WO2024258313A1 - Многокомпонентная энергетическая установка (варианты) - Google Patents

Многокомпонентная энергетическая установка (варианты) Download PDF

Info

Publication number
WO2024258313A1
WO2024258313A1 PCT/RU2024/050026 RU2024050026W WO2024258313A1 WO 2024258313 A1 WO2024258313 A1 WO 2024258313A1 RU 2024050026 W RU2024050026 W RU 2024050026W WO 2024258313 A1 WO2024258313 A1 WO 2024258313A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tower
reactor
hermetic
power plant
base
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/RU2024/050026
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Денис Олегович ВЕСЕЛОВ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2023115311A external-priority patent/RU2813400C1/ru
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of WO2024258313A1 publication Critical patent/WO2024258313A1/ru
Anticipated expiration legal-status Critical
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/30—Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21D—NUCLEAR POWER PLANT
    • G21D1/00—Details of nuclear power plant
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F7/00—Shielded cells or rooms
    • G21F7/005—Shielded passages through walls; Locks; Transferring devices between rooms

Definitions

  • a land-based nuclear power plant with an EPR reactor installation by AREVA is known /Status Report 78 – Evolutionary Power Reactor (EPR).
  • EPR Evolutionary Power Reactor
  • ARIS Advanced Reactors Information System
  • the nuclear power plant consists of a reactor installation with a nuclear reactor, a hermetic enclosure for the nuclear reactor, storage facilities for fresh and spent nuclear fuel, structures that house equipment for safety systems and normal operation systems, a turbogenerator plant, and other structures and systems.
  • the nuclear reactor and process systems connected to the reactor and containing radioactive substances are located inside the hermetic enclosure.
  • the description shows a double reinforced concrete hermetic enclosure (containment - sheet 35); the inner shell is hermetic and holds radioactive substances that may escape from the reactor, and the outer protective shell protects the reactor and the inner hermetic shell from natural disasters (hurricane winds and objects flying with the wind, tornadoes, flooding, etc.) and damaging factors of man-made accidents (fall of aircraft, shock wave of explosions, etc.).
  • the outer protective shell is not hermetic, but the contour of the outer protective shell is closed. Inclusion of a hermetic enclosure in the NPP safety systems leads to an increase in capital costs for the NPP construction.
  • a land-based nuclear power plant with the AP1000 reactor plant is known /Status Report 81 – Advanced Passive Pressurized Water Reactor (AP 1000) [online] International Atomic Energy Agency 2011 [found 2023-01-06] Found in ⁇ IAEA's Advanced Reactors Information System (ARIS), https:/aris.iaea.org/PDF/AP1000.pdf>, sheet 13, section 3.2.4/.
  • the design implements a double hermetic enclosure (containment), with the inner hermetic shell made of metal, and the outer protective shell made of reinforced concrete.
  • a land-based NPP with an APR1400 reactor plant is known /Status Report - APR1400 (KEPCO E&C/KHNP) [online] International Atomic Energy Agency 2020 [found 2023-01-06] Found in ⁇ IAEA's Advanced Reactors Information System (ARIS), https:/aris.iaea.org/PDF/APR1400_2020 May.pdf>, Sheet 8, Section 1.3/.
  • the description (Sheet 8) presents a single hermetic containment: a cylindrical vessel with a hemispherical dome, made of reinforced concrete, with a sealing metal lining of the inner surface.
  • the single hermetic containment is made hermetic and resistant to external natural and man-made influences.
  • the NuScale low-power nuclear reactor with an integral layout and a passive heat removal system is known /NuScale energy modular scalable reactor [online] International Atomic Energy Agency 2013 [found 2023-01-06] Found in ⁇ IAEA's Advanced Reactors Information System (ARIS), https:/aris.iaea.org/PDF/NuScale.pdf>/.
  • the core and main equipment of the primary circuit of this reactor (a heat exchanger for transferring heat from the primary coolant to the secondary working fluid, a primary coolant volume compensator, and other elements) are located inside a common reactor vessel.
  • the reactor is housed in a compact metal sealed shell (containment), which is surrounded on the outside by a heat absorber (for example, water).
  • the metal wall of the shell ensures the transfer of heat from the inside of the shell to the absorber located outside.
  • the outer diameter of the reactor vessel is 2830 mm.
  • the outer diameter of the hermetic shell is 4600 mm.
  • the floating nuclear thermal and electric power plant with reactor units KLT-40S / KLT-40S is known [online] International Atomic Energy Agency [found 2023-04-02] Found in ⁇ IAEA's Advanced Reactors Information System (ARIS), https:/aris.iaea.org/PDF/KLT-40S.pdf>/.
  • the station is designed as a non-self-propelled vessel.
  • the vessel houses 2 reactor units and, accordingly, 2 nuclear reactors.
  • Each reactor unit is placed in an individual hermetic enclosure (a metal hermetic shell).
  • a floating nuclear power plant is known /patent RU 2188466 C2 (FSUE “St. Moscow Marine Engineering Bureau “Malakhit”), 27.08.2002, points 1,3 of the formula, drawings/.
  • the patent describes the placement of a nuclear reactor inside a cylindrical container with spherical ends; the said container, together with the walls of the strong hull of the floating power unit, performs the function of a hermetic enclosure of the reactor installation.
  • wind power plants that include a wind turbine (with a horizontal or vertical axis of rotation), a machine room (a box-shaped structure with a power frame, inside which the wind turbine rotor support, electric generator, necessary control systems, cooling, lubrication, etc. are located), a base and other systems and elements.
  • the base of the wind power plant can be located on the ground surface (or on the surface of the bottom of a reservoir) with the required depth, or be floating (in the form of one float or several floats connected to each other). If the axis of rotation of the wind turbine is close to the horizontal, then the wind power plant uses a tower, on top of which the machine room is installed.
  • the most common tower design is a hollow tubular structure of a cylindrical shape, or a truncated cone, or telescopic.
  • the Haliade-X wind turbine from GE Renewable Energy /GE Haliade-X 12 MW Offshore Wind Turbine [online] [found 2023-01-06] Found in ⁇ 4C Offshore website, https:/www.4coffshore.com/windfarms/turbine-ge-energy-haliade-x-12-mw-tid260.html/.
  • the specified wind turbine includes a hollow tubular tower in the shape of a truncated cone with a diameter of about 8 m at the bottom and about 6 meters at the top. The height of the tower is up to 130 m.
  • the total weight of the machine room with the wind turbine, which is installed on the tower, is about 700 tons.
  • the tower of a high-power wind turbine is characterized by a significant diameter and height, therefore it has an internal cavity of significant volume, surrounded by high-strength walls.
  • a wind turbine tower is known /patent WO/2002/038890 (MALISZEWSKI, Leonard, P.), 2002-05-16, abstract, drawings/, consisting of hollow tubular elements of cylindrical or truncated cone shape, connected to each other by flange joints. Solid walls of the tower create a cavity inside the tower, isolated from the environment on the side, but there is no partition on the upper end of the tower.
  • a wind turbine tower is known /patent US 20090169393 A1 (General Electric Company), 2009-07-02, claims 1,2, drawings/, in which hollow tubular segments of the tower are connected to each other by engaging protrusions and depressions on conical mating surfaces, as well as by an adhesive composition (glue layer) in the gap between the mating surfaces.
  • This method of connecting segments allows sealing the joints of the segments.
  • a wind turbine tower is known /patent WO2005015013 A1 (General Electric Company), 2003-08-09, abstract, drawings/, the upper part of which is a hollow cylindrical or conical metal pipe; the lower part of the tower is a hollow reinforced concrete pipe of cylindrical shape; the upper part of the tower is embedded in the concrete of the lower part using protruding elements.
  • a method for constructing a reinforced concrete base for a tubular wind turbine tower is known /patent US20170306583 (Ahmed Phuly), 2017-10-26, claim 6, drawing 26/. From the patent description and drawings, it is clear that the tower is connected to the base by connecting the tower flange to the mating flange included in the base, using bolts or studs.
  • a method for obtaining and using hydrocarbon fuel is known /patent RU 2606948 (Sirota V. A.) 10.01.2017, description, formula/.
  • the patent describes the placement of equipment that implements a comprehensive technology for obtaining hydrocarbon fuel, as well as an object that burns hydrocarbon fuel, inside the building volume of a support tower of a wind turbine.
  • the purpose of placing the said equipment inside the tower volume is to reduce the area of the production site outside the tower.
  • a floating wind power plant is known /patent WO2009036107A2 (Yih-Ho Michael Pao), 2009-03-19, drawing 7A/, which includes a wind turbine with a vertical axis of rotation.
  • the floating base consists of several hollow floating columns connected to each other by crossbars into a single structure. The hollow columns provide buoyancy to the entire plant.
  • the wind turbine's machine room is located inside the central hollow column.
  • the plant does not include a tower.
  • a method for constructing, assembling and transporting a floating platform for a wind turbine is known /patent CA2976943 (VISELLI, ANTHONY M.), 2016-09-01, claim 2, drawing 2/. From the description and drawings to the patent, it is clear that the floating platform consists of several hollow floating columns connected to each other into a single structure using a jumper.
  • a wind turbine tower is installed on the central column. The axis of rotation of the wind turbine is close to the horizontal, so the tower is used as part of the installation.
  • a floating platform for a wind turbine is known /patent WO2009131826 (RODDIER, Dominique), 2009-10-29, claim 1, drawing 6/, consisting of three hollow floating columns connected by beams into a single structure. The columns are partially submerged in water. To ensure the stability of the wind turbine, the cavities inside the columns are partially filled with ballast (water). The wind turbine tower is installed on one of the columns. Table 2 of the patent description indicates the diameter and height of the floats of the floating base: 9 m and 30 m, respectively.
  • a wind power plant consisting of a floating base and two wind turbines installed on this base /patent WO 2011/120521 A1 (UGGEN, Per), 2011-10-06, abstract, drawing 1/.
  • the base is a semi-submerged float.
  • a tubular foundation for a wind turbine buried in the ground is known: (patent CN208395851, CHINA UNIVERSITY OF GEOSCIENCES, 2019.01.18).
  • the foundation is made of prestressed reinforced concrete.
  • the foundation has an internal cylindrical cavity with a diameter close to the diameter of the lower part of the wind turbine tower, and walls of considerable thickness.
  • a wind turbine base which includes an extended pipe with a vertical axis (patent US20200263380, Dongyuan Wang, 2020.08.20).
  • the pipe is made of reinforced concrete; inside the pipe there is a cavity with a diameter close to the diameter of the lower part of the wind turbine tower.
  • the base of the wind turbine tower can have an internal cavity of considerable size, surrounded by high-strength walls.
  • the base includes a hollow reinforced concrete cup (or pipe); in the case of a floating base, the cavity inside one of the floats has the specified properties.
  • a hybrid energy turbine is known /patent US 8330296 B2 (CANDEW SCIENTIFIC LLC), 2012-12-11, abstract, drawings/, using renewable energy sources (wind and solar), in which solar photovoltaic elements are placed on the outer surface of the wind turbine tower. This made it possible to exclude separately standing supports of photovoltaic elements from the hybrid energy plant and to reduce the area of the land plot required for placing the hybrid plant.
  • the multi-purpose use of an element namely, a tower
  • a hybrid energy system is known /patent WO 2020/210837 A3 (TERRAPOWER LLC) 2020-10-15; paragraph [0157], paragraph [0218]/, which includes a nuclear thermal power plant, a thermal energy storage facility, a thermal energy conversion unit into electrical energy, and additional sources of renewable thermal energy, including solar and wind energy, connected to the thermal energy storage facility.
  • electrical energy is produced using thermal energy accumulated in the storage facility.
  • the storage facility accumulates thermal energy produced by various sources (a nuclear reactor, a solar collector, a wind turbine) in the form of a reserve of liquid coolant heated to a high temperature at low pressure.
  • the energy system includes a nuclear reactor, the thermal energy from which is supplied to a single thermal energy storage facility.
  • the energy system may include a wind thermal power station, the energy from which is also supplied to a single storage facility.
  • the nuclear reactor, thermal energy storage facility, and wind thermal power station are located on a common production site, but are geographically remote from each other. This system is the closest analogue for both versions of the proposed invention.
  • One of the disadvantages of the closest analogue is the high capital costs of constructing a nuclear power plant with a nuclear reactor; moreover, one of the most expensive capital buildings of the NPP is a hermetic enclosure of the reactor installation with a nuclear reactor.
  • the solution described in the closest analogue provides for the placement of the reactor installation on a separate site, isolated from other elements of the energy system. On the specified separate site, a hermetic enclosure should be erected around the reactor installation; it will be a separate structure and will perform only those functions that are necessary to ensure the safety of the NPP: preventing the release of radioactive substances into the environment, protecting the reactor installation from external natural and man-made impacts, protecting personnel and the population from ionizing radiation.
  • the hermetic enclosure is characterized by high material intensity and a long construction time, and, accordingly, will require significant capital costs.
  • the need to bear the specified costs leads to a deterioration in the financial and economic indicators of the hybrid energy system and negatively affects its competitiveness.
  • the technical problem of the closest analogue is the need to build a separate hermetic enclosure of the reactor installation, which performs only those specific functions that are necessary to ensure the safety of the NPP.
  • the objective of the invention is to reduce the costs of constructing a multi-component power plant.
  • the wind power plant includes a wind turbine, a machine room, a base, and an energy conversion system. Also, if the wind turbine's axis of rotation is close to the horizontal, the wind power plant includes a hollow tubular tower, on the upper end of which the machine room is installed. If the wind turbine's axis of rotation is close to the vertical, the tower may not be used in the wind power plant; in this case, the machine room is located on the base or in the internal cavity of the base.
  • the tower of a modern high-power wind turbine is a cylindrical or conical pipe, has a large diameter (up to 10 m at the base) and strong walls, usually made of metal or reinforced concrete.
  • the foundation of a modern high-power wind turbine can be ground-based or floating. In both cases, the foundation can have large internal cavities surrounded by strong walls, usually made of metal or reinforced concrete.
  • a containment system shall be provided that provides or contributes to the following safety functions at the nuclear power plant: (1) confinement of radioactive materials during operational and accident conditions; (2) protection of the reactor from external natural events and man-made events; and (3) radiation protection during operational and accident conditions.”
  • the hermetic enclosure must be capable of performing the following functions during normal operation of the NPP and its disturbances, including accidents:
  • variant 1 of the invention it is proposed to place a nuclear reactor in the internal cavity of a wind turbine tower and seal said cavity using the necessary partitions, a sealed airlock and sealed penetrations, which will ensure the performance of the two safety functions of the sealed enclosure specified in the technical result.
  • the third safety function of the hermetic enclosure - to protect personnel and the population from ionizing radiation of the nuclear reactor - is performed by radiation protection of a traditional design, manufactured and constructed using traditional technology.
  • the present application for an invention does not contain any novelty.
  • Placing power generating equipment inside a wind turbine tower is not a new solution; it is known from the state of the art /patent RU 2606948 (Sirota V.A.). 10.01.2017/.
  • a hermetic airlock is included in its composition (see drawing Fig. 1).
  • the airlock chamber penetrates the wall of the wind turbine tower; the airlock chamber is equipped with two hermetic doors: one door separates the airlock chamber from the interior of the hermetic enclosure, the other door separates the airlock chamber from the environment.
  • the airlock doors open alternately; the airlock doors never open simultaneously.
  • the reactor is located in the internal cavity of the wind turbine tower, and it is necessary to create a single hermetic enclosure around the reactor, it can be formed:
  • hermetic partitions installed inside the tower below the reactor and above the reactor, a hermetic airlock penetrating the wall of the tower, as well as hermetic penetrations in the walls of the tower; the connection points of the tower segments between themselves, with the partitions, with the airlock and hermetic penetrations are sealed with gaskets or welding - see drawing Fig. 1;
  • the design and dimensions of modern wind turbine towers are such that their internal cavity can accommodate both a low-power nuclear reactor (e.g., NuScale) and the said nuclear reactor together with its hermetic shell (a compact hermetic vessel surrounding the reactor).
  • a low-power nuclear reactor e.g., NuScale
  • hermetic shell a compact hermetic vessel surrounding the reactor.
  • the resulting hermetic enclosure will be double, with the outer protective shell being formed by the tower wall and other necessary additional sealing elements (partitions, hermetic gateway, hermetic penetrations for pipelines and electric cables).
  • the outer protective shell In order to ensure the reloading of nuclear fuel, maintenance and repair of the nuclear reactor, it will be necessary to periodically depressurize the lid of the inner sealed shell and dismantle it in order to gain access to the reactor, and only after this will it be possible to depressurize and dismantle the lid of the nuclear reactor.
  • the outer protective shell remains the only barrier preventing the release of radioactive substances from the primary circuit into the environment, and also protecting the reactor from external natural and man-made impacts.
  • the outer protective shell performs both functions of the hermetic enclosure specified in the technical result; therefore, the outer protective shell is also hermetic.
  • the outer protective shell can be formed:
  • variant 2 of the invention it is proposed to place a nuclear reactor in the internal cavity of the base of a wind power plant and seal said cavity using the necessary partitions, a sealed airlock and sealed penetrations, which will ensure the performance of the two safety functions of the sealed enclosure specified in the technical result.
  • the third safety function of the hermetic enclosure - to protect personnel and the population from ionizing radiation of the nuclear reactor - is performed by radiation protection of a traditional design, manufactured and constructed using traditional technology.
  • the present application for an invention does not contain any novelty.
  • the base of the wind turbine can be floating or land-based. Both types of bases can have an internal cavity, the dimensions of which are sufficient to accommodate a nuclear reactor.
  • the designs of known wind turbine bases are such that the cavity inside the base may not be hermetically sealed with respect to the atmosphere.
  • the cavity inside the base may communicate with the atmosphere either directly or through the internal cavities of the wind turbine tower and the wind turbine engine room installed on the tower.
  • the cavities inside the floats may communicate with the water body through the pipelines of the ballast pumping and pumping system inside the floats.
  • the use of a floating base for a wind turbine implies that a section of the water surface of a deep-water body of water is used as a common production site for the placement of a multi-component power plant, where a wind turbine base resting on the bottom of the body of water cannot be used.
  • the floating base is made in the form of one or more pontoons (or floats).
  • a separate vessel on which the remaining NPP systems (turbo generator, safety systems, etc.) will be placed may be retained as part of the floating multi-component power plant, but the dimensions of this vessel, its displacement and metal content will be significantly smaller compared to a full-fledged floating NPP (the one declared in patent RU 2188466 C2 (FSUE “St. Russia Engineering Bureau “Malakhit”), 27.08.2002). It is also possible to place the turbo generator and other NPP systems in the internal cavities of other floats that are part of the floating base of the wind turbine, if the number and dimensions of the floats allow it. In this case, a separate vessel for placing the NPP equipment will be completely excluded.
  • the option of placing a nuclear reactor in the internal cavity of the floating base of the wind turbine is shown in the drawings And .
  • the floating base of the wind turbine tower is several floats connected to each other.
  • the float inside which the reactor is located is semi-submerged (i.e. part of the float will be submerged in water, and part will protrude above the water level).
  • Access to the sealed cavity inside the float, in which the nuclear reactor is located, from the environment is provided using a sealed gateway that penetrates the side wall of the float in its above-water part.
  • the first float will house a nuclear reactor and systems directly connected to the 1st circuit
  • the second float will house a steam turbine with a turbine condenser and an electric generator
  • the third will house equipment for distributing electric power to the shore
  • the fourth will house equipment for normal operation systems and safety systems, tanks with reserves of process media of the 1st and 2nd circuits.
  • the distribution of the NPP equipment among the floats can be performed similarly to the distribution of the equipment of a nuclear power plant among the compartments of a nuclear icebreaker or a floating nuclear power plant.
  • a tower is used as part of a floating wind power plant (this is necessary in the case of a horizontal axis wind turbine), it rests on one of the floats - see drawing . If the tower is not used as part of a wind power plant (this is possible in the case of a vertical-axis wind turbine), then the upper part of the third or fourth float (the floats are numbered in the previous paragraph) houses the wind power plant's engine room (see drawing ).
  • the base of the wind turbine includes a hollow reinforced concrete cup (or pipe) partially immersed in the ground (see drawing ).
  • the nuclear reactor is placed in the internal cavity of the said glass (or pipe).
  • the said cavity must be sealed using partitions, sealed penetrations and a gateway.
  • Access to the sealed cavity inside the said glass (or pipe), in which the nuclear reactor is placed, from the environment is provided using a sealed gateway that penetrates the side wall of the glass (pipe) at ground level.
  • the reactor is placed in the internal cavity of a floating or land-based wind turbine base, and it is required to create a single hermetic enclosure around the reactor, it can be formed from the walls of the wind turbine base, hermetic partitions installed inside the said base below the reactor and above the reactor, as well as a hermetic airlock and hermetic penetrations penetrating the wall of the said base; the joints of the base walls with the partitions, airlock and penetrations are sealed with gaskets or welding (see drawing , 6 – placement of the reactor in the cavity of the floating base, drawing – placement of the reactor in the cavity of the ground base).
  • the wind turbine engine room is located on top of a hollow tubular tower that rests on the wind turbine base, and the internal cavity of the wind turbine base, in which the nuclear reactor is located, and the internal cavity of the said tower are adjacent to each other, then the option of combining the said cavities of the tower and base into a single cavity can be implemented.
  • a single hermetic enclosure of the nuclear reactor will be formed from the walls of the said tower and base, limiting the combined cavity, partitions inside the tower, partitions inside the cavity in the wind turbine base below the reactor, a hermetic airlock and hermetic penetrations penetrating the wall of the said base; the connection nodes of the tower and the base between themselves, as well as with the said partitions, with the airlock and with the penetrations are sealed with gaskets or welding (see drawings And ). If the wind turbine base is floating and consists of several floats, to form a combined cavity it is necessary that the wind turbine tower be installed on the float inside which the nuclear reactor is located (see drawing ).
  • the design and dimensions of modern wind turbine bases are such that their internal cavity can accommodate both a low-power nuclear reactor (for example, NuScale) and the said nuclear reactor together with its hermetic shell (a compact hermetic vessel surrounding the reactor).
  • a low-power nuclear reactor for example, NuScale
  • hermetic shell a compact hermetic vessel surrounding the reactor.
  • the resulting hermetic enclosure will be double, with the outer protective shell being formed by the walls of the wind turbine base and additional partitions, hermetic penetrations and a hermetic gateway (see drawings , 11 – variant with floating base of wind turbine, drawing - option with a ground-based wind turbine).
  • the outer protective shell In order to ensure the reloading of nuclear fuel, maintenance and repair of the nuclear reactor, it will be necessary to periodically depressurize the lid of the inner sealed shell and dismantle it in order to gain access to the reactor, and only then will it be possible to depressurize and dismantle the lid of the nuclear reactor.
  • the outer protective shell During periods when the inner sealed shell and the reactor vessel are depressurized (and their lids are dismantled), the outer protective shell remains the only barrier preventing the release of radioactive substances from the primary circuit into the environment. During these periods of time, the outer protective shell performs both functions of the hermetic enclosure specified in the technical result; therefore, the outer protective shell is also hermetic.
  • the hermetic outer protective shell of the double hermetic enclosure of the nuclear reactor can be formed from the walls of the wind turbine base, two hermetic partitions installed inside the cavity in the wind turbine base below and above the inner hermetic shell, a hermetic airlock and hermetic penetrations penetrating the wall of the said base; the connection nodes of the base with the said partitions, with the airlock and with the penetrations are sealed with gaskets or welding (see drawings , 11 – variant with floating base of wind turbine, drawing - option with a ground-based wind turbine).
  • the engine room of the wind turbine is located on top of a hollow tubular tower, which rests on the base of the wind turbine, and the internal cavity of the base of the wind turbine, in which the nuclear reactor and the internal sealed shell of the reactor are located, and the internal cavity of the said tower are adjacent to each other, then the option of combining the said cavities of the base and the tower into a single cavity can be implemented (see drawing - for a floating base, drawing – for a ground-based base).
  • the outer protective shell will be formed from the walls of the tower and the walls of the base, limiting the combined cavity, partitions inside the tower, partitions inside the cavity in the base, installed below the inner sealed shell, a sealed airlock and sealed penetrations penetrating the wall of the wind turbine base; the connection nodes of the tower and the base between themselves, as well as with the said partitions, with the airlock and with the penetrations are sealed with gaskets or welding.
  • the wind turbine base is floating and consists of several floats, in order to form a combined cavity, it is necessary that the wind turbine tower be installed on the float inside which the nuclear reactor and the inner sealed shell are located (see drawing ).
  • the technical result of the present invention consists in eliminating the need to construct (manufacture) a separate structure, the main purpose of which will be to perform the following functions of a hermetic enclosure: (1) the function of preventing the spread of released radioactive substances beyond the boundaries of the hermetic enclosure, (2) the function of a hermetic enclosure to protect the reactor installation from external extreme natural and man-made impacts.
  • the drawing shows a part of a multi-component power plant.
  • the components of the plant are a land-based wind power plant (the axis of rotation of the turbine is close to the horizontal) and a nuclear power plant with a nuclear power reactor.
  • the drawing shows the following elements of the wind power plant: a metal hollow tubular tower 3, a machine room 2, wind turbine blades 1, a reinforced concrete base 8.
  • the drawing also shows a nuclear reactor 5, supporting metal structures of the reactor 6, a reactor service platform 9, located in the internal cavity of the tower.
  • the walls of the wind power plant tower are the basis for forming a single hermetic enclosure of the nuclear reactor.
  • the hermetic enclosure of the nuclear reactor also includes a hermetic partition 4 installed inside the tower above the reactor, and a hermetic partition 7 installed inside the tower below the reactor, a hermetic airlock 10.
  • the joints of the said elements of the hermetic enclosure are sealed with welded joints, gaskets, etc., which are not shown in the drawing.
  • the drawing also shows a trestle with a lifting mechanism 12 and a platform 11 adjacent to the hermetic airlock on the outside of the tower.
  • the drawing shows a part of a multi-component power plant.
  • the components of the plant are a land-based wind power plant (the axis of rotation of the turbine is close to the horizontal) and a nuclear power plant with a nuclear power reactor.
  • the drawing shows the following elements of the wind power plant: a metal hollow tubular tower 3, a machine room 2, wind turbine blades 1, a reinforced concrete base 8.
  • the drawing also shows a nuclear reactor 5, a supporting metal structure of the reactor 14, a reactor service platform 9, located in the internal cavity of the tower.
  • the walls of the wind power plant tower are the basis for forming a single hermetic enclosure of the nuclear reactor.
  • the hermetic enclosure of the nuclear reactor also includes a hermetic partition 4 installed inside the tower above the reactor, a solid metal plate 13, which is part of the base 8, and a hermetic airlock 10.
  • the joints of the said elements of the hermetic enclosure are sealed with welded joints, gaskets, etc., which are not shown in the drawing.
  • the drawing also shows a trestle with a lifting mechanism 12 and a platform 11 adjacent to the hermetic airlock on the outside of the tower.
  • the drawing shows a part of a multi-component power plant.
  • the components of the plant are a land-based wind power plant (the axis of rotation of the turbine is close to the horizontal) and a nuclear power plant with a nuclear power reactor.
  • the drawing shows the following elements of the wind power plant: a metal hollow tubular tower 3, a machine room 2, wind turbine blades 1, a reinforced concrete base 8.
  • the drawing also shows a nuclear reactor 5, reactor support metal structures 16, a reactor service platform 9, located in the internal cavity of the tower.
  • the drawing shows a double hermetic enclosure of a nuclear reactor. It consists of an inner hermetic shell 15 and an outer protective shell.
  • the inner hermetic shell 15 is a hermetic vessel, inside which the nuclear reactor 5 is placed.
  • the inner hermetic shell is placed in the inner cavity of the tower 3 of the wind power plant.
  • the inner hermetic shell is attached to the wall of the tower 3 through the supporting metal structures of the reactor 16.
  • the basis for the formation of the outer protective shell are the walls of the wind power plant tower.
  • the outer protective shell also includes a hermetic partition 4 installed inside the tower above the inner hermetic shell, a hermetic partition 7 installed inside the tower below the inner hermetic shell, a hermetic gateway 10.
  • the joints of the said elements of the outer protective shell are sealed with welded joints, gaskets, etc., which are not shown in the drawing.
  • the drawing also shows a trestle with a lifting mechanism 12 and a platform 11 adjacent to the sealed gateway on the outside of the tower.
  • the drawing shows a part of a multi-component power plant.
  • the components of the plant are a land-based wind power plant (the axis of rotation of the turbine is close to the horizontal) and a nuclear power plant with a nuclear power reactor.
  • the drawing shows the following elements of the wind power plant: a metal hollow tubular tower 3, a machine room 2, wind turbine blades 1, a reinforced concrete base 8.
  • the drawing also shows a nuclear reactor 5, a reactor service platform 9, located in the internal cavity of the tower.
  • the drawing shows a double hermetic enclosure of a nuclear reactor. It consists of an inner hermetic shell 15 and an outer protective shell.
  • the inner hermetic shell 15 is a hermetic vessel, inside which the nuclear reactor 5 is placed.
  • the inner hermetic shell is placed in the inner cavity of the tower 3 of the wind power plant.
  • the inner hermetic shell rests on the solid metal plate 13, which is part of the base 8, via the supporting metal structure 17.
  • the basis for the formation of the outer protective shell are the walls of the wind power plant tower.
  • the outer protective shell also includes a hermetic partition 4 installed inside the tower above the inner hermetic shell, a solid metal plate 13, which is part of the base 8, a hermetic gateway 10.
  • the joints of the said elements of the outer protective shell are sealed with welded joints, gaskets, etc., which are not shown in the drawing.
  • the drawing also shows a trestle with a lifting mechanism 12 and a platform 11 adjacent to the sealed gateway on the outside of the tower.
  • the drawing shows a part of a multi-component power plant.
  • the components of the plant are a floating wind power plant (the axis of rotation of the turbine is close to the horizontal) and a nuclear power plant with a nuclear power reactor.
  • the drawing shows a vertical section of the multi-component power plant.
  • the section plane is drawn in such a way that the following elements of the wind power plant fall within it: a metal hollow tubular tower 3, two of the four floats (18 and 20) of the floating base.
  • Machine room 2 of the wind power plant, the blades of the wind turbine 1, which also fall within the section plane, are not conditionally dissected.
  • Float 18 (the first one to fall into the section plane) is a support for the wind power plant tower.
  • the internal cavity of float 18 is partially filled with ballast 19.
  • the nuclear reactor 5 In the upper part of the internal cavity of the float 20 (the second one to fall into the section plane) the nuclear reactor 5, its supporting metal structures 31 and the service platform 9 are placed. In the lower part of the internal cavity of the float 20 the ballast 21 is placed. All the floats of the floating base are rigidly connected to each other by jumpers 24.
  • the walls of the float 20 are the basis for forming a single hermetic enclosure of the nuclear reactor.
  • the hermetic enclosure of the nuclear reactor also includes a hermetic partition 22 installed inside the float above the reactor, and a hermetic partition 23 installed inside the float below the reactor, as well as a hermetic airlock 10.
  • the joints of the said elements of the hermetic enclosure are sealed with welded joints, gaskets, etc., which are not shown in the drawing.
  • the drawing also shows a trestle with a lifting mechanism 12 and a platform 11 adjacent to the hermetic airlock from the outside.
  • the drawing shows a part of a multi-component power plant.
  • the components of the plant are a floating wind power plant with a vertical axis of rotation of the wind turbine and helicoid blades, as well as a nuclear power plant with a nuclear power reactor.
  • the drawing shows a vertical section of the multi-component power plant.
  • the section plane is drawn in such a way that the following elements of the wind power plant fall within it: turbine rotor 26 and machine room 27, wind turbine blades 25, two of the four floats of the floating base.
  • Machine room 27 of the wind power plant, rotor 26 and wind turbine blades 25 are not conditionally dissected.
  • the engine room 27 of the wind power plant is located in the upper part of the internal cavity of the float 28 (the first of those to fall into the plane of the section) the engine room 27 of the wind power plant is located.
  • the lower part of the internal cavity of the float 28 is partially filled with ballast 19.
  • the nuclear reactor 5 In the upper part of the internal cavity of the float 20 (the second one to fall into the section plane) the nuclear reactor 5, its supporting metal structures 31 and the service platform 9 are placed. In the lower part of the internal cavity of the float 20 the ballast 21 is placed. All the floats of the floating base are rigidly connected to each other by jumpers 24.
  • the drawing shows a part of a multi-component power plant.
  • the components of the plant are a land-based wind power plant (the axis of rotation of the turbine is close to the horizontal) and a nuclear power plant with a nuclear power reactor.
  • the drawing shows the following elements of the wind power plant: a metal hollow tubular tower 3, a machine room 2, wind turbine blades 1, a reinforced concrete base 33 made in the form of a hollow cup partially buried below ground level.
  • the drawing also shows a nuclear reactor 5, supporting metal structures of the reactor 32, a reactor service platform 9, located in the internal cavity of the base.
  • the walls of the base 33 of the wind power plant are the basis for forming a single hermetic enclosure of the nuclear reactor.
  • the hermetic enclosure of the nuclear reactor also includes a hermetic partition 35 installed inside the base above the reactor, and a hermetic partition 34 installed inside the base below the reactor, as well as a hermetic airlock 10.
  • the joints of the said elements of the hermetic enclosure are sealed with welded joints, gaskets, etc., which are not shown in the drawing.
  • the drawing also shows a platform 11 located at ground level and adjacent to the hermetic airlock from the outside, and a lifting mechanism 12.
  • the drawing shows a part of a multi-component power plant.
  • the components of the plant are a floating wind power plant (the axis of rotation of the turbine is close to the horizontal) and a nuclear power plant with a nuclear power reactor.
  • the drawing shows a vertical section of the multi-component power plant.
  • the section plane is drawn in such a way that the following elements of the wind power plant fall within it: a metal hollow tubular tower 3, two of the four floats (29 and 30) of the floating base.
  • Machine room 2 of the wind power plant, the blades of the wind turbine 1, which also fall within the section plane, are not conditionally dissected.
  • Float 29 (the first one to fall into the section plane) ensures the stability of the floating base together with the other two floats that did not fall into the section plane.
  • the internal cavity of float 29 is partially filled with ballast 19.
  • Float 30 (the second one to fall into the section plane) is a support for tower 3 of the wind power plant.
  • the nuclear reactor 5 In the upper part of the internal cavity of float 30, the nuclear reactor 5, its supporting metal structures 31 and service platform 9 are located.
  • ballast 21 In the lower part of the internal cavity of float 30, ballast 21 is located. All floats of the floating base are rigidly connected to each other by crossbars 24.
  • the lower part of the internal cavity of the tower 3 and the upper part of the internal cavity of the float 30 are adjacent to each other and are combined into a single cavity.
  • the walls of the float 30 and the tower 3 are the basis for forming a single hermetic enclosure of the nuclear reactor.
  • the hermetic enclosure of the nuclear reactor also includes a partition 4 installed inside the tower 3, and a hermetic partition 23 installed inside the float 30 below the reactor, as well as a hermetic airlock 10.
  • the joints of the said elements of the hermetic enclosure are sealed with welded joints, gaskets, etc., which are not shown in the drawing.
  • the drawing also shows an overpass with a lifting mechanism 12 and a platform 11 adjacent to the hermetic airlock from the outside.
  • the drawing shows a part of a multi-component power plant.
  • the components of the plant are a land-based wind power plant (the axis of rotation of the turbine is close to the horizontal) and a nuclear power plant with a nuclear power reactor.
  • the drawing shows the following elements of the wind power plant: a metal hollow tubular tower 3, a machine room 2, wind turbine blades 1, a reinforced concrete base 33 made in the form of a hollow cup partially buried below ground level.
  • the drawing also shows a nuclear reactor 5, reactor support metal structures 32, a reactor service platform 9, located in the internal cavity of the base 33.
  • the lower part of the internal cavity of the tower 3 and the internal cavity of the base 33 are adjacent to each other and are combined into a single cavity.
  • the walls of the base 33 and the tower 3 are the basis for forming a single hermetic enclosure of the nuclear reactor.
  • the hermetic enclosure of the nuclear reactor also includes a partition 4 installed inside the tower 3, and a hermetic partition 34 installed inside the base 33 below the reactor, as well as a hermetic airlock 10.
  • the joints of the said elements of the hermetic enclosure are sealed with welded joints, gaskets, etc., which are not shown in the drawing.
  • the drawing also shows a platform 11 located at the level of the ground surface and adjacent to the hermetic airlock from the outside, and a lifting mechanism 12.
  • the drawing shows a part of a multi-component power plant.
  • the components of the plant are a floating wind power plant (the axis of rotation of the turbine is close to the horizontal) and a nuclear power plant with a nuclear power reactor.
  • the drawing shows a vertical section of the multi-component power plant.
  • the section plane is drawn in such a way that the following elements of the wind power plant fall within it: a metal hollow tubular tower 3, two of the four floats (18 and 20) of the floating base.
  • Machine room 2 of the wind power plant, the blades of the wind turbine 1, which also fall within the section plane, are not conditionally dissected.
  • Float 18 (the first one to fall into the section plane) is a support for the wind power plant tower.
  • the internal cavity of float 18 is partially filled with ballast 19.
  • the nuclear reactor 5 In the upper part of the internal cavity of the float 20 (the second one to fall into the section plane) the nuclear reactor 5, its supporting metal structures 36 and the service platform 9 are placed. In the lower part of the internal cavity of the float 20 the ballast 21 is placed. All the floats of the floating base are rigidly connected to each other by jumpers 24.
  • the drawing shows a double hermetic enclosure of a nuclear reactor. It consists of an inner hermetic shell 15 and an outer protective shell.
  • the inner sealed shell 15 is a sealed vessel, inside which the nuclear reactor 5 is placed.
  • the inner sealed shell is placed in the upper part of the inner cavity of the float 20.
  • the inner sealed shell is attached to the wall of the float 20 through the supporting metal structures of the reactor 36.
  • the basis for forming the outer protective shell of the double hermetic enclosure of the nuclear reactor are the walls of the float 20.
  • the outer protective shell also includes a hermetic partition 22 installed inside the float 20 above the inner hermetic shell, and a hermetic partition 23 installed inside the float 20 below the inner hermetic shell, as well as a hermetic airlock 10.
  • the joints of the said elements of the outer protective shell are sealed with welded joints, gaskets, etc., which are not shown in the drawing.
  • the drawing also shows a trestle with a lifting mechanism 12 and a platform 11 adjacent to the hermetic airlock from the outside.
  • the drawing shows a part of a multi-component power plant.
  • the components of the plant are a floating wind power plant with a vertical axis of rotation of the wind turbine and helicoid blades, as well as a nuclear power plant with a nuclear power reactor.
  • the drawing shows a vertical section of the multi-component power plant.
  • the section plane is drawn in such a way that the following elements of the wind power plant fall within it: turbine rotor 26 and machine room 27, wind turbine blades 25, two of the four floats of the floating base.
  • Machine room 27 of the wind power plant, rotor 26 and wind turbine blades 25 are not conditionally dissected.
  • Machine room 27 of the wind power plant is located in the upper part of the internal cavity of float 28 (the first one to fall into the section plane).
  • the lower part of the internal cavity of float 28 is partially filled with ballast 19.
  • the nuclear reactor 5 In the upper part of the internal cavity of the float 20 (the second one to fall into the section plane) the nuclear reactor 5, its supporting metal structures 36 and the service platform 9 are placed. In the lower part of the internal cavity of the float 20 the ballast 21 is placed. All the floats of the floating base are rigidly connected to each other by jumpers 24.
  • the drawing shows a double hermetic enclosure of a nuclear reactor. It consists of an inner hermetic shell 15 and an outer protective shell.
  • the inner sealed shell 15 is a sealed vessel, inside which the nuclear reactor 5 is placed.
  • the inner sealed shell is placed in the upper part of the inner cavity of the float 20.
  • the inner sealed shell is attached to the wall of the float 20 through the supporting metal structures of the reactor 36.
  • the basis for forming the outer protective shell of the double hermetic enclosure of the nuclear reactor are the walls of the float 20.
  • the outer protective shell also includes a hermetic partition 22 installed inside the float 20 above the inner hermetic shell, and a hermetic partition 23 installed inside the float 20 below the inner hermetic shell, as well as a hermetic airlock 10.
  • the joints of the said elements of the outer protective shell are sealed with welded joints, gaskets, etc., which are not shown in the drawing.
  • the drawing also shows a trestle with a lifting mechanism 12 and a platform 11 adjacent to the hermetic airlock from the outside.
  • the drawing shows a part of a multi-component power plant.
  • the components of the plant are a land-based wind power plant (the axis of rotation of the turbine is close to the horizontal) and a nuclear power plant with a nuclear power reactor.
  • the drawing shows the following elements of the wind power plant: a metal hollow tubular tower 3, a machine room 2, wind turbine blades 1, a reinforced concrete base 33 made in the form of a hollow cup partially buried below ground level.
  • the drawing also shows a nuclear reactor 5, reactor support metal structures 37, a reactor service platform 9, located in the internal cavity of the base.
  • the inner hermetic shell 15 is a hermetic vessel, inside which the nuclear reactor 5 is placed.
  • the inner hermetic shell is placed in the inner cavity of the base 33 of the wind power plant.
  • the inner hermetic shell is attached to the wall of the base 33 through the supporting metal structures of the reactor 37.
  • the basis for forming the outer protective shell of the double hermetic enclosure of the nuclear reactor are the walls of the base 33.
  • the outer protective shell also includes a hermetic partition 35 installed inside the base 33 above the inner hermetic shell, and a hermetic partition 34 installed inside the base 33 below the inner hermetic shell, as well as a hermetic gateway 10.
  • the drawing shows a part of a multi-component power plant.
  • the components of the plant are a floating wind power plant (the axis of rotation of the turbine is close to the horizontal) and a nuclear power plant with a nuclear power reactor.
  • the drawing shows a vertical section of the multi-component power plant.
  • the section plane is drawn in such a way that the following elements of the wind power plant fall within it: a metal hollow tubular tower 3, a machine room 2, blades of the wind turbine 1, two of the four floats (29 and 30) of the floating base.
  • Machine room 2 of the wind power plant and the blades of the wind turbine 1 are not conditionally dissected.
  • Float 29 (the first one to fall into the section plane) ensures the stability of the floating base together with the other two floats that did not fall into the section plane.
  • the internal cavity of float 29 is partially filled with ballast 19.
  • Float 30 (the second one to fall into the section plane) is a support for tower 3 of the wind power plant.
  • the nuclear reactor 5 In the upper part of the internal cavity of float 30, the nuclear reactor 5, its supporting metal structures 36 and service platform 9 are located.
  • ballast 21 In the lower part of the internal cavity of float 30, ballast 21 is located. All floats of the floating base are rigidly connected to each other by crossbars 24.
  • the drawing shows a double hermetic enclosure of a nuclear reactor. It consists of an inner hermetic shell 15 and an outer protective shell.
  • the inner sealed shell 15 is a sealed vessel, inside which the nuclear reactor 5 is placed.
  • the inner sealed shell is placed in the upper part of the inner cavity of the float 30.
  • the inner sealed shell is attached to the wall of the float 30 through the supporting metal structures of the reactor 36.
  • the lower part of the internal cavity of the tower 3 and the upper part of the internal cavity of the float 30 are adjacent to each other and are combined into a single cavity.
  • the walls of the float 30 and the tower 3 are the basis for forming the external protective shell of the double hermetic enclosure of the nuclear reactor.
  • the composition of the external protective shell also includes a hermetic partition 4 installed inside the tower 3, and a hermetic partition 23 installed inside the float 30 below the internal hermetic shell, as well as a hermetic lock 10.
  • the joints of the said elements of the external protective shell are sealed with welded joints, gaskets, etc., which are not shown in the drawing.
  • the drawing also shows an overpass with a lifting mechanism 12 and a platform 11 adjacent to the hermetic lock from the outside.
  • the drawing shows a part of a multi-component power plant.
  • the components of the plant are a land-based wind power plant (the axis of rotation of the turbine is close to the horizontal) and a nuclear power plant with a nuclear power reactor.
  • the drawing shows the following elements of the wind power plant: a metal hollow tubular tower 3, a machine room 2, wind turbine blades 1, a reinforced concrete base 33 made in the form of a hollow cup partially buried below ground level.
  • the drawing also shows a nuclear reactor 5, reactor support metal structures 37, a reactor service platform 9, located in the internal cavity of the base 33.
  • the drawing shows a double hermetic enclosure of a nuclear reactor. It consists of an inner hermetic shell 15 and an outer protective shell.
  • the inner sealed shell 15 is a sealed vessel, inside which the nuclear reactor 5 is placed.
  • the inner sealed shell is placed in the inner cavity of the base 33.
  • the inner sealed shell is attached to the wall of the base 33 through the supporting metal structures of the reactor 37.
  • the lower part of the internal cavity of the tower 3 and the internal cavity of the base 33 are adjacent to each other and are combined into a single cavity.
  • the walls of the base 33 and the tower 3 are the basis for forming the external protective shell of the double hermetic enclosure of the nuclear reactor.
  • the composition of the external protective shell also includes a hermetic partition 4 installed inside the tower 3, and a hermetic partition 34 installed inside the base 33 below the internal hermetic shell, as well as a hermetic airlock 10.
  • the joints of the said elements of the external protective shell are sealed with welded joints, gaskets, etc., which are not shown in the drawing.
  • the drawing also shows a platform 11 located at the level of the ground surface and adjacent to the hermetic airlock from the outside, and a lifting mechanism 12.
  • the drawing shows a part of a multi-component power plant in the same version as shown in ., but in the process of reloading nuclear fuel in a nuclear reactor.
  • the components of the installation are a land-based wind power plant (the axis of rotation of the turbine is close to the horizontal), as well as a nuclear power plant with a nuclear power reactor and a double hermetic enclosure of the nuclear reactor.
  • the drawing shows the following elements of the wind power plant: the lower part of the metal hollow tubular tower 3, flange 38 welded to the lower segment of the tower, a fragment of the reinforced concrete base 8, a solid metal plate 13, which is part of the base 8. Flange 38 is attached to plate 13 with bolts (not shown in the drawing).
  • the drawing shows the following elements of the nuclear power plant: the nuclear reactor vessel 58, the cylindrical active zone 50, which rests on the perforated plate 49, the lateral neutron reflector 51 surrounding the active zone, the intra-vessel basket 41, the steam generator 42, the reactor servicing platform 9, the internal sealed shell 15 with the supporting metal structure 17, the annular radiation protection 39 surrounding the reactor from the outside in the area of the active zone, the reactor vessel cover 47 (the latter is shown dismantled and installed on brackets 46 in the upper part of the internal cavity of the tower 3), the cover of the internal sealed shell 48 (the latter is shown dismantled and installed on brackets 57 in the upper part of the internal cavity of the tower 3). All of the above elements of the nuclear power plant are located in the internal cavity of the tower 3.
  • the drawing shows a protective plate 52 installed on the upper annular surface of the side neutron reflector 51.
  • a spent fuel container 53 with the lid removed is installed on the protective plate 52.
  • the reloading mechanism 44 extracts the spent fuel assembly 40 from the core 50 through an opening in the protective plate 52 and transports it under a layer of the primary coolant to the spent fuel container 53.
  • the level of the primary coolant during fuel reloading is indicated by line 43.
  • the drawing shows a trolley 54, intended for transporting cargo through a hermetic airlock 10 from a platform 11 to a reactor servicing platform 9 and back.
  • the drawing shows a spent fuel container 55 with a closed lid, installed on a trolley 54.
  • the inner lid of the hermetic airlock 56 is shown dismantled and installed on brackets attached to the tower 3 directly above the hermetic airlock 10.
  • the overhead crane 45 is used to move the spent fuel container from the trolley 54 to the protective plate 52 and back.
  • the said crane is mounted in its regular place after the dismantling of the cover of the inner sealed shell 48 and the cover of the reactor vessel 47 is completed and they are installed on the brackets 46 and 57.
  • the overhead crane 45 is dismantled from the place shown in the figure; its bridge is stored in a vertical position suspended from the inner surface of the tower 3.
  • the option of placing a nuclear reactor with an internal sealed shell in the internal cavity of the wind turbine tower is shown in the drawings And .
  • the nuclear reactor and the inner containment vessel are shown assembled and operating at power with operating coolant parameters.
  • the drawing The nuclear reactor and its inner containment vessel are shown disassembled, during the process of reloading nuclear fuel.
  • the description of the specified variant considers the placement of a vessel nuclear reactor, which is part of a dual-circuit nuclear power plant, inside the wind turbine tower.
  • "Light" (ordinary) water with a steam content close to zero is used as the coolant of the 1st circuit (the reactor belongs to the class of "pressurized water reactors”). Ordinary water is also used as the working fluid of the 2nd circuit.
  • a heat exchanger called a "steam generator” serves to transfer heat from the coolant of the 1st circuit to the working fluid.
  • the layout of the main equipment of the 1st circuit is integral, i.e. the active zone, steam generators, and volume compensator are located inside the reactor vessel, which has a removable cover.
  • the circulation of the coolant of the 1st circuit during operation at power is natural, it occurs due to the difference in the weights of the columns of heated and cooled coolant inside the reactor.
  • the nuclear reactor, as well as the equipment and pipelines of the systems containing the coolant of the primary circuit, are placed in an internal sealed shell.
  • the vessel of the internal sealed shell is designed for the internal pressure that occurs in the event of an emergency with the release of the coolant of the primary circuit beyond the primary circuit (for example, in the event of a postulated rupture of one of the pipelines of the primary circuit).
  • the inner hermetic shell is a metal vessel consisting of a body and a cover with connecting flanges.
  • the flanges of the cover and body are connected to each other using studs and nuts; the tightness of the flange connection is ensured by a deformable gasket.
  • the walls of the inner hermetic shell are penetrated by hermetic penetrations, through which pipelines of various technological systems are supplied from the outside to the nuclear reactor and other elements of the 1st circuit (for example, supply and discharge pipelines through which the working fluid of the 2nd circuit is supplied to and discharged from the steam generator). Also, electrical lines of the reactor control and monitoring systems and other equipment located inside the hermetic shell pass through hermetic penetrations in the walls of the inner hermetic shell.
  • the internal hermetic shell of the nuclear reactor is located in the lower part of the internal cavity of the wind turbine tower and rests on a solid metal plate in the wind turbine base. There is an annular gap between the internal hermetic shell of the reactor and the wind turbine tower. In the area of the plane of the joint between the cover and the body of the internal hermetic shell, an annular service platform is located in the specified annular gap, which allows for the placement of personnel and auxiliary equipment during technical maintenance and repair of the reactor installation.
  • the function of protecting personnel and the population from ionizing radiation is performed by radiation protection, made in the form of a ring structure, encircling the reactor from the outside opposite the active zone.
  • radiation protection made in the form of a ring structure, encircling the reactor from the outside opposite the active zone.
  • substances that slow down and absorb neutrons well for example, materials containing hydrogen, as well as boron or cadmium compounds
  • boron or cadmium compounds for example, materials containing hydrogen, as well as boron or cadmium compounds
  • gamma radiation substances with high density (for example, iron or lead) are introduced into the protection.
  • the wind turbine tower is hollow and made of several tubular metal segments. Each segment of the tower has flanges with holes at both ends (upper and lower), with the help of which (as well as with the help of connecting elements - bolts, nuts, etc.) the segments are connected to each other.
  • the base of the wind turbine is made of reinforced concrete. Under the tower, a solid metal plate with threaded holes for studs or bolts is embedded in the base. The lower segment of the tower is attached with studs and nuts to the said plate at the base of the tower using the lower flange.
  • the wind turbine engine room is installed on the upper end of the upper segment of the tower.
  • the attachment unit of the engine room to the tower provides the ability to rotate the engine room around the vertical axis.
  • the specified attachment unit does not provide for sealing the internal cavity of the tower with respect to the atmosphere.
  • the rotor axis of a wind turbine is positioned horizontally or at a slight angle to the horizon (to prevent the wind turbine blades from touching the tower when the blades are strongly curved due to high wind speeds).
  • the total mass of the engine room together with the wind turbine of high-power wind power plants (more than 10 MW) is several hundred tons, therefore the tubular metal segments of the tower have a significant diameter (up to 10 m) and a significant wall thickness. Due to this, the tubular segments of the wind turbine tower can withstand not only the weight and wind load from the engine room, but also provide protection of the interior of the tower from adverse external influences - shock waves, hurricane winds and objects flying with the wind, aircraft structural elements (in the event of an aircraft collision with the tower).
  • a hermetic partition is installed inside the tower (at the top of the upper segment). This partition provides for the hermetic sealing of the tower's internal cavity with respect to the atmosphere and protection of the tower's internal cavity from the adverse external influences listed above.
  • a gateway is provided in the tower wall, penetrating the tower wall. It is equipped with two hermetic covers. When using the gateway, it is not allowed to open both covers simultaneously. One of the covers is closed and sealed; the closed cover ensures the sealing of the wind turbine tower interior with respect to the atmosphere during the maintenance and repair of the reactor plant.
  • the direction of cargo transportation and personnel movement inside the gateway is horizontal.
  • the airlock is located at such a height that the reactor maintenance platform is adjacent to the airlock from inside the wind turbine tower.
  • the airlock is equipped with a rail track and a transport trolley that will transport various loads from the platform located outside the wind turbine tower to the platform located inside the wind turbine tower.
  • a lifting mechanism is located above the platform adjacent to the airlock outside the tower that will ensure the lifting of loads to the said platform from the ground surface.
  • a ladder for personnel is built from the ground to the outer platform of the airlock.
  • the tower with an internal partition, a hermetic airlock, hermetic penetrations in the tower wall and the tower base form a closed cavity protected from adverse external influences.
  • This cavity is hermetic with respect to the atmosphere.
  • this hermeticity is redundant, since the function of preventing the spread of radioactive substances is performed by the internal hermetic shell of the reactor, located inside the wind turbine tower.
  • the tower with a partition in the upper part of the tower and the tower base remain the only barrier to the spread of radioactive substances into the environment. Therefore, hermetic sealing of the inner cavity of the tower is necessary.
  • the wind turbine engine room is connected by electrical cables to the equipment of the energy conversion system and the wind turbine control system installed at ground level. These cables are laid in trays attached to the outside of the wind turbine tower. A ladder is attached to the outside of the tower, by which service personnel will climb into the engine room to perform maintenance and repair of wind turbine components.
  • the capacity of the nuclear reactor located inside the wind turbine tower is limited by the possibilities of arranging all the equipment of the reactor plant containing radioactive substances in the internal cavity of the tower, as well as the hermetic shell inside which the said equipment of the reactor plant is located. Only one nuclear reactor is located inside the wind turbine tower.
  • a nuclear reactor placed in a wind turbine tower will belong to the class of low-power reactors. If a multi-component power plant includes several powerful wind turbines, it may turn out that to maintain the stability of energy production, not one but several reactors will be required, the joint operation of which in the power maneuvering mode will compensate for the unevenness of the wind turbine's energy production. In this case, a multi-component power plant will include several nuclear reactors, each of which will be placed inside its own wind turbine tower. Thus, the number of nuclear reactors included in a multi-component power plant may be less than or equal to the number of wind turbine towers.
  • the system can provide one turbogenerator for several nuclear reactors (or for all reactors). Enlargement of the turbogenerator unit is advantageous in terms of reducing specific capital costs.
  • a steam pipeline is run from each reactor unit to the turbine's steam collector, and a pipeline for feeding feedwater is run from the turboplant's feed pumps to the steam generator of each reactor unit.
  • Shut-off valves are provided on the steam pipelines and feedwater pipelines to cut off any of the reactor units from the turbogenerator if necessary.
  • the placement of the turbogenerator on the site of a multi-component power plant should be such that the length of the steam pipelines connecting the reactor units with the turbine steam collector is minimal, and also that the unevenness of the lengths of the steam pipelines leading to the steam collector from different reactor units is minimal.
  • the optimal placement of the wind turbine towers with nuclear reactors is in a circle around the turbogenerator building.
  • a fan cooling tower is used to remove heat from the steam turbine condenser. Using a chimney cooling tower is not practical, since the tower of such a cooling tower distorts the wind flow in the area of placement; this will interfere with the normal operation of the wind turbine.
  • Each reactor is equipped with a set of safety systems that are completely independent from the safety systems of other nuclear reactors.
  • the safety equipment of each nuclear reactor is located in a building located in the immediate vicinity of the wind turbine tower that houses the corresponding nuclear reactor.
  • the outer surface of the wind turbine tower can be used to accommodate heat exchangers that remove heat from the reactor to the atmospheric air.
  • the outer surface of the tower wall can also be used to transfer heat to the final absorber (atmospheric air) during reactor cooling and removal of residual heat from the core in emergency situations (similar to the AP1000 reactor). In this case, heat is transferred through the tower wall due to its thermal conductivity.
  • the cover is removed from the sealed shell body during periods of reactor maintenance and repair, when the fission chain reaction in the reactor has stopped, the 1st circuit has cooled down and there is no excess pressure in it (see drawing ). After dismantling, the cover is placed and secured on brackets in the upper part of the cavity inside the wind turbine tower (below the sealed partition). To move the reactor installation elements dismantled during fuel reloading, a lifting mechanism is installed in the upper part of the cavity inside the wind turbine tower (under the sealed partition).
  • the container is designed for a small number of fuel assemblies (for example, for 3 hexagonal or 4 square fuel assemblies).
  • a nuclear reactor undergoing nuclear fuel reloading is shown in the drawing. .
  • the sealed containment vessel cover and the reactor vessel cover are dismantled and placed in the upper part of the wind turbine tower (below the sealed partition).
  • the said dismantled elements are secured in the upper part of the tower using folding or fixed brackets.
  • the reactor vessel internal devices located above the active zone are dismantled during fuel refueling and placed in wells below the service platform.
  • the spent fuel is unloaded from the core into the container under a layer of the primary coolant (water).
  • the container is installed inside the reactor vessel, above the core, with the maximum possible offset from the reactor center (i.e., as close as possible to the reactor vessel wall).
  • the height difference between the container and the core is minimized (i.e., the container is placed as low as possible below the primary coolant level during refueling).
  • the refueling mechanism extracts the spent fuel from the core sector that is located diametrically opposite to the container location and loads the fuel into the container.
  • a protective plate is provided, which is installed inside the reactor vessel above the core before the spent fuel is unloaded from the core, and is removed from the reactor after the fuel is unloaded.
  • the protective plate is installed on the upper annular surface of the lateral neutron reflector surrounding the core.
  • the protective plate has openings for removing spent fuel from a specific sector of the core by the reloading mechanism, and the dimensions of these openings are smaller than the smallest size of the spent fuel container (so that if the container falls, it cannot fall below the protective plate).
  • the protective plate To provide access of the reloading device to different sectors of the core, the protective plate must be periodically rotated; this operation should be performed after removing the next loaded container with spent fuel from the reactor.
  • Nuclear fuel which is removed from the reactor several days after the reactor is shut down, is characterized by a high level of residual heat release. Therefore, the spent fuel container is filled with a coolant, which ensures effective heat removal from the nuclear fuel and its transfer to the container wall after the container lid is closed and the container is removed from the coolant of the 1st circuit to the air.
  • the coolant circulates inside the container in the natural circulation mode, washes the fuel elements and transfers heat to the outer wall of the container. From the outside, the container wall is covered with heat exchange fins and is cooled by atmospheric air.
  • the coolant used to fill the container is characterized by high radiation resistance, as well as low saturated vapor pressure, so as not to create a risk of container overpressurization. Since the container is filled with the said coolant in advance (before loading the fuel into the container), and when loading the spent fuel into the container, the container coolant will come into contact with the coolant of the 1st circuit, the container coolant must not dissolve water and must not dissolve in water, must not chemically interact with water and oxygen dissolved in water; in addition, this coolant must have a density greater than that of water.
  • Wood's alloy, diphenyl-terphenyl mixture, etc. can be used as a container coolant.
  • the operation of the wind turbine may continue.
  • the wind turbine will be used to supply the NPP with energy during maintenance and repair, during the cooling and warming up process.
  • the wind turbine will provide the NPP systems with energy in emergency situations.
  • the NPP design provides for a backup diesel generator and an appropriate fuel supply for it.
  • the installation of the hermetic shell of the nuclear reactor and the reactor itself inside the wind turbine tower is carried out at the stage of wind turbine construction, after the construction of the reinforced concrete foundation of the tower is completed and the lower segment of the wind turbine tubular tower is assembled. All elements of the reactor installation that cannot subsequently be transported through the airlock are installed in their regular places: the hermetic shell body, the annular radiation shield, the reactor vessel, the steam generator, the volume compensator, the reactor internal devices (except for the nuclear fuel), the reactor vessel cover, the hermetic shell cover, etc.
  • the above operations are performed by a crawler crane located outside the wind turbine tower, which is used for the construction of the wind turbine.
  • a Liebherr LR-13000 crawler crane can be used for this purpose, which is designed for the installation of large-sized heavy-weight elements (weighing up to 3000 tons) during the construction of industrial enterprises /1/.
  • the construction of the wind turbine continues (installation of subsequent tower segments, engine room, wind turbine blades).
  • the lifting mechanisms that will be used later for maintenance and repair of the reactor plant are pre-installed inside the tower segment in which the internal partition above the reactor is installed, and are installed in their regular place together with this segment.
  • work is carried out to connect the pipelines of the normal operation process systems and safety systems to the nuclear reactor. Loading of nuclear fuel into the reactor is performed only after the complete installation of all wind turbine elements, as well as the installation and testing of the operability of all NPP systems.
  • the hermetic enclosure of the reactor is double, i.e. not only the nuclear reactor is placed in the internal cavity of the floating base of the wind turbine, but also the internal hermetic shell.
  • the outer protective shell is formed from the walls of the floating base, a hermetic airlock, hermetic penetrations, as well as two additional partitions installed in the internal cavity of the floating base of the wind turbine above and below the internal hermetic shell (see drawing ).
  • the wind turbine has an axis position close to horizontal, therefore, to ensure free rotation of the turbine blades, the wind turbine engine room is raised above the water level.
  • a tower is used, resting on the floating base of the wind turbine.
  • the wind turbine engine room is installed at the top of the tower.
  • the floating base of the wind turbine tower is several interconnected sealed semi-submerged floats (i.e. part of each float is submerged in water, and part protrudes above the water level).
  • the floats are interconnected by power crossbars, which provide strength and rigidity of the floating base as a single whole.
  • Each crossbar is a section of a large-diameter metal pipe (about several meters), the ends of which are welded to the shells of the floats.
  • Process pipelines and electrical cables are laid inside the crossbars, connecting the equipment of the nuclear power plant, located in different floats, and transport passages for personnel.
  • the crossbars isolate the floats from each other (due to the use of sealed bulkheads, penetrations, doors) so that the flooding of one float does not lead to the flooding of other floats.
  • the first float will house a nuclear reactor with an internal hermetic shell, as well as systems directly connected to the 1st circuit.
  • the second float will house a steam turbine with a turbine condenser and an electric generator, the third float will house equipment for converting and delivering electric power to the shore, as well as a residential module and the NPP control center, and the fourth float will house equipment for normal operation and safety systems, tanks with reserves of process media of the 1st and 2nd circuits.
  • This cavity is hermetic with respect to the atmosphere.
  • this hermeticity is redundant, since the function of preventing the spread of radioactive substances is performed by the hermetic shell of the reactor, located inside the float.
  • the walls of the float remain the only barrier to the spread of radioactive substances into the environment. Therefore, hermetic sealing of the internal cavity of the float is necessary.
  • the outer shell of the floats is made of metal or concrete with a wall thickness sufficient to resist the impact of a storm ocean wave. This means that the outer shell of the floats can also resist other external impacts considered in the AE projects - the impact of an air shock wave, hurricane wind and objects flying with the wind, elements of the aircraft structure (in the event of an aircraft collision with a float).
  • a protective belt on the said float an approach similar to the use of an ice belt in the hulls of ships designed for navigation in northern seas, where encounters with floating ice are possible).
  • the floats of the floating base of high-power wind turbines which are currently being designed, have a diameter of about 15-20 m and a height of up to 40 m.
  • Such floats can easily accommodate a low-power nuclear reactor, such as NuScale, as well as another large-sized element of the nuclear power plant - a turbogenerator unit with a turbine condenser.
  • the TND-17 turbine is known /2/.
  • the electric power of the generator, which is rotated by the turbine, is 36 MW.
  • the turbine (high and low pressure cylinders), as well as the generator, are mounted on a single frame, under the frame there is a steam condenser.
  • the TND-17 turbine for the nuclear icebreaker of Project 22220 is designed to withstand the pitching and impacts of the icebreaker hull on the ice, which are accompanied by overloads of up to 6g, and also to withstand continuous operation in power maneuvering modes; the inter-repair period of the turbine is 20 years /3/.
  • a similar turbogenerator of the required power can be placed in one of the floats of the floating base of the wind turbine.
  • ballast tanks filled with seawater. Filling these tanks to the required level will ensure the alignment of the list and trim of the floating base.
  • the wind turbine tower is installed on one of the floats.
  • the wind turbine engine room is connected by electric cables to the equipment of the energy conversion system and the wind turbine control system, installed inside one of the floats. These cables are laid inside the wind turbine tower. Also inside the tower there is a ladder, by which the service personnel will climb to the engine room to perform periodic maintenance and repair of the wind turbine components.
  • the nuclear reactor, as well as the equipment and pipelines of the systems containing the coolant of the primary circuit, are placed in an internal sealed shell.
  • the vessel of the internal sealed shell is designed for the internal pressure that occurs in the event of an emergency with the release of the coolant of the primary circuit beyond the primary circuit (for example, in the event of a postulated rupture of one of the pipelines of the primary circuit).
  • the inner hermetic shell is a vessel consisting of a body and a cover with connecting flanges.
  • the flanges of the cover and body are connected to each other using studs and nuts; the tightness of the flange connection is ensured by a deformable gasket.
  • the walls of the inner hermetic shell are penetrated by hermetic penetrations, through which pipelines of various technological systems are supplied from the outside to the nuclear reactor and other elements of the 1st circuit (for example, supply and discharge pipelines through which the working fluid of the 2nd circuit is supplied to and discharged from the steam generator). Also, electrical lines of the reactor control and monitoring systems and other equipment located inside the hermetic shell pass through hermetic penetrations in the walls of the hermetic shell.
  • radiation protection made in the form of a ring structure that covers the reactor from the outside opposite the active zone (a description of radiation protection is presented in the above description of the placement of a nuclear reactor in a wind turbine tower).
  • a hermetically sealed airlock which penetrates the side wall of the float in its above-water part.
  • the airlock is located at such a height that the reactor service platform adjoins the airlock from the inside of the float.
  • the design and functionality of the airlock are the same as in the above description of the placement of the nuclear reactor in the wind turbine tower.
  • the hermetic shell of the nuclear reactor is located in the middle of the float height. Inside the float, below the inner hermetic shell of the reactor, there is a sealing partition, and even lower - a ballast tank. Above the inner hermetic shell, there is a free space used for dismantling the cover of the inner hermetic shell, the cover of the reactor vessel, and the reactor's internal vessel devices during fuel reloading and reactor maintenance. In the upper part of the said free space, inside the float, there is a bridge crane, which will be used to dismantle the said elements.
  • metal structures designed and manufactured using shipbuilding technology are used - longitudinal, transverse, horizontal, ring beams and stiffeners. Similar metal structures form pedestals and wells for placing inside the float the dismantled cover of the inner sealed shell, the cover of the reactor vessel, in-vessel devices during fuel refueling, technical maintenance and repair of the reactor. Also, the specified metal structures form a service platform at the level of the connector of the inner sealed shell. The service platform will be used to place containers with fresh and spent nuclear fuel during fuel refueling, as well as personnel and various equipment during technical maintenance and repair of the reactor. In the rooms formed by the internal metal structures of the float below the level of the service platform, various equipment of normal operation systems and safety systems will be placed.
  • the nuclear reactor is equipped with a set of normal operation systems and safety systems. Part of the equipment of these systems is located in one float with the nuclear reactor, the rest is in the adjacent float.
  • the nuclear fuel reloading in the reactor is performed while the floating multi-component power plant is in dry dock.
  • the technology of unloading spent nuclear fuel from the core into a container filled with a high-boiling coolant with a low saturated vapor pressure, placed during fuel reloading inside the reactor vessel, is used (a description of this technology is presented in the above description of the placement of a nuclear reactor in a wind turbine tower). Accordingly, lifting mechanisms intended for repair and maintenance of a nuclear reactor are used only when the power plant is in dry dock.
  • the nuclear fuel handling be performed in a dry dock at a dedicated service base.
  • all nuclear fuel handling operations during handling take place inside the outer containment vessel of the nuclear reactor (which is hermetically sealed to the environment), and the spent nuclear fuel is transported in a sealed hermetically sealed container through a transport airlock, it is possible to use any suitable dry dock closest to the permanent location of the floating multi-component power plant for fuel handling.
  • the reactor vessel and internal sealed shell covers are closed and sealed, the 1st circuit of the reactor plant is sealed, all NPP safety systems are turned on and are in readiness mode.
  • NPP equipment that do not require decompression of the 1st circuit (for example, repair of turbogenerator equipment) are performed when the multi-component power plant is at its regular work location (in the open sea). During such work, the wind turbine can continue to operate; it will provide the NPP with energy during the specified operations, during the cooling and warming up process. In addition, the wind turbine provides the NPP systems with energy in emergency situations.
  • the NPP design provides for a backup diesel generator and an appropriate fuel supply for it.
  • the multi-component power plant on a floating base uses a nuclear reactor capable of operating for a significant period of time without reloading nuclear fuel (but no more than the period of time between major repairs of the reactor, turbogenerator and wind power plant).
  • the preliminary design of the RITM-200M reactor plant has been completed, the fuel of which allows for continuous operation without overloading for up to 10 years.
  • the reactor plant is capable of operating in power maneuvering modes.
  • the project complies with all Russian and international standards and requirements, including requirements for the non-proliferation of nuclear weapons and materials.
  • the design service life of modern nuclear power plants with pressurized water reactors is 60 years. Taking into account the above-mentioned frequency of major repairs of the wind power plant and turbogenerator, it can be assumed that the duration of operation of the nuclear reactor of the considered multi-component power plant between fuel reloads is 10 years.
  • the construction of the floating multi-component power plant under consideration is carried out in a dry dock at a shipyard until 100% readiness (including loading fresh nuclear fuel into the reactor and installing wind turbine blades).
  • the shipbuilding industry is already capable of producing large floating objects comparable in size and functionality to the power plant under consideration: floating drilling platforms /6/, floating nuclear power plants, wind turbines on a floating base.
  • a residential module is provided on one of the floats (similar to the residential module of a floating drilling platform or a floating nuclear power plant).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Многокомпонентная энергетическая установка относится к ядерной и возобновляемой энергетике и включает ветровую турбину, машинное отделение, полую трубчатую башню, основание башни. Атомная станция содержит 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. 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, герметичным шлюзом и герметичными проходками в стенках указанной башни. Технический результат заключается в исключении необходимости возведения отдельного сооружения, основным ннааззннааччееннииеемм которого будет выполнение функции герметичного ограждения по предотвращению распространения выделяющихся радиоактивных веществ и по защите реакторной установки от внешних экстремальных воздействий.

Description

Многокомпонентная энергетическая установка (варианты)
Энергетические установки, использующие для производства тепловой или электрической энергии возобновляемые и ядерные источники энергии
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).
Известна плавучая атомная станция /патент RU 2188466 C2 (ФГУП "Санкт-Петербургское морское бюро машиностроения "Малахит"), 27.08.2002, пункты 1,3 формулы, чертежи/. В патенте описано размещение ядерного реактора внутри контейнера цилиндрической формы со сферическими оконечностями; указанный контейнер совместно со стенами прочного корпуса плавучего энергоблока выполняет функцию герметичного ограждения реакторной установки.
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.
Известен способ получения и использования углеводородного топлива /патент RU 2606948 (Сирота В. А.) 10.01.2017, описание, формула/. В патенте описано размещение оборудования, которое реализует комплексную технологию получения углеводородного топлива, а также объекта, сжигающего углеводородное топливо, внутри строительного объема опорной башни ветроэнергетической установки. Цель размещения указанного оборудования внутри объема башни - сокращение площади производственной площадки снаружи башни.
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 реакторной установки с ядерным реактором. Решение, описанное в ближайшем аналоге, предусматривает размещение реакторной установки на отдельной площадке, изолированной от других элементов энергетической системы. На указанной отдельной площадке вокруг реакторной установки 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 в окружающую среду, защита реакторной установки от внешних природных и техногенных воздействий, защита персонала и населения от ионизирующих излучений. 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 реакторной установки, которое выполняет только те специфические функции, которые необходимы для обеспечения безопасности АС.
При сохранении традиционных проектных решений по герметичному ограждению реакторной установки 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.
Задачей изобретения является снижение затрат на сооружение многокомпонентной энергетической установки.
Объект, который является предметом изобретения: многокомпонентная энергетическая установка, компонентами которой являются источники энергии различного вида, причем среди компонент имеется как минимум одна ветровая энергетическая установка, также среди компонент имеется как минимум одна атомная станция с ядерным энергетическим реактором. Объединение в составе многокомпонентной энергетической установки двух указанных типов установок позволяет решить проблему нестабильности выработки ветровой энергетической установки. АС, работающая в режиме маневрирования мощностью, обеспечит балансировку нестабильной выработки ветровой энергетической установки, то есть при уменьшении скорости ветра и соответствующем сокращении выработки ветрогенератора АС переводится на больший уровень мощности, поддерживая суммарную мощность многокомпонентной энергетической установки. При реализации такого подхода не потребуются системы аккумулирования энергии.
Ветровая энергетическая установка включает ветровую турбину, машинное отделение, основание, систему преобразования энергии. Также, в случае, если ось вращения ветровой турбины близка к горизонтали, в состав ветроэнергетической установки включается 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.
Из уровня техники известно, что башня современной ВЭУ большой мощности представляет собой цилиндрическую или коническую трубу, имеет большой диаметр (до 10 м у основания) и прочные стенки, изготовленные, как правило, из металла или железобетона.
Также из уровня техники известно, что основание современной ВЭУ большой мощности может быть наземным или плавучим. В обоих вариантах основание может иметь внутренние полости большого размера, окруженные прочными стенками, изготовленными, как правило, из металла или железобетона.
Атомная станция включает реакторную установку с ядерным реактором, защитное герметичное ограждение реакторной установки, хранилища свежего и отработавшего ядерного топлива, турбогенераторную установку, системы безопасности.
В стандарте безопасности МАГАТЭ «Safety of Nuclear Power Plants: Design» (No. SSR-2/1 (Rev. 1)) изложено требование к системе защитного герметичного ограждения реактора (требование №54): «Должна быть предусмотрена система защитного ограждения, обеспечивающая или способствующая выполнению следующих функций безопасности на АЭС: (1) локализация радиоактивных веществ в эксплуатационных состояниях и при аварийных условиях; (2) защита реактора от внешних природных событий и антропогенные событий; и (3) радиационная защита в эксплуатационных состояниях и при аварийных условиях».
В п.21 нормативного документа Российской Федерации «Правила устройства и эксплуатации локализующих систем безопасности атомных станций» (НП-010-16) (Утверждены Приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 24 февраля 2016 г. № 70 «Об утверждении федеральных норм и правил в области использования атомной энергии «Правила устройства и эксплуатации локализующих систем безопасности атомных станций», зарегистрирован в Минюсте России 25 марта 2016 г. № 41574) изложены требования к герметичному ограждению:
«Герметичное ограждение должно быть способно выполнить следующие функции при нормальной эксплуатации АС и ее нарушениях, включая аварии:
- предотвращение или ограничение распространения выделяющихся радиоактивных веществ за границы герметичного ограждения;
- защита персонала и населения от ионизирующих излучений;
- защита от внешних природных и техногенных воздействий в случаях, предусмотренных проектом АС, находящихся внутри герметичного ограждения систем и элементов, отказ которых может привести к выходу за установленные проектом АС границы радиоактивных веществ в количествах, превышающих установленные пределы безопасной эксплуатации»
Из указанных выше требований нормативных документов видно, что определение функций герметичного ограждения, изложенные в стандарте безопасности МАГАТЭ SSR-2/1 (Rev. 1) и в российском нормативном документе НП-010-16, идентичны. Герметичное ограждение предназначено для обеспечения функций безопасности АС.
Третью функцию безопасности герметичного ограждения - по защите персонала и населения от ионизирующих излучений ядерного реактора - выполняет радиационная защита, выполненная в виде кольцевой конструкции, охватывающей реактор снаружи напротив активной зоны, содержащая вещества, хорошо замедляющие и поглощающие нейтроны, а также хорошо поглощающие гамма-излучение. Техническое решение по применению указанной выше радиационной защиты для выполнения функции герметичного ограждения по защите персонала и населения от ионизирующих излучений используется в большинстве реализованных проектов АС. Предусматривается, что указанная выше радиационная защита будет изготовлена и установлена в проектное положение по традиционной технологии. В части выполнения функции безопасности герметичного ограждения по защите персонала и населения от ионизирующих излучений настоящая заявка на изобретение никакой новизны не содержит.
Создание многокомпонентных энергетических установок, включающих различные по природе источники энергии (основанные на использовании энергии ветра, на использовании ядерной энергии), 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 предлагается размещение ядерного реактора во внутренней полости башни ветроэнергетической установки и герметизация указанной полости с использованием необходимых перегородок, герметичного шлюза и герметичных проходок, что обеспечит выполнение указанных в техническом результате двух функций безопасности герметичного ограждения.
Третью функция безопасности герметичного ограждения - по защите персонала и населения от ионизирующих излучений ядерного реактора - выполняет радиационная защита традиционной конструкции, изготавливаемая и сооружаемая по традиционной технологии. В части выполнения третьей функции безопасности герметичного ограждения настоящая заявка на изобретение никакой новизны не содержит.
Размещение энергогенерирующего оборудования внутри башни ВЭУ – не новое решение, оно известно из уровня техники /патент RU 2606948 (Сирота В. А.). 10.01.2017/.
Конструкция типовой башни ВЭУ такова, что полость внутри башни не является герметичным объемом. Как правило, эта полость сообщается с полостью внутри машинного отделения ВЭУ, и обе эти полости не изолированы от атмосферы, поскольку для нормальной эксплуатации ВЭУ герметичность указанных полостей не требуется.
Однако, если во внутренней полости башни ветрогенератора будет размещена реакторная установка с ядерным реактором, и стенки башни ВЭУ должны будут стать частью границы, предотвращающей распространение радиоактивных веществ в окружающую среду, а также защищающей реакторную установку от внешних природных и техногенных воздействий, то внутреннюю полость башни, в которой размещена реакторная установка, необходимо герметично изолировать от атмосферы.
Для этого потребуются дополнительные перегородки, которых нет в составе типовой башни ВЭУ, в количестве, необходимом и достаточном для обеспечения герметичности полости внутри указанной башни, в которой расположена реакторная установка; потребуются герметичные проходки в стенке башни для трубопроводов и электрических кабелей, пронизывающих стенку башни и соединяющих реакторную установку с системами атомной станции, расположенными снаружи герметичного ограждения; потребуется герметичный шлюз, пронизывающий стенку башни, необходимый для технического обслуживания и ремонта реакторной установки (один или несколько; например, один для транспортировки грузов, второй для прохода персонала). Потребуются также элементы, герметизирующие стыки между стенками башни ВЭУ и указанными перегородками, проходками и шлюзом; предполагается, что указанные элементы являются составной частью соответствующих перегородок, шлюзов, проходок. Указанные дополнительные перегородки, герметичные проходки и шлюз необходимы для достижения технического результата изобретения. Реализация варианта 1 изобретения приведена на чертежах фиг. 1, 2, 3, 4.
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 стенку башни ВЭУ; 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, герметичного шлюза, пронизывающего стенку башни, а также герметичных проходок в стенках башни; узлы соединения сегментов башни между собой, с перегородками, со шлюзом и герметичными проходками герметизированы прокладками или сваркой – см. чертеж фиг. 1;
- из стенок башни ветроэнергетической установки, сплошной плиты основания башни, герметичной перегородки, установленной внутри башни выше реактора, герметичного шлюза, пронизывающего стенку башни, а также герметичных проходок в стенках башни; узлы соединения сегментов башни между собой, с плитой основания башни, с перегородкой, со шлюзом и герметичными проходками герметизированы прокладками или сваркой – см. чертеж .
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 дополнительными герметизирующими элементами (перегородками, герметичным шлюзом, герметичными проходками для трубопроводов и электрических кабелей).
Возможность реализации двойного герметичного ограждения и требования к такому ограждению предусмотрены стандартом безопасности МАГАТЭ No. SSG-53 «Проектирование защитной оболочки реактора и связанных с ней систем атомных электростанций» (п.1.3, 4.33, 4.218, 5.13), а также нормативным документом Российской Федерации НП-010-16 «Правила устройства и эксплуатации локализующих систем безопасности атомных станций» (п.27).
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, а также защищающим реактор от внешних природных и техногенных воздействий. В указанные периоды времени наружная защитная оболочка выполняет обе функции герметичного ограждения, указанные в техническом результате; 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, герметичного шлюза, пронизывающего стенку башни, а также герметичных проходок в стенке башни; узлы соединения сегментов башни между собой, с перегородками, со шлюзом и герметичными проходками герметизированы прокладками или сваркой – см. чертеж ;
-из стенок башни ветроэнергетической установки, сплошной плиты основания башни, герметичной перегородки, установленной внутри башни выше внутренней герметичной оболочки, герметичного шлюза, пронизывающего стенку башни, а также герметичных проходок в стенке башни; узлы соединения сегментов башни между собой, с перегородкой, с плитой основания башни, со шлюзом и герметичными проходками герметизированы прокладками или сваркой – см. чертеж .
В варианте 2 изобретения предлагается размещение ядерного реактора во внутренней полости основания ветроэнергетической установки и герметизация указанной полости с использованием необходимых перегородок, герметичного шлюза и герметичных проходок, что обеспечит выполнение двух указанных в техническом результате функций безопасности герметичного ограждения.
Третью функция безопасности герметичного ограждения - по защите персонала и населения от ионизирующих излучений ядерного реактора - выполняет радиационная защита традиционной конструкции, изготавливаемая и сооружаемая по традиционной технологии. В части выполнения третьей функции безопасности герметичного ограждения настоящая заявка на изобретение никакой новизны не содержит.
Размещение энергогенерирующего оборудования во внутренней полости основания ВЭУ – не новое решение, оно известно из уровня техники /патент WO2009036107A2 (Yih-Ho Michael Pao), 2009-03-19, чертеж 7А/.
Основание ВЭУ может быть плавучим либо наземным. Оба вида оснований могут иметь внутреннюю полость, размеры которой достаточны для размещения ядерного реактора.
Конструкции известных оснований ВЭУ таковы, что полость внутри основания может не быть герметичной по отношению к атмосфере. Полость внутри основания может сообщаться с атмосферой либо напрямую, либо через внутренние полости башни ВЭУ и машинного отделения ВЭУ, установленного на башню. В случае плавучего основания, состоящего из поплавков, полости внутри поплавков могут сообщаться с водоемом через трубопроводы системы закачки и откачки балласта внутрь поплавков.
Однако, если во внутренней полости основания ВЭУ будет размещена реакторная установка с ядерным реактором, и стенки основания ВЭУ, формирующие указанную полость, должны будут стать частью границы, предотвращающей распространение радиоактивных веществ в окружающую среду, а также защищающей реакторную установку от внешних природных и техногенных воздействий, то внутреннюю полость основания, в которой размещена реакторная установка, необходимо герметично изолировать от атмосферы.
Для этого потребуются дополнительные перегородки, которых нет в составе основания ВЭУ, в количестве, необходимом и достаточном для обеспечения герметичности полости внутри основания, в которой расположена реакторная установка; потребуются герметичные проходки в стенке основания для трубопроводов и электрических кабелей, пронизывающих стенку основания и соединяющих реакторную установку с системами атомной станции, расположенными снаружи герметичного ограждения; потребуется герметичный шлюз, пронизывающий стенку основания, необходимый для технического обслуживания и ремонта реакторной установки (один или несколько; например, один для транспортировки грузов, второй для прохода персонала). Потребуются также элементы, герметизирующие стыки между стенками основания ВЭУ и указанными перегородками, проходками и шлюзом; предполагается, что указанные элементы являются составной частью соответствующих перегородок, шлюзов, проходок. Указанные дополнительные перегородки, герметичные проходки и шлюз необходимы для достижения технического результата изобретения. Реализация варианта 2 изобретения приведена на чертежах , 6, 7, 10, 11, 12.
В части технического результата применительно к многокомпонентной энергетической установке с ВЭУ на плавучем основании следует отметить следующее.
Использование плавучего основания ВЭУ подразумевает, что в качестве общей производственной площадки для размещения многокомпонентной энергетической установки используется участок водной поверхности какого-то глубоководного водоема, где не может быть использовано основание ВЭУ, опирающееся на дно водоема. Плавучее основание исполнено в виде одного или нескольких понтонов (или поплавков).
Для реализации заявленной многокомпонентной энергетической установки на поверхности водоема при традиционном подходе потребуется разместить рядом с плавучей ВЭУ плавучую АС (т.е. АС, аналогичную той, которая заявлена в патенте RU 2188466 C2 (ФГУП "Санкт-Петербургское морское бюро машиностроения "Малахит"), 27.08.2002).
В соответствии с вариантом 2 настоящего изобретения необходимо поместить реакторную установку с ядерным реактором во внутреннюю полость плавучего основания ВЭУ и герметизировать указанную полость с использованием дополнительных перегородок, герметичных проходок и герметичного шлюза. При этом стенки плавучего основания ВЭУ совместно с дополнительными перегородками, шлюзом и проходками будут выполнять 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.
При реализации такого решения отпадёт необходимость создания отдельного сооружения, основным назначением которого будет выполнение двух указанных функций герметичного ограждения, и для размещения которого потребуется место на отдельном судне. За счет этого будет достигнут технический результат изобретения.
При этом отдельное судно, на котором будут размещены остальные системы АС (турбогенератор, системы безопасности и пр.), может сохраниться в составе плавучей многокомпонентной энергетической установки, но размеры этого судна, его водоизмещение и металлоемкость станут существенно меньше по сравнению с полноценной плавучей АС (такой, которая заявлена в патенте RU 2188466 C2 (ФГУП "Санкт-Петербургское морское бюро машиностроения "Малахит"), 27.08.2002). Возможен также вариант размещения турбогенератора и других систем АС во внутренних полостях других поплавков, входящих в состав плавучего основания ВЭУ, если количество и размеры поплавков это позволят. В таком случае отдельное судно для размещения оборудования АС будет исключено полностью.
Вариант с размещением ядерного реактора во внутренней полости плавучего основания ВЭУ изображен на чертежах и . 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 . 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 ).
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 ). Во внутренней полости указанного стакана (или трубы) размещается ядерный реактор. Указанная полость должна быть герметизирована с использованием перегородок, герметичных проходок и шлюза. 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 и герметичных проходок, пронизывающих стенку указанного основания; узлы соединения стенок основания с перегородками, шлюзом и проходками герметизированы прокладками или сваркой (см. чертеж , 6 – размещение реактора в полости плавучего основания, чертеж – 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 будет сформировано из стенок указанных башни и основания, ограничивающих объединенную полость, перегородки внутри башни, перегородки внутри полости в основании ВЭУ ниже реактора, герметичного шлюза и герметичных проходок, пронизывающих стенку указанного основания; узлы соединения башни и основания между собой, а также с указанными перегородками, со шлюзом и с проходками герметизированы прокладками или сваркой (см. чертежи и ). 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 ).
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 дополнительными перегородками, герметичными проходками и герметичным шлюзом (см. чертежи , 11 – вариант с плавучим основанием ВЭУ, чертеж - вариант с наземным основанием ВЭУ).
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 обе функции герметичного ограждения, указанные в техническом результате; поэтому наружная защитная оболочка также является герметичной.
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 и герметичных проходок, пронизывающих стенку указанного основания; узлы соединения основания с указанными перегородками, со шлюзом и с проходками герметизированы прокладками или сваркой (см. чертежи , 11 – вариант с плавучим основанием ВЭУ, чертеж - 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 – для плавучего основания, чертеж – 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 и герметичных проходок, пронизывающих стенку основания ВЭУ; узлы соединения башни и основания между собой, а также с указанными перегородками, со шлюзом и с проходками 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 и внутренняя герметичная оболочка (см. чертеж ).
Технический результат настоящего изобретения заключается в исключении необходимости возведения (изготовления) отдельного сооружения, основным назначением которого будет выполнение следующих функций герметичного ограждения: (1) функции предотвращения распространения выделяющихся радиоактивных веществ за границы герметичного ограждения, (2) функции герметичного ограждения по защите реакторной установки от внешних экстремальных природных и техногенных воздействий.
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.
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 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.
Также на чертеже изображена эстакада с грузоподъемным механизмом 12 и площадкой 11, примыкающей к герметичному шлюзу с наружной стороны башни.
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.
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 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
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 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.
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 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
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.
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.
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.
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 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 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.
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 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 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 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.
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 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.
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 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 приведена в разделе «Осуществление изобретения»
На чертеже изображена часть многокомпонентной энергетической установки в том же варианте исполнения, что изображен на ., 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.
Два лучших варианта осуществления изобретения указаны ниже:
- Размещение ядерного реактора и его внутренней герметичной оболочки во внутренней полости башни наземной ВЭУ и герметизация указанной полости с использованием необходимых перегородок, герметичного шлюза и герметичных проходок, что обеспечит выполнение двух указанных в техническом результате функций безопасности герметичного ограждения;
- Размещение ядерного реактора и его внутренней герметичной оболочки во внутренней полости плавучего основания ВЭУ и герметизация указанной полости с использованием необходимых перегородок, герметичного шлюза и герметичных проходок, что обеспечит выполнение двух указанных в техническом результате функций безопасности герметичного ограждения.
Детальное описание указанных вариантов реализации приведено ниже, в разделе «Промышленная применимость»
Для подтверждения возможности промышленной применимости предлагаемого изобретения ниже приведены описания двух вариантов реализации, соответствующих двум независимым пунктам формулы изобретения:
- Размещение ядерного реактора и его внутренней герметичной оболочки во внутренней полости башни наземной ВЭУ и герметизация указанной полости с использованием необходимых перегородок, герметичного шлюза и герметичных проходок, что обеспечит выполнение двух указанных в техническом результате функций безопасности герметичного ограждения;
-Размещение ядерного реактора и его внутренней герметичной оболочки во внутренней полости плавучего основания ВЭУ и герметизация указанной полости с использованием необходимых перегородок, герметичного шлюза и герметичных проходок, что обеспечит выполнение двух указанных в техническом результате функций безопасности герметичного ограждения.
Вариант размещения ядерного реактора с внутренней герметичной оболочкой во внутренней полости башни ВЭУ изображен на чертежах и . На чертеже ядерный реактор и внутренняя герметичная оболочка показаны в собранном состоянии, в котором они эксплуатируются на мощности с рабочими параметрами теплоносителя. На чертеже 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.
Функцию защиты персонала и населения от ионизирующих излучений 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.
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.
Конструкция применяемых герметичных проходок в стенке башни ВЭУ, необходимых для прокладки трубопроводов и электрических кабелей, соединяющих реакторную установку с системами АС, размещенными за пределами герметичного ограждения, разработана и обоснована в проектах ранее сооруженных и эксплуатируемых в настоящее время АС.
Таким образом, башня с внутренней перегородкой, герметичный шлюз, герметичные проходки в стенке башни 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 должно быть таким, чтобы была минимальной длина паропроводов, соединяющих реакторные установки с паровым коллектором турбины, а также чтобы была минимальной 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). 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 ). 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 . 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.
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, кольцевая радиационная защита, 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.
Описание размещения 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, герметичных проходок, а также двух дополнительных перегородок, установленных во внутренней полости плавучего основания ВЭУ выше и ниже внутренней герметичной оболочки (см. чертеж ).
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, совместно с перегородками, герметичным шлюзом и проходками 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.
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 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 защиты персонала и населения от ионизирующих излучений 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).
1. 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>
2. 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/>
3. 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 >
4. Ветер энергоперемен [онлайн] [найден 2023-02-11] Найдено в <интернет-сайт «Атомный эксперт», https:/atomicexpert.com/novawind_rosatom>
5. Родом из Арктики [онлайн] [найден 2023-02-19] Найдено в <интернет-сайт АО «Русатом Оверсиз», https:/rusatom-overseas.com/ru/smr/rodom-iz-arktiki/>
6. 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/>
патент RU 2188466 C2 (ФГУП "Санкт-Петербургское морское бюро машиностроения "Малахит"), 27.08.2002
международная заявка WO/2002/038890 (MALISZEWSKI, Leonard, P.), 2002-05-16
патент US 20090169393 A1 (General Electric Company), 2009-07-02
международная заявка WO2005015013 A1 (General Electric Company), 2003-08-09
патент EP 3343027 B1 (NORDEX ENERGY SPAIN S A), 2018-07-04
патент US20170306583 (Ahmed Phuly), 2017-10-26
патент RU 2606948 (Сирота В. А.) 10.01.2017
международная заявка WO2009036107A2 (Yih-Ho Michael Pao), 2009-03-19
патент CA2976943 (VISELLI, ANTHONY M.), 2016-09-01
международная заявка WO2009131826 (RODDIER, Dominique), 2009-10-29
международная заявка WO 2011/120521 A1 (UGGEN, Per), 2011-10-06
патент CN208395851, CHINA UNIVERSITY OF GEOSCIENCES, 2019.01.18
патент US20200263380, Dongyuan Wang, 2020.08.20
патент US 8330296 B2 (CANDEW SCIENTIFIC LLC), 2012-12-11
международная заявка WO 2020/210837 A3 (TERRAPOWER LLC) 2020-10-15
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
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
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
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>
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>
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

Claims (12)

  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 герметичными перегородками, шлюзом, проходками 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 герметичными перегородками, шлюзом, проходками 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
PCT/RU2024/050026 2023-06-12 2024-02-05 Многокомпонентная энергетическая установка (варианты) Pending WO2024258313A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2023115311 2023-06-12
RU2023115311A RU2813400C1 (ru) 2023-06-12 Многокомпонентная энергетическая установка (варианты)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024258313A1 true WO2024258313A1 (ru) 2024-12-19

Family

ID=93852458

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2024/050026 Pending WO2024258313A1 (ru) 2023-06-12 2024-02-05 Многокомпонентная энергетическая установка (варианты)

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2024258313A1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2188466C2 (ru) * 2000-01-11 2002-08-27 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Санкт-Петербургское Морское Бюро Машиностроения "Малахит" Плавучая атомная электростанция
US20100244450A1 (en) * 2009-03-25 2010-09-30 Joseph Akwo Tabe Wind and hydropower vessel plant
UA69830U (en) * 2011-11-28 2012-05-10 Винницкий Национальный Аграрный Университет Wind-solar hydro-gas-turbogenerator electric power plant “zoria”
RU2606948C2 (ru) * 2013-06-26 2017-01-10 Владимир Анатольевич Сирота Способ получения и использования углеводородного топлива
US10837422B2 (en) * 2016-10-21 2020-11-17 Seamach Ltd. Ducted wind turbine and support platform
US20220127168A1 (en) * 2018-01-26 2022-04-28 John Walter Jennings Integrated power system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2188466C2 (ru) * 2000-01-11 2002-08-27 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Санкт-Петербургское Морское Бюро Машиностроения "Малахит" Плавучая атомная электростанция
US20100244450A1 (en) * 2009-03-25 2010-09-30 Joseph Akwo Tabe Wind and hydropower vessel plant
UA69830U (en) * 2011-11-28 2012-05-10 Винницкий Национальный Аграрный Университет Wind-solar hydro-gas-turbogenerator electric power plant “zoria”
RU2606948C2 (ru) * 2013-06-26 2017-01-10 Владимир Анатольевич Сирота Способ получения и использования углеводородного топлива
US10837422B2 (en) * 2016-10-21 2020-11-17 Seamach Ltd. Ducted wind turbine and support platform
US20220127168A1 (en) * 2018-01-26 2022-04-28 John Walter Jennings Integrated power system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lee et al. A new design concept for offshore nuclear power plants with enhanced safety features
US10269462B2 (en) Semi-submersible nuclear power plant and multi-purpose platform
US4302291A (en) Underwater nuclear power plant structure
US11848113B2 (en) Network and information systems and methods for shipyard manufactured and ocean delivered nuclear platform
JP4370075B2 (ja) 水没型発電所および方法
CA1049665A (en) Nuclear reactor apparatus
Belyaev et al. The world’s first floating NPP: Origination and direction of future development
US20140140466A1 (en) Semi Submersible Nuclear Power Plant and Multipurpose Platform
KR20120095337A (ko) 이중 구조 블록탱크의 핵폭발 방지를 이용한 핵 폐기물 처리방법 및 원자로 설비
RU2536160C2 (ru) Подводный модуль для производства электрической энергии, оборудованный опорными средствами
US20220281568A1 (en) Marine power structure and coastal nuclear power station therefor
RU2813400C1 (ru) Многокомпонентная энергетическая установка (варианты)
WO2024258313A1 (ru) Многокомпонентная энергетическая установка (варианты)
RU2188466C2 (ru) Плавучая атомная электростанция
JPH0587962A (ja) 海上原子力発電設備並びに発電基地及び発電設備の建造・支援・運用方法
KR101476166B1 (ko) 해양 원자력 플랜트
KR20130120126A (ko) 해양 원자력 플랜트 및 그 시공 방법
Ashworth Atlantic generating station
US12586691B2 (en) Network and information systems and methods for shipyard manufactured and ocean delivered nuclear platform
KR101408348B1 (ko) 해양 원자력 플랜트의 시공 방법
EP4595080A1 (en) Multipart transportable nuclear power plant
KR20250147366A (ko) 소형 모듈 원자로가 탑재된 부유식 발전선
CA3268767A1 (en) Multipart transportable nuclear power plant
Marguet The Nuclear Island
EP4690250A1 (en) A modular transportable nuclear power plant

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 24821247

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE