Технический очерк
Друзья земляне!
Предлагаю вашему вниманию некоторые соображения по поводу возможной формы развития атомной энергетики в России, но не только в ней. Искренне сочувствую японцам.
Аварии на АЭС и их катастрофические последствия для населения, в первую очередь близлежащих городов, заставляют гораздо пристальнее взглянуть на взаимоотношения двух процессов – процесса урбанизации и процесса развития атомной энергетики. Сегодня многим представляется несомненной ошибкой решение о возможности размещения АЭС вблизи городов и поселений. Соображения, оправдывавшие преимущества такого сближения, например, ссылка на то, что близость к потребителю энергии дает значительную экономию на сокращении протяженности линий электропередачи и на снижении потерь энергии в сетях, не выдерживают проверку практикой. К потребителю приближается не только источник энергии, но и источник смертельной опасности. Этот источник несет в себе широкий спектр угроз различного рода, которые связаны как с природой атомной энергетики, так и с современным уровнем развития атомной техники и технологии. В случае аварии указанная близость большого числа людей к ядерному топливу оборачивается сокращением времени на принятие и выполнение решений по защите и эвакуации окрестного населения, значительным увеличением получаемых доз радиации, как самим населением, так и привлекаемым персоналом.
С другой стороны, эксплуатация АЭС требует многочисленного квалифицированного и постоянного персонала. Организовать вахтовое обслуживание столь сложного объекта, каким является АЭС, невозможно. Это означает, что возникает потребность на расстоянии транспортной доступности от АЭС создать условия для проживания семей сотрудников, обеспечить полноценную социальную инфраструктуру, создать рабочие места для членов семей, не занятых на станции. Возможно ли примирить две изложенные выше противоположные тенденции, и если возможно, то в какой форме?
Забегая вперед, ответим сразу, что с нашей точки зрения, «Да, такое примирение возможно», но при условии, что к проектированию и строительству таких поселений при АЭС будут предъявлены дополнительные требования, обязательные для исполнения.
• Первое, важнейшее из них, - требование достаточной удаленности поселения от АЭС, за пределы обязательной увеличенной зоны отчуждения.
• Второе, не менее важное, требование – применение специальных градостроительных решений, которые, с одной стороны, ориентированы на обеспечение повышенного уровня повседневной защищенности от радиационной опасности во всех ее формах, с другой стороны, исключают стремительное и неуправляемое нарастание радиационной опасности в случае аварии на АЭС.
• Третье требование - наличие пространственно и функционально связанного комплекса защитных сооружений на всей территории поселения для укрытия всего населения от радиационной опасности с системами автономного жизнеобеспечения в течение заданного периода времени, например, заданного периода времени эвакуации.
• Четвертое требование – наличие собственных (не сторонних) технических средств быстрой и безопасной эвакуации всего населения за отведенное время.
• Пятое требование состоит в том, что система эвакуации не связана с необходимостью даже краткосрочного покидания комплекса защитных сооружений.
Множество дополнительных требований здесь не обсуждается.
Какова же может быть градостроительная концепция такого поселения? Нам представляется, что за основу можно было бы взять Концепцию «Интегрированной территории развития», разработанную автором данной статьи более пяти лет назад, но, конечно, с определенными изменениями. Под «Интегрированной территорией развития» в первом приближении можно понимать искусственно созданное урбанистическое образование, имеющее все необходимое для самостоятельной экономической жизнедеятельности. Эта мини урбанистическая структура имеет:
• собственное постоянное население;
• собственные разнообразные производства в форме малых и средних предприятий;
• собственный фонд жилых, производственных и социально-общественных зданий, социальную инфраструктуру в виде школ, поликлиник, детских садов;
• собственные системы энергообеспечения, водоснабжения, канализации и очистки стоков, утилизации отходов;
• собственную автономную систему производства основной массы продуктов питания, собственную систему снабжения и торговли и проч.
Концепция «Интегрированной территории развития» была разработана в противовес абстрактной, сфантазированной, внеэкономической системе бизнес инкубаторов и технопарков. Их основные изъяны состоят в том, что они, во-первых, были сориентированы не на реальных живых людей с их потребностями, а на неких абстрактных существ, неких «малых бизнесменов», которым для бизнеса нужны лишь крыша над головой, мебель и оргтехника, которые предназначены на откорм и выдачу продукции в виде инновационных золотых яиц. Во-вторых, они были сориентированы на некую совершенно выдуманную, лишенную связи с реальной экономикой и потому не жизнеспособную модель бизнеса вообще, инновационного (венчурного) бизнеса, в частности.
На интегрированной территории развития, в отличие от указанных схем, разворачивается реальный, полнокровный экономический процесс, идущий по законам и правилам экономики. В первоначальном варианте у интегрированных территорий развития была инновационная специализация, т.е. часть производств была бы ориентирована на выпуск созданных здесь же инновационных продуктов, изделий, оборудования и т.п. «Интегрированность» такой территории рассматривалась как ее экономическое качество, отражающее глубокую связь ее внутренней экономики с внешней экономикой на множестве уровней: на уровне окрестных районов, на уровне региона, на уровне субъекта федерации, страны, экономики других стран, мировой экономики. Эта связь должна была возникнуть вследствие развития производственных, экономических, финансовых, технологических связей на всех этих уровнях и найти свое выражение в видах и качестве выпускаемой продукции. Такие интегрированные территории развития создавали бы в масштабах страны реально работающую инновационную систему, производственно-инновационный механизм, не единственный, но очень важный.
В нашем случае у интегрированной территории развития могла бы быть другая специализация - атомно-энергетическая. Все виды задач, возникающих не только в процессе эксплуатации АЭС, но и в процессе функционирования и развития атомной энергетики, могли бы найти место для своего решения именно в рамках группы атомно-энергетических интегрированных территорий развития.
Примером таких задач являются задачи научно-исследовательские, технологические, конструкторские, задачи разработки программного обеспечения, производство комплектов специализированного оборудования, систем управления, задачи образования, обучения, подготовки собственных кадров и т.д. Тысячи разнообразных задач по профилю специализации, десятки тысяч рабочих мест.
Подчеркнем, что во всем мире до 70% комплектующих изделий для крупных отраслевых предприятий поставляют малые и средние предприятия. Иными словами, даже в рамках отраслевой специализации у таких ориентированных на атомную энергетику территорий имеется огромный производственный потенциал. Благодаря специализации в рамках процветающей отрасли можно будет создать развитую современную социальную инфраструктуру, обеспечить очень высокий уровень жизни жителей таких территорий, обеспечить достойное существование пенсионерам.
Кроме отраслевых производств на такой территории, как уже говорилось, необходимо создать обеспечивающие производства, в частности, растениеводческие, животноводческие, птицеводческие, которые ориентированы не только на удовлетворение потребностей своих жителей, причем по специальным низким внутренним ценам, но и на внешних потребителей. Избыток энергетических, в первую очередь, теплоэнергетических ресурсов, имеющийся благодаря соседству с АЭС, позволяет предложить для таких территорий весьма развитую производственную продовольственную программу. Детальному изложению характеристик отдельных инновационных производств и вариантов их объединения в систему продовольственного жизнеобеспечения будет посвящена отдельная статья. Отметим только, что указанные производства продуктов питания, привязанные к АЭС, могли бы создать устойчивую продовольственную базу для многих регионов страны.
Строительство жилья, высокий уровень жизни, высокий уровень продовольственного, потребительского и социального обеспечения, высокое качество жизни поможет привлечь в атомную отрасль из других отраслей необходимых квалифицированных специалистов, вырастить и закрепить свои научные, инженерные и производственные кадры. Важнейшую роль в решении перечисленных задач может сыграть создание удобной, экономичной, благоприятной, эстетически значимой урбанизированной среды. Дадим краткое описание варианта пространственного градостроительного решения и способа создания такой среды. Концепция излагаемой ниже урбанизированной среды в виде единых объемов была разработана и предложена автором еще в конце девяностых годов.
Проектируемая территория делится на функциональные сектора: производственный, жилой, общественный, агропромышленный, коммунально-технологический и др. Каждый сектор строится в соответствии с определенными, точно сформулированными и рассчитанными требованиями. Например, жилой, общественный и офисный сектор могут быть решены в виде одного или нескольких единых объемов, с общей системой теплоснабжения, кондиционирования воздуха, освещения, общей коммунальной системой. Единый объем каждого сектора может представлять собой чередующуюся систему жилых или общественных 9-12 этажных зданий и атриумов между ними. Атриумы выполняют функции улиц. Развитая по фасадам отдельных зданий система балконов позволяет обеспечить многоуровневое комфортное пешеходное движение в пределах всех секторов. Между этажами организуется лестничное и лифтовое сообщение. Для ускорения движения могут применяться горизонтальные эскалаторы.
Фасады зданий не подвергаются воздействию погодных и климатических факторов. Это обеспечит их чистоту, долгий срок службы, сохранение эстетических свойств. Применение материалов светлых тонов с высокими светоотражающими характеристиками для всех внутренних облицовок и полов позволит обеспечить комфортный уровень освещенности днем с минимальной выборочной подсветкой отдельных мест. Избыток электрической энергии от АЭС в вечернее и ночное время позволяет обеспечить комфортное ночное освещение «улиц-атриумов» на всех пешеходных уровнях.
Превращение всех промежутков между домами в атриумы за счет остекления имеет не только глубокий практический и экономический смысл, но позволяет решить ряд важнейших задач, связанных с радиационной безопасностью населения. Перечислим некоторые существенные последствия предлагаемого технического решения организации общегородского пространства:
• создается замкнутое внутренне пространство города с собственным, относительно изолированным от внешней среды городским воздушным бассейном;
• появляется возможность контролировать в реальном времени характеристики всего воздушного бассейна, например, скорость воздухообмена, контролировать характеристики воздуха, например, его температуру, влажность, содержание ионов, содержание бактерий и вирусов, пыли, аэрозолей, примесей, органолептические свойства, а также управлять этими характеристиками;
• появляется возможность в системе обеспечения радиационной безопасности жителей поселения создать важнейший ее элемент – защиту воздушной среды поселения от радиационного загрязнения. Действительно, при таком градостроительном решении исключается попадание в организм жителей любых радиоактивных элементов даже в малых, «допустимых» дозах и постепенное накопление их в процессе текущей жизнедеятельности, а также гарантировано исключается быстрое радиоактивное заражение городской воздушной среды в случае аварий на АЭС, по крайней мере, в течение всего периода эвакуации жителей;
• появляется возможность утилизировать солнечную световую энергию, проходящую через остекление, используя ее для отопления зданий, нагревания воздуха, воды, накопления в резервном тепловом аккумуляторе;
• появляется возможность сглаживать суточные и сезонные колебания температуры воздуха вплоть до установления постоянной температуры, например, 22 градуса по Цельсию в течение всего года;
• появляется возможность значительной экономии средств при создании общегородской системы теплоснабжения и горячего водоснабжения за счет уменьшения ее мощности, а также значительной экономии трудовых, энергетических, материальных и финансовых ресурсов при ее эксплуатации;
• появляется возможность значительной экономии средств при строительстве всех внутренних зданий за счет значительного снижения коэффициента теплозащиты ограждающих стеновых конструкций;
• появляется возможность решить задачу круглогодичного озеленения городского пространства, создать комфортную, эстетически значимую среду;
• появляется возможность наполнить городской воздух фитонцидами;
• появляется возможность многократно снизить многие виды нагрузок на организм жителей, на отдельные системы организма, в частности, снизить нагрузки на легкие и на иммунную систему; к указанным нагрузкам относятся нагрузки, вызываемые суточными и сезонными колебаниями температуры и влажности воздушной среды, ее загрязнением, наличием бактерий и вирусов, пыли и проч.;
• появляется возможность за счет исключения температурных скачков, снижения уровня загрязнения воздуха, насыщения его ионами и фитонцидами разгрузить иммунную систему и повысить иммунный статус, значительно снизить уровень заболеваемости жителей, например, легочными заболеваниями, острыми респираторными заболеваниями;
• появляется возможность значительной экономии ресурсов за счет многократного снижения объемов ремонтных работ на фасадах зданий;
• появляется возможность создания общегородской системы для утилизации тепла сточных вод.
Для поддержания комфортной температуры воздуха в летнее время должны быть предусмотрены различные меры по вентилированию и охлаждению. В частности, это может быть устройство сдвигающегося остекления в атриумах, применение тепловых насосов и т.д.
Отдельно нужно подчеркнуть следующее: за счет создания максимально благоприятной городской среды появляется возможность многократно снизить и в значительной степени компенсировать психологические нагрузки на жителей, в первую очередь, на работников АЭС и членов их семей. Известно, что большая часть аварий на АЭС и возникновение тяжелых последствий при авариях вызваны персоналом АЭС, причем, не столько их недостаточным профессионализмом, сколько психологической неготовностью, неустойчивостью при возникновении нештатных ситуаций. Более того, почти все аварии могли бы быть предотвращены персоналом. Таким образом, практика показывает, что в целях повышения безопасности атомной энергетики персоналу нужно уделить особое внимание. Необходимо целенаправленно создать все условия для решения важнейшей задачи: ежесуточное полное восстановление работоспособности персонала АЭС и поддержание работоспособности на высоком уровне в течение всего дня. Удобная, эстетически благоприятная, со спокойными цветовыми решениями, не вызывающая психологических нагрузок и стрессов городская среда, высокий уровень озеленения и освещения, чистый кондиционированный воздух, наличие бассейнов, тренажерных залов, развлекательных центров и т.п. - все это в сумме обеспечит спокойный, доброжелательный, радостный психологический климат в семьях сотрудников станции, состояние психологического комфорта самих сотрудников и, в конечном итоге, решение указанной выше задачи.
Подводя итог краткому обсуждению предлагаемого градостроительного решения в виде устройства между домами атриумов, хотим обратить внимание на экономическую сторону предлагаемого градостроительного решения: по нашим оценкам, суммарная экономия по вышеприведенному списку положительных последствий многократно больше, чем стоимость строительства атриумов.
Следующее предлагаемое градостроительное решение состоит в том, чтобы первые три этажа всех зданий объединить в единое сооружение, в единый цоколь всего поселения по всей застраиваемой площади. В этом трехэтажном цоколе один этаж должен быть отведен под размещение всех основных коммунальных систем, второй этаж должен быть отведен под транспортно-складские задачи, третий этаж должен быть отведен под убежища на случай радиационной угрозы и решение задачи эвакуации жителей. Иными словами, структурирование урбанистического пространства на отдельные дома начинается не от земли, а с уровня потолка третьего этажа общего цоколя.
Размещение коммунальных систем, кабелей и трубопроводов не в земле, а в помещениях сухого и чистого этажа имеет множество преимуществ, окупающих затраты на строительство специального этажа. Перечислим важнейшие из них:
• надежность и качество работы коммунальных систем, качество их обслуживания и эксплуатации переводится на другой, гораздо более высокий уровень;
• обеспечивается эффективная профилактика аварийности, исключаются аварии, вызванные коррозией, блуждающими токами, подземными водами, грызунами;
• появляется возможность развернуть полномасштабную и эффективную АСУ систем;
• имеется возможность проводить своевременную и быструю замену любых компонент этих систем, причем без прекращения работы этих систем;
• имеется возможность проводить модернизацию систем, поддерживать их технический и технологический уровень, причем без прекращения работы этих систем;
• имеется возможность плавно наращивать мощность систем по мере разрастания поселения, причем без прекращения работы этих систем;
• увеличивается в несколько раз срок службы отдельных элементов и компонент, наиболее уязвимых при размещении в земле;
• обеспечивается надежная радиационная защита коммунальных систем как в текущем режиме, так и в период аварии;
• размещаются станции резервного электроснабжения основных систем жизнеобеспечения населения;
• многократно снижается стоимость эксплуатации и ремонта всех коммунальных систем.
Транспортно-складской комплекс решает задачу снабжения жителей, организаций и предприятий всеми видами продуктов питания, товаров, сырья и оборудования, обеспечивает вывоз готовой продукции. Размещение его на отдельном специализированном этаже позволяет наладить его надежную и эффективную работу в повседневном режиме и в аварийный период. При этом постоянно и надежно защищенными оказываются не только работники этого комплекса, но также все, что находится на складах. В частности, сохраняется возможность использования продуктов питания.
Размещение убежищ для жителей поселения на отдельном специализированном этаже над двумя специализированными этажами выбрано не случайно. Все три этажа связаны функционально и технологически в процессе повседневной жизни, и, что особенно важно, в период угрозы радиационного заражении, когда активность жителей ограничена, а также в период возможного радиационного заражения, когда производится эвакуация жителей. Эти периоды должны быть обеспечены надежной работой коммунальных систем и системы снабжения. Поэтому три этажа образуют единый объем, защищенный при всех вариантах развития событий. Это общее пространство рассматривается как пространство, в котором развернута система безопасности с единым комплексом гарантированного жизнеобеспечения.
В этом общем пространстве должна быть также создана система эвакуации, являющаяся важнейшей составляющей общей системы безопасности. С этой целью во внутреннее пространство первого цокольного этажа должна быть заведена железнодорожная ветка и созданы условия для посадки людей в специально оборудованные, снабженные радиационной защитой пассажирские вагоны. Должно быть обеспечено наличие у поселения собственного специализированного вагонного парка в количестве, например, 20 вагонов, и продублированного тягового подвижного состава в количестве, например, двух дизельных локомотивов. За один рейс может быть эвакуировано из поселения и доставлено на безопасное расстояние от аварийной АЭС более одной тысячи человек. Время полной эвакуации населения будет зависеть от дальности эвакуации и скорости движения состава. Использование дизельных локомотивов гарантирует эвакуацию независимо от состояния системы электроснабжения. Должен быть предусмотрен и запас дизельного топлива с системой заправки.
В текущей жизни железнодорожная ветка используется для приема и отправки грузовых вагонов. Должна быть предусмотрена система погрузки-выгрузки вагонов. Железнодорожная ветка позволит доставлять крупногабаритное оборудование для коммунальных систем, а также осуществлять надежное обслуживание железнодорожным транспортом производств и системы снабжения поселения.
Подводя итог краткому обсуждению предложенного градостроительного решения, перечислим некоторые существенные последствия предлагаемого технического решения организации общегородского пространства:
• исключаются трудоемкие, длительные и дорогостоящие земляные и фундаментные работы при строительстве отдельных зданий;
• обеспечивается повышенная устойчивость отдельных зданий благодаря их конструкционной связности через общий цоколь, который имеет намного большую площадь опирания, чем каждое здание по отдельности;
• исключается зависимость проектных и строительных решений фундаментов отдельных зданий от несущих свойств грунта, от близости и гидрологического режима подземных вод;
• обеспечивается полная защита и надежное функционирование коммунальных систем, причем даже в период радиационной опасности;
• обеспечивается полная защита и надежное функционирование системы снабжения жителей, причем, даже в период радиационной опасности;
• обеспечивается надежная и полномасштабная защита всех жителей от всех видов радиационной опасности за счет их быстрого перемещения в радиационное убежище на третьем этаже цоколя;
• обеспечивается быстрая, надежная, организованная, безопасная эвакуация жителей в случае аварии на АЭС.
• сохраняется возможность дальнейшего использования поселения после устранения последствий аварии и восстановления работоспособности АЭС.
Формат статьи не позволяет детально обсудить важнейшие вопросы, связанные со специальной независимой системой энергоснабжения, водоснабжения, канализации, очистки воздуха, системой пожарной безопасности и пожаротушения, внутренней транспортной системой и многие другие. Однако из представленного описания, как нам представляется, можно сделать важный вывод: развитие атомной энергетики возможно облечь в безопасные формы. Кроме безопасной формы урбанизации близлежащего к АЭС пространства, представляется важным найти новую безопасную форму развития самой атомной энергетики. В первую очередь это касается новых конструкционных строительных решений тела станций и тела хранилищ радиоактивных отходов. Такие решения, по нашему глубокому убеждению, в железобетоне невозможны. Только переход на конструкционные строительные материалы нового поколения, характеристики которых в десятки раз превышают все основные физико-технические характеристики железобетона, переход к новой строительной системе позволит придать развитию атомной энергетики основные искомые свойства – экологичность и экономичность.