Фукусима, Чернобыль и ЛАЭС-2

На фоне развивающейся сейчас в Японии битвы за остановку аварийных ядерных реакторов станции «Фукусима-1» в мире вполне предсказуемо обострилась активность противников ядерной энергетики. Одни страны уже заявляют о возможном закрытии своих ядерных программ, другие начинают масштабные проверки безопасности энергетических объектов с учетом печального японского опыта. Предыдущее усиление борьбы против «мирного атома» произошло вслед за аварией на Чернобыльской АЭС в 1986 году, признанной самой масштабной в мире. Многие пытаются найти аналогии между той трагедией, что случилась на ЧАЭС с тем, что происходит сегодня на станции «Фукусима-1» и тем, что может гипотетически произойти на других атомных реакторах.

В свете того, что в Ленинградской области уже есть действующая Ленинградская атомная электростанция (ЛАЭС) и планируется построить еще одну (ЛАЭС-2), вопрос их безопасности интересует многих. Чтобы разобраться в этом, стоит напомнить, как и почему развивались события на Чернобыльской АЭС и на «Фукусиме-1».

ЧЕРНОБЫЛЬ (по официально опубликованным впоследствии материалам Минатома)

25 апреля на энергоблоке планировались испытания, в том числе остановка реактора. Для этого была отключена система аварийной остановки реактора (САОР). Подобное заложено в утвержденную программу испытаний, подписанную главным инженером. Продолжая выведение САОР из эксплуатации, смена энергоблока постоянно запрашивала у диспетчера разрешение на остановку реактора и не получала его. В этом случае требовалось включить аварийную систему охлаждения, но реактор продолжал работать без нее. Это был первый шаг к трагедии, так как полное подключение системы аварийной остановки занимает около 4 часов.  

Во время снижения мощности реактора до 200 МВт оператор не справился с управлением локальными группами поглощающих стержней и в работе энергоблока появился разбаланс в системе регулирования. В результате мощность реактора упала до нуля и реактор должны были заглушить, но вместо этого начали подъем мощности реактора. Беда приблизилась еще на шаг.

Для повышения надежности охлаждения активной зоны реактора после испытаний к работающим главным циркуляционным насосам дополнительно подключают еще два. Это увеличивает на треть расход воды по сравнению с нормой – 60 тысяч кубометров в час вместо 45 тысяч. При подобном грубом нарушении регламента эксплуатации насосы могут сорвать подачу воды, возможно возникновение вибрации контура вследствие вскипания воды с сильными гидроударами. Началась подготовка к эксперименту, и авария стала еще ближе.

Для удержания мощности 200 МВт стержни автоматического регулирования были выведены из активной зоны реактора, в том числе и с помощью ручного управления. Этим был нарушен строжайший запрет работы реактора без определенного запаса поглощающих нейтроны стержней. В активной зоне находилось всего 6-8 стержней –
примерно вдвое меньше предельно допустимого количества – реактор необходимо было заглушить. Трагедия приблизилась практически вплотную.

Но затем оператор закрыл стопорно-регулирующие клапаны турбогенератора-8, и был начат режим «выбега». Из-за невозможности эксплуатации реактора в такой ситуации должна была сработать еще одна автоматическая защита, останавливающая реактор, но персонал ее заблаговременно заблокировал. Возникла ситуация, когда малейшее увеличение мощности реактора приводит к многократному превышению объемного паросодержания относительно номинальной мощности. Рост этого показателя привел к ускорению движения нейтронов. Авария стала практически неизбежной.

Осознав опасность, начальник смены 4 энергоблока дал команду нажать кнопку самой эффективной аварийной защиты (АЗ-5). Ее поглощающие стержни должны были опуститься в каналы, вытеснив из них воду. Но движение стержней остановилось. Оператор обесточил приводы, чтобы стержни упали в каналы под собственным весом, но большинство их так и осталось в верхней части активной зоны. Через 3 секунды после нажатия кнопки мощность реактора превысила 530 МВт, а расход воды еще снизился. В результате роста давления в реакторе захлопнулись клапаны и полностью прекратили подачу воды через активную зону. Давление стало расти со скоростью 15 атмосфер в секунду. Произошел тепловой взрыв.

ФУКУСИМА

Картина происходившего и происходящего в Японии поверхностна и наверняка неточна, так как составлена по материалам СМИ, имеющимся на сегодня. Точно описать произошедшее можно будет лишь в результате долгого и тщательного расследования специалистов. Но уже сейчас понятно, что специфика аварии на АЭС «Фукусима-1» заключается в совпадении двух неблагоприятных причин. После землетрясения была повреждена система внешнего электроснабжения систем охлаждения реактора и его аварийной остановки. Станция более-менее благополучно пережила бы это благодаря наличию автономных источников питания энергоблоков. Но пришедшая вскоре океанская волна затопила прибрежные территории, выведя из строя резервные электрогенераторы. В результате аварийные системы оказались выведены из строя. Самая тяжелая ситуация складывается на 3 энергоблоке, хотя проблемы возникли и на остальных.

Реакторы начали разогреваться из-за недостаточной подачи воды в систему охлаждения. Усилившееся при этом парообразование еще ухудшило охлаждение энергоблоков. Начались экзотермические реакции материалов конструкций, в результате которых выделяется взрывоопасный водород. Возрос риск разрушения реактора в результате расплавления реактора, спекания ТВЭЛов, а также риск теплового взрыва реактора. Японцам пришлось компенсировать неработоспособную систему подачи воды в систему охлаждения заливом морской воды. Выделяющийся водород привел к неоднократным взрывам. В результате борьбы с избыточным давлением пар сбрасывается непосредственно в атмосферу, сообщается о частичном спекании топливных элементов.
Параллельно с прямой подачей внешней воды для охлаждения ликвидаторы пытаются восстановить энергоснабжение блоков АЭС, чтобы ввести в строй системы аварийной защиты.

Наблюдается сильное радиоактивное загрязнение значительных площадей. По некоторым сообщениям, фон многократно превышает норму и сопоставим со значениями, зафиксированными при Чернобыльской аварии. Однако полного разрушения реактора пока, к счастью, не произошло, его продолжают охлаждать с помощью морской воды, используя в том числе и вертолеты. Официальные лица Японии и международных организаций в своих заявлениях увеличивают степень опасности произошедшей аварии. Она уже оценена в 6 баллов, что лишь на балл ниже Чернобыльской, последствия которой приняты за максимум.

А теперь главное: возможно ли подобное на ЛАЭС-2?

Как ни странно это прозвучит на первый взгляд, но аварийная ситуация, связанная с отключением энергоснабжения на новой ЛАЭС-2 заложена в самом проекте. Возможный сценарий развития событий в начале февраля привел в своем обращении работникам и руководителям атомной отрасли в регионе бывший начальник производственно-технического отдела Ленинградской АЭС, лауреат Государственной премии СССР и премии Совета Министров СССР Михаил Шавлов. Правда, по его оценкам, причиной неприятностей может стать не землетрясение в 9 баллов, как в Японии, и не пришедшая вслед за ним волна цунами. Вызвать аварийное отключение внешних источников энергии способна сама атомная станция в результате своего штатного функционирования.
Проблема заключается в последствиях создания так называемых «мокрых» градирен – огромных открытых бассейнов-испарителей для охлаждения воды. По расчетам специалиста, в результате их функционирования в атмосферу с четырех энергоблоков ежесуточно будет попадать 256 тысяч тонн воды (не менее 435 миллионов кубометров пара) только в результате испарения. К этому также добавится так называемый капельный унос используемой морской воды, что приведет к попаданию солей в атмосферу. Как следствие, окрестности ЛАЭС накроет огромным облаком и практически непрекращающимися круглый год осадками, содержащими соли. Именно этот фактор, по мнению специалиста, может привести к проблемам в электроснабжении энергоблоков. Вот что он пишет в своем открытом письме:

«Образование токопроводящего соленого слоя на изоляторах линий высокого напряжения и на оборудовании действующих открытых распределительных устройств (ОРУ), безусловно, приведет к коротким замыканиям. Последствия подобных аварий могут быть весьма плачевными. Но самая большая опасность, на мой взгляд, нагрянет зимой. Работа градирен в зимних условиях чревата поистине катастрофическими явлениями. Выброс гигантского количества пара при определенных атмосферных условиях неизбежно приведет к «ледяным» дождям, которые будут выпадать на окрестности региона и Сосновый Бор. Здесь уместно напомнить, что в минувшем году подобные природные дожди зимой прошли в Москве, Подмосковье, Поволжье и Татарстане. Последствия были поистине ужасные - тысячи жителей остались без света и тепла. Были уничтожены сотни километров электросетей, повреждены сотни электроподстанций. Это привело к отключению предприятий и аэропортов, тяговых подстанций железных дорог, котельных и тепловых сетей. Ущерб - миллиарды рублей. Нам грозят куда более продолжительные осадки, особо опасные по последствиям в морозный период. Более 200 тысяч тонн воды, выносимые «факелом» градирен ежесуточно, будут формировать зимой в промышленной зоне Соснового Бора постоянные «ледяные» дожди. Прежде всего, это приведет к обледенению электрооборудования ОРУ 750, 330, 110, а также линий электропередачи. Каким образом тогда будет работать весь атомный комплекс - большой вопрос.

Здесь надо уточнить. При повреждении электролиний, отходящих от ОРУ, возникает реальная угроза потери связи атомных блоков с единой энергосистемой. Как следствие, развивается аварийная ситуация, когда не будет обеспечено электроснабжение реакторных блоков, то есть собственных нужд. Это абсолютно недопустимо. В настоящее время для ликвидации подобной аварийной ситуации предусмотрено автоматическое подключение ЛАЭС-1 по единой энергосистеме к генераторам Нарвской ГЭС - для обеспечения расхолаживания внезапно остановленных ядерных блоков. При необходимости эту аварийную работу подстраховывают и мощности Эстонской ГРЭС.

Добавлю, что в системе надежного расхолаживания реакторов при длительном обесточивании участвуют и гидросооружения на реке Систа, которые подают пресную воду на обессоливающие установки ЛАЭС для аварийной подпитки первых контуров энергоблоков. Естественно, что вся эта система в случае развития аварийной ситуации должна действовать без сбоев и задержек. Иного не дано! Теперь же получается, что вместе с началом эксплуатации новых градирен, т.е. с началом «ледникового периода», весь комплекс Ленинградской АЭС фактически теряет этот надежный канал безопасности».

Если сформулировать кратко, то в результате реализации нынешнего проекта ЛАЭС-2 с созданием «мокрых» градирен надежность электроснабжения энергоблоков, в том числе и аварийных систем защиты, окажется под угрозой. Резервные подключения к внешним резервным источникам электроснабжения также будут подвергаться опасности выхода из строя. К чему может привести обесточивание реакторов без возможности быстрого восстановления подачи электричества, всему миру сейчас демонстрирует «Фукусима-1». Разница лишь в том, что японская АЭС создавалась около сорока лет назад и пострадала в результате сочетания редкого по силе землетрясения и последующего цунами, а современный российский проект образца 2006 года в себе содержит потенциальную причину для аварийного выхода из строя линий электропередач.

Алексей Дьяченко