02 сентября 2024 г.
По данным Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), более двух третей из 442 ядерных энергетических реакторов в мире в настоящее время имеют возраст более 30 лет и приближаются к концу первоначально предполагаемого 40-летнего срока службы или уже превысили его.
Изображение: Shutterstock
(Нажмите здесь, чтобы просмотреть статью в цифровом формате)
Около 100 из этих реакторов по всему миру уже получили продленные лицензии на эксплуатацию.1. МАГАТЭ также прогнозирует, что если не будет продлено больше лицензий на эксплуатацию, существующие ядерные мощности резко сократятся до 2030 года, особенно в Европе и Северной Америке, а все существующие станции планируется вывести из эксплуатации к 2060 году.
На фоне того, что сектор производства электроэнергии сталкивается с колоссальной проблемой перехода практически полностью с ископаемого топлива на низкоуглеродные источники энергии к 2050 году, продление срока службы атомных электростанций, как мы видели на примере электростанций EDF в Хартлпуле и Хейшеме 1, может стать эффективным способом достижения будущих целей Великобритании в области энергетики с низким уровнем выбросов.
В этой статье Эндрю Бакли, технический менеджер компании ABS Consulting, рассматривает процессы моделирования и имитации, необходимые для поддержки оценки ядерных рисков с точки зрения анализа методом конечных элементов (FEA) и сейсмического обхода.
Хотя сами атомные станции не имеют фиксированного срока службы, их компоненты имеют. Чтобы продолжать эксплуатировать станцию сверх проектной отметки, с которой была построена каждая атомная станция, вы должны доказать, что ничего не испортилось и не может вызвать проблемы, если оставить это без внимания. Недавним примером этого является продление компанией EDF Energy срока эксплуатации своих атомных станций Hartlepool и Heysham 1 на два года до марта 2026 года, изначально предполагавшееся к завершению генерации в 2014 году.2Чтобы достичь своих целей, EDF требовалось обоснование для представления своего довода о продлении в Управление по ядерному регулированию (ONR) в форме доказательства того, что станции могут безопасно достичь желаемого.
Важно также отметить, что процесс обоснования продления срока службы в равной степени применим к любой организации, имеющей ядерную лицензию, а не только к электростанциям.
Изложение доводов в пользу продления срока службы
Существуют четкие аргументы в пользу продления срока службы существующих атомных электростанций Великобритании. По сравнению с новым строительством атомных электростанций, проекты продления срока службы могут быть гораздо менее капиталоемкими, со значительно более короткими сроками строительства, лучшим контролем затрат и меньшими задержками строительства. Поэтому имеет смысл изложить доводы в пользу продления срока их службы, особенно в сравнении с целями по сокращению выбросов. Но продление срока службы должно выходить далеко за рамки самого графитового ядра и его поведения. Каждый аспект работы атомной электростанции должен быть оценен и доказан, что он остается пригодным для безопасной эксплуатации.
В случае продления срока службы основное внимание уделяется тому, чтобы оператор доказал, что он выявил и безопасно управляет любыми эффектами старения в системах, конструкциях и компонентах. Кроме того, он должен подтвердить, что эксплуатационные, структурные и экологические параметры и условия не ухудшились и что риски для людей и окружающей среды не увеличились.
Безопасность лежит в основе любого плана продления срока службы, и в рамках своего обоснования безопасности операторы должны учитывать любые новые или повышенные уровни риска, опасности или стандартов, которые были введены. Также важно учитывать, что обоснование безопасности будет постоянно меняться по мере замены оборудования после достижения конца срока его службы.
Итак, на что следует обращать внимание операторам атомных электростанций при рассмотрении доказательной базы для продления срока эксплуатации своих ядерных объектов?
АЭС «Хейшем 1» – Изображение: EDF
Роль моделирования, имитации и сейсмических обходов в оценке ядерных рисков
Анализ методом конечных элементов
Используя FEA, мы можем изучать поведение конструкций, установок и оборудования при воздействии как обычных рабочих (повседневных), так и проектных нагрузок и экстремальных опасностей, таких как сейсмические, погодные воздействия и взрывные нагрузки. Они включают линейные и нелинейные подходы и методологии анализа.
Сейсмический обход
Сейсмические обходы также бесценны в этом процессе, обеспечивая обзор объекта, его инфраструктуры, завода и оборудования в реальном времени в его текущем состоянии и местоположении. Это важно, поскольку это может учитывать любые отклонения от концепции, проекта или монтажных чертежей или ссылок и оценивать истинное состояние, включая деградацию материалов и повреждения. Кроме того, обзор сейсмического обхода позволяет идентифицировать и учитывать потенциальные взаимодействия с соседними заводами и оборудованием, которые могут возникнуть во время сейсмических событий, которые могут не учитываться при настольной оценке.
Оба процесса можно использовать для изучения:
Новые установки
Операторы должны предоставить подробный анализ и оценку конструкции для любых новых конструкций, кранов или установок и оборудования. Важно продемонстрировать, что существующие конструкции и установки были оценены на предмет потенциального воздействия новых опасностей или нагрузок, которые могут повлиять на безопасность.
Поэтому операторам следует учитывать:
— Сейсмические обследования и осмотр состояния.
Рабочие на атомной электростанции Хартлпул – Изображение: EDF
— Оценка и обоснование конструкций с учетом статических и динамических нагрузок, включая взрывы, сейсмические и другие природные опасности, такие как последствия изменения климата.
— Проектирование конструктивных элементов, соединений и решений по модернизации для снижения уязвимости конструкций.
— Выполнение инженерно-обоснованных расчетов с техническими спецификациями и чертежами.
— Влияние новых установок на существующие конструкции, установки и оборудование.
— Независимая техническая оценка (НТО).
Оценка механического оборудования и установок
Новые и существующие установки и оборудование должны оцениваться в соответствии с нормальными операциями или экстремальными случаями нагрузки в рамках инженерного обоснования. Области обзора включают:
— Оценки обхода объектов.
— Инженерные расчеты для обоснования оборудования и систем обеспечения.
— Разработка пакетов решений по модернизации.
— Анализ напряжений и усталости трубопроводных систем.
— Анализ систем под давлением.
— Анализ электроснабжения.
— Квалификация оборудования с использованием общей процедуры внедрения (GIP) Группы по сейсмической квалификации (SQUG).
Анализ и рассмотрение конструкции крана
Эндрю Бакли, ABS Group
Операторы должны понимать потенциальные уязвимости, связанные с их кранами, путем количественной оценки связанных рисков, снижения потенциальных последствий для безопасности и эксплуатации. Рассматривая отклонения в условиях нагрузки, можно провести подробный анализ для понимания целостности конструкции. Области обзора включают:
— Анализ структурных/механических напряжений.
— Сейсмическая оценка с сопряженной структурной оценкой.
— Динамическая загрузка.
— Структурная пластическая деформация.
— Анализ состояния усталости и стресса.
— Проверка проекта на соответствие международным нормам и правилам.
Заключение
Заявление о безопасности для продления срока службы ядерного объекта включает в себя множество сложных процессов, охватывающих каждый эксплуатационный аспект завода. Для тех, кто хочет продлить ожидаемый срок службы завода, наличие четкого, продуманного плана с использованием методологий FEA и Seismic Walkdown может быть очень полезным.
Ссылки
1
2 https://www.reuters.com/business/energy/edf-energy-extend-lifetime-two-uk-nuclear-plants-2023-03-09/
Об авторе:
Имея более чем 25-летний опыт работы в сфере инженерного консалтинга, Эндрю Бакли является главным инженером в ABS Group и специализируется на FEA и моделировании экстремальных нагрузок для различных клиентов из ядерной отрасли по всей стране. Он посвятил большую часть своей карьеры анализу и оценке нелинейных проблем и проектов в условиях нормальной эксплуатации и экстремальных нагрузок. Этот опыт сделал его очень востребованным специалистом при рассмотрении динамических нагрузок, таких как сейсмические, ударные и взрывные, для конструкций и зданий. Хотя Эндрю в основном использует ABAQUS для своего анализа, у него также есть опыт работы с ANSYS, LS-DYNA и другими программными пакетами.
