А.А. Виноградов, к.т.н., гл. конструктор проектов

Россия уже завтра потеряет лидерство в экспорте АЭС, поскольку не сможет догнать США и Китай в создании собственного безопасного малогабаритного атомного электрогенератора (АЭ) малой мощности без пароводяной технологии, у которого паритет покупательной способности (ППС) значительно больше, чем у АЭС с ВВЭР.

''Идеальная чума XXI века'' может перекинуться на Россию. Тогда    многомиллиардные вложения в поиски новых источников  энергии приведут, возможно, к энергореволюции и обесцениванию вложений в АЭС [1,2] с ВВЭРами. Однако сегодня организация европейских энергопроизводителей признала флагманский российский проект атомной электростанции c "ВВЭР-ТОИ" соответствующим "Требованиям европейских эксплуатирующих организаций" European Utility Requirement (EUR). Торжественная церемония сертификации состоялась в Санкт-Петербурге.

Наличие сертификата нисколько не исключает аварию с расплавлением активной зоны. Фукусима тоже имела аналогичные бумаги. Вряд ли энергоблоки АЭС мощностью больше 1000 МВт сохранят спрос.   Тем не менее, атомная энергия сохранит свои позиции в электроснабжении в виде атомных станций малой мощности (АСММ) тех государств, которые будут после кризиса развиваться быстрее других, поскольку это единственный мощный и компактный источник энергии, который можно сделать абсолютно безопасным в отличие от водо-водяных реакторов. Другие виды электрогенерации это или бред, или дороги и заведомо экономически не выгодны (утилизация не учтена, лоббированы политикой, демпинговая цена, кешбэк (cashback) и т.п.), или содержат скрытые угрозы для экологии (солнечные батареи – тяжелые и редкоземельные элементы, «ветряки» - омертвление почвы, вибрация, занята большая территория земель и т.п.).

Все негативные свойства АЭС с пароводяной технологией ВВЭР не могут быть даже теоретически устранены, и контейнмент (containment [kən'teɪnmənt], но ГК «Росатом» пишут иногда контайнмент – система защитных оболочек, исключающая выход продуктов деления в окружающую среду) не устранит присущие ВВЭРам ядерные аварии, а только продлит агонию после них. АЭС с многотонными контейнментами превратятся в радиоактивные могильники на сотни лет.

Нужен принципиально новый подход к конструкции атомного электрогенератора (АЭ), у которого паритет покупательной способности (ППС) [3] будет значительно больше, чем у АЭС с ВВЭР, и у которого в принципе не может произойти расплавление активной зоны и выброс радиации. И после выработки ресурса АЭ на его месте останется только «зелёная лужайка».

05.06.2019 прошло заседание Комитета по науке ГК «Росатом», на котором С.Л. Соловьёву от ВНИИАЭС  поручили разработать обоснование и требования по всей линейке мощностного ряда АСММ в срок 30.08.2019.  И боле того, сам Генеральный директор ГК «Росатом» А.Е. Лихачев за своей подписью поручил Соловьёву С.Л. уже в новый срок до 27.11.2019 представить совместно с НИЦ «Курчатовский институт» и РАН предложения по развитию линейки атомных станций на базе реакторов малой мощности во всех основных диапазонах мощности.

По существу этих поручений ничего путного не сделано, концепции нет, будут финансировать уже имеющиеся чертежи и разработки старых водо-водяных реакторов «Шельф» и РИТМ-200, приписывая +++.  

Наша конструкция АЭ основана на новой концепции 21-го века, основные положения которой изложены в данной статье, являющейся фрагментом 6-й главы из книги «Конструируем безопасный атомный реактор».  

Ссылки к преамбуле:

1. РИА НОВОСТИ, Виктор Мараховский. "Идеальная чума XXI века" может перекинуться на Россию. 08:00 12.01.2020 235786. Автор ссылается на американское издание   «The New York Times» (NYT), в котором появилась довольно паническая публикация немецкого журналиста в защиту атомных электростанций. Во-первых, автор встает на пути у прогресса и впрягается за опасную для природы технологию. Во-вторых, он делает это на страницах издания — рупора мирового прогресса. Выступить против "зеленой" энергетики в NYT — примерно то же, что защищать там Путина. Или даже Трампа. При этом расширение использования многих "зеленых" источников энергии, возможно, близко к своим пределам. Жители и так уже сыты нависающими над ними ветрогенераторами. Тут и там немцы протестуют против строительства новых ветряков, круглые сутки гудящих и выносящих им мозг непрерывной игрой в "день-ночь-день-ночь" (попробуйте жить в обстановке, когда тень от гигантской лопасти падает на ваш дом каждые пару секунд).

2. Портал ОКО ПЛАНЕТЫ. Мнение: перед нами — яркий, но лишь один из множества примеров того, как в конфликт между собой вступают реально воинствующий идеализм. Главное — это явление шире каких-либо "зеленых истерик" и грозит стать чумой XXI века, поражая мозги на огромных площадях. В том числе у нас.

3. Институт проблем энергетики. Б.И. Нигматулин. «Об одном распространённом экономическом заблуждении». Москва, 2020.

История создания и исходный вариант Концепции

Разработки по созданию малогабаритной атомной электрогенерирующей установки начались с 2017 года. Разработка первых технических решений отталкивалась от конструкции реактора «БРЕСТ» по программе «Прорыв», научный руководитель которой Евгений Олегович Адамов, НИКИЭТ. «БРЕСТ» по моей оценке являлся наихудшим конструкторским решением соединения двухконтурного атомного реактора, со свинцовым теплоносителем (ЖСТ) в 1-ом контуре, с пароводяным термодинамическим циклом генерации пара для турбины. На этой стадии работ была изобретена конструкция шарового твэла с гидродинамически прозрачной оболочкой (шаровой твэл-ШГПО), которая снижала гидродинамическое сопротивление течению ЖСТ в активной зоне. Г-н Е.О.Адамов отказался от встречи и обсуждения со мной нового твэла и его применения в активной зоне с ЖСТ.

Исходя из конструкции шарового твэла-ШГПО, была сконструирована и просчитана активная зона (АЗ) реактора  с ЖСТ в 1-ом контуре. Корзина АЗ была сконструирована таким образом, чтобы можно было автоматически удалять ядерное топливо в случае его перегрева (причин перегрева множество). Удаление топлива производилось в специальный контейнер «гробик», в котором шаровые твэлы охлаждались пассивным способом. Во 2-ом контуре использовался углекислый газ (CO₂) со сверхкритическим давлением, который в трубах теплообменника нагревался до температуры около 950 ⁰С. Этот газ являлся рабочим телом для обычной газовой турбины, вал которой нагружался электрогенератором. Всё это оборудование помещалось в цилиндрический корпус диаметром около 4 м и длиной 15-20 м. Общая масса до 450 т.

Так родилась в 2017 году конструкция подводной ядерной электрогенерирующей установки, подробное описание которой приведено [05/02/2018] на сайте PRoAtom - Подводная ядерная электрогенерирующая установка – «Подводная мини-АЭС». Сравнение её с разработками от ПАО «НИКИЭТ», представленных в статье [11/12/2017] на сайте PRoAtom     авт. А.О. Пименов, к.т.н., «Автономные атомные источники для энергообеспечения арктических месторождений», доказывало инженерам несомненное преимущество «Подводной мини-АЭС» и по массе, и по габаритам, КПД и др. параметрам.

Последующие конструкции и расчеты показали, что можно создать ещё более компактное техническое решение безопасного АЭ, исключающее необходимость: строительных работ на месте эксплуатации, ремонта и обслуживания, и прочих забот, применив принцип «ядерной батарейки», описанный в статье [24/04/2018] на сайте PRoAtom - «Ядерная батарейка» для Норильска, которая сделает порт Дудинка незамерзающим. С «ядерной батарейкой» (ЯБ) все работы, требующие квалифицированных кадров, выполняются на специализированном заводе, куда доставляется неисправная или отработавшая свой срок ЯБ. На месте эксплуатации никаких работ не ведётся, кроме как подключить/отключить электрические кабели и включить робота внешней охраны.

После ряда публикаций на сайте PRoAtom о применении ЯБ во флоте: [25/06/2018] - Российская Ядерная батарейка в подводном судне; [20/07/2018] - Подводное судно с турбо-ядерным электрогенератором и системой электрожвижения, был начат проект [07/08/2018] - Российский турбо-ядерный реактивный движитель для подводного судна. В этой статье обсуждались вопросы перспектив применения турбо-ядерных реактивных движителей (ТЯ-РД) различных конструкций при создании подводных, надводных судов и кораблей.

Главной отличительной особенностью ТЯ-РД является то, что он выполнен в корпусе, рассчитанном на давление погружения (можно до 11 км), а также то, что он является управляемым только по ультразвуковому каналу (невозможно вмешательство внешних электромагнитных импульсов). ТЯ-РД является полностью автономным устройством. ТЯ-РД присоединяется к корпусу судна на поворотном без ограничений кронштейне - подвеске, он не имеет никаких соединительных кабелей, исполняя роль дополнительного движителя судна и руля для изменения вектора тяги, значительно увеличивая при этом манёвренность. В отличие от гребных винтов, реактивный движитель позволяет развернуть судно на месте, что важно для ледоколов, у которых часто ломается гребной винт во льдах.

Однако к этому моменту ещё не было изобретена более компактная и динамичная конструкция соединения газовой турбины c активной зоной атомного реактора. Соединить требовалось не только конструкцию, но и динамику, и тепловые нагрузки, и вибрационные нагрузки, и температуры материалов. Т.е. множество расчетов и конструкций. На семинаре во ВНИИАЭС 25.09.2018 мною был представлен турбо-ядерный модуль (ТЯМ), являющийся прототипом атомного двигателя. На сайте PRoAtom была опубликована статья [24/10/2018] - Российский турбо-ядерный модуль. Новая платформа для безопасных ядерных установок малых мощностей (АСММ).

С этого момента мы фактически приступили к разработке атомного двигателя, который атомную энергию, выделяемую в шаровых твэлах-ШГПО, в результате деления ядер тяжелых элементов под действием нейтронов, преобразует в механическую энергию вращения вала. Краткое описание этого двигателя изложено в статье на сайте PRoAtom [03/09/2019] - Атомный двигатель Виноградова (АДВ). В этом атомном двигателе использованы только эффективные пункты промежуточных концепций наших и зарубежных разработок за 2017-2019 годы, которые объединены в список ниже. Перспективы применения АДВ для вращения электрогенератора изложены в статье «В России не будет безопасного и приемистого малого ядерного реактора» в журнале «Атомная стратегия» ХХ1 стр. 17, а также в статье на сайте PRoAtom [29/04/2019] - «Ядерная батарейка 400 Гц» для месторождений и обособленных поселений.

Мнение о «чудо-квалификации» молодого специалиста из НИКИЭТ

На  семинаре  во  ВНИИАЭС  25.09. 2018  г.,  сотрудник  из  НИКИЭТ  публично в отношении ТЯМ высказался: «чужие идеи делать они не будут, своих идей много..., в то время как сам даже рисунки с ТЯМ, чертежи понять не смог». И генеральный директор НИКИЭТ А.ВКаплиенко 16.02.2019 исх. №110-16/2100, отказался от совместной разработки ТЯМ в отдельной лаборатории на базе НИКИЭТ. Финансирование её планировалось  по Заявке на НИиОКР из Фонда перспективных исследований (ФПИ). И даже за деньги ФПИ в размере 7 млрд. руб., создать лабораторию А.В.Каплиенко посчитал «нецелесообразным». Такое решение более чем странно, поскольку институт в тот момент сидел без денег. Напрашивается предположение, что действительно кроме старых разработок из архива НИКИЭТ ничего уже не сможет предложить, а за новые браться страшно. Осенью, 10-13 ноября 2020 года НИКИЭТ собирает МНТКНИКИЭТ по поводу АСММ. Посмотрим, какие свежие идеи будут там озвучены.

Основные принципы Концепции:

1.      Категорически не брать в проект  атомного электрогенератора (АЭ) старые, хоть и проверенные, технические решения, если они ухудшают технико-экономические характеристики задуманного изделия и делают его неконкурентным.

2.      Понятия АЭ и АЭС различны, и концепции их не могут быть одинаковыми.

3.      Референтность в сегодняшнем понимании - это преграда для прогрессивных и эффективных технический решений. Требование референтности должно быть ограничено разумными уровнем, поскольку в ранге безусловного требования становится преградой для создания принципиально новых, революционных технических решений.

4.      Электроэнергия это такая субстанция, которую надо производить ровно столько, сколько потребитель использует, и ни больше. Понятие использования установленной мощности для локальных систем потребления электроэнергии с АЭ теряет смысл.

5.      Потребитель (покупатель) АЭ не приобретает права на сам АЭ, а приобретает права на электроэнергию, которую может выработать купленный им станция в течение срока эксплуатации.

6.      АЭ и вся его «начинка» на всё время эксплуатации является собственностью изготовителя.

7.      АЭ должен обеспечить тариф на электроэнергию меньше тарифа выработки электроэнергии на органическом топливе в месте размещения.

8.      АЭ должен состоять из двух перевозимых любым транспортом блоков: электрогенератора (ЭГ) и атомного двигателя Виноградова (АДВ).

9.      АДВ должен обладать абсолютной присущей ядерной безопасностью при транспортировке, хранении и перевалочных работах без дополнительных мер радиационной защиты, и должен позволять при этом использовать стандартное оборудование.

10.  ЭГ и АДВ должны устанавливаться на единой платформе и соединяться между собой по валу быстроразъёмной муфтой.

11.  АЭ должен иметь срок хранения под крышей в заводской упаковке не менее 50 лет.

12.  АЭ не должен требовать проведения строительных и ремонтных работ.

13.  АЭ не должен требовать проведения обслуживающих работ в течение всего срока эксплуатации.

14.  АЭ должен работать и под водой, и на суше совместно с сухой градирней.

15.  АЭ должен занимать площадь 100 - 200 м².

16.  АЭ при работе на суше должен с помощью сухой градирни сбрасывать неиспользованное тепло в стратосферу, т.е. в космос.

17.  АЭ при работе под водой должен сбрасывать неиспользованное тепло в окружающую водную среду.

18.  Локальный выброс тепла АЭ в окружающую среду не должен превышать 100 МВт.

19.  АДВ должен иметь ресурс непрерывной работы не менее 25000 часов с мощностью до 100 МВт эл.

20.  АЭ должен позволять, после выработки ресурса делать замену АДВ за время не более 2 часов, не трогая при этом ЭГ.

21.  АЭ должен иметь КПД не меньше 50%.

22.  АЭ должен работать в режиме слежения за нагрузкой со временем подхвата увеличения (уменьшения) тока нагрузки не более 1 с.

23.  АЭ должен устойчиво работать при нагрузках от 0 до 100 МВт эл.

24.  АЭ в режиме нагрузки 0 мощности должен обеспечивать надёжную вентиляцию активной зоны реактора.

25.  АДВ должен обладать свойствами внутренне присущей безопасности, т.е. не иметь даже теоретической возможности создать аварию с выбросом радиации.

26.  Установка АЭ не должна быть видна из космоса.

27.  АДВ должен иметь минимальный уровень запаса реактивности в активной зоне.

28.  АЭ должен обладать сейсмостойкостью при максимальных баллах землетрясений и тайфунах.

29.  АЭ должен иметь активную и пассивную защиту от терактов.

30.  Максимально исключить человеческий фактор путем выработки соответствующих решений при конструировании АЭ.

С инженерной точки зрения количество требований к концепции конечно многовато. Для нее можно ограничиться  5 – 7 пунктами. А более детальные, подробные пункты должны входить уже в техническое задание на установку. Надеюсь, что специалисты-атомщики в своих комментариях к этой статье сгруппируют и уточнят этот список.

PS. Заранее благодарю всех участников обсуждения данной Концепции за подсказки и замечания по существу.