proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Авторские права
  Агентство  ПРоАтом. 27 лет с атомной отраслью!              
Навигация
· Главная
· Все темы сайта
· Каталог поставщиков
· Контакты
· Наш архив
· Обратная связь
· Опросы
· Поиск по сайту
· Продукты и расценки
· Самое популярное
· Ссылки
· Форум
Журнал
Журнал Атомная стратегия
Подписка на электронную версию
Журнал Атомная стратегия
Атомные Блоги





PRo IT
Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС

Вышла в свет книга Б.И.Нигматулина и В.А.Пивоварова «Реакторы с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. История трагедии и фарса». Подробнее 
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия»
и сайта proatom.ru.
E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.
Время и Судьбы

[04/10/2005]     Модульные реакторы малой мощности для большой атомной энергетики


А.В.Зродников, ФГУП ГНЦ РФ ФЭИ


Г.И.Тошинский, ФГУП ГНЦ РФ ФЭИ

Материал подготовлен при участии:

Ю.Г.Драгунова, В.С.Степанова, ФГУП ОКБ «Гидропресс»,

И.И.Копытова, В.Н.Крушельницкого, ФГУП «Атомэнергопроект»


Кризис «большого жанра»?

В развитии атомной отрасли России неуклонно приближается этап, который будет характеризоваться необходимостью резкого увеличения объема ежегодных инвестиций для обеспечения требуемого темпа развития атомной энергетики (АЭ).

«Дешевые» возможности увеличения производства электроэнергии на АЭС через 10 лет будут, в основном, исчерпаны, и потребуется нести затраты не только на строительство новых блоков АЭС, которые должны обеспечить развитие АЭ, но и на строительство мощностей, замещающих выводимые из эксплуатации блоки, реакторы которых исчерпали срок службы. Темп вывода мощностей составит около 1 ГВт(э) в год.

Инвестиционные возможности АЭ, формируемые из доходов от продажи электроэнергии, будут сдерживаться медленным ростом тарифа. Простые оценки показывают, что в этом случае, даже при внедрении энергоблоков ВВЭР-1500 развитие АЭ практически остановится.

С учетом значительного различия в сроке службы реакторных установок (40–60 лет) и остальной инфраструктуры АЭС (80–120 лет), существует возможность обеспечить развитие АЭ при значительно меньшем, чем для нового строительства, объеме ежегодных инвестиций. Такую возможность мы связываем с использованием инновационной ядерной энергетической технологии (ЯЭТ) на базе модульных многоцелевых быстрых реакторов малой мощности (~ 100 МВт-э) с теплоносителем свинец-висмут для замещения выбывающих мощностей.

В России, на основе опыта применения тяжелого теплоносителя в реакторах атомных подводных лодок, разрабатываются реакторы такого типа – СВБР-75/100 (Свинцово-Висмутовый Быстрый Реактор эквивалентной электрической мощностью 75–100 МВт в зависимости от параметров пара), обладающие развитыми свойствами внутренней самозащищенности и пассивной безопасности.

Под реновацией выводимых из эксплуатации блоков АЭС понимается размещение в помещениях парогенераторов и циркуляционных насосов (после демонтажа последних) необходимого количества реакторных модулей СВБР-75/100, которые совместно будут производить то же количество пара и тех же параметров, что и РУ, выводимая из эксплуатации.

Такой подход существенно удешевляет стоимость и сокращает сроки ввода замещающих мощностей. В частности, как показали результаты выполненных технико-экономических исследований, затраты на реновацию 2, 3 и 4 блоков Нововоронежской АЭС в два раза ниже затрат на строительство нового энергоблока соответствующей суммарной мощности. Использование «старой» площадки дает также дополнительные преимущества при согласовании и лицензировании, подключении к энергосистеме и принятии АЭС общественностью региона, а также при решении социальных вопросов, т.к. АЭС является, как правило, градообразующим предприятием.

На первый взгляд кажется, что энергоблок с реактором большой единичной мощности будет по экономическим показателям всегда выигрывать у энергоблока равной мощности с соответствующим количеством реакторов малой мощности (модульная структура ядерной паропроизводящей установки) из-за влияния масштабного фактора. Однако это не так, если речь идет о сопоставлении традиционных реакторов большой мощности с модульными реакторами СВБР-75/100.

АЭС станет долгожителем

Достижение конкурентоспособности АЭ на базе предлагаемой ЯЭТ как при реновации, так и при вводе новых мощностей обеспечивается за счет следующих особенностей технологии.

Высокий уровень внутренней самозащищенности реакторной установки (РУ) и пассивной безопасности исключает возможность возникновения тяжелых аварий и позволяет отказаться от специальных систем безопасности, работающих в режиме ожидания (кроме аварийной защиты реактора), необходимых для традиционных типов АЭС, что значительно удешевляет РУ.

Выбор мощности реакторного модуля на уровне 100 МВт(э) обеспечивает высокую серийность производства, возможность полного заводского изготовления модуля и его доставки на площадку АЭС не только автомобильным или водным, но и железнодорожным транспортом. Возможность сооружения на базе единого унифицированного реакторного модуля энергоблоков большой, средней и малой мощности различного назначения, включая атомные ТЭЦ и опреснительные энергокомплексы.



Рис. 1, 2.

Модульная структура ядерной паропроизводящей установки (ЯППУ) энергоблока позволяет использовать методы типового проектирования энергоблоков различной мощности и поточные методы организации строительно-монтажных работ. Уменьшится срок окупаемости капиталовложений за счет более ранней выдачи товарной продукции и начала погашения кредита в сравнении с энергоблоком на основе реактора большой единичной мощности.

По завершении срока службы реакторного модуля (50–60 лет) он, после выгрузки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) и свинцово-висмутового теплоносителя (СВТ), может быть демонтирован и помещен в хранилище твердых радиоактивных отходов (ТРО), а на его место установлен новый реакторный модуль. При этом срок службы АЭС может быть повышен до 100–120 лет при затратах, вдвое меньших в сравнении со строительством нового энергоблока. При окончательном выводе энергоблока из эксплуатации в здании ЯППУ после демонтажа реакторного модуля радиоактивных материалов практически не остается, что значительно снижает затраты на вывод из эксплуатации.

Возможность работы реактора на топливе разных видов и в различных топливных циклах при продолжительности топливной кампании до 10 лет позволяет гибко реагировать на изменение конъюнктуры цен на урановом рынке. При использовании МОКС-топлива реактор будет работать в режиме топливного самообеспечения, что сделает возможным своевременный экономически обоснованный переход к замкнутому ядерному топливному циклу (ЯТЦ) с использованием ОЯТ ВВЭР и РБМК в качестве топлива подпитки без разделения урана, плутония, продуктов деления и младших актинидов (МА). При использовании смешанного нитридного топлива реактор может работать в режиме расширенного воспроизводства.

СВТ исключит взрыв

Внутренняя самозащищенность реактора в отношении тяжелых аварий во многом обусловлена природными свойствами СВТ.

СВТ химически инертен. Он слабо взаимодействует с водой и воздухом. Протекание процессов, связанных с потерей герметичности I-го контура и с межконтурными течами ПГ, происходит без выделения водорода и каких-либо экзотермических реакций. В составе активной зоны и реакторной установки отсутствуют материалы, выделяющие водород в результате термического и радиационного воздействий и химических реакций с теплоносителем. Все это исключает возможность возникновения химических взрывов и пожаров по внутренним причинам.

Системы, важные для безопасности, срабатывают пассивно и не содержат элементов, отказ которых или влияние на которые человеческого фактора могли бы воспрепятствовать их срабатыванию.

Потенциал безопасности РУ СВБР-75/100, как показали расчеты, характеризуется тем, что даже при сочетании таких постулированных исходных событий, как разрушение защитной оболочки, железобетонного перекрытия над реактором и разгерметизации газовой системы первого контура с прямым контактом «зеркала» СВТ в корпусе моноблока с атмосферным воздухом, полное обесточивание АЭС – не происходит ни разгона реактора, ни взрыва, ни пожара, а выброс радиоактивности в окружающую среду не достигает значений, при которых требуется эвакуация населения за оградой АЭС.

Важно, что свойства внутренней самозащищенности и пассивной безопасности подтверждены не только расчетами, но могут быть продемонстрированы без экономического и радиационного ущерба при испытаниях в контролируемых условиях на опытно-промышленной РУ СВБР-75/100. На рисунках 1 и 2 показаны реакторный модуль и размещение оборудования РУ в помещении.

Результаты технико-экономических расчетов, выполненных на этапе концептуального проекта, показывают, что АЭС с двумя блоками мощностью 1600 МВт-э каждый на базе РУ типа СВБР-75/100 имеет лучшие технико-экономические показатели в сравнении не только с показателями АЭС на базе традиционных тепловых и быстрых реакторов большой мощности, но и с показателями ТЭС с десятью блоками ПГУ-325, работающими на природном газе. Срок строительства такой АЭС может быть доведен до 3,5 лет, а с учетом возможности ступенчатого наращивания мощности модульной ЯППУ выдача товарной продукции может начаться не позднее чем через три года после укладки первого бетона. При учете дополнительного финансирования по обслуживанию кредита преимущество модульной АЭС будет еще выше.

Ломая стереотипы

Говоря о широком применении реакторных установок с СВТ в атомной энергетике, необходимо рассмотреть специфические аспекты, связанные с использованием висмута в составе теплоносителя: радиационную опасность альфа-активного радионуклида полония-210, образующегося при облучении нейтронами висмута, сравнительно высокую стоимость висмута, малый объем его производства и разведанные ресурсы. В связи с указанными вопросами нужно отметить следующее.

Опыт эксплуатации РУ АПЛ показал, что разработанные меры обеспечения радиационной безопасности исключили облучение персонала, находившегося в отсеках АПЛ при аварийных проливах СВТ и принимавшего участие в ремонтно-восстановительных работах, в дозах, превышающих допустимые. Американские и японские специалисты, проведя свои исследования и проанализировав имеющийся опыт, также пришли к выводу, что образование полония в СВТ не является препятствием для использования этого теплоносителя в АЭ будущего.

Имевшиеся до последнего времени справочные данные по разведанным ресурсам висмута не позволяли рассчитывать на использование свинцово-висмутового теплоносителя в крупномасштабной АЭ. Однако относительно недавно специализированными предприятиями Росатома – ОАО «Атомредметзолото» и ВНИПИ промтехнологии – были выполнены технико-экономические исследования возможности организации крупнотоннажного производства висмута в России и оценка ресурсов висмута в странах СНГ. Их результаты показали, что в России только на базе месторождений висмута в Читинской области может быть обеспечено его рентабельное производство в объемах, достаточных для ввода около 70 ГВт-э мощностей АЭС с БР, использующими СВТ, с темпом 1 ГВт-э в год. Кроме того, большие месторождения висмута имеются на Северном Кавказе. Месторождения Казахстана способны обеспечить ввод ~300 ГВт-э. Японские исследователи оценили, что доступные мировые ресурсы висмута составляют около 5 миллионов тонн. При существующих мировых ценах на висмут его вклад в капитальные затраты на сооружение крупной АЭС на базе рассматриваемых БР составляет около одного процента. Поэтому технико-экономические показатели АЭС ухудшатся несущественно даже при возрастании цены висмута в несколько раз.

В будущем, при исчерпании дешевых ресурсов висмута, возможен переход на сплав свинец-висмут неэвтектического состава с уменьшенным содержанием висмута, но c повышенной точкой плавления.

Одобрили и забыли?

Предлагаемая ядерная энергетическая технология опирается на критически осмысленный опыт эксплуатации 12 реакторных установок с теплоносителем свинец-висмут на АПЛ и наземных стендах прототипах (80 реакторо-лет) и не требует для своего внедрения проведения длительных крупномасштабных предпроектных НИОКР. На начальном этапе освоения этой технологии были значительные трудности, связанные с отсутствием опыта. Это характерно для освоения любой новой технологии.

Высокие потребительские качества реакторных установок СВБР-75/100 и обширный незаполненный рынок для реакторов малой и средней мощности, удовлетворяющих требованиям безопасности, экономики и нераспространения, позволяют России (пока еще монопольно владеющей реакторной свинцово-висмутовой технологией) занять доминирующее место в указанном секторе рынка высоких ядерных технологий и расширить экспортные возможности отрасли.

На ближайшем этапе развития атомной энергетики России наиболее привлекательной областью применения реакторных установок СВБР-75/100 с точки зрения экономической эффективности представляется реновация энергоблоков, выводимых из эксплуатации после исчерпания продленного срока службы, вместо строительства новых замещающих мощностей. Под программу реновации существующих мощностей потребуется около 300 модулей. Это предопределяет их серийное («конвейерное») производство с соответствующим снижением стоимости.

Результаты работ по данному направлению были рассмотрены и одобрены на заседаниях НТС концерна «Росэнергоатом» 5 ноября 1998 г., 27 мая 2002 г. и на совещании у Министра Российской Федерации по атомной энергии А.Ю. Румянцева 7 декабря 2002 г. Дело за реализацией этих решений.

Журнал «Атомная стратегия» № 16, апрель 2005 г.  

 
Связанные ссылки
· Больше про Малая энергетика
· Новость от PRoAtom


Самая читаемая статья: Малая энергетика:
Ядерные энергетические установки в космосе

Рейтинг статьи
Средняя оценка работы автора: 3.66
Ответов: 3


Проголосуйте, пожалуйста, за работу автора:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

Извините, комментарии не разрешены для этой статьи.





Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(921)9589004
E-mail: info@proatom.ru, Разрешение на перепечатку.
За содержание публикуемых в журнале информационных и рекламных материалов ответственность несут авторы. Редакция предоставляет возможность высказаться по существу, однако имеет свое представление о проблемах, которое не всегда совпадает с мнением авторов Открытие страницы: 0.09 секунды
Рейтинг@Mail.ru