Brevet FR2318486A1 — publié le 19770211

La présente invention se rapporte à l'installation de centrales électriques et, plus particulièrement, de centrales nucléaires. La construction de centrales de plus en plus puissantes entrain des difficultés toujours plus importantea pour leur alimentation en eau de refroidissement et, en conséquence, on a songé à installer les centrales au bord de la mer ou au voisinage de grands fleuves. Toutefois ce genre d'implantation présente de nombreux inconvénients car les sites voisins du littoral ou des fleuves sont très recherchés pour l'implantation d'autres industries, très convoités par l'urbanisation et éner- giquement défendus par une grande partie de la population qui oraint notamment la pollution thermique résultant du rejet doleau chaude. Au surplus, les zones littorales sont la source de difficultés en ce qui concerne la qualité du sol de fondation et les corrosions provoquées par lteau de mer. Du point de vuede la sécurité, ellee offrent peu de sites où la séismicité soit nulle, la densité de population faible et où des entreprises dangereuses, telles que des raffineries de pétrole, soient absentes. I1 faut ajouter à cela que l'installation de centrales sur le littoral conduit à placer celles-ci en bout des lignes du réseau de transport d'énergie, ce qui augmente inétendue de ce dernier et les pertes de ligne. La présente invention a pour but essentiel de résoudre ces difficultés en agençant les centrales de telle sorte que leur implantation soit rendue pratiquement indépen- dante de la fourniture d'eau de refroidissement, ce qui permet de les installer dans des régions peu peuplées et plus stries. Selon l'invention, la centrale est éQuipée d'aéra- condenseurs disposés sensiblement selon les sommets d'un polygone régulier lesdits condenseurs contenant l'essentiel des équipements de production d'électricité à partir de la vapeur fournie par les chaudières nucléaires et lesdites chaudières, avec leurs annexes, y compria les bttXments de service, étant installées dans l'espace central compris entre lee condenseurs. Avantageusement, les aérocondenseurs et les chau aères sont installés par groupes modulaires de deux, les équipements internes étant disposés selon des rayons des aérooondenseurs respectifs qui convergent et passent sensiblement par les milieux des chaudières, les accessoires et bâtiments étant disposés dans le quadrilatère formé par les chaudières et les aérocondenseurs. Une telle disposition permet entre autres d'envi- sager, à la fin de la vie des réacteurs nucléaires, l'utilisation de leurs enceintes pour stocker des produits radioactifs à longue durée de vie et la reconstitution des groupes modulaires au voisinage des aérocondenseurs dans les espaces libres entre ces derniers. L'invention concerne également la production auxiliaire d'eau chaude à partir des centrales. La description qui va suivre, en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera Dien comprendre comment l'invention peut entre réalisée, les partioularités qui ressortent, tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La figure 1 est une vue schématique en plan d'une centrale électrique conforme à l'invention. La figure 2 est une vue en coupe par un plan vertioal radial montrant divers détails d'équipement. tes figures 3 à 5 sont des schémas illustrant les possibilités (lut offre l'invention du point de vue du etockage des déchets à longue durée de vie. La figure 6 est un schéma montrant comment on peut utiliser la condensation de la centrale pour la fourniture d'eau chaude. Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, la centrale présente une configuration rayonnante permettant de placer dans une zone proche du centre 0 les équipements lourds nécessités par les chaudières nucRéai- res et, à la périphérie, les éléments 9 légers, notamment les aérocondenseurs. La centrale est ici constituée de deux ensembles élémentaires ou modules, qui sont implantés symétriquement par rapport à un plan vertical XX passant par le centre 0 Chaque module comporte deux aérocondenseurs 1 dans lesquels sont placés les équipements 2 de production d'électricité à partir de la vapeur fournie par chacune des chaudières nucléaires 3. Ces équipements sont le groupe turboalternateur et ses annexes (postes d'eau, sécheurs, resurchauf- feurs, pompes d'extraction et d'alimentation, éjecteurs à vapeur de démarrage, éjecteurs à vide, etc.00)0 le transformateur, les pompes et circuits divers de protection de la chaudière nucléaire, etc. Ils sont disposés dans l'aérocondenseur selon un rayon dirigé vers le centre 0. Dans l'exemple représenté, l'angle des deux rayons d'un même module est droit, les aérocondenseurs étant placés au sommet d'un carré, mais toute autre valeur d'angle pourrait être adoptée en fonction de la configuration envisagée Grâce à cet agencement, il-est possible de donner à Itéchappement de la turbine une position centrale qui permet de réduire le développé des tuyauteries de vapeur sous vide partiel qui alimentent les éléments d'échange 4 placés à la périphérie de l'aérocondenseur (figure 2), le débit de vapeur à l'échappement de la turbine étant fractionné en de nombreuses tuyauteries alimentant chacune un élément d'échange La tette de turbine où se trouve la partie hautepression est dirigée vers le réacteur 3, ce qui offre une disposition favorable pour le tracé des conduites de vapeur En cas de fonctionnement, les soupapes de décharge du circuit de contournement de la turbine déversent leur vapeur dans la cheminée de llaérocondenseurO Dans les éléments d'échange de l'aérocondenseur peuvent astre incorporés les échangeurs à eau nécessaires au fonctionnement des diverses parties de la centrale (alternateur, transformateur, etcs0.)0 Au centre de l'aérocondenseur est prévue une cheminée verticale qui permet d' évacuer en altitude, dans le flux d'air chaud issu du condenseur, les effluents gazeux radio-actifs, Lorsque le groupe turbo-alternateur est à î'arrgt, aucun tirage ne s::amorce dans l'aérocondenseur autre que celui qui résulte des apports calorifiques résultant de la réfrigération des accessoires (alternateur, transformateur, etc. .). Ces apports calorifiques, qui améliorent le rendement thermodyeamique en fonctionnement normal sont insuffisants en cas d'arret du turbo-alternateur pour assurer le tirage. Afin d1y remédier, on installe dans I'aéroconden- seur un ventilateur 6 refoulant dans la cheminée 5 et aspirant dans une conduite radiale 7 contenant un échangeur 8 et aboutissant à une prise d'air extérieure 9. La cheminée centrale 5 peut encore porter un grand parapluie 10 qui se replie comme un parapluie classique autour de ladite cheminée qui lui sert de ftt et permet d'effectuer à l'abri les travaux les plus divers. Pour ces travaux, on peut utiliser une gruepolaire 11 montée également sur la cheminée (figure 2) La cheminée peut servir aussi de support à des réservoirs d'eau ou d'autres accessoires. les chaudières nucléaires 3 sont installées dans leurs logements de béton armé entre les aérocondenseurs respectifs et le centre 00 Chaque chaudière comporte sa piscine 12 de stockage et de désactivation du combustible nucléaire, les deux piscines étant accolées près du centre 0 le bâtiment électrique 13 avec la salle de commande est diqWo~sé entre les deux aérocondenseurs à proximité des chaudieres 3 selon la base d1un triangle isocèle dont les cotés égaux sont constitués par les rayons précités. L'espace 14 laissé libre entre le batiment 13, les chaudières et les piscines peut etre réservé au bâtiment des auxiliaires nucléaires. Au centre 0 de la centrale est disposé un puissant pont polaire 15 (figure 2) qui permet la mise en place des divers accessoires tels que cuve du réacteur, générateur de vapeur, pompes, etc. Pour effectuer ces mises en place, il suffit de ménager dans la calotte de l'enceinte du réacteur un bouchon en béton que peut dégager le pont polaire 15 afin de libérer un passage pour les éléments lourds qui peuvent eAtre repris par un pont tournant situé à l'intérieur de l'enceinte du réacteur 3 Cet équipement permettra aussi de construire la centrale, de manipuler le combustible et les châteaux de plomb, ainsi que de démanteler la centrale lorsqu'elle arrivera à la fin de sa vie. Avec la disposition qui vient d'hêtre décrite on peut constater: - que la disposition du groupe turbo-alternateur offre en cas de désintégration de celui-ci très peu de risques pour les bâtiments voisins; - que la dépression régnant à l'intérieur de llaéro- condenseur assure une ventilation naturelle. de l'espace affecté à l'installation de production d'électricité et permet en toute sécurité la ventilation des divers bti- ments dont il suffit de raccorder les gaines de ventilation à l'aérocondenseur; - qu'en cas de fuites d'effluents gazeux radioactifs, ces derniers sont dilués dans le flux d'air chaud qui sort à grande hauteur des aérocondenseurs.Normalement, ces effluents sortent par la cheminée centrale 5, ce qui permet d'éviter les effluents liquides habituellement évacués à l'extérieur après dilution dans l'eau de refroi pissement. Selon l'invention on traite ces liquides de façon qu'ils s'évaporent dans l'aérocondenseur après pulvérisation devant les éléments d'échange de ceux-ciO Les risques de contamination des nappes aquifères sont donc très limités. Les figures 3 à 5 montrent un autre avantage de la disposition modulaire conforme à l'invention. Sur la figure 3, la centrale a été implantée comme on vient de le décrire. Lorsque cette centrale aura terminé son existence, on pourra utiliser les enveloppes de béton des réacteurs 3 pour en faire des silos 17 dans lesquels on pourra enfermer les déchets radioactifs à durée de vie longue. On pourra alors réinstaller les bâtiments ausiliai- res tels que 13 et les réacteurs 3 symétriquement par rapport au plan des axes des aérocondenseurs comme le montre la figure 4, reconstituant des modules analogues aux modules primitifs. Lorsque la deuxième centrale ainsi reconstituée aura à son tour cessé de vivre, on transformera les enveloppes en silos 18 (figure 5) et on reconstruira les chaudières 3 et les bâtiments annexes dans les espaces laissés libres entre les aero-condenseurs, reformant une fois encore les modules d'origine. La figure 6 montre comment on peut utiliser la centrale pour fournir de l'eau chaude, par exemple à une ville. La vapeur, sortant du générateur 3 passe dans les turbines à haute pression 20 et à basse pression 21. De là elle est envoyée en parallèle d'une part dans les éléments 4 d'échange de l'aérocondenseur 1 et dans des condenseurs par surface 22 desservant une boucle 23 d'eau chaude, convenablement calorifugée qui fait partie d'un échangeur 24 situé près de la ville et alimentant le réseau de distribution d'eau chaude de celle-ci. Des pompes 25 et 26 assurent la circulation nécessaire. Au besoin, d'autres condenseurs tels que 27 correspondant à des soutirages 28 peuvent être prévus. I1 est essentiel de noter que dans la disposition représentée sur la figure 6, il y a quatre échappements 29 couplés deux à deux et que les pressions d'échappement correspondantes sont étagées puisque les éléments d'échange 4 de l'aérocondenseur sont disposés en série sur le flux d'air chaud, il en résulte que la température de l'eau va en croissant au passage des condenseurs 22. I1 faut noter aussi que, lorsque les condenseurs 22 sont alimentés en vapeur pour produire de l'eau chaude, les éléments d'échange 4 de l'aérocondenseur ne sont pas alimentés. Une disposition analogue peut être réalisée qui comporte un plus grand nombre d'échappements couplés par deux ou davantageO ; On peut aussi produire de la mme manière de l'eau chaude pour l'alimentation de serres ou autres installations agricoles, d'installations de séchage, etc Cet agencement permet de diminuer les dimensions de la tour de l'aérocondenseur et, par conséquent, de faciliter l'insertion de la centrale au voisinage de villes ou de complexes agricoles. Le mode de réalisation Que l'on vient de décrire est dit à "aérocondensation directe et s'applique aux centrales électriques nucléaires du type dit 'PWRtl (Pressurized Water Reactor) dans lesquelles la vapeur turbinée n'est pas nucléaire. Pour les centrales du type à eau bouillante tí BeWRo (Boiling Water Reactor), dans lesquelles la vapeur turbinée estnucléaire les mêmes dispositions s'appliquent sous réserve que les éléments d'échange de l'aérocondenseur soient des échangeurs à eau ce qui nécessite l'installation à l'échappement de la turbine, d'un condenseur classique, et d'un circuit d'eau de circulation permettant le trans fert de la chaleur dégagée à la source froide (constituée par le condenseur) vers les éléments d'échange de l'aéro- condenseur. Ainsi grâce à l'installation de ce circuit de circulation intermédiaire dont l'inconvénient est d'augmenter le coat de la centrale, les corps radioactifs contenus dans la vapeur turbinée, ne peuvent plus affecter, par I'effet des rayonnements ionisants qu'ils induisent, l'envi- ronnement de la centrale. L'aérocondensation ainsi réalisée est dite "indirecte" les installations décrites ci-dessus sont dites à tirage naturel. L'installation de ventilateurs (tirage assisté) pour dininuer l'importance de la tour ne change rien aux dispositions décrites. Il va de soi que les modes de réalisation décrits n'ont été donnés qu'à titre d'exemple et qu'on pour-rait les modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans que l'on sorte pour cela du cadre de la présente invention. REVENDICAIO1 > TS 1. Centrale électrique nucléaire, caractérisée en ce Qu'elle est équipée d'aérocondenseurs disposés sensiblement selon les sommets dtun polygone reulier, lesdits aérocondenseurs contenant des équipements de production d'électri cité à partir de la vapeur fournie par les chaudières nucléaires et lesdites chaudières, ainsi que leurs annexes, étant installées dans l'espace central compris entre les sérocondenseurs 20 Centrale selon la revendication 1, caractérisée en ce que les aérocondenseurs et les chaudières sont installés par groupes modulaires de deux, les équipements internes étant placés selon des rayons des aérocondensaurs respectifs qui convergent et passent sensiblement par les chaudières, et les annexes était groupés dans le quadrilatère foulé par les chaudières et les sérocondenseurs. 3. Centrale selon la revendication 2, caractérisée en ce que les axes des groupes turbo-alternateurs sont respectivement parallèles auxdits rayons 4. Centrale selon l'une quelconque des revendications i à 3, caractérisée en ce qu'un engin de manutention polaire est prévu en son centre 5. Centrale selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'une cheminée centrale est prévue dans les aérocondenseurs, notamment pour l'évacuation des effluents gazeux radio-actifs 6. Centrale selon la revendication 5 5, caractérisée en ce que la cheminée est utilisée pour porter divers accessoires tels que parapluie pliant, grue polaire, réservoirs, etc.. 7. Centrale électrique selon l'une quelconque des revendications i à 6, caractérisée en ce qu'une partie de son circuit de condensation est utilisée pour le chauffage d'une installation auxiliaire de production d'eau chaude. 8. Centrale selon la revendication 7, caractérisée en ce que le chauffage de l'installation d'eau chaude est assuré au moyen d'un ou plusieurs condenseurs par surface, montés en parallèle avec les éléments de l'aérocondenseUr7 ces derniers étant isoles lors de la production dteau chaude. 9. Centrale selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisée ence que les pressions d'échappement sont étagées. 10. Procédé de stockage de déchets radioactifs à durée de vie longue avec une centrale selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'on utilise comme silos à déchets les enceintes de protection des chau dières, de nouvelles chaudières étant installées avec leurs accessoires au voisinage des aérocondenseurs. 11. Centrale selon l'une quelconque des revendica tions 1 à 10, caractérisée en ce que, dans les éléments d'échange de l'aérocondenseur, est condensée la vapeur à l'échappement de la turbine, la centrale étant alors du type dit "P.W.R.". 12. Centrale selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que les éléments d'échange de l'aérocondenseur sont du type à eau, la centrale étant alors du type "B.W.R", ou du type 'oe.W.R-"