Атомная электростанция Энрико Ферми: История и особенности

Введение

Атомная электростанция в Френштаун-Чартер-Тауншип, штат Мичиган. Атомная электростанция в Трино-Верчезе, Италия.

Энрико Ферми – атомная электростанция, расположенная на берегу озера Эри недалеко от города Монро, в Френштаун-Чартер-Тауншип, штат Мичиган. Все энергетические блоки станции эксплуатируются компанией DTE Energy Electric Company и принадлежат (на 100 процентов) её материнской компании DTE Energy. Электростанция находится примерно на полпути между Детройтом (штат Мичиган) и Толедо (штат Огайо). Она также видна из некоторых районов городов Амхерстбург и Колчестер (Онтарио), а также с берега озера Эри в округе Оттава (штат Огайо). На этой площадке построено два энергоблока. Строительство первого блока началось 4 августа 1956 года и достигло критического состояния 23 августа 1963 года, а второй блок получил разрешение на строительство 26 сентября 1972 года. Он достиг критического состояния 21 июня 1985 года и был введен в коммерческую эксплуатацию 18 ноября 1988 года. Электростанция подключена к двум одноцепным линиям электропередачи 345 кВ и трём линиям 120 кВ, которые эксплуатируются и обслуживаются компанией ITC Transmission. Электростанция названа в честь итальянского физика-ядерщика Энрико Ферми, наиболее известного своей работой над созданием первого ядерного реактора и многими другими важными вкладами в ядерную физику. В 1938 году Ферми был удостоен Нобелевской премии по физике за исследования в области искусственной радиоактивности. 5 октября 1966 года на первом блоке Ферми, представлявшем собой прототип реактора на быстрых нейтронах, произошел частичный расплав топлива, однако радиоактивных веществ в окружающую среду не попало. После ремонта блок был остановлен к 1972 году. 8 августа 2008 года Джон Маккейн совершил 45-минутную экскурсию по электростанции, став первым кандидатом в президенты, находящимся в активной предвыборной кампании, посетившим атомную электростанцию.

Ферми 1

Прототип быстрого реактора Fermi 1 мощностью 69 МВт находился в стадии строительства и разработки на этом месте с 1956 по 1963 год. Первоначальная критичность была достигнута 23 августа 1963 года. 5 октября 1966 года на Fermi 1 произошел частичный расплав топлива. Два из 92 топливных узлов были частично повреждены. По данным Комиссии по ядерному регулированию (NRC), аномальной радиоактивности в окружающую среду не выделялось. Fermi 1 представлял собой быстрое реакторное устройство с охлаждением жидким металлом (натрием). Он был способен производить 200 мегаватт тепловой (МВт) мощности или 69 МВт электрической мощности с использованием 26% обогащенного металлического уранового топлива. Секция обогащенного урана реактора (ядро) представляла собой цилиндр диаметром 30 дюймов и высотой 30 дюймов, содержащий 92 топливные сборки. Ядро было окружено 548 дополнительными сборками, содержащими обедненный уран. Эти сборки имели размеры примерно 2,5 дюйма в поперечнике и около 8 футов в высоту. Обогащенный уран содержался только в ядре, в то время как обедненный уран размещался выше и ниже внутри сборок. В ядре также находились 2 регулирующих стержня и 8 аварийных стержней. Установка была спроектирована для работы на 430 МВт тепловой мощности и 125 МВт электрической мощности с использованием более современного топлива на основе оксида урана, но была закрыта до момента заказа топлива. В 1966 году был добавлен мазутный котел мощностью 168 МВт для использования турбогенератора в периоды, когда реактор не вырабатывал энергию. Основной причиной частичного расплава стало повышение температуры, вызванное засорением одного из отверстий нижней опорной плиты, через которое поступал жидкий натрий в реактор. Засорение привело к недостаточному поступлению теплоносителя в топливный узел, что не было замечено операторами до срабатывания сигнализации о температуре в ядре. Несколько под-узлов топливных стержней достигли высоких температур около (при ожидаемом диапазоне около 580 °F, 304 °C), что привело к их расплавлению. Реакторный сосуд содержит 764 топливные сборки и 185 управляющих стержней, которые регулируют мощность. Топливные сборки имеют размеры примерно квадрат со стороной и около 12 футов (4 м) в длину. Изначально установленный турбогенератор был производства English Electric. После инцидента с лопастью турбины в 1993 году компания заменила турбину на агрегат General Electric. Вода, протекающая через реакторный сосуд, превращается в насыщенный пар, который затем поступает на главный турбогенератор для выработки электроэнергии. После этого пар поступает в главный конденсатор, где конденсируется в жидкую воду и возвращается в цикл. Вторичный контур воды, поступающий в трубную часть конденсатора, не является радиоактивным. Он направляется в две большие градирни высотой 122 м, где горячая вода охлаждается естественной циркуляцией с помощью окружающего воздуха. Это замкнутый цикл, для пополнения которого требуется лишь небольшое количество воды из озера Эри для компенсации испарения. Две линии электропередачи 345 кВ передают электроэнергию потребителям. Те же линии используются для электроснабжения оборудования безопасности на площадке. Также имеются три дополнительные линии электропередачи 120 кВ для обеспечения резервного питания оборудования безопасности. Кроме того, на площадке имеются четыре дизельных генератора и четыре газотурбинных генератора для питания оборудования безопасности электростанции в аварийной ситуации.

The 69 MWe prototype fast breeder reactor Fermi 1 unit was under construction and development at the site from 1956 to 1963. Initial criticality was achieved on August 23, 1963. On October 5, 1966 Fermi 1 suffered a partial fuel meltdown. Two of the 92 fuel assemblies were partially damaged. According to the Nuclear Regulatory Commission (NRC), there was no abnormal radioactivity released into the environment. Fermi 1 was a liquid metal (sodium) cooled fast breeder reactor design. It was capable of producing 200 megawatts thermal (MWt) power or 69 MW electrical power with 26% enriched metallic uranium fuel. The enriched uranium section of the reactor (core) was a 30 inch in diameter cylinder by 30 inches high and contained 92 fuel assemblies. The core was surrounded by 548 additional assemblies containing depleted uranium. These assemblies were about 2.5 inches square by about 8 feet tall. Only the core section contained the enriched uranium while depleted uranium was placed above and below within the assemblies. The core also contained 2 control rods and 8 safety rods. The plant was designed for 430 MWt and 125 MWe using a newer uranium oxide fuel, but the plant was closed before the fuel was ever ordered. A 168 MWe oil fired boiler was added in 1966 to utilize the turbine generator during periods when the reactor was not producing power. The main cause of the partial meltdown was a temperature increase caused by a blockage in one of the lower support plate orifices that allowed the flow of liquid sodium into the reactor. The blockage caused an insufficient amount of coolant to enter the fuel assembly; this was not noticed by the operators until the core temperature alarms sounded. Several fuel rod subassemblies reached high temperatures of around (with an expected range near 580 °F, 304 °C), causing them to melt. The reactor vessel holds 764 fuel assemblies and 185 control rods which modulate the power. The fuel assemblies are about square by about 12 feet (4 m) long. The original turbine generator was an English Electric unit. After a turbine blade incident in 1993, the company replaced the turbine with a General Electric unit. Water flowing through the reactor vessel changes to saturated steam and then travels to the main turbine generator to produce electricity. After that, the steam drops into a main condenser where it is condensed to liquid water and is recycled. A secondary loop of water which enters the tube side of the condenser is non radioactive. It flows to two large cooling towers which stand 400 feet (122 m) tall where the hot water is cooled by natural circulation with ambient air. This is a closed loop with only a small amount of make up water needed from Lake Erie to replace any evaporation. Two 345 kV lines send power to the customers. Those same lines are used to supply electricity to the site's safety equipment. Three additional 120 kV lines are also available to supply any needed back up power to safety equipment. Additionally, four diesel generators and four combustion turbine generators are on site to power plant safety equipment during an emergency.

Ферми 3

Первоначальный проект Fermi 3 предполагал создание блока-компаньона, идентичного Fermi 2. Заказ на его строительство был размещен в 1972 году, но проект был отменен в 1974 году. См. данные DOE на странице 67 и данные WNA по Fermi 3. В сентябре 2008 года компания Detroit Edison подала в Комиссию по ядерному регулированию (NRC) заявку на получение комбинированной лицензии на строительство и эксплуатацию (COL) для третьего реактора. Новый блок планируется построить на той же площадке, немного к юго-западу от Fermi 2. В качестве проекта реактора был выбран пассивный экономичный упрощенный реактор с кипящей водой (ESBWR) мощностью 1550 МВт. Рассмотрение заявки объемом 17 000 страниц может занять четыре года, после чего строительство может продлиться шесть лет. Стоимость оценивается в 10 миллиардов долларов. Генеральный директор Энтони Эрли заявил, что анализ, проведенный DTE, "пока показывает, что ядерная энергетика в долгосрочной перспективе будет наиболее экономически эффективным вариантом базовой нагрузки для наших потребителей. Мы ожидаем, что ядерная энергетика останется самым дешевым вариантом, но мы продолжим сравнивать ее с другими источниками энергии и приступим к строительству только тогда, когда это будет целесообразно с экономической точки зрения". В марте 2009 года коалиция общественных организаций обратилась к федеральным регуляторам с просьбой отклонить планы по строительству Fermi 3, утверждая, что это может представлять ряд угроз для здоровья населения и окружающей среды. Организации подали 14 возражений в NRC, заявляя, что новая электростанция окажет "радиоактивное, токсическое и тепловое воздействие на уязвимый западный бассейн озера Эри". В мае 2015 года NRC одобрил комбинированную лицензию на строительство и эксплуатацию Fermi 3, однако DTE Energy заявила об отсутствии планов по строительству на тот момент.

Окружающее население

Комиссия по ядерному регулированию (NRC) определяет две зоны планирования действий в чрезвычайных ситуациях вокруг атомных электростанций: зону распространения радиоактивного шлейфа радиусом 10 миль (16 км), которая в основном связана с воздействием и вдыханием радиоактивного загрязнения, переносимого по воздуху, и зону загрязнения продуктов питания и воды радиусом около 50 миль (80 км), которая в основном связана с употреблением в пищу и питьем радиоактивно загрязненных продуктов и жидкостей. Согласно анализу данных переписи населения США, проведенному для msnbc.com, население США в пределах 50 миль (80 км) от Энрико Ферми в 2010 году составляло 4 799 526 человек, что на 3,4% меньше, чем десять лет назад. В пределах 50 миль (80 км) расположены города Детройт (48 км до центра города) и Толедо (43 км). Дополнительное население в пределах 50 миль (80 км) находится в Канаде, включая Виндзор, Онтарио (26 миль, 42 км). В отчете за 2021 год, подготовленном проектом «Радиация и общественное здравоохранение» (RPHP), был отмечен рост смертности от рака с устойчивой тенденцией к увеличению в округе Монро в течение десятилетия с 2009 по 2018 год, и была предпринята попытка связать это с работой станции Ферми. Однако многочисленные исследования, проведенные авторитетными научными организациями, такими как Американское онкологическое общество и Национальный институт рака, показали, что проживание вблизи атомных электростанций «не оказывает негативного влияния на уровень заболеваемости раком», а NRC заявила, что многочисленные рецензируемые научные исследования не выявили корреляции, и что простое наблюдение RPHP статистической связи не доказывает причинно-следственную связь. В своей статье Пит Дитрих, старший вице-президент и главный инженер по ядерной безопасности компании DTE Energy, назвал отчет «недобросовестной попыткой повлиять на общественное мнение» и отметил, что «на всех атомных электростанциях США, включая Ферми, радиация строго контролируется специалистами по радиационной безопасности и NRC».

Сейсмический риск

По оценке Комиссии по ядерному регулированию, сделанной в 2010 году, вероятность возникновения землетрясения, достаточно сильного для повреждения активной зоны реактора на станции Ферми, составляла 1 к 238 095, что делало её 88-й по степени защищенности от землетрясений среди всех атомных электростанций США.