволяет машинному отделению вращаться вокруг вертикальной оси. Из рисунков в составе патента можно видеть, что конструкция узла закрепления машинного отделения к верхнему торцу башни не обеспечивает изоляцию внутренней полости башни от внутренней полости машинного отделения и от окружающей среды.

Известен метод сооружения железобетонного основания трубчатой башни ветрогенератора /патент US20170306583 (Ahmed Phuly), 2017-10-26, пункт формулы 6, чертеж 26/. Из описания патента и рисунков видно, что соединение башни с основанием осуществляется путем соединения фланца башни с ответным фланцем, входящим в состав основания, с использованием болтов или шпилек.

Известна плавучая ветроэнергетическая установка /патент WO2009036107A2 (Yih-Ho Michael Pao), 2009-03-19, чертеж 7А/, в состав которой входит ветровая турбина с вертикальной осью вращения. Плавучее основание состоит из нескольких полых плавучих колонн, соединенных между собой перемычками в единую конструкцию. Полые колонны придают плавучесть всей установке. Внутри центральной полой колонны размещено машинное отделение ветровой турбины. Башня в составе установки отсутствует.

Известен способ сооружения, сборки и транспортировки плавучей платформы для ветровой турбины /патент CA2976943 (VISELLI, ANTHONY M.), 2016-09-01, пункт формулы 2, чертеж 2/. Из описания и рисунков к патенту видно, что плавучая платформа состоит из нескольких полых плавучих колонн, соединенных между собой в единую конструкцию с использованием перемычки. На центральную колонну устанавливается башня ветровой турбины. Ось вращения ветровой турбины близка к горизонтали, поэтому в составе установки используется башня.

Известна плавучая платформа для ветровой турбины /патент WO2009131826 (RODDIER, Dominique), 2009-10-29, пункт формулы 1, чертеж 6/, состоящая из трех полых плавучих колонн, соединенных балками в единую конструкцию. Колонны частично погружены в воду. Для обеспечения остойчивости ветровой турбины полости внутри колонн частично заполнены балластом (водой). Башня ветровой турбины устанавливается на одну из колонн. В таблице 2 описания патента указаны диаметр и высота поплавков плавучего основания: 9 м и 30 м соответственно.

Известна ветроэнергетическая установка, состоящая из плавучего основания и двух ветровых турбин, установленных на этом основании /патент WO 2011/120521 A1 (UGGEN, Per), 2011-10-06, реферат, чертеж 1/. Основание представляет собой полупогруженный поплавок.

Известно трубчатое основание ветроэнергетической установки, заглубленное в грунт: (патент CN208395851, CHINA UNIVERSITY OF GEOSCIENCES, 2019.01.18). Основание изготовлено из предварительно напряженного железобетона. Основание имеет внутреннюю цилиндрическую полость с диаметром, близким к диаметру нижней части башни ветровой турбины, и стены значительной толщины.

Известно основание ветроэнергетической установки, в состав которого входит протяженная труба, ось которой расположена вертикально (патент US20200263380, Dongyuan Wang, 2020.08.20). Труба изготовлена из железобетона; внутри трубы имеется полость с диаметром, близким к диаметру нижней части башни ветровой турбины.

Таким образом, основание башни ВЭУ может иметь внутреннюю полость значительного размера, окруженную стенами высокой прочности. В случае наземного основания это возможно, если в составе основания имеется полый железобетонный стакан (или труба); в случае плавучего основания полость внутри одного из поплавков обладает указанными свойствами.

Известна гибридная энергетическая турбина /патент US 8330296 B2 (CANDEW SCIENTIFIC LLC), 2012-12-11, реферат, чертежи/, использующая возобновляемые источники энергии (ветровую и солнечную), в которой солнечные фотовольтаические элементы размещены на наружной поверхности башни ветровой турбины. Это позволило исключить из состава гибридной энергетической установки отдельно стоящие опоры фотовольтаических элементов и сократить площадь земельного участка, который требуется для размещения гибридной установки. Таким образом, в указанной гибридной турбине реализовано многоцелевое использование элемента (а именно, башни), исходно предназначенного для выполнения одной конкретной функции в составе энергетической установки определенного типа.

Известна гибридная энергетическая система /патент WO 2020/210837 A3 (TERRAPOWER LLC) 2020-10-15; абзац [0157], абзац [0218]/, включающая ядерную тепловую станцию, хранилище тепловой энергии, узел преобразования тепловой энергии в электрическую и дополнительные источники возобновляемой тепловой энергии, в том числе солнечной и ветровой энергии, подключенные к хранилищу тепловой энергии. В указанной системе электрическая энергия производится с использованием тепловой энергии, накопленной в хранилище. Хранилище накапливает тепловую энергию, произведенную различными источниками (ядерным реактором, солнечным коллектором, ветровой турбиной) в форме запаса жидкого теплоносителя, разогретого до высокой температуры при низком давлении. В разделе «Описание» (строка [0157], п.1) указанного патента отмечено, что энергетическая система включает ядерный реактор, тепловая энергия от которого поступает в единое хранилище тепловой энергии. В разделе «Описание» (строка [0218], п.62) указанного патента отмечено, что энергетическая система может включать ветровую тепловую станцию, энергия от которой также поступает в единое хранилище. Таким образом, обеспечено совместное использование различных источников энергии с возможностью накапливать и запасать тепловую энергию в едином хранилище. Указанная система предусматривает, что ядерный реактор, хранилище тепловой энергии и ветровая тепловая станция размещены на общей производственной площадке, но территориально удалены друг от друга. Эта система является ближайшим аналогом для обоих вариантов предлагаемого изобретения.

Техническая проблема прототипа, решение которой обеспечивается при осуществлении или использовании изобретения

Одним из недостатков ближайшего аналога (гибридной энергетической системы согласно патенту WO 2020210837) являются высокие капитальные затраты на сооружение атомной станции с ядерным реактором; причем одним из самых дорогостоящих капитальных зданий АС является герметичное ограждение ядерного реактора. Решение, описанное в ближайшем аналоге, предусматривает размещение ядерного реактора на отдельной площадке, изолированной от других элементов энергетической системы. На указанной отдельной площадке вокруг реактора должно быть возведено герметичное ограждение; оно будет представлять собой отдельно стоящее сооружение и будет выполнять только те функции, которые необходимы для обеспечения безопасности АС: предотвращение выхода радиоактивных веществ и ионизирующих излучений в окружающую среду и защита ядерного реактора от внешних воздействий. Герметичное ограждение характеризуется высокой материалоемкостью и большой продолжительностью сооружения, и, соответственно, потребует значительных капитальных затрат. Необходимость несения указанных затрат приводит к ухудшению финансово-экономических показателей гибридной энергетической системы и негативно влияют на её конкурентоспособность. Таким образом, техническая проблема ближайшего аналога заключается в необходимости возведения отдельно стоящего герметичного ограждения ядерного реактора, которое выполняет только те специфические функции, которые необходимы для обеспечения безопасности АС.

При сохранении традиционных проектных решений герметичного ограждения реактора существенное снижение капитальных вложений на его возведение практически невозможно. Все известные резервы снижения стоимости, которые можно было изыскать в области совершенствования конструкции, используемых в конструкциях материалов, технологий строительства уже использованы.

Раскрытие сущности изобретения

Объект, который является предметом изобретения: многокомпонентная энергетическая установка, компонентами которой являются источники энергии различного вида (невозобновляемые, возобновляемые, ядерные), среди которых обязательно имеются ветровая энергетическая установка и атомная станция с ядерным энергетическим реактором.

Ветровая энергетическая установка включает ветровую турбину, машинное отделение, основание, систему преобразования энергии и другие необходимые элементы. В случае, если ось вращения ветровой турбины близка к горизонтали, в состав ветроэнергетической установки включается также полая трубчатая башня, на верхний торец которой устанавливается машинное отделение. В случае, если ось вращения ветровой турбины близка к вертикали, башня может не использоваться в составе ветроэнергетической установки; в этом случае машинное отделение размещается на основании или во внутренней полости основания.

Атомная станция включает ядерный реактор, одинарное или двойное герметичное ограждение ядерного реактора, хранилища свежего и отработавшего ядерного топлива, турбогенераторную установку, системы безопасности и другие необходимые системы и элементы. Герметичное ограждение выполняет функцию барьера на пути распространения радиоактивных веществ и ионизирующих излучений от ядерного реактора в окружающую среду, а также функцию защиты реактора от природных катаклизмов (ураганный ветер и предметы, летящие с ветром, торнадо, затопление и др.) и поражающих факторов техногенных аварий (падение летательных аппаратов, ударная волна взрывов и т.п.). Таким образом, герметичное ограждение предназначено для обеспечения безопасности АС.

Задачей изобретения является снижение затрат на сооружение многокомпонентной энергетической установки.

Технический результат изобретения заключается в исключении необходимости возведения (изготовления) отдельного сооружения, основным назначением которого будет выполнение функции герметичного ограждения по предотвращению распространения выделяющихся радиоактивных веществ за границы ГО, а также функции ГО по защите реакторной установки от внешних экстремальных природных и техногенных воздействий.

Создание многокомпонентных энергетических установок, включающих различные по природе источники энергии (основанные на сжигании ископаемого топлива, на использовании энергии солнца и ветра, на использовании ядерной энергии и т.п.), размещенные на общей производственной площадке, дает возможность многоцелевого использования элементов, исходно предназначенных для выполнения одной конкретной функции в составе энергетической установки определенного типа. Реализация такого подхода позволит исключить из состава многокомпонентной энергетической установки некоторые элементы, традиционные для проектов отдельно сооружаемых энергетических установок. Это позволит сократить суммарные капитальные затраты на сооружение многокомпонентной энергетической установки.

В варианте 1 изобретения технический результат достигается путем размещения ядерного реактора во внутренней полости башни ветроэнергетической установки, причем стенки указанной башни совместно с другими герметизирующими элементами формируют герметичное ограждение вокруг ядерного реактора (см. чертеж фиг. 1). Под другими герметизирующими элементами здесь понимаются дополнительные элементы, которые необходимы для формирования внутри указанной башни замкнутой полости, герметичной по отношению к окружающей среде.

Для выполнения перегрузок ядерного топлива и выполнения технического облуживания и ремонта ядерного реактора и систем, подключенных к реактору, должен быть обеспечен периодический доступ персонала и доставку грузов внутрь герметичного ограждения.

Для обеспечения доступа внутрь герметичного ограждения в его состав включен герметичный шлюз (см. чертеж фиг.1). Камера шлюза пронизывает герметичное ограждение; камера шлюза оснащена двумя герметичными дверями: одна дверь отделяет камеру шлюза от внутреннего объема герметичного ограждения, другая дверь отделяет камеру шлюза от окружающей среды. При перемещении людей или грузов через шлюз двери шлюза открываются поочередно; одновременно двери шлюза не открываются никогда.

При размещении реактора во внутренней полости башни ВЭУ возможны различные варианты исполнения герметичного ограждения вокруг реактора.

В случае, если реактор размещен во внутренней полости башни ВЭУ, и требуется создать вокруг реактора одинарное герметичное ограждение, то оно может быть сформировано:

из стенок башни ветроэнергетической установки, герметичных перегородок, установленных внутри башни ниже реактора и выше реактора, а также герметичного шлюза, пронизывающего стенку башни; узлы соединения сегментов башни между собой, с перегородками и со шлюзом герметизированы прокладками или сваркой – см. чертеж фиг.1;

из стенок башни ветроэнергетической установки, сплошной плиты основания башни, герметичной перегородки, установленной внутри башни выше реактора, а также герметичного шлюза, пронизывающего стенку башни; узлы соединения сегментов башни между собой, с плитой основания башни, с перегородкой и со шлюзом герметизированы прокладками или сваркой – см. чертеж фиг.2.

Как видно из уровня техники, конструкция и размеры современных башен ВЭУ таковы, что в их внутренней полости можно разместить как ядерный реактор малой мощности (например, NuScale), так и указанный ядерный реактор совместно с его герметичной оболочкой (компактным герметичным сосудом, окружающим реактор). В случае размещения внутри башни как самого ядерного реактора, так и его герметичной оболочки сформированное герметичное ограждение будет двойным, причем наружная защитная оболочка будет образована стенкой башни и другими необходимыми герметизирующими элементами.

Для обеспечения перегрузки ядерного топлива, технического обслуживания и ремонта ядерного реактора потребуется периодически разуплотнять крышку внутренней герметичной оболочки и демонтировать её, чтоб получить доступ к реактору, и только после этого возможно будет разуплотнить и демонтировать крышку ядерного реактора. В периоды, когда внутренняя герметичная оболочка и корпус реактора разгерметизированы (и их крышки демонтированы), наружная защитная оболочка остается единственным барьером, предотвращающим выход радиоактивных веществ из 1-го контура в окружающую среду. В указанные периоды времени наружная защитная оболочка выполняет все функции герметичного ограждения; поэтому наружная защитная оболочка также является герметичной.

Если ядерный реактор и его герметичная оболочка размещены во внутренней полости башни ВЭУ, то наружная защитная оболочка может быть сформирована:

из стенок башни ветроэнергетической установки, двух перегородок, установленных внутри башни выше и ниже внутренней герметичной оболочки, а также герметичного шлюза, пронизывающего стенку башни; узлы соединения сегментов башни между собой, с перегородками и со шлюзом герметизированы прокладками или сваркой – см. чертеж фиг. 3;

из стенок башни ветроэнергетической установки, сплошной плиты основания башни, герметичной перегородки, установленной внутри башни выше внутренней герметичной оболочки, а также герметичного шлюза, пронизывающего стенку башни; узлы соединения сегментов башни между собой, с перегородкой, с плитой основания башни и со шлюзом герметизированы прокладками или сваркой – см. чертеж фиг. 4.

В варианте 2 изобретения технический результат достигается путем размещения ядерного реактора во внутренней полости основания ветроэнергетической установки, причем стенки указанного основания совместно с другими герметизирующими элементами формируют герметичное ограждение вокруг ядерного реактора (см. чертежи фиг. 5, 6, 7). Под другими герметизирующими элементами здесь понимаются дополнительные элементы, которые необходимы для формирования внутри указанного основания замкнутой полости, герметичной по отношению к окружающей среде.

Основание ВЭУ может быть плавучим либо наземным. Оба вида оснований могут иметь внутреннюю полость, размеры которой достаточны для размещения ядерного реактора.

Вариант с размещением ядерного реактора внутри плавучего основания изображен на чертежах фиг. 5 и фиг. 6. Плавучее основание башни ВЭУ представляет собой несколько поплавков, соединенных между собой. Тот поплавок, внутри которого размещен реактор, является полупогруженным (т.е. часть поплавка будет погружена в воду, а часть – выступать над уровнем воды). Доступ в герметичную полость внутри поплавка, в которой размещен ядерный реактор, из окружающей среды обеспечен с использованием герметичного шлюза, который пронизывает боковую стенку поплавка в её надводной части.

В случае плавучего основания ВЭУ оптимально создать основание из четырех поплавков, соединенных между собой. Внутри первого поплавка будет размещен ядерный реактор и системы, непосредственно подключенные к 1-му контуру, внутри второго поплавка – паровая турбина с конденсатором турбины и электрогенератор, в третьем – оборудование для выдачи электроэнергии на берег, в четвертом – оборудование систем нормальной эксплуатации и систем безопасности, баки с запасами технологических сред 1-го и 2-го контуров. Распределение оборудования АС по поплавкам может быть выполнено аналогично распределению оборудования ядерной энергетической установки по отсекам атомного ледокола либо плавучей атомной электростанции.

В случае, если в составе плавучей ветровой энергетической установки используется башня (это необходимо в случае применения ветровой турбины с горизонтальной осью вращения), она опирается на один из поплавков - см. чертеж фиг. 5. Если башня не используется в составе ветровой энергетической установки (это возможно в случае применения ветровой турбины с вертикальной осью вращения), то в верхней части третьего или четвертого из поплавков (нумерация поплавков – в предыдущем абзаце) размещено машинное отделение ветровой энергетической установки (см. чертеж фиг.6).

В случае, если ядерный реактор размещен в основании наземной ВЭУ, в состав основания ВЭУ входит полый железобетонный стакан (или труба), частично погруженный в грунт (см. чертеж фиг.7). Во внутренней полости указанного стакана (или трубы) размещается ядерный реактор. Доступ в герметичную полость внутри указанного стакана (или трубы), в которой размещен ядерный реактор, из окружающей среды обеспечен с использованием герметичного шлюза, который пронизывает боковую стенку стакана (трубы) на уровне земли.

При размещении ядерного реактора во внутренней полости основания ВЭУ возможны различные варианты исполнения герметичного ограждения вокруг реактора.

В случае, если реактор размещен во внутренней полости плавучего или наземного основания ВЭУ, и требуется создать вокруг реактора одинарное герметичное ограждение, то оно может быть сформировано из стенок основания ветроэнергетической установки, герметичных перегородок, установленных внутри указанного основания ниже реактора и выше реактора, а также герметичного шлюза, пронизывающего стенку указанного основания; узлы соединения стенок основания с перегородками и шлюзом герметизированы прокладками или сваркой (см. чертеж фиг. 5, 6 – размещение реактора в полости плавучего основания, чертеж фиг.7 – размещение реактора в полости наземного основания).

Если машинное отделение ВЭУ размещается наверху полой трубчатой башни, которая опирается на основание ВЭУ, и при этом внутренняя полость основания ВЭУ, в которой размещен ядерный реактор, и внутренняя полость указанной башни примыкают друг к другу, то может быть реализован вариант объединения указанных полостей башни и основания в единую полость. При этом одинарное герметичное ограждение ядерного реактора сформировано из стенок указанных башни и основания, ограничивающих объединенную полость, перегородки внутри башни, перегородки внутри полости в основании ниже реактора, и герметичного шлюза, пронизывающего стенку указанного основания; узлы соединения башни и основания между собой, а также с указанными перегородками и со шлюзом герметизированы прокладками или сваркой (см. чертежи фиг. 8 и фиг. 9). В случае, если основание ВЭУ плавучее и состоит из нескольких поплавков, для формирования объединенной полости необходимо, чтобы башня ВЭУ была установлена на тот поплавок, внутри которого размещен ядерный реактор (см. чертеж фиг.8).

Как видно из уровня техники, конструкция и размеры современных оснований ВЭУ таковы, что в их внутренней полости можно разместить как ядерный реактор малой мощности (например, NuScale), так и указанный ядерный реактор совместно с его герметичной оболочкой (компактным герметичным сосудом, окружающим реактор). В случае размещения внутри основания ВЭУ как самого ядерного реактора, так и его герметичной оболочки сформированное герметичное ограждение будет двойным, причем наружная защитная оболочка будет образована стенками основания ВЭУ и другими герметизирующими элементами, которые необходимы для изоляции полости в основании от окружающей среды (см. чертежи фиг. 10, 11 – вариант с плавучим основанием ВЭУ, чертеж фиг. 12 - вариант с наземным основанием ВЭУ).

Герметичная наружная защитная оболочка двойного герметичного ограждения ядерного реактора может быть сформирована из стенок основания ВЭУ, двух герметичных перегородок, установленных внутри полости в основании ВЭУ ниже и выше внутренней герметичной оболочки, герметичного шлюза, пронизывающего стенку указанного основания; узлы соединения основания с указанными перегородками и со шлюзом герметизированы прокладками или сваркой (см. чертежи фиг. 10, 11 – вариант с плавучим основанием ВЭУ, чертеж фиг. 12 - вариант с наземным основанием ВЭУ).

Если машинное отделение ВЭУ размещается наверху полой трубчатой башни, которая опирается на основание ВЭУ, а внутренняя полость основания ВЭУ, в которой размещен ядерный реактор и внутренняя герметичная оболочка реактора, и внутренняя полость указанной башни примыкают друг к другу, то может быть реализован вариант объединения указанных полостей основания и башни в единую полость (см. чертеж фиг. 13 – для плавучего основания, чертеж фиг. 14 – для наземного основания). При этом наружная защитная оболочка будет сформирована из стенок башни и стенок основания, ограничивающих объединенную полость, перегородки внутри башни, перегородки внутри полости в основании, установленной ниже внутренней герметичной оболочки, герметичного шлюза, пронизывающего стенку основания ВЭУ; узлы соединения башни и основания между собой, а также с указанными перегородками и со шлюзом герметизированы прокладками или сваркой. В случае, если основание ВЭУ плавучее и состоит из нескольких поплавков, для формирования объединенной полости необходимо, чтобы башня ВЭУ была установлена на тот поплавок, внутри которого размещен ядерный реактор (см. чертеж фиг.13).

Краткое описание чертежей

Фигура 1

На чертеже изображена часть многокомпонентной энергетической установки. Компонентами установки являются наземная ветровая энергетическая установка (ось вращения турбины близка к горизонтали) и атомная станция с ядерным энергетическим реактором. На чертеже изображены следующие элементы ветровой энергетической установки: металлическая полая трубчатая башня 3, машинное отделение 2, лопасти ветровой турбины 1, железобетонное основание 8. Также на чертеже изображены ядерный реактор 5, опорные металлоконструкции реактора 6, площадка обслуживания реактора 9, размещенные во внутренней полости башни. Стенки башни ветровой энергетической установки являются основой для формирования одинарного герметичного ограждения ядерного реактора. В состав герметичного ограждения ядерного реактора также входит герметичная перегородка 4, установленная внутри башни выше реактора, и герметичная перегородка 7, установленная внутри башни ниже реактора, герметичный шлюз 10. Места соединения указанных элементов герметичного ограждения между собой герметизированы сварными соединениями, прокладками и т.п., которые не показаны на чертеже. Также на чертеже изображены эстакада с грузоподъемным механизмом 12 и площадкой 11, примыкающей к герметичному шлюзу с наружной стороны башни.

Фигура 2

На чертеже изображена часть многокомпонентной энергетической установки. Компонентами установки являются наземная ветровая энергетическая установка (ось вращения турбины близка к горизонтали) и атомная станция с ядерным энергетическим реактором. На чертеже изображены следующие элементы ветровой энергетической установки: металлическая полая трубчатая башня 3, машинное отделение 2, лопасти ветровой турбины 1, железобетонное основание 8. Также на чертеже изображены ядерный реактор 5, опорная металлоконструкция реактора 14, площадка обслуживания реактора 9, размещенные во внутренней полости башни. Стенки башни ветровой энергетической установки являются основой для формирования одинарного герметичного ограждения ядерного реактора. В состав герметичного ограждения ядерного реактора также входит герметичная перегородка 4, установленная внутри башни выше реактора, сплошная металлическая плита 13, являющаяся частью основания 8, и герметичный шлюз 10. Места соединения указанных элементов герметичного ограждения между собой герметизированы сварными соединениями, прокладками и т.п., которые не показаны на чертеже. Также на чертеже изображены эстакада с грузоподъемным механизмом 12 и площадкой 11, примыкающей к герметичному шлюзу с наружной стороны башни.

Фигура 3

На чертеже изображена часть многокомпонентной энергетической установки. Компонентами установки являются наземная ветровая энергетическая установка (ось вращения турбины близка к горизонтали) и атомная станция с ядерным энергетическим реактором. На чертеже изображены следующие элементы ветровой энергетической установки: металлическая полая трубчатая башня 3, машинное отделение 2, лопасти ветровой турбины 1, железобетонное основание 8. Также на чертеже изображены ядерный реактор 5, опорные металлоконструкции реактора 16, площадка обслуживания реактора 9, размещенные во внутренней полости башни.

На чертеже изображено двойное герметичное ограждение ядерного реактора. Оно состоит из внутренней герметичной оболочки 15 и наружной защитной оболочки.

Внутренняя герметичная оболочка 15 представляет собой герметичный сосуд, внутри которого размещен ядерный реактор 5. Внутренняя герметичная оболочка размещена во внутренней полости башни 3 ветровой энергетической установки. Внутренняя герметичная оболочка через опорные металлоконструкции реактора 16 прикреплена к стене башни 3.

Основой для формирования наружной защитной оболочки служат стены башни ветровой энергетической установки. В состав наружной защитной оболочки также входят герметичная перегородка 4, установленная внутри башни выше внутренней герметичной оболочки, герметичная перегородка 7, установленная внутри башни ниже внутренней герметичной оболочки, герметичный шлюз 10. Места соединения указанных элементов наружной защитной оболочки между собой герметизированы сварными соединениями, прокладками и т.п., которые не показаны на чертеже.

Также на чертеже изображена эстакада с грузоподъемным механизмом 12 и площадкой 11, примыкающей к герметичному шлюзу с наружной стороны башни.

Фигура 4

На чертеже изображена часть многокомпонентной энергетической установки. Компонентами установки являются наземная ветровая энергетическая установка (ось вращения турбины близка к горизонтали) и атомная станция с ядерным энергетическим реактором. На чертеже изображены следующие элементы ветровой энергетической установки: металлическая полая трубчатая башня 3, машинное отделение 2, лопасти ветровой турбины 1, железобетонное основание 8. Также на чертеже изображены ядерный реактор 5, площадка обслуживания реактора 9, размещенные во внутренней полости башни.

Внутренняя герметичная оболочка 15 представляет собой герметичный сосуд, внутри которого размещен ядерный реактор 5. Внутренняя герметичная оболочка размещена во внутренней полости башни 3 ветровой энергетической установки. Внутренняя герметичная оболочка через опорную металлоконструкцию 17 опирается на сплошную металлическую плиту 13, которая является частью основания 8.

Основой для формирования наружной защитной оболочки служат стены башни ветровой энергетической установки. В состав наружной защитной оболочки также входят герметичная перегородка 4, установленная внутри башни выше внутренней герметичной оболочки, сплошная металлическая плита 13, являющаяся частью основания 8, герметичный шлюз 10. Места соединения указанных элементов наружной защитной оболочки между собой герметизированы сварными соединениями, прокладками и т.п., которые не показаны на чертеже.

Фигура 5

На чертеже изображена часть многокомпонентной энергетической установки. Компонентами установки являются плавучая ветровая энергетическая установка (ось вращения турбины близка к горизонтали) и атомная станция с ядерным энергетическим реактором. На чертеже изображено вертикальное сечение многокомпонентной энергетической установки. Плоскость сечения проведена таким образом, что в неё попали следующие элементы ветровой энергетической установки: металлическая полая трубчатая башня 3, два из четырех поплавков (18 и 20) плавучего основания. Машинное отделение 2 ветровой энергетической установки, лопасти ветровой турбины 1, которые также попали в плоскость сечения, условно не рассечены.

Поплавок 18 (первый из попавших в плоскость сечения) является опорой для башни ветровой энергетической установки. Внутренняя полость поплавка 18 частично заполнена балластом 19.

В верхней части внутренней полости поплавка 20 (второго из попавших в плоскость сечения) размещен ядерный реактор 5, его опорные металлоконструкции 31 и площадка обслуживания 9. В нижней части внутренней полости поплавка 20 размещен балласт 21. Все поплавки плавучего основания жестко соединены между собой перемычками 24.

Стенки поплавка 20 являются основой для формирования одинарного герметичного ограждения ядерного реактора. В состав герметичного ограждения ядерного реактора также входит герметичная перегородка 22, установленная внутри поплавка выше реактора, и герметичная перегородка 23, установленная внутри поплавка ниже реактора, а также герметичный шлюз 10. Места соединения указанных элементов герметичного ограждения между собой герметизированы сварными соединениями, прокладками и т.п., которые не показаны на чертеже. Также на чертеже изображены эстакада с грузоподъемным механизмом 12 и площадкой 11, примыкающей к герметичному шлюзу с наружной стороны.

Фигура 6

На чертеже изображена часть многокомпонентной энергетической установки. Компонентами установки являются плавучая ветровая энергетическая установка с вертикальной осью вращения ветровой турбины и геликоидными лопастями, а также атомная станция с ядерным энергетическим реактором. На чертеже изображено вертикальное сечение многокомпонентной энергетической установки. Плоскость сечения проведена таким образом, что в неё попали следующие элементы ветровой энергетической установки: ротор турбины 26 и машинное отделение 27, лопасти ветровой турбины 25, два из четырех поплавков плавучего основания. Машинное отделение 27 ветровой энергетической установки, ротор 26 и лопасти ветровой турбины 25 условно не рассечены.

В верхней части внутренней полости поплавка 28 (первого из попавших в плоскость сечения) размещено машинное отделение 27 ветровой энергетической установки. Нижняя часть внутренней полости поплавка 28 частично заполнена балластом 19.

Фигура 7

На чертеже изображена часть многокомпонентной энергетической установки. Компонентами установки являются наземная ветровая энергетическая установка (ось вращения турбины близка к горизонтали) и атомная станция с ядерным энергетическим реактором. На чертеже изображены следующие элементы ветровой энергетической установки: металлическая полая трубчатая башня 3, машинное отделение 2, лопасти ветровой турбины 1, железобетонное основание 33, выполненное в виде полого стакана, частично заглубленного под уровень грунта. Также на чертеже изображены ядерный реактор 5, опорные металлоконструкции реактора 32, площадка обслуживания реактора 9, размещенные во внутренней полости основания. Стенки основания 33 ветровой энергетической установки являются основой для формирования одинарного герметичного ограждения ядерного реактора. В состав герметичного ограждения ядерного реактора также входит герметичная перегородка 35, установленная внутри основания выше реактора, и герметичная перегородка 34, установленная внутри основания ниже реактора, а также герметичный шлюз 10. Места соединения указанных элементов герметичного ограждения между собой герметизированы сварными соединениями, прокладками и т.п., которые не показаны на чертеже. Также на чертеже изображены площадка 11, размещенная на уровне поверхности грунта и примыкающая к герметичному шлюзу с наружной стороны, и грузоподъемный механизм 12.

Фигура 8

На чертеже изображена часть многокомпонентной энергетической установки. Компонентами установки являются плавучая ветровая энергетическая установка (ось вращения турбины близка к горизонтали) и атомная станция с ядерным энергетическим реактором. На чертеже изображено вертикальное сечение многокомпонентной энергетической установки. Плоскость сечения проведена таким образом, что в неё попали следующие элементы ветровой энергетической установки: металлическая полая трубчатая башня 3, два из четырех поплавков (29 и 30) плавучего основания. Машинное отделение 2 ветровой энергетической установки, лопасти ветровой турбины 1, которые также попали в плоскость сечения, условно не рассечены.

Поплавок 29 (первый из попавших в плоскость сечения) обеспечивает остойчивость плавучего основания совместно с двумя другими поплавками, не попавшими в плоскость сечения. Внутренняя полость поплавка 29 частично заполнена балластом 19.

Поплавок 30 (второй из попавших в плоскость сечения) является опорой для башни 3 ветровой энергетической установки. В верхней части внутренней полости поплавка 30 размещен ядерный реактор 5, его опорные металлоконструкции 31 и площадка обслуживания 9. В нижней части внутренней полости поплавка 30 размещен балласт 21. Все поплавки плавучего основания жестко соединены между собой перемычками 24.

Нижняя часть внутренней полости башни 3 и верхняя часть внутренней полости поплавка 30 примыкают друг к другу и объединены в единую полость. Стенки поплавка 30 и башни 3 являются основой для формирования одинарного герметичного ограждения ядерного реактора. В состав герметичного ограждения ядерного реактора также входит перегородка 4, установленная внутри башни 3, и герметичная перегородка 23, установленная внутри поплавка 30 ниже реактора, а также герметичный шлюз 10. Места соединения указанных элементов герметичного ограждения между собой герметизированы сварными соединениями, прокладками и т.п., которые не показаны на чертеже. Также на чертеже изображены эстакада с грузоподъемным механизмом 12 и площадкой 11, примыкающей к герметичному шлюзу с наружной стороны.

Фигура 9

На чертеже изображена часть многокомпонентной энергетической установки. Компонентами установки являются наземная ветровая энергетическая установка (ось вращения турбины близка к горизонтали) и атомная станция с ядерным энергетическим реактором. На чертеже изображены следующие элементы ветровой энергетической установки: металлическая полая трубчатая башня 3, машинное отделение 2, лопасти ветровой турбины 1, железобетонное основание 33, выполненное в виде полого стакана, частично заглубленного под уровень грунта. Также на чертеже изображены ядерный реактор 5, опорные металлоконструкции реактора 32, площадка обслуживания реактора 9, размещенные во внутренней полости основания 33.

Нижняя часть внутренней полости башни 3 и внутренняя полость основания 33 примыкают друг к другу и объединены в единую полость. Стенки основания 33 и башни 3 являются основой для формирования одинарного герметичного ограждения ядерного реактора. В состав герметичного ограждения ядерного реактора также входит перегородка 4, установленная внутри башни 3, и герметичная перегородка 34, установленная внутри основания 33 ниже реактора, а также герметичный шлюз 10. Места соединения указанных элементов герметичного ограждения между собой герметизированы сварными соединениями, прокладками и т.п., которые не показаны на чертеже. Также на чертеже изображены площадка 11, размещенная на уровне поверхности грунта и примыкающая к герметичному шлюзу с наружной стороны, и грузоподъемный механизм 12.

Фигура 10

В верхней части внутренней полости поплавка 20 (второго из попавших в плоскость сечения) размещен ядерный реактор 5, его опорные металлоконструкции 36 и площадка обслуживания 9. В нижней части внутренней полости поплавка 20 размещен балласт 21. Все поплавки плавучего основания жестко соединены между собой перемычками 24.

Внутренняя герметичная оболочка 15 представляет собой герметичный сосуд, внутри которого размещен ядерный реактор 5. Внутренняя герметичная оболочка размещена в верхней части внутренней полости поплавка 20. Внутренняя герметичная оболочка через опорные металлоконструкции реактора 36 прикреплена к стене поплавка 20.

Основой для формирования наружной защитной оболочки двойного герметичного ограждения ядерного реактора являются стенки поплавка 20. В состав наружной защитной оболочки также входит герметичная перегородка 22, установленная внутри поплавка 20 выше внутренней герметичной оболочки, и герметичная перегородка 23, установленная внутри поплавка 20 ниже внутренней герметичной оболочки, а также герметичный шлюз 10. Места соединения указанных элементов наружной защитной оболочки между собой герметизированы сварными соединениями, прокладками и т.п., которые не показаны на чертеже. Также на чертеже изображены эстакада с грузоподъемным механизмом 12 и площадкой 11, примыкающей к герметичному шлюзу с наружной стороны.

Фигура 11

Машинное отделение 27 ветровой энергетической установки размещено в верхней части внутренней полости поплавка 28 (первого из попавших в плоскость сечения). Нижняя часть внутренней полости поплавка 28 частично заполнена балластом 19.

Фигура 12

На чертеже изображена часть многокомпонентной энергетической установки. Компонентами установки являются наземная ветровая энергетическая установка (ось вращения турбины близка к горизонтали) и атомная станция с ядерным энергетическим реактором. На чертеже изображены следующие элементы ветровой энергетической установки: металлическая полая трубчатая башня 3, машинное отделение 2, лопасти ветровой турбины 1, железобетонное основание 33, выполненное в виде полого стакана, частично заглубленного под уровень грунта. Также на чертеже изображены ядерный реактор 5, опорные металлоконструкции реактора 37, площадка обслуживания реактора 9, размещенные во внутренней полости основания.

Внутренняя герметичная оболочка 15 представляет собой герметичный сосуд, внутри которого размещен ядерный реактор 5. Внутренняя герметичная оболочка размещена во внутренней полости основания 33 ветровой энергетической установки. Внутренняя герметичная оболочка через опорные металлоконструкции реактора 37 прикреплена к стене основания 33.

Основой для формирования наружной защитной оболочки двойного герметичного ограждения ядерного реактора являются стенки основания 33. В состав наружной защитной оболочки также входит герметичная перегородка 35, установленная внутри основания 33 выше внутренней герметичной оболочки, и герметичная перегородка 34, установленная внутри основания 33 ниже внутренней герметичной оболочки, а также герметичный шлюз 10.

Места соединения указанных элементов наружной защитной оболочки между собой герметизированы сварными соединениями, прокладками и т.п., которые не показаны на чертеже. Также на чертеже изображены площадка 11, размещенная на уровне поверхности грунта и примыкающая к герметичному шлюзу с наружной стороны, и грузоподъемный механизм 12.

Фигура 13

На чертеже изображена часть многокомпонентной энергетической установки. Компонентами установки являются плавучая ветровая энергетическая установка (ось вращения турбины близка к горизонтали) и атомная станция с ядерным энергетическим реактором. На чертеже изображено вертикальное сечение многокомпонентной энергетической установки. Плоскость сечения проведена таким образом, что в неё попали следующие элементы ветровой энергетической установки: металлическая полая трубчатая башня 3, машинное отделение 2, лопасти ветровой турбины 1, два из четырех поплавков (29 и 30) плавучего основания. Машинное отделение 2 ветровой энергетической установки и лопасти ветровой турбины 1 условно не рассечены.

Поплавок 30 (второй из попавших в плоскость сечения) является опорой для башни 3 ветровой энергетической установки. В верхней части внутренней полости поплавка 30 размещен ядерный реактор 5, его опорные металлоконструкции 36 и площадка обслуживания 9. В нижней части внутренней полости поплавка 30 размещен балласт 21. Все поплавки плавучего основания жестко соединены между собой перемычками 24.

Внутренняя герметичная оболочка 15 представляет собой герметичный сосуд, внутри которого размещен ядерный реактор 5. Внутренняя герметичная оболочка размещена в верхней части внутренней полости поплавка 30. Внутренняя герметичная оболочка через опорные металлоконструкции реактора 36 прикреплена к стенке поплавка 30.

Нижняя часть внутренней полости башни 3 и верхняя часть внутренней полости поплавка 30 примыкают друг к другу и объединены в единую полость. Стенки поплавка 30 и башни 3 являются основой для формирования наружной защитной оболочки двойного герметичного ограждения ядерного реактора. В состав наружной защитной оболочки также входит герметичная перегородка 4, установленная внутри башни 3, и герметичная перегородка 23, установленная внутри поплавка 30 ниже внутренней герметичной оболочки, а также герметичный шлюз 10. Места соединения указанных элементов наружной защитной оболочки между собой герметизированы сварными соединениями, прокладками и т.п., которые не показаны на чертеже. Также на чертеже изображены эстакада с грузоподъемным механизмом 12 и площадкой 11, примыкающей к герметичному шлюзу с наружной стороны.

Фигура 14

На чертеже изображена часть многокомпонентной энергетической установки. Компонентами установки являются наземная ветровая энергетическая установка (ось вращения турбины близка к горизонтали) и атомная станция с ядерным энергетическим реактором. На чертеже изображены следующие элементы ветровой энергетической установки: металлическая полая трубчатая башня 3, машинное отделение 2, лопасти ветровой турбины 1, железобетонное основание 33, выполненное в виде полого стакана, частично заглубленного под уровень грунта. Также на чертеже изображены ядерный реактор 5, опорные металлоконструкции реактора 37, площадка обслуживания реактора 9, размещенные во внутренней полости основания 33.

Внутренняя герметичная оболочка 15 представляет собой герметичный сосуд, внутри которого размещен ядерный реактор 5. Внутренняя герметичная оболочка размещена во внутренней полости основания 33. Внутренняя герметичная оболочка через опорные металлоконструкции реактора 37 прикреплена к стенке основания 33.

Нижняя часть внутренней полости башни 3 и внутренняя полость основания 33 примыкают друг к другу и объединены в единую полость. Стенки основания 33 и башни 3 являются основой для формирования наружной защитной оболочки двойного герметичного ограждения ядерного реактора. В состав наружной защитной оболочки также входит герметичная перегородка 4, установленная внутри башни 3, и герметичная перегородка 34, установленная внутри основания 33 ниже внутренней герметичной оболочки, а также герметичный шлюз 10. Места соединения указанных элементов наружной защитной оболочки между собой герметизированы сварными соединениями, прокладками и т.п., которые не показаны на чертеже. Также на чертеже изображены площадка 11, размещенная на уровне поверхности грунта и примыкающая к герметичному шлюзу с наружной стороны, и грузоподъемный механизм 12.

Фигура 15

Ссылка на чертеж фиг.15 приведена в разделе «Осуществление изобретения»

На чертеже изображена часть многокомпонентной энергетической установки в том же варианте исполнения, что изображен на фиг.4., но в процессе перегрузки ядерного топлива в ядерном реакторе. Компонентами установки являются наземная ветровая энергетическая установка (ось вращения турбины близка к горизонтали), а также атомная станция с ядерным энергетическим реактором и двойным герметичным ограждением ядерного реактора.

На чертеже изображены следующие элементы ветровой энергетической установки: нижняя часть металлической полой трубчатой башни 3, фланец 38, приваренный к нижнему сегменту башни, фрагмент железобетонного основания 8, сплошная металлическая плита 13, которая является частью основания 8. Фланец 38 крепится к плите 13 болтами (не показаны на чертеже).

На чертеже изображены следующие элементы атомной станции: корпус ядерного реактора 58, цилиндрическая активная зона 50, которая опирается на перфорированную плиту 49, боковой отражатель нейтронов 51, окружающий активную зону, внутрикорпусная корзина 41, парогенератор 42, площадка обслуживания реактора 9, внутренняя герметичная оболочка 15 с опорной металлоконструкцией 17, кольцевая радиационная защита 39, окружающая реактор снаружи в районе активной зоны, крышка корпуса реактора 47 (последняя изображена демонтированной и установленной на кронштейны 46 в верхней части внутренней полости башни 3), крышка внутренней герметичной оболочки 48 (последняя изображена демонтированной и установленной на кронштейны 57 в верхней части внутренней полости башни 3). Все указанные элементы атомной станции размещены во внутренней полости башни 3.

На чертеже изображена защитная плита 52, установленная на верхнюю кольцевую поверхность бокового отражателя нейтронов 51. На защитную плиту 52 установлен контейнер для отработавшего топлива 53 со снятой крышкой. Перегрузочный механизм 44 извлекает отработавшую тепловыделяющую сборку 40 из активной зоны 50 через отверстие в защитной плите 52 и транспортирует её под слоем теплоносителя 1-го контура к контейнеру для отработавшего топлива 53. Уровень теплоносителя 1-го контура при перегрузке топлива обозначен линией 43.

На чертеже изображена тележка 54, предназначенная для транспортировки грузов через герметичный шлюз 10 с площадки 11 на площадку обслуживания реактора 9 и обратно. На чертеже показан контейнер для отработавшего топлива 55 с закрытый крышкой, установленный на тележке 54. Внутренняя крышка герметичного шлюза 56 изображена демонтированной и установленной на кронштейны, прикрепленные к башне 3 непосредственно над герметичным шлюзом 10.

Для перемещения контейнера для отработавшего топлива с тележки 54 на защитную плиту 52 и обратно используется мостовой подъемный кран 45. Указанный кран монтируется на штатное место после завершения демонтажа крышки внутренней герметичной оболочки 48 и крышки корпуса реактора 47 и установки их на кронштейны 46 и 57. После завершения перегрузки ядерного топлива в активной зоне мостовой подъемный кран 45 демонтируется с указанного на рисунке места; его мост хранится в вертикальном положении подвешенным к внутренней поверхности башни 3.

Осуществление изобретения

Для подтверждения возможности осуществления предлагаемого изобретения ниже приведены описания двух вариантов реализации, соответствующих двум независимым пунктам формулы изобретения:

Размещение ядерного реактора во внутренней полости башни наземной ВЭУ (герметичное ограждение реактора двойное);

Размещение ядерного реактора во внутренней полости плавучего основания башни ВЭУ (герметичное ограждение реактора двойное).

Вариант размещения ядерного реактора с внутренней герметичной оболочкой во внутренней полости башни ВЭУ изображен на чертежах фиг. 4 и фиг.15. На чертеже фиг.4 ядерный реактор и внутренняя герметичная оболочка показаны в собранном состоянии, в котором они эксплуатируются на мощности с рабочими параметрами теплоносителя. На чертеже фиг. 15 ядерный реактор и внутренняя герметичная оболочка показаны в разобранном состоянии, в процессе перегрузки ядерного топлива.

В описании указанного варианта рассматривается размещение внутри башни ВЭУ корпусного ядерного реактора, входящего в состав 2-х-контурной ядерной энергетической установки. В качестве теплоносителя 1-го контура используется «легкая» (обычная) вода с паросодержанием, близким к нулю (реактор относится к классу «реакторов с водой под давлением»). В качестве рабочего тела 2-го контура также используется обычная вода. Для передачи тепла от теплоносителя 1-го контура рабочему телу служит теплообменный аппарат, именуемый «парогенератором». Компоновка основного оборудования 1-го контура интегральная, т.е. активная зона, парогенераторы, компенсатор объема размещены внутри корпуса реактора, имеющего съемную крышку. Циркуляция теплоносителя 1-го контура при работе на мощности – естественная, она происходит за счет разницы весов столбов нагретого и охлажденного теплоносителя внутри реактора.

Ядерный реактор, а также оборудование и трубопроводы систем, содержащих теплоноситель 1-го контура, размещены во внутренней герметичной оболочке. Сосуд внутренней герметичной оболочки рассчитан на внутреннее давление, возникающее в случае аварийной ситуации с выходом теплоносителя 1-го контура за пределы 1-го контура (например, в случае постулированного разрыва одного из трубопроводов 1-го контура).

Внутренняя герметичная оболочка представляет собой металлический сосуд, состоящий из корпуса и крышки с соединительными фланцами. Фланцы крышки и корпуса соединены между собой с использованием шпилек и гаек; герметичность соединения фланцев обеспечена за счет деформируемой прокладки.

Стенки корпуса внутренней герметичной оболочки пронизаны герметичными проходками, через которые извне к ядерному реактору и другим элементам 1-го контура подводятся трубопроводы различных технологических систем (например, подводящие и отводящие трубопроводы, через которые к парогенератору подводится и отводится рабочее тело 2-го контура). Также через герметичные проходки в стенках корпуса внутренней герметичной оболочки проходят электрические линии систем управления и контроля реактором и другим оборудованием, размещенным внутри герметичной оболочки.

Внутренняя герметичная оболочка ядерного реактора размещена в нижней части внутренней полости башни ВЭУ и опирается на сплошную металлическую плиту в основании ВЭУ. Между внутренней герметичной оболочкой реактора и башней ВЭУ имеется кольцевой зазор. В районе плоскости разъема крышки и корпуса внутренней герметичной оболочки в указанном кольцевом зазоре размещена кольцевая площадка обслуживания, которая позволяет разместить персонал и вспомогательное оборудование при техническом обслуживании и ремонте реакторной установки.

Башня ВЭУ – полая, выполнена из нескольких трубчатых металлических сегментов. Каждый сегмент башни на обоих концах (верхнем и нижнем) имеет фланцы с отверстиями, с помощью которых (а также с помощью соединительных элементов – болтов, гаек и т.д.) сегменты соединяются между собой. Основание ВЭУ выполнено из железобетона. Под башней в основание заделана сплошная металлическая плита с резьбовыми отверстиями для шпилек или болтов. Нижний сегмент башни с помощью нижнего фланца крепится шпильками и гайками к указанной плите в основании башни.

Машинное отделение ВЭУ установлено на верхнем торце верхнего сегмента башни. Узел крепления машинного отделения к башне обеспечивает возможность вращения машинного отделения вокруг вертикальной оси. Указанный узел крепления не обеспечивает уплотнения внутренней полости башни по отношению к атмосфере.

Ось ротора ветровой турбины расположена горизонтально или под небольшим углом к горизонту (с целью предотвращения соприкосновений лопастей ветровой турбины с башней, когда лопасти сильно изогнуты из-за большой скорости ветра).

Суммарная масса машинного отделения вместе с ветровой турбиной ветровых энергетических установок большой мощности (более 10 МВт) составляет несколько сотен тонн, поэтому трубчатые металлические сегменты башни имеют значительный диаметр (до 10 м) и значительную толщину стенки. Благодаря этому трубчатые сегменты башни ВЭУ могут выдержать не только весовую и ветровую нагрузку от машинного отделения, но и обеспечить защиту внутренней полости башни от неблагоприятных внешних воздействий – ударной волны, ураганного ветра и предметов, летящих вместе с ветром, элементов конструкции самолета (в случае столкновения самолета с башней).

Поскольку узел крепления машинного отделения к башне не обеспечивает уплотнения внутренней полости башни по отношению к атмосфере, внутри башни (в верхней части верхнего сегмента) установлена герметичная перегородка. Эта перегородка обеспечивает герметичность внутренней полости башни по отношению к атмосфере и защиту внутренней полости башни от неблагоприятных внешних воздействий, перечисленных выше.

Для входа персонала внутрь башни ВЭУ, для завоза и вывоза контейнера отработавшего топлива и другого оборудования в стенке башни предусмотрен шлюз, пронизывающий стенку башни. Он оснащен двумя герметичными крышками. При использовании шлюза не допускается открытие двух крышек одновременно. Одна из крышек закрыта и уплотнена; закрытая крышка обеспечивает герметизацию внутренней полости башни ВЭУ по отношению к атмосфере в процессе технического обслуживания и ремонта реакторной установки. Направление транспортировки грузов и перемещения персонала внутри шлюза – горизонтальное.

Шлюз размещен на такой высоте, чтобы изнутри башни ВЭУ к шлюзу примыкала площадка обслуживания реактора. Шлюз оснащен рельсовым путем и транспортной тележкой, которая будет транспортировать различные грузы с площадки, размещенной снаружи башни ВЭУ, на площадку, размещенную внутри башни ВЭУ. Над площадкой, примыкающей к шлюзу снаружи башни, размещен грузоподъемный механизм, который обеспечит подъем грузов на указанную площадку с поверхности земли. Кроме того, от земли до наружной площадки шлюза сооружена лестница для персонала.

Таким образом, башня с внутренней перегородкой, герметичный шлюз и основание башни формируют замкнутую полость, защищенную от неблагоприятных внешних воздействий. Эта полость герметична по отношению к атмосфере. При работе реактора на мощности эта герметичность избыточна, поскольку функцию предотвращения распространения радиоактивных веществ выполняет внутренняя герметичная оболочка реактора, размещенная внутри башни ВЭУ. Однако в период перегрузки ядерного топлива, когда демонтированы и крышка корпуса герметичной оболочки, и крышка корпуса реактора, башня с перегородкой в верхней части башни и основание башни остаются единственным барьером на пути распространения радиоактивных веществ в окружающую среду. Поэтому герметизация внутренней полости башни необходима.

Машинное отделение ВЭУ соединено электрическими кабелями с оборудованием системы преобразования энергии и системы управления ВЭУ, установленным на уровне земли. Эти кабели проложены в лотках, прикрепленных к башне ВЭУ снаружи. К наружной стороне башни прикреплена лестница, по которой обслуживающий персонал будет подниматься в машинное отделение для выполнения технического обслуживания и ремонта элементов ветрогенератора.

Мощность ядерного реактора, размещенного внутри башни ВЭУ, ограничена возможностями компоновки во внутренней полости башни всего оборудования реакторной установки, содержащей радиоактивные вещества, а также герметичной оболочки, внутри которой размещается указанное оборудование реакторной установки. Внутри башни ВЭУ размещен только один ядерный реактор.

Исходя из информации о размерах башен крупнейших существующих и проектируемых ВЭУ, ядерный реактор, размещенный в башне ВЭУ, будет относиться к классу реакторов малой мощности. В случае, если в состав многокомпонентной энергетической установки будут входить несколько мощных ВЭУ, может оказаться, что для поддержания стабильности энерговыработки потребуется не один, а несколько реакторов, совместная работа которых в режиме маневрирования мощностью позволит компенсировать неравномерность энерговыработки ВЭУ. В этом случае в состав многокомпонентной энергетической установки будут входить несколько ядерных реакторов, каждый из которых будет размещен внутри своей башни ВЭУ. Таким образом, количество ядерных реакторов, входящих в состав многокомпонентной энергетической установки, может быть меньше или равно количеству башен ВЭУ.

При этом система может предусматривать один турбогенератор на несколько ядерных реакторов (или на все реакторы). Укрупнение турбогенераторной установки выгодно с точки зрения сокращения удельных капитальных затрат. От каждой реакторной установки к сборному паровому коллектору турбины проведен паропровод, от питательных насосов турбоустановки в парогенератор каждой реакторной установки проведен трубопровод для подачи питательной воды. На паропроводах и трубопроводах питательной воды предусмотрены отсечные клапаны для отсечения любой из реакторных установок от турбогенератора в случае необходимости.

Размещение турбогенератора на площадке многокомпонентной энергетической установки минимизирует длину паропроводов, соединяющих реакторные установки с паровым коллектором турбины, а также минимизирует неравномерность длин паропроводов, идущих к паровому коллектору от разных реакторных установок. Оптимально размещение башен ВЭУ с ядерными реакторами по кругу вокруг здания турбогенератора.

Для отвода тепла от конденсатора паровой турбины использована вентиляторная градирня. Использование башенной градирни нецелесообразно, поскольку башня такой градирни искажает поток ветра в районе размещения; это будет мешать нормальной работе ВЭУ.

Каждый реактор оснащен набором систем безопасности, который полностью независим от систем безопасности других ядерных реакторов. Оборудование систем безопасности каждого ядерного реактора размещено в здании, находящемся в непосредственной близости от той башни ВЭУ, внутри которой находится соответствующий ядерный реактор. Для размещения теплообменных аппаратов, отводящих тепло от реакторной установки атмосферному воздуху, может быть использована наружная поверхность башни ВЭУ.

Также наружная поверхность стенки башни может использоваться для передачи тепла конечному поглотителю (атмосферному воздуху) при расхолаживании реакторной установки и отводе остаточного тепловыделения от активной зоны в аварийных ситуациях (по аналогии с реакторной установкой АР1000 /3/). При этом тепло передается сквозь стенку башни за счет её теплопроводности.

Крышка снимается с корпуса герметичной оболочки в периоды технического обслуживания и ремонта реактора, когда цепная реакция деления в реакторе прекращена, 1-й контур охлажден и избыточное давление в нем отсутствует (см. чертеж фиг.15). После демонтажа крышка размещается и закрепляется на кронштейнах в верхней части полости внутри башни ВЭУ (ниже герметичной перегородки). Для перемещения элементов реакторной установки, демонтируемых при перегрузке топлива, в верхней части полости внутри башни ВЭУ (под герметичной перегородкой) установлен грузоподъемный механизм.

Внутри сосуда герметичной оболочки и внутри башни ВЭУ нет места для бассейна отработавшего топлива. Поэтому отработавшее ядерное топливо хранится в толстостенных герметичных металлических контейнерах за пределами башни ВЭУ, на площадке станции (в подземных бетонных колодцах с каналами для воздушного охлаждения за счет естественной циркуляции). В контейнер выгружается отработавшее топливо непосредственно из активной зоны (без промежуточной выдержки в бассейне). Для минимизации массы и габаритов контейнер спроектирован на небольшое количество тепловыделяющих сборок (например, на 3 шестигранных или 4 квадратных тепловыделяющих сборки).

Ядерный реактор в процессе перегрузки ядерного топлива изображен на чертеже фиг.15. В период перегрузки топлива крышка корпуса герметичной оболочки, крышка корпуса реактора демонтированы и размещены в верхней части башни ВЭУ (ниже герметичной перегородки). Закрепление указанных демонтированных элементов в верхней части башни осуществляется с использованием откидных или стационарных кронштейнов. Внутрикорпусные устройства реактора, находящиеся над активной зоной, при перегрузке топлива демонтированы и размещены в колодцах ниже площадки обслуживания.

Выгрузка отработавшего топлива из активной зоны в контейнер происходит под слоем теплоносителя 1-го контура (воды). В период перегрузки топлива контейнер установлен внутри корпуса реактора, над активной зоной, с максимально возможным смещением от центра реактора (т.е. максимально приближен к стенке корпуса реактора). Перепад высоты между контейнером и активной зоной минимизирован (т.е. контейнер размещен как можно ниже уровня теплоносителя 1-го контура при перегрузке). Перегрузочный механизм извлекает отработавшее топливо из того сектора активной зоны, который расположен диаметрально противоположно по отношению к месту размещения контейнера, и загружает топливо в контейнер.

Для размещения контейнера внутри корпуса реактора, а также для предотвращения падения контейнера на активную зону в случае неисправностей подъемно-транспортных механизмов предусмотрена защитная плита, которая устанавливается внутрь корпуса реактора над активной зоной перед началом выгрузки отработавшего топлива из активной зоны, а после завершения выгрузки топлива – извлекается из реактора. Защитная плита устанавливается на верхнюю кольцевую поверхность бокового отражателя нейтронов, окружающего активную зону. В защитной плите предусмотрены отверстия для извлечения отработавшего топлива из определенного сектора активной зоны перегрузочным механизмом, причем размеры этих отверстий меньше, чем наименьший размер контейнера отработавшего топлива (чтобы в случае падения контейнера он не мог упасть ниже защитной плиты). Для обеспечения доступа перегрузочного устройства к различным секторам активной зоны защитную плиту необходимо периодически поворачивать; эту операцию следует выполнять после извлечения из реактора очередного загруженного контейнера с отработавшим топливом.

Ядерное топливо, которое извлекается из реактора через несколько суток после остановки реактора, характеризуется высоким уровнем остаточного тепловыделения. Поэтому контейнер для отработавшего топлива заполнен теплоносителем, который обеспечивает эффективный отвод тепла от ядерного топлива и перенос его к стенке контейнера после закрытия крышки контейнера и извлечения контейнера из теплоносителя 1-го контура на воздух. Теплоноситель циркулирует внутри контейнера в режиме естественной циркуляции, омывает тепловыделяющие элементы и переносит тепло на наружную стенку контейнера. С наружной стороны стенка контейнера покрыта теплообменными ребрами и охлаждается атмосферным воздухом.

Теплоноситель, используемый для заполнения контейнера, характеризуется высокой радиационной стойкостью, а также низким давлением насыщенных паров, чтобы не создавать опасности переопрессовки контейнера. Поскольку контейнер заполнен указанным теплоносителем заранее (до загрузки топлива в контейнер), и при загрузке отработавшего топлива в контейнер будет происходить контакт контейнерного теплоносителя с теплоносителем 1-го контура, контейнерный теплоноситель не должен растворять воду и не должен растворяться в воде, не должен химически взаимодействовать с водой и растворенным в воде кислородом; кроме того, этот теплоноситель должен иметь плотность больше, чем у воды. Как вариант, в качестве контейнерного теплоносителя могут быть применены сплав Вуда, дифенил-терфенильная смесь либо др.

Функцию предотвращения распространения ионизирующих излучений за пределы внутренней герметичной оболочки выполняет радиационная защита, выполненная в виде кольцевой конструкции, охватывающей реактор снаружи напротив активной зоны. Для поглощения нейтронного излучения в состав защиты введены вещества, хорошо замедляющие и поглощающие нейтроны (к примеру, материалы, содержащие водород, а также соединения бора или кадмия). Для поглощения гамма-излучения в состав защиты введены вещества с высокой плотностью (к примеру, железо или свинец). Для удовлетворения указанным требованиям на практике защиту удобно выполнить из бетона с добавками карбида бора и чугунной дроби.

Во время технического обслуживания и ремонта АЭС работа ВЭУ может продолжаться. В случае изолированного расположения рассматриваемой многокомпонентной энергетической установки (т.е. отсутствия подключения к электрической сети, в которой имеются другие источники), ВЭУ будет использоваться для энергообеспечения АС энергией во время технического обслуживания и ремонта, в процессе расхолаживания и разогрева. Кроме того, ВЭУ будет обеспечивать системы АС энергией в случае аварийных ситуаций.

На случай безветренной погоды во время технического обслуживания и ремонта либо в период аварийной ситуации на АЭС, в проекте АЭС предусмотрен резервный дизель-генератор и соответствующий запас топлива для него.

Монтаж герметичной оболочки ядерного реактора и самого реактора внутрь башни ВЭУ осуществляется на этапе сооружения ВЭУ, после того, как завершено сооружение железобетонного основания башни и смонтирован нижний сегмент трубчатой башни ВЭУ. Устанавливаются на штатные места все элементы реакторной установки, которые впоследствии не могут быть транспортированы через шлюз: корпус герметичной оболочки, корпус реактора, парогенератор, компенсатор объема, внутрикорпусные устройства реактора (за исключением ядерного топлива), крышка корпуса реактора, крышка герметичной оболочки и т.д.

Указанные операции выполняются гусеничным подъемным краном, размещенным снаружи башни ВЭУ, который используется для сооружения ВЭУ. Например, для этого может использоваться гусеничный подъемный кран Liebherr LR-13000, который создан для монтажа крупногабаритных тяжеловесных элементов (массой до 3000 т) при сооружении промышленных предприятий /1/.

Затем продолжается сооружение ВЭУ (монтаж последующих сегментов башни, машинного отделения, лопастей ветровой турбины). Грузоподъемные механизмы, которые будут использоваться впоследствии при техническом обслуживании и ремонте реакторной установки, заранее смонтированы внутри того сегмента башни, в котором установлена внутренняя перегородка над реактором, и установлены на штатное место вместе с этим сегментом. Одновременно с монтажом элементов ВЭУ выполняются работы по подключению к ядерному реактору трубопроводов технологических систем нормальной эксплуатации и систем безопасности. Загрузка ядерного топлива в реактор выполяется только после полного завершения монтажа всех элементов ВЭУ, а также монтажа и проверки работоспособности всех систем АС.

Размещение ядерного реактора во внутренней полости плавучего основания башни.

Ниже приведено описание размещения ядерного реактора во внутренней полости плавучего основания ВЭУ. Герметичное ограждение реактора двойное, т.е. во внутренней полости плавучего основания ВЭУ размещен не только ядерный реактор, но и внутренняя герметичная оболочка. Наружная защитная оболочка сформирована из стенок плавучего основания, герметичного шлюза, а также необходимых дополнительных перегородок, формирующих замкнутую герметичную полость внутри плавучего основания ВЭУ (см. чертеж фиг. 10).

Ветровая турбина имеет положение оси, близкое к горизонтальному, поэтому для обеспечения свободного вращения лопастей турбины машинное отделение ВЭУ поднято над уровнем воды. Для этого используется башня, опирающаяся на плавучее основание ВЭУ. Машинное отделение ВЭУ установлено наверху башни.

Плавучее основание башни ВЭУ представляет несколько соединенных между собой герметичных полупогруженных поплавков (т.е. часть каждого поплавка погружена в воду, а часть – выступает над уровнем воды). Поплавки соединены между собой силовыми перемычками, обеспечивающими прочность и жесткость плавучего основания как единого целого. Каждая перемычка представляет собой участок металлической трубы большого диаметра (порядка нескольких метров), концы которой приварены к оболочкам поплавков. Внутри перемычек проложены технологические трубопроводы и электрические кабели, соединяющие между собой оборудование атомной станции, размещенное в разных поплавках, и транспортные переходы для персонала. При этом перемычки изолируют поплавки друг от друга (за счет использования герметичных переборок, проходок, дверей) так, чтобы затопление одного поплавка не приводило к затоплению других поплавков.

Удобно использовать плавучее основание ВЭУ, состоящее из четырех поплавков. Внутри первого поплавка будет размещен ядерный реактор с внутренней герметичной оболочкой, а также системы, непосредственно подключенные к 1-му контуру. Внутри второго поплавка будут размещены паровая турбина с конденсатором турбины и электрогенератор, внутри третьего поплавка – оборудование для преобразования и выдачи электроэнергии на берег, а также жилой модуль и центр управления АС, внутри четвертого – оборудование систем нормальной эксплуатации и систем безопасности, баки с запасами технологических сред 1-го и 2-го контуров. При распределении оборудования АС по поплавкам максимально использован опыт размещения оборудования ядерной энергетической установки по отсекам атомного ледокола либо плавучей атомной электростанции.

Стенки поплавка, в котором размещен ядерный реактор, формируют замкнутую полость, защищенную от неблагоприятных внешних воздействий. Эта полость герметична по отношению к атмосфере. При работе реактора на мощности эта герметичность избыточна, поскольку функцию предотвращения распространения радиоактивных веществ выполняет герметичная оболочка реактора, размещенная внутри поплавка. Однако в период перегрузки ядерного топлива, когда демонтированы и крышка корпуса внутренней герметичной оболочки, и крышка корпуса реактора, стенки поплавка остаются единственным барьером на пути распространения радиоактивных веществ в окружающую среду. Поэтому герметизация внутренней полости поплавка необходима.

Внешняя оболочка поплавков выполнена из металла либо бетона с толщиной стенки, достаточной для сопротивления воздействию штормовой океанской волны. Это значит, что внешняя оболочка поплавков может сопротивляться и другим внешним воздействиям, рассматриваемым в проектах АЭ – воздействию воздушной ударной волны, ураганного ветра и предметов, летящих вместе с ветром, элементов конструкции самолета (в случае столкновения самолета с поплавком). Для защиты поплавка с ядерным реактором от аварийного навала судна обслуживания или посторонних судов необходимо предусмотреть на указанном поплавке защитный пояс (подход, аналогичный использованию ледового пояса в составе корпусов судов, созданных для хождения по северным морям, где возможна встреча с плавучими льдами).

Поплавки плавучего основания ВЭУ большой мощности, которые проектируются в настоящее время, имеют диаметр порядка 15÷20 м и высоту до 40 м. В таких поплавках свободно разместятся ядерной реактор малой мощности, например, такой как NuScale , а также другой крупногабаритный элемент АС - турбогенераторная установка с конденсатором турбины. Например, известна турбина ТНД-17 /2/. Электрическая мощность генератора, который вращает турбина, составляет 36 МВт. Турбина (цилиндры высокого и низкого давления), а также генератор смонтированы на единой раме, под рамой размещен конденсатор пара. Турбина ТНД-17 для атомного ледокола проекта 22220 спроектирована так, чтобы выдерживать качку и удары корпуса ледокола об лед, которые сопровождаются перегрузками до 6g, а также выдерживать постоянную работу в режимах маневрирования мощностью; межремонтный период турбины составляет 20 лет /3/. Аналогичный турбогенератор требуемой мощности можно разместить в одном из поплавков плавучего основания ВЭУ.

В нижней части каждого поплавка размещены балластные цистерны, заполняемые забортной водой. Заполнение этих цистерн до требуемого уровня обеспечит выравнивание крена и дифферента плавучего основания.

Башня ВЭУ установлена на один из поплавков. Машинное отделение ВЭУ соединено электрическими кабелями с оборудованием системы преобразования энергии и системы управления ВЭУ, установленным внутри одного из поплавков. Эти кабели проложены внутри башни ВЭУ. Также внутри башни размещена лестница, по которой обслуживающий персонал будет подниматься в машинное отделение для выполнения периодического технического обслуживания и ремонта элементов ветрогенератора.

Так же, как в приведенном выше описании размещения ядерного реактора в башне ВЭУ, рассматривается использование в составе АС 2-х-контурной ядерной энергетической установки с корпусным ядерным реактором. В качестве теплоносителя 1-го контура используется «легкая» (обычная) вода. В качестве рабочего тела 2-го контура также используется обычная вода. Для передачи тепла от теплоносителя 1-го контура рабочему телу служит теплообменный аппарат, именуемый «парогенератором». Компоновка основного оборудования 1-го контура интегральная, т.е. активная зона, парогенераторы, компенсатор объема размещены внутри корпуса реактора, имеющего съемную крышку. Циркуляция теплоносителя 1-го контура при работе на мощности – естественная, она происходит за счет разницы весов столбов нагретого и охлажденного теплоносителя внутри реактора.

Внутренняя герметичная оболочка представляет собой сосуд, состоящий из корпуса и крышки с соединительными фланцами. Фланцы крышки и корпуса соединены между собой с использованием шпилек и гаек; герметичность соединения фланцев обеспечена за счет деформируемой прокладки.

Стенки корпуса внутренней герметичной оболочки пронизаны герметичными проходками, через которые извне к ядерному реактору и другим элементам 1-го контура подводятся трубопроводы различных технологических систем (например, подводящие и отводящие трубопроводы, через которые к парогенератору подводится и отводится рабочее тело 2-го контура). Также через герметичные проходки в стенках корпуса герметичной оболочки проходят электрические линии систем управления и контроля реактором и другим оборудованием, размещенным внутри герметичной оболочки.

Функцию предотвращения распространения ионизирующих излучений за пределы внутренней герметичной оболочки выполняет радиационная защита, выполненная в виде кольцевой конструкции, охватывающей реактор снаружи напротив активной зоны (описание радиационной защиты представлено в приведенном выше описании размещения ядерного реактора в башне ВЭУ).

Доступ из окружающей среды в герметичную внутреннюю полость поплавка, в которой размещен ядерный реактор и внутренняя герметичная оболочка, обеспечен через герметичный шлюз, который пронизывает боковую стенку поплавка в её надводной части. Шлюз размещен на такой высоте, что изнутри поплавка к шлюзу примыкает площадка обслуживания реактора. Конструкция и функционал шлюза – такие же, как в приведенном выше описании размещения ядерного реактора в башне ВЭУ.

Герметичная оболочка ядерного реактора размещена в середине высоты поплавка. Внутри поплавка ниже внутренней герметичной оболочки реактора размещается герметизирующая перегородка, еще ниже - балластная цистерна. Выше внутренней герметичной оболочки имеется свободное пространство, используемое для демонтажа крышки внутренней герметичной оболочки, крышки корпуса реактора, внутрикорпусных устройств реактора при перегрузке топлива и техническом обслуживании реактора. В верхней части указанного свободного пространства внутри поплавка размещен мостовой кран, который будет использоваться для демонтажа указанных элементов.

Для закрепления внутренней герметичной оболочки к стенкам поплавка и обеспечения стабильности их взаимного расположения используются металлоконструкции, проектируемые и изготавливаемые по технологии судостроения – продольные, поперечные, горизонтальные, кольцевые балки и ребра жесткости. Аналогичные металлоконструкции формируют пьедесталы и колодцы для размещения внутри поплавка демонтированных крышки внутренней герметичной оболочки, крышки корпуса реактора, внутрикорпусных устройств в период перегрузки топлива, технического обслуживания и ремонта реактора. Также указанные металлоконструкции формируют площадку обслуживания на уровне разъема внутренней герметичной оболочки. Площадка обслуживания будет использована для размещения контейнеров со свежим и отработавшим ядерным топливом при перегрузке топлива, а также персонала и различного оборудования при техническом обслуживании и ремонте реактора. В помещениях, образованных внутренними металлоконструкциями поплавка ниже уровня площадки обслуживания, будет размещаться различное оборудование систем нормальной эксплуатации и систем безопасности.

Ядерный реактор оснащен набором систем нормальной эксплуатации и систем безопасности. Часть оборудования указанных систем размещена в одном поплавке с ядерным реактором, оставшаяся часть – в соседнем поплавке.

Несмотря на то, что установка предназначена для размещения в воде, в качестве конечного поглотителя тепла для систем отвода остаточных тепловыделений от активной зоны ядерного реактора целесообразно использовать атмосферный воздух. Это связано с опасностью отказа водоохлаждаемых систем при аварийных ситуациях, сопровождающихся значительным креном плавучего основания или опрокидыванием всей установки. При таких ситуациях водозаборные устройства водоохлаждаемых систем могут оказаться над уровнем воды, что приведет к отказу указанных систем. А теплообменные аппараты, исходно предназначенные для передачи тепла атмосферному воздуху, смогут выполнить свою функцию даже в случае погружения в воду. Для размещения теплообменных аппаратов, отводящих тепло от реакторной установки атмосферному воздуху, может быть использована наружная поверхность поплавка, в котором размещен ядерный реактор.

Внутри герметичной внутренней полости поплавка, в которой размещен ядерный реактор и его внутренняя герметичная оболочка, достаточно свободного пространства для размещения бассейна выдержки отработавшего топлива. Однако использование проектных решений по бассейну выдержки и технологий перегрузки ядерного топлива из реактора в бассейн, идентичных решениям и технологиям наземных АС, небезопасно (и поэтому неприемлемо) для многокомпонентной энергетической установки, размещенной на плавучем основании. При авариях (или внешних воздействиях), сопровождающихся частичным или полным затоплением поплавков плавучего основания, может возникнуть значительный крен, либо потеря остойчивости и полное опрокидывание установки. Если перегрузку отработавшего ядерного топлива из реактора в бассейн выдержки проводить в открытом море, и в период перегрузки произойдет значительный крен или опрокидывание установки, это приведет к потере охлаждения ядерного топлива в реакторе и в бассейне, неконтролируемым перемещениям тепловыделяющих сборок в пределах герметичного ограждения, и, как итог, тяжелой радиационной аварии.

Поэтому перегрузка ядерного топлива в реакторе выполняется в период нахождения плавучей многокомпонентной энергетической установки в сухом доке. При этом используется технология выгрузки отработавшего ядерного топлива из активной зоны в контейнер, заполненный высококипящим теплоносителем с низким давлением насыщенных паров, размещенный при перегрузке топлива внутри корпуса реактора (описание этой технологии представлено в приведенном выше описании размещения ядерного реактора в башне ВЭУ). Соответственно, грузоподъемные механизмы, предназначенные для ремонта и обслуживания ядерного реактора, используются только при нахождении энергетической установки в сухом доке.

Предпочтительно, чтобы перегрузка ядерного топлива выполнялась в сухом доке на специализированной базе обслуживания. Однако, поскольку все операции с ядерным топливом при перегрузке происходят внутри наружной защитной оболочки ядерного реактора (которая герметична по отношению к окружающей среде), а отработавшее ядерное топливо вывозится в закрытом герметичном контейнере через транспортный шлюз, возможно использовать для перегрузки топлива любой подходящий сухой док, ближайший к месту постоянного размещения плавучей многокомпонентной энергетической установки.

В периоды нахождения плавучей многокомпонентной энергетической установки за пределами сухого дока крышки корпуса реактора и внутренней герметичной оболочки закрыты и уплотнены, 1-й контур реакторной установки герметизирован, все системы безопасности АС включены и находятся в режиме готовности.

Техническое обслуживание и ремонт оборудования АС, не требующие разуплотнения 1-го контура (например, ремонт оборудования турбогенератора), выполняются при нахождении многокомпонентной энергетической установки на штатном месте работы (в открытом море). В периоды выполнения таких работ ВЭУ может продолжать работать; она будет обеспечивать АС энергией при выполнении указанных операций, в процессе расхолаживания и разогрева. Кроме того, ВЭУ обеспечивает системы АС энергией в случае аварийных ситуаций.

На случай безветренной погоды во время технического обслуживания и ремонта либо в период аварийной ситуации на АС, в проекте АС предусмотрен резервный дизель-генератор и соответствующий запас топлива для него.

Возвращение всей многокомпонентной энергетической установки на плавучем основании на базу обслуживания требует больших затрат времени и ведет к значительной недовыработке электроэнергии. Следовательно, такая операция выполняется как можно реже.

Поэтому в составе многокомпонентной энергетической установки на плавучем основании применен ядерный реактор, способный проработать без перегрузки ядерного топлива значительный срок (но не более, чем период времени между капитальными ремонтами реактора, турбогенератора и ветроэнергетической установки).

Как указано в /3/, при современном уровне развития техники капитальный ремонт судового турбогенератора требуется раз в 20 лет.

При современном уровне развития техники проектный срок эксплуатации ветроэнергетической установки составляет 20 лет /4/; после истечения этого срока потребуют замены элементы, непосредственно участвующие в преобразовании энергии ветра в электроэнергию: лопасти турбины, редуктор, подшипники ротора, генератор.

Как показано в /5/, завершен эскизный проект реакторной установки РИТМ-200М, топливо которой позволяет обеспечить непрерывную работу без перегрузки до 10 лет. Реакторная установка способна работать в режимах маневрирования мощностью. При этом в проекте соблюдаются все российские и международные нормы и требования, включая требования нераспространения ядерного оружия и материалов.

Проектный срок службы современных ядерных энергетических установок с корпусными реакторами с водой под давлением составляет 60 лет. С учетом приведенной выше периодичности капитальных ремонтов ветроэнергетической установки и турбогенератора можно предполагать продолжительность работы ядерного реактора рассматриваемой многокомпонентной энергетической установки между перегрузками топлива 10 лет.

Сооружение рассматриваемой плавучей многокомпонентной энергетической установки осуществляется в сухом доке на судостроительной верфи до 100%-й готовности (включая загрузку свежего ядерного топлива в реактор и установку лопастей ветровой турбины). Судостроительная промышленность уже сейчас способна изготавливать крупные плавучие объекты, сопоставимые по размеру и функционалу с рассматриваемой энергетической установкой: плавучие буровые платформы /6/, плавучие атомные станции, ВЭУ на плавучем основании.

Все финальные операции с оборудованием АС – пуско-наладка, энергетический пуск, опытно-промышленную эксплуатацию, сдаточные испытания – выполняются у причальной стенки судоверфи. После этого плавучая установка транспортируется на место постоянной работы, ставится на якоря и подключается к кабелю, по которому энергия будет передаваться на берег.

Для размещения персонала на рассматриваемой энергетической установке предусмотрен жилой модуль на одном из поплавков (по аналогии с жилым модулем плавучей буровой платформы или плавучей атомной станции).

Список цитированных ссылок

LR 13000 впервые используется с системой параллельных стрел PowerBoom [онлайн] [найден 2023-01-14] Найдено в <интернет-сайт компании Liebherr, https://www.liebherr.com/en/int/products/mobile-and-crawler-cranes/crane-jobs/lr-cranes-in-operation/lr-13000-powerboom.html>

Основные характеристики турбоустановки судового назначения ТНД-17 [онлайн] [найден 2023-01-14] Найдено в <интернет-сайт Уральского турбинного завода, https://www.utz.ru/customer/catalog/parovye-turbiny/sudovye-turbiny/tnd-17/>

Уральская сила для сверхмощных ледоколов [онлайн] [найден 2023-01-14] Найдено в <интернет-сайт журнала www.korabel.ru, https://www.korabel.ru/news/comments/uralskaya_sila_dlya_sverhmoschnyh_ledokolov.html >

Ветер энергоперемен [онлайн] [найден 2023-02-11] Найдено в <интернет-сайт «Атомный эксперт», https://atomicexpert.com/novawind_rosatom>

Родом из Арктики [онлайн] [найден 2023-02-19] Найдено в <интернет-сайт АО «Русатом Оверсиз», https://rusatom-overseas.com/ru/smr/rodom-iz-arktiki/>

В КНР запущена гигантская плавучая буровая платформа за $700 млн [онлайн] [найден 2023-02-25] Найдено в <интернет-сайт «Новости энергетики», https://novostienergetiki.ru/v-knr-zapushhena-gigantskaya-plavuchaya-burovaya-platforma-za-700-mln/>

Перечень сокращений

АС – атомная станция

ВЭУ – ветроэнергетическая установка

Claims

1. Многокомпонентная энергетическая установка, компонентами которой являются источники энергии различного вида, причем среди компонент имеется как минимум одна ветроэнергетическая установка, включающая ветровую турбину, машинное отделение, полую трубчатую башню, основание башни, также среди компонент имеется как минимум одна атомная станция, включающая реакторную установку с ядерным реактором и герметичное ограждение реакторной установки, причем реакторная установка размещена во внутренней полости башни ветроэнергетической установки, причем функцию герметичного ограждения реакторной установки по защите персонала и населения от ионизирующих излучений выполняет радиационная защита, выполненная в виде кольцевой конструкции, охватывающей ядерный реактор снаружи напротив активной зоны, содержащая вещества, хорошо замедляющие и поглощающие нейтроны, а также вещества, хорошо поглощающие гамма-излучение, отличающаяся тем, что функцию герметичного ограждения по предотвращению распространения выделяющихся радиоактивных веществ за границы герметичного ограждения, а также функцию герметичного ограждения по защите реакторной установки от внешних экстремальных природных и техногенных воздействий выполняют стенки башни ветроэнергетической установки совместно с дополнительными перегородками в количестве, необходимом и достаточном для обеспечения герметичности полости внутри указанной башни, в которой расположена реакторная установка, совместно с герметичным шлюзом и герметичными проходками в стенках указанной башни.

2. Многокомпонентная энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что одинарное герметичное ограждение вокруг ядерного реактора сформировано из стенок башни ветроэнергетической установки, герметичных перегородок, установленных внутри башни ниже реактора и выше реактора, а также герметичного шлюза, пронизывающего стенку башни; узлы соединения сегментов башни между собой, с перегородками и со шлюзом герметизированы прокладками или сваркой.

3. Многокомпонентная энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что одинарное герметичное ограждение вокруг ядерного реактора сформировано из стенок башни ветроэнергетической установки, сплошной плиты основания башни, герметичной перегородки, установленной внутри башни выше реактора, а также герметичного шлюза, пронизывающего стенку башни; узлы соединения сегментов башни между собой, с плитой основания башни, с перегородкой и со шлюзом герметизированы прокладками или сваркой.

4. Многокомпонентная энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что герметичное ограждение ядерного реактора выполнено двойным, причем внутренняя герметичная оболочка выполнена в виде самостоятельного герметичного сосуда, размещенного во внутренней полости башни ветроэнергетической установки, а стенки указанной башни совместно с другими герметизирующими элементами формируют наружную защитную оболочку двойного герметичного ограждения.

5. Многокомпонентная энергетическая установка по п.4, отличающаяся тем, что наружная защитная оболочка ядерного реактора сформирована из стенок башни ветроэнергетической установки, двух перегородок, установленных внутри башни выше и ниже внутренней герметичной оболочки, а также герметичного шлюза, пронизывающего стенку башни; узлы соединения сегментов башни между собой, с перегородками и со шлюзом герметизированы прокладками или сваркой.

6. Многокомпонентная энергетическая установка по п.4, отличающаяся тем, что наружная защитная оболочка ядерного реактора сформирована из стенок башни ветроэнергетической установки, сплошной плиты основания башни, герметичной перегородки, установленной внутри башни выше внутренней герметичной оболочки, а также герметичного шлюза, пронизывающего стенку башни; узлы соединения сегментов башни между собой, с перегородкой, с плитой основания башни и со шлюзом герметизированы прокладками или сваркой.

7. Многокомпонентная энергетическая установка, компонентами которой являются источники энергии различного вида, причем среди компонент имеется как минимум одна ветроэнергетическая установка, включающая ветровую турбину, машинное отделение, наземное или плавучее основание, имеющее внутреннюю полость, также среди компонент имеется как минимум одна атомная станция, включающая реакторную установку с ядерным реактором и герметичное ограждение реакторной установки, причем реакторная установка размещена во внутренней полости основания ветроэнергетической установки, причем функцию герметичного ограждения реакторной установки по защите персонала и населения от ионизирующих излучений выполняет радиационная защита, выполненная в виде кольцевой конструкции, охватывающей ядерный реактор снаружи напротив активной зоны, содержащая вещества, хорошо замедляющие и поглощающие нейтроны, а также вещества, хорошо поглощающие гамма-излучение, отличающаяся тем, что функцию герметичного ограждения по предотвращению распространения выделяющихся радиоактивных веществ за границы герметичного ограждения, а также функцию герметичного ограждения по защите реакторной установки от внешних экстремальных природных и техногенных воздействий выполняют стенки основания ветроэнергетической установки, формирующие полость, внутри которой размещена реакторная установка, совместно с дополнительными перегородками в количестве, необходимом и достаточном для обеспечения герметичности указанной полости, совместно с герметичным шлюзом и герметичными проходками в указанных стенках.

8. Многокомпонентная энергетическая установка по п.7, отличающаяся тем, что одинарное герметичное ограждение вокруг ядерного реактора сформировано из стенок основания ветроэнергетической установки, герметичных перегородок, установленных внутри указанного основания ниже реактора и выше реактора, а также герметичного шлюза, пронизывающего стенку указанного основания; узлы соединения стенок основания с перегородками и шлюзом герметизированы прокладками или сваркой.

9. Многокомпонентная энергетическая установка по п.7, отличающаяся тем, что машинное отделение ветровой энергетической установки размещено наверху полой трубчатой башни, которая опирается на основание ветровой энергетической установки, при этом внутренняя полость основания ветроэнергетической установки, в которой размещен ядерный реактор, и внутренняя полость башни ветроэнергетической установки примыкают друг к другу и объединены друг с другом; одинарное герметичное ограждение ядерного реактора сформировано из стенок указанных башни и основания, ограничивающих объединенную полость, перегородки внутри башни, перегородки внутри полости в основании ниже реактора, и герметичного шлюза, пронизывающего стенку указанного основания; узлы соединения башни и основания между собой, а также с указанными перегородками и со шлюзом герметизированы прокладками или сваркой.

10. Многокомпонентная энергетическая установка по п.7, отличающаяся тем, что герметичное ограждение ядерного реактора выполнено двойным, причем внутренняя герметичная оболочка выполнена в виде самостоятельного герметичного сосуда, размещенного во внутренней полости основания ветроэнергетической установки, а стенки указанного основания совместно с другими герметизирующими элементами формируют наружную защитную оболочку двойного герметичного ограждения.

11. Многокомпонентная энергетическая установка по п.10, отличающаяся тем, что наружная защитная оболочка двойного герметичного ограждения ядерного реактора сформирована из стенок основания ветроэнергетической установки, двух герметичных перегородок, установленных внутри полости в основании выше и ниже внутренней герметичной оболочки, а также герметичного шлюза, пронизывающего стенку указанного основания; узлы соединения основания с указанными перегородками и со шлюзом герметизированы прокладками или сваркой.

12. Многокомпонентная энергетическая установка по п.10, отличающаяся тем, что машинное отделение ветровой энергетической установки размещено наверху полой трубчатой башни, которая опирается на основание ветровой энергетической установки, при этом внутренняя полость основания ветроэнергетической установки, в которой размещен ядерный реактор и внутренняя герметичная оболочка, и внутренняя полость башни ветроэнергетической установки примыкают друг к другу и объединены друг с другом; при этом наружная защитная оболочка двойного герметичного ограждения ядерного реактора сформирована из стенок указанных башни и основания, ограничивающих объединенную полость, перегородки внутри башни, перегородки внутри полости в основании ниже внутренней герметичной оболочки, и герметичного шлюза, пронизывающего стенку указанного основания; узлы соединения башни и основания между собой, а также с указанными перегородками и со шлюзом герметизированы прокладками или сваркой.