ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ

ПРОБЛЕМЫ, СВЯЗАННЫЕ СО СТРОИТЕЛЬСТВОМ СЕЙМОСТОЙКИХ СТАНЦИЙ

Прежде чем приступать к проектированию станций, строительство которых предшествует взрыву, необходимо произвести разумную оцен­ку затрат, связанных с сооружением энергетической установки и ее ч оборудования, способных выдержать сотрясения от взрывов, произ­веденных после их постройки. Для этого необходимо знать реакцию почвы на глубокие подземные взрывы, которая в свою очередь зави­сит от мощности заряда, глубины его размещения и физических свойств пород площадки.

С точки зрения сооружения сейсмостойких станций (усиление кон - ' струкции или изоляция ее от сотрясения) наиболее важная особенность ожидаемого движения почвы - это отслоение верхнего пласта земли и отделение его от нижнего пласта в результате взаимодействия удар­ной волны, вызванной ядерным взрывом, со свободной поверхностью земли. Когда разрушенная масса породы в трубообразной полости свободно падает обратно и сталкивается с нижним пластом (основа­нием полости), возникает так называемый "хлопок" (slap-down), в результате которого происходят сильные вторичные движения почвы.

Наблюдаемое сейсмическое возмущение в зоне "хлопка" харак­теризуется приходом сначала ударного импульса (волны сжатия), а затем резкого импульса схлопывания, который может быть гораздо сильнее первого. За пределами зоны обрушения сейсмическое возму­щение создается множеством колебаний с сильно уменьшенной амп­литудой и явным отсутствием импульса схлопывания. В этом отдален­ном районе, отстоящем на расстоянии более 24 км, становятся болев' важными сдвиговые, отраженные и поверхностные волны, и, таким об­разом, регистрируемые движения земли подобны возмущению, вызван­ному землетрясением.

Между зоной резкого хлопка и удаленной зоной существует пере­ходная зона, куда первым приходит импульс с максимальной ампли­тудой.

Кривая на фиг. 3.22,а может быть типичной для наблюдения на расстоянии 300 - 600 м от эпицентра. Ясно виден начальный ударный импульс, а также два импульса схлопывания, которые приходят при­мерно через 1 с после первого импульса. Кривая на фиг. 3.22,6 от­ражает возрастание времени прихода возмущения к воображаемому датчику, расположенному в нескольких километрах от эпицентра. От­мечается отсутствие "хлопка" и затухание амплитуды колебания.

Из-за невозможности воспроизвести условия распространения сейсмических возмущений для каждой геотермальной площадки для расчетов начального смещения почвы было предложено ввести попра­вочный коэффициент, равный трем. На фиг. 3.23 приведен график расчетной амплитуды ускорения для трех зарядов, который показыва­ет влияние расстояния от эпицентра на интенсивность движения поч­вы. Легко видеть, что на значительном расстоянии от эпицентра ожи­даемая амплитуда ускорения поверхности земли будет сравнима с амплитудой в сейсмической зоне обычного землетрясения. Видно, однако, что для меньших расстояний предсказанное ускорение движе­ния поверхности земли резко возрастает.

Кривые представляют собой средние значения, полученные из • многих наблюдений в натурных условиях. Однако эти наблюдения не проводились ближе границы зоны "хлопка". Таким образом, получен-

Фиг. 3.22. Сравнение характерн ь|х ^записей колебаний лоаерхности земли а — в зоне "хпопка"; б — за пределами зоны "хпопна".

Ные данные не должны использоваться для предсказания движений поверхности земли на более близких к эпицентру расстояниях. Для очень близких расстояний, где ускорения превышают ускорение силы тяжести и "хлопок" играет важную роль, имеется еще меньше наблю­дений, на которых могли бы основываться надежные предсказания ко­лебаний земли. Опубликованные данные весьма ограничены, в не­скольких работах исследовались способы улучшения существующих методов или предлагались новые методы определения колебаний по­верхности земли в областях, прилежащих к эпицентру, однако гораз­до больше еще предстоит сделать в этом направлении.

В настоящее время имеются лишь крайне скудные данные, на ос­новании которых можно предсказать колебания в зоне обрушения, и ни одни из них не относятся к тем сочетаниям мощностей зарядов и

Глубин их размещения, которые предполагается использовать в Плоу - шерском проекте, хотя в отдельности проводились измерения для больших зарядов и больших глубин.

Следует подчеркнуть, что имеющиеся в настоящее время пред­сказания движения поверхности земли относятся только к результи­рующим максимальным векторам ускорения, скорости и смещения. Ортогональные компоненты, одна вертикальная и две горизонтальные, не определялись, за исключением общих исследований записей коле­баний поверхности земли. Согласно этим исследованиям, вблизи эпи­центра обычно существуют очень небольшие горизонтальные компо­ненты, и смещение почти полностью вертикально. На больших рас­стояниях, вдали от зоны "хлопка", преобладают горизонтальные ком­поненты. Вблизи границы "хлопка" все три компоненты могут быть почти одинаковыми. Кроме того, существующие методы не дают воз­можности определить влияние на движение поверхности взаимодей­ствия зон разрушений от нескольких взрывов.

Если при монтаже электростанции на плаву она будет расположе­на в конце 13-щлометрового канала, то при взрыве 1000-килотонного устройства она испытает точно такое же сейсмическое воздействие, какое ожидалось бы в третьей сейсмической зоне землетрясения. Для меньших зарядов требуется соответственно более короткий канал. Та­ким образом, когда баржа расположена на дальнем конце канала, где колебания поверхности значительно ослаблены, возмущения пройдут без последствий. По окончании серии взрывов баржа буксируется на­зад по каналу и снова соединяется с основным выводящим трубопро­водом.

Основные особенности эксплуатации плавучей энергетической ус­тановки заключаются в следующем: сооружение баржи с установлен­ным на ее палубе агрегатом, состоящим из турбины, генератора и конденсатора, производится одновременно с рытьем канала, нивели­рованием, утрамбовкой грунта и установкой в канале непроницаемой облицовки. Построенная баржа будет находиться в безопасном конце канала, ожидая первой серии взрывов. Возможно, окажется выгодным построить временную плотину непосредственно перед илавучим ком­плексом, чтобы предотвратить потерю воды в случае, если часть ка­нала или бассейна для охлаждения, расположенного вблизи эпицентра, будут разрушены в результате взрыва. После необходимого ремонта канала и выводящего трубопровода баржу буксируют к бассейну для охлаждения, размещают внутри водоема, окруженного бетонной стен­кой, и соединяют с трубопроводами.

Ожидается, что после каждой серии взрывов тепло можно будет использовать в течение ~10 лет. Поэтому на девятом году установ­ку останавливают и буксируют на дальний конец канала в ожидании второй серии взрывов. Затем баржу возвращают обратно к бассейну для охлаждения и присоединяют к первоначальным трубопроводам, чтобы использовать оставшуюся энергию. На десятом году баржу пе­ремещают и присоединяют во второму источнику тепла, рассчитанно­му на десятилетнее пользование. Та же процедура повторяется для третьей и последней серий взрывов. При определенных условиях стои­мость энергии, вырабатываемой такой установкой, могла бы соста­вить 0,5 - 0,7 цент/(кВт «ч).

Согласно Стюарту [10], эти цифры могут по некоторым причинам оказаться завышенными. С учетом истощения естественных ресурсов и характера местности, позволившего использовать пвоект подвиж­ной установки, стоимость могла бы сократиться на 0,04-0,08 цент/(кВг-ч)

Соответственно. По окончании исследования было объявлено, что скважины большого диаметра (610 мм) для размещения мощных заря­дов могут быть гораздо меньшими (~203 - 229 мм). Это также умень­шило бы стоимость разработки поля и стоимость энергии на ~0,125 цент/(кВт >ч).

Ключевой проблемой является отыскание геотермального участ­ка в таком районе, где можно было бы взрывать большие ядерные устройства (более 200 кт), где имеются в достаточном количестве подземные или поверхностные воды для обеспечения работы конденса­тора энергетической установки и где можно найти рынок сбыта элект­рической энергии. Возможно противодействие общественности осу­ществлению таких проектов, однако относительная чистота получения геотермальной энергии поможет преодолеть любую оппозицию.