Промежуточные итоги и перспективы обращения с ОЯТ Билибинской АЭС

М.В.Барышников, Е.В.Суворова, А.В.Хаперская, Н.А.Шорохов (Госкорпорация «Росатом»), В.В.Фокин, К.И.Озеров, Е.В.Оленин, С.С.Петров, Ф.Т.Тухветов (Билибинская АЭС), О.П.Баринков, А.Н.Дорофеев, Д.В.Иванов, А.Ю.Лещенко (ООО НПФ «Сосны»)

Журнал "Безопасность ядерных технологий и окружающей среды", №3, 2012

PDF версия

Политика Госкорпорации «Росатом» в области обращения с отработавшим ядерным топливом, изложенная в отраслевой Концепции обращения с ОЯТ (2008 год), основывается на базовом принципе – необходимости переработки ОЯТ для обеспечения экологически приемлемого обращения с продуктами деления и возврата в ядерный топливный цикл регенерированных ядерных материалов. При этом концепция постулирует для всех типов ОЯТ АЭС технологические схемы, основанные на хранении и последующей переработке. Данный подход лежит в основе «Программы создания инфраструктуры и обращения с ОЯТ на 2012-2020 годы и на период до 2030 года», утвержденной в ноябре 2011 года.

Единственным видом ОЯТ, судьба которого не определена на настоящее время, являются ОТВС Билибинской АЭС (БиАЭС). В проекте этой станции отсутствуют технологическая схема по отправке ОЯТ с энергоблоков, технология и транспортные средства по обеспечению транспортирования ОТВС в пределах площадки и вывоза их за пределы АЭС. Основным вариантом обращения пока является длительное сухое хранение на площадке АЭС в существующих бассейнах выдержки (БВ).

ОЯТ РУ ЭГП-6 является длинномерным, состав топливной композиции близок к составу одной из модификаций топлива АМБ, поэтому данный вид ОЯТ можно переработать на ПО «Маяк» после начала работы отделения разделки и пеналирования (ОРП), то есть после 2016 года. Однако большая удаленность Билибинской АЭС, отсутствие инфраструктуры извлечения, подготовки и удаления ОЯТ с площадки станции, а также адекватной транспортной инфраструктуры в районе ее расположения обусловливают крайне высокие затраты на реализацию данного проекта. В рамках ФЦП ЯРБ проработаны варианты вывоза ОЯТ с площадки Билибинской АЭС на переработку с использованием морского или воздушного транспорта.

В то же время вечная мерзлота в районе расположения БиАЭС создает благоприятные условия для создания пункта окончательной изоляции РАО и ОЯТ (скважинного или штольневого типа).

Освобождение центрального зала АЭС от ОЯТ

По существующей на АЭС технологии после выгрузки из реактора ОТВС помещают в пеналы, которые размещают в БВ. Изначально планировавшееся отделение для хранения и обращения с ОТВС построено не было, вместо этого применили уплотненное хранение в БВ. В первое время работы АЭС пеналы изготавливали из углеродистой стали и покрывали каменноугольной эмалью для замедления коррозии, но гарантировать целостность пеналов при неопределенно долгом хранении в горячей воде БВ было невозможно. Также существовала опасность коррозии стенок бассейнов. Поэтому два заполненных ОТВС бассейна осушили, переведя ОЯТ на «сухое» хранение. Таким образом, на Билибинской АЭС находятся два осушенных бассейна выдержки с ОТВС, размещенными вплотную и перевязанными между собой проволокой и текстильными лентами (рис. 1). Часть пеналов с ОТВС размещена в труднодоступных нишах БВ.

Состояние пеналов и стенок осушенных БВ неизвестно, войти туда невозможно, заливать бассейн водой нежелательно. Для определения возможности извлечения всех ОТВС из осушенных бассейнов понадобилось провести комплексное инженерное и радиационное обследование (КИРО) с использованием специально разработанного уникального оборудования. После этого появилась возможность разработки технологии и оборудования для удаления ОЯТ из здания реакторной установки.

Для извлечения пеналов с ОТВС из осушенных бассейнов был разработан специальный захват-манипулятор, который устанавливается в существующие отверстия в плитах перекрытия, после чего его стрела переводится в рабочее положение (рис. 2). Основной трудностью при создании этого манипулятора было достижение требуемой грузоподъемности при жестких ограничениях размеров конструкции и значительном «вылете» стрелы при выполнении операций в нишах. Было разработано и другое оборудование, например, для резки пеналов и капсулирования ОТВС (рис. 3).

Ко времени останова АЭС будут заполнены еще два БВ (с водой), технология выгрузки ОТВС из них существует. Таким образом, технология освобождения центрального зала от всего ОЯТ имеется, работоспособность принятых решений проверена на экспериментальном стенде, безопасность работ соответствует нормативным требованиям с учетом сейсмоопасности района размещения станции (выпущен предварительный отчет по обоснованию безопасности, согласованный с научным руководителем АЭС – ФГУП «ГНЦ РФ – ФЭИ»). Данная технология будет востребована при любом варианте дальнейшего обращения с ОЯТ Билибинской АЭС.

Обращение с ОЯТ вне реактора

Поскольку без принятия окончательного решения по обращению с ОЯТ Билибинской АЭС глубокая проработка оборудования нецелесообразна, были проведены технико-экономические исследования (ТЭИ) для оценки стоимости работ с учетом изготовления оборудования. Рассматривались дальнейшее хранение ОТВС в БВ, захоронение их в ближайших окрестностях АЭС (в шахтах или штольнях) и вывоз на переработку или хранение. Рассмотрим эти варианты подробнее.

Хранение ОТВС в БВ
По результатам ТЭИ, проведенного специалистами ОАО «СХК» в 2009-2010 годах, возможно обосновать безопасность хранения ОТВС в БВ (в газовой среде или залитыми в бетон) на ближайшие 50 лет. Затраты на подготовку и поддержание безопасного хранения в течение этого времени оценены в 70 млрд рублей в ценах 2009 года. Существенный недостаток такого подхода: хранение ОТВС в БВ является отложенным решением, поскольку оставляет источник потенциальной опасности в регионе и не решает проблему вывода АЭС из эксплуатации. И к этому необходимо будет вернуться уже через несколько десятилетий.

Захоронение ОТВС
Для рассмотрения возможности создания опытно-промышленного объекта (ОПО) подземной изоляции ОЯТ и РАО в зоне размещения Билибинской АЭС ОАО «ВНИПИпромтехнологии» выполнены обоснование инвестиций (ОБИН) и оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС) с рассмотрением вариантов захоронения ОЯТ в могильник штольневого и скваженного типа. Вечная мерзлота в районе расположения БиАЭС создает благоприятные условия для создания пункта окончательной изоляции РАО и ОЯТ, такие как:
– отсутствие во вмещающей геологической среде воды в свободном состоянии, что препятствует возможности миграции радионуклидов из могильника в окружающую среду;
– замедление течения окислительно-восстановительных реакций в многолетнемерзлых горных породах (ММГП), что увеличивает время работоспособности инженерных барьеров;
– природный холод как естественный теплофизический барьер;
– короткое время существования зоны оттаивания, оцениваемое в несколько десятков лет, что обеспечивает работоспособность инженерных барьеров и локализацию области возможного распространения радионуклидов;
– последующее замораживание всего рабочего объема объекта захоронения и восстановление отрицательных температур ММГП;
– геологические и геокриологические условия в районе расположения Билибинской АЭС соответствуют концепции захоронения ОЯТ и РАО в ММГП.

На этапе проведения ОВОС были оценены требования всех сторон безопасности (ядерная, радиационная, миграция радионуклидов). Рассчитанный уровень риска запроектных аварий – 10^-7, что ниже уровня пренебрежимого риска. В то же время, наиболее уязвимым моментом концепции захоронения в многолетнемерзлых породах является слабая доказуемость неизменности сохранения вечной мерзлоты в течение требуемого длительного периода геологической изоляции ОЯТ.

Вывоз ОТВС
Возможность удаления ОТВС с Камчатки существует. Тяжелые грузы (корпуса реакторов, стальные плиты перекрытий БВ и т.д.) были доставлены туда Северным морским путем, соответственно, так же можно вывезти и транспортные упаковочные комплекты (ТУК). Есть и возможность вывоза с использованием большегрузных самолетов, например, АН-124-100, что было обосновано в ходе ТЭИ, проведенного ООО НПФ «Сосны» в 2010-2011 годах.
Ниже рассмотрены способы и пути транспортирования ТУК с ОЯТ.

Виды транспорта

Все грузы доставляются на Билибинскую АЭС с использованием морского или воздушного транспорта, в любом случае также используется автотранспорт. Эти же способы транспортировки пригодны для вывоза ОЯТ (рис. 4).

«Морской» путь: автомобильным транспортом по «зимнику» от Билибино до базы временного хранения вблизи порта, затем, в летний навигационный период, морским транспортом до порта на материке, откуда по железной дороге – до места назначения. Возврат ТУК происходит в обратной последовательности. Каждый из участков действует по четыре месяца в году, и цикл транспортировки, включая возврат порожних ТУК, занимает около двух лет. Регулярность движения тяжелого транспорта по «зимнику» зависит от погоды. На возможность прохода Северным морским путем также влияют погодные условия, которые в данном регионе быстро меняются. Тем не менее, автомобильное движение по «зимнику» организуется каждый сезон, и три морских рейса в навигацию до Европейской части России и обратно при условии ледокольного сопровождения возможны. Полная стоимость вывоза ОЯТ Билибинской АЭС с использованием морского транспорта составляет около 50 млрд рублей. Она включает изготовление, доставку и монтаж оборудования, строительство, проведение погрузочно-разгрузочных работ, организацию необходимой транспортной инфраструктуры и перевозки, а также переработку ОЯТ на ПО «Маяк».

«Воздушный» путь: перевозка самолетом с ближайшего аэродрома до аэропорта близ железной дороги, откуда поездом – до места назначения. Возможны варианты – либо использовать местный аэропорт в существующем виде, который сегодня может круглогодично принимать самолеты грузоподъемностью до 20 т, либо модернизировать взлетно-посадочную полосу, что позволит использовать самолет грузоподъемностью более 100 т и существенно сократить количество рейсов. Экономия от сокращения рейсов примерно равна стоимости модернизации полосы.

Стоимость «воздушного» варианта будет зависеть от типа ТУК:
– Перевозка ОЯТ в ТУК типа B(U) с использованием воздушного транспорта возможна при соответствии содержимого требованиям к «радиоактивному материалу особого вида (РМОВ)» (пеналы с ОЯТ Билибинской АЭС соответствуют этим требованиям). Стоимость решения проблемы освобождения Билибинской АЭС от ОЯТ при вывозе в упаковках типа B(U) с использованием воздушного транспорта – около 70 млрд. руб., из которых 10 млрд. руб. уйдут на модернизацию взлетно-посадочной полосы местного аэропорта.
– Основное требование к ТУК типа C – выдерживать в условиях авиакатастроф, поэтому перевозить ОЯТ воздушным транспортом в ТУК типа C безопаснее, чем в ТУК типа B(U). Вместимость ТУК типа C может быть существенно большей. Возможность перевозки ОЯТ Билибинской АЭС в ТУК типа C прорабатывается в настоящее время ФГУП «РФЯЦ ВНИИТФ» в рамках контракта по ФЦП ЯРБ. Затраты по такому варианту оцениваются в сумму около 40 млрд руб.

Пункты назначения

На единственном в настоящее время в России заводе по переработке – ПО «Маяк» – все ОЯТ делят на две категории: перерабатываемое и неперерабатываемое. ОЯТ РУ ЭГП-6 пока относят к категории неперерабатываемого, однако состав топливной композиции близок к составу одной из модификаций топлива АМБ, поэтому данный вид ОЯТ можно переработать на ПО «Маяк» после начала работы ОРП и модернизации транспортной инфраструктуры предприятия. Стоимость переработки оценена и в вышеприведенных суммах уже учтена. ОЯТ АМБ при существующих мощностях планируется переработать до 2023 года, что согласуется с планом начала работ на Билибинской АЭС в 2022 году.

Оценки сроков работ

В настоящее время Госкорпорацией «Росатом» принято «Решение о сроках останова энергоблоков №№1-4 Билибинской АЭС для вывода из эксплуатации»:
– энергоблок № 1 – 2018 год;
– энергоблоки №№2-4 – 2019 год.

После останова реакторов Билибинской АЭС остро встанет вопрос, что делать с ОЯТ, накопленным за время эксплуатации АЭС с 1974 года. Длительно содержать реактор в режиме останова дорого. Законсервировать объект на Крайнем Севере обойдется еще дороже – в режиме консервации придется содержать основную инфраструктуру; станцию покинут специалисты, знающие конструкцию и историю работы реактора, и к началу работ по выводу из эксплуатации необходимо будет вновь набирать и учить людей, заново строить жилые и производственные здания.

Благодаря большой емкости бассейнов и невысокой мощности АЭС, заполнение БВ при существующем режиме эксплуатации ожидается через десять лет, что примерно соответствует планируемым срокам останова реакторов БиАЭС. Но для начала работ по освобождению центрального зала от ОТВС сразу после останова последнего из четырех реакторов необходимо к 2022 году доставить и смонтировать необходимое для этого оборудование. Оценочный срок подготовительных работ (проведение проектных работ, прохождение государственных экспертиз, предпроектных изысканий, доработка и отладка оборудования на «большой земле», транспортирование оборудования, обучение персонала) – более десяти лет.

Работы по подготовке к освобождению бассейнов выдержки Билибинской АЭС от ОЯТ ведутся в рамках ФЦП ЯРБ с 2009 года. На сегодняшний день проведены технико-экономические исследования (ТЭИ) по разным направлениям и часть проектно-конструкторских работ. Впереди большая работа.

Оценки и пути снижения рисков при различных вариантах обращения с ОЯТ Билибинской АЭС

Чтобы определиться с выбором окончательной судьбы ОЯТ Билибинской АЭС, необходимо оценить риски, возникающие при нормальных условиях обращения и при гипотетических авариях с учетом тяжести и вероятности их возникновения. В 2012 году в рамках ФЦП ЯРБ ООО «НПФ Сосны» проводит работу по оценке радиационных рисков персонала и населения при различных вариантах транспортирования ОЯТ РУ ЭГП-6 Билибинской АЭС на переработку в ПО «Маяк».

***

В течение 2012 года Госкорпорация «Росатом» должна сделать всесторонне обоснованный выбор варианта обращения с ОЯТ ЭГП с учетом рекомендаций рабочей группы, в которую входят представители Госкорпорации «Росатом», ОАО «Концерн Росэнергоатом», Чукотской администрации, разработчиков транспортно-технологических схем обращения с ОЯТ ЭГП-6, экспертной организации Ростехнадзора (НТЦ ЯРБ).