2 сентября 2024 г.
По данным Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), более двух третей из 442 ядерных реакторов в мире в настоящее время старше 30 лет и уже приближаются к концу первоначально запланированного 40-летнего срока службы или уже превысили его.
Изображение: Шаттерсток
(Нажмите здесь, чтобы просмотреть статью в цифровом издании)
Около сотни таких реакторов по всему миру уже получили продленные лицензии на эксплуатацию.1МАГАТЭ 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, при этом все существующие станции, как ожидается, будут закрыты к 2060 году.
В контексте энергетического сектора, который сталкивается с огромной проблемой почти полного перехода от ископаемого топлива к низкоуглеродным источникам энергии к 2050 году, продление срока службы атомных электростанций, как мы видели на примере Хартлпула и Хейшема 1 компании EDF, может быть эффективным способ помочь Великобритании достичь своих будущих целей в области энергетики с низким уровнем выбросов.
В этой статье Эндрю Бакли, технический директор ABS Consulting, исследует процессы моделирования и симуляции, необходимые для поддержки оценки ядерных рисков, с точки зрения анализа методом конечных элементов (FEA) и сейсмического мониторинга.
Хотя сами атомные электростанции не имеют фиксированного срока службы, его компоненты имеют фиксированный срок службы. Чтобы продолжать эксплуатировать станцию за пределами проектной отметки, с которой была построена каждая ядерная установка, вы должны доказать, что не произошло никаких ухудшений, которые могли бы вызвать проблемы, если их не устранить. Недавним примером является компания EDF Energy, которая продлила срок эксплуатации своих атомных электростанций Хартлпул и Хейшам 1 на два года до марта 2026 года, хотя первоначально планировалось прекратить производство в 2014 году.2Для достижения своих целей EDF необходимо было обосновать свою заявку на продление в Управлении по ядерному регулированию (ONR) в виде доказательства того, что станции могут безопасно достичь того, чего она хочет.
Также важно уточнить, что процесс обоснования продления срока службы также применим к любой организации, имеющей ядерную лицензию, а не только к электростанциям.
Пропаганда продления жизни
Существуют четкие аргументы в пользу продления срока службы существующих атомных электростанций в Великобритании. По сравнению со строительством новой атомной электростанции проекты продления срока службы могут быть гораздо менее капиталоемкими, со значительно более короткими сроками строительства, лучшим контролем затрат и меньшими задержками в строительстве. Поэтому имеет смысл выступать за продление продолжительности жизни, особенно в отношении целей по сокращению выбросов. Но продление жизни должно выходить далеко за рамки самого графитового ядра и его поведения. Каждый аспект работы атомной электростанции должен быть оценен и должно быть доказано, что она по-прежнему способна работать безопасно.
Продление срока службы системы должно быть обосновано оператором, который должен продемонстрировать, что он выявил и безопасно справился с последствиями старения систем, конструкций и компонентов. Он также 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 обосновании безопасности операторы должны учитывать любые новые или повышенные уровни риска, опасности или введенные стандарты. Также важно учитывать, что показатели безопасности будут постоянно меняться по мере замены оборудования после окончания его срока службы.
Итак, на что следует обратить внимание операторам АЭС при рассмотрении вопроса о продлении срока службы своих ядерных установок?
Атомная электростанция Хейшем-1 – Изображение: EDF
Роль моделирования, моделирования и сейсмических исследований в поддержке оценок ядерных рисков
Конечно-элементный анализ
Используя метод конечных элементов, мы можем изучать поведение конструкций, установок и оборудования при воздействии нормальных (ежедневных) эксплуатационных и расчетных нагрузок, а также экстремальных рисков, таких как экстремальные нагрузки, погодные воздействия и взрывы. Эти подходы и методологии анализа включают линейные и нелинейные подходы.
Сейсмическое смещение
Сейсмические исследования также очень полезны в этом процессе, предоставляя в режиме реального времени обзор объекта, его инфраструктуры, машин и оборудования в его текущем состоянии и местоположении. Это важно, поскольку позволяет учесть любые отклонения от проектных, проектных или монтажных чертежей или ссылок и оценить фактическое состояние, включая деградацию и материальный ущерб. Кроме того, сейсмический анализ помогает выявить и учесть потенциальные взаимодействия с соседними установками и оборудованием, которые могут возникнуть во время сейсмических событий и которые могут не быть учтены компьютерной оценкой.
Оба процесса можно использовать для проверки:
Новые возможности
Операторы должны предоставить подробный анализ и оценку проекта для любых новых конструкций, кранов или установок и оборудования. Важно продемонстрировать, что существующие конструкции и объекты были оценены на предмет потенциального воздействия новых опасностей или нагрузок, которые могут повлиять на показатели безопасности.
Поэтому операторы должны учитывать:
— Сейсмические и инвентаризационные исследования.
Рабочие на атомной электростанции Хартлпул – Изображение: EDF
— Структурная оценка и обоснование статических и динамических нагрузок, включая взрывы, землетрясения и другие стихийные бедствия, такие как последствия изменения климата.
— Проектирование конструктивных элементов, соединений и решений по модернизации для устранения структурных уязвимостей.
— Проведение инженерно-обоснованных расчетов с техническими условиями и чертежами.
— Влияние новых установок на существующие конструкции, установки и оборудование.
— Независимая техническая оценка (ETI).
Оценка механических установок и оборудования
Новые и существующие установки и оборудование должны оцениваться на предмет нормальной эксплуатации или экстремальных нагрузок в рамках технического обоснования. Области проверки включают в себя:
— Оценка объектов.
— Инженерные расчеты по обоснованию оборудования и систем обеспечения.
— Разработка пакетов решений по ремонту.
— Анализ напряжений и усталости трубопроводных систем.
— Анализ систем давления.
— Анализ электроснабжения.
— Аттестация оборудования с использованием Общей процедуры внедрения (GIP) Группы сейсмических квалификаций (SQUG).
Анализ и обзор конструкции крана
Эндрю Бакли, ABS Group
Операторы должны понимать потенциальные уязвимости, связанные с их кранами, путем количественной оценки связанных с ними рисков, тем самым снижая потенциальное воздействие на безопасность и эксплуатацию. Принимая во внимание изменения в условиях нагрузки, можно провести детальный анализ, чтобы понять целостность конструкции. Области проверки включают в себя:
— Анализ структурных/механических ограничений.
— Сейсмическая оценка с сопутствующей структурной оценкой.
— Динамическая загрузка.
— Структурно-пластическая деформация.
— Анализ утомляемости и стрессовых состояний.
— Проверка конструкции на соответствие международным нормам и правилам.
Заключение
Разработка обоснования безопасности для продления срока службы ядерной установки включает в себя множество сложных процессов, затрагивающих все эксплуатационные аспекты станции. Для тех, кто хочет продлить срок службы электростанции, наличие четкого и 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 инжиниринговых компаниях, Эндрю Бакли Эндрю является главным инженером в ABS Group и специализируется на моделировании методом конечных элементов и экстремальных нагрузок для различных клиентов атомной отрасли по всей стране. Большую часть своей карьеры он посвятил анализу и оценке нелинейных проблем и проектов в нормальных условиях эксплуатации и экстремальных нагрузках. Этот опыт сделал его очень востребованным специалистом в области изучения динамических нагрузок, таких как сейсмические нагрузки, удары и взрывы, на конструкции и здания. Хотя Эндрю в основном использует ABAQUS для своего анализа, у него также есть опыт работы с ANSYS, LS-DYNA и другими программными пакетами.
