Вековая перспектива для мирного атома

Атомные станции — основной продукт Росатома; базовая технология — реактор с водой под давлением (ВВЭР, или водо-водяной энергетический). Исторически сложилось так, что проекты АЭС с реакторами такого типа существовали в вариациях двух проектных институтов: санкт-петербургского и московского. Первой серийной версией стал проект В‑320 столичного АЭПа (построено 23 блока). Затем появились модификация от СПбАЭП под названием АЭС‑91 (или В‑428), а также проект АЭС‑92 от московского «Атомэнергопроекта» (в обоих случаях мощность реакторной установки — 1 ГВт). Однако все эти версии относятся к уходящей эпохе. Им на смену уже приходят усовершенствованные установки.

В 1990—2000-х годах российская атомная отрасль переживала стагнацию. Рост возобновился лишь после 2006 года, с принятием государственной программы по строительству АЭС в России. Тогда и появились две версии нового проекта «АЭС‑2006» от тех же московского и санкт-петербургского АЭПов. Мощность реакторной установки возросла до 1,2 ГВт. Срок службы основного оборудования был продлен с 40 до 60 лет. Сегодня проект «АЭС‑2006» воплощен на Нововоронежской и Ленинградской АЭС (опять же в версиях московского и петербургского АЭПов соответственно). Ведется строительство таких станций на целом ряде зарубежных площадок. Росатом относит проект «АЭС‑2006» к поколению реакторов «III+».

Усовершенствованный проект ВВЭР-ТОИ начали разрабатывать в 2009 году на основе версии московского «Атомэнергопроекта». У него повышенная мощность (1,3 ГВт) и улучшенные экономические характеристики. Пилотной площадкой для ВВЭР-ТОИ в России стала Курская АЭС‑2.

Однако на ВВЭР-ТОИ Росатом останавливаться не cобирается. «Могу с уверенностью сказать: в ближайшие 20 лет никакого другого продажного продукта (в атомной энергетике помимо ВВЭР. — Прим.ред.) на внешнем рынке у нас не будет. Нужно внедрять технологии нового поколения, чтобы через 20 лет они тоже стали продуктом. Но продавать нужно то, в чем ты абсолютно уверен», — говорит советник генерального директора ГК «Росатом» Владимир Асмолов.

Будущие водо-водяные
Среднесрочная перспектива развития технологии ВВЭР на период до 10 лет — это проект реактора ВВЭР-С со спектральным регулированием. Такая установка будет более эффективна для двухкомпонентной атомной энергетики с замкнутым ЯТЦ. «Следующим шагом должен стать переход от борного регулирования к спектральному, которое позволит нам сделать так, чтобы в двухкомпонентной системе коэффициент воспроизводства ВВЭР вырос с 0,4 до 0,8. И если в быстрых реакторах этот показатель будет 1,2, то в целом по ядерной энергосистеме мы получим коэффициент 1. Тогда мы сможем замкнуть цикл», — разъясняет В. Асмолов.

ВВЭР-С улучшит показатели использования топлива за счет сокращения расхода природного урана — почти на треть по сравнению с обычными ВВЭР, обещают в ОКБ «Гидропресс». Он будет способен эффективно работать полностью на MOX-топливе (100 % загрузки). Кроме того, во ВВЭР-С можно будет отказаться от циркония в составе ядерного топлива — это позволит уйти от потенциального риска пароциркониевой реакции, при которой образуется водород и возникает угроза взрыва (именно это случилось на АЭС «Фукусима‑1» в Японии). Однако для ВВЭР-С нужно разработать новую конструкцию активной зоны, ввести дополнительную систему регулирования спектра нейтронов. У такой установки может быть вариативный мощностной ряд: 700 МВт, 1250 МВт и 1800 МВт. Программа НИОКР по проекту ВВЭР-С до 2025 года оценивается ОКБ «Гидропресс» в сумму около 14 млрд руб.

Следующий шаг (долгосрочная перспектива, до 20 лет) — переход на закритические параметры (проект ВВЭР-СКД). Он позволит повысить КПД блоков АЭС с 36 % до 45–46 %. «Очень красивая идея — перевести ВВЭР на сверхкритические параметры. Что мешает? Нет материалов, которые держат такую температуру пара — там пар 550–600 °C и давление порядка 240 атмосфер. В тепловой энергетике перешли на сверхкритические параметры, и это работает. Но там нет фактора радиации», — описывает ситуацию В. Асмолов.

По его словам, над сверхкритическим реактором работают многие страны. Несколько лет назад и в Росатоме была создана рабочая группа. Ежегодное финансирование направления СКД в последние годы составляло 40–50 млн руб. «Этого мало. Тут нужно объединять усилия всего мира», — уверен В. Асмолов.

Президиум НТС Росатома уже принял решение о присоединении к работам по сверхкритическим реакторам в рамках международной кооперации Generation IV. Вклад России составит порядка 2 млн евро ежегодно. Причем эти средства участники будут расходовать на собственные исследования, а результаты окажутся доступны всем.

Вложения Росатома в рамках Generation IV, по словам В. Асмолова, будут направлены на работы по материаловедению, изучению теплофизических свойств веществ при переходе на сверхкритические параметры. «В СДК мы получаем совершенно новые качества. Это будет энергоблок с коэффициентом воспроизводства, близким к единице. И процентов на 10 увеличится КПД. Мы считаем, что ВВЭР-СКД может появиться через 20–25 лет», — подытожил советник главы Росатома.

Международная программа Generation IV стартовала в 2001 году по инициативе министерства энергетики США. В коллаборацию входят 14 стран. Сначала в GIF вошли Аргентина, Бразилия, Канада, Франция, Япония, Южная Корея, ЮАР, Великобритания и США. Затем к программе присоединились Швейцария, ЕС в лице Евроатома, Китай, Россия и Австралия.

Цель программы — совместные НИОКР по перспективным технологиям ядерной энергетики. В рамках GIF ведутся исследования по ЗЯТЦ, тепловым, быстрым и высокотемпературным реакторам.

Полезный спор о компонентах
В дальнейшем (в перспективе 2050-х годов) намечено развертывание двухкомпонентной ядерной энергосистемы с замкнутым топливным циклом на основе тепловых и быстрых реакторов, которая будет сама себя обеспечивать топливом и позволит решить системные проблемы атомной энергетики, такие как низкая эффективность использования урана, накопление объемов ОЯТ и РАО.

В России еще в 2008 году была утверждена программа НИОКР по технологиям ЗЯТЦ. Сегодня Росатом на промышленном уровне продемонстрировал технологии переработки ОЯТ, на опытно-промышленном уровне находятся таблеточная и вибро технологии производства MOX-топлива для быстрых реакторов. Параллельно идут разработки альтернативных технологий топливного цикла с быстрыми реакторами и работы по нитридному топливу.

Что касается реакторных технологий, ОКБМ и ФЭИ за последние годы провели большую работу по улучшению проекта БН‑1200. Она будет продолжена — НТС Росатома отвел на совершенствование проекта еще три года.

Параллельно в рамках проекта «Прорыв» ведется работа над реактором со свинцовым теплоносителем БРЕСТ‑300 (его планируется строить на площадке СХК в Северске). Научный руководитель проекта Евгений Адамов убежден, что БРЕСТ в перспективе вытеснит с рынка реакторы ВВЭР. Правда, В. Асмолов его уверенность пока не разделяет.

По словам научного руководителя «Прорыва», сценарий создания двухкомпонентной атомной энергетики предполагает выход на общую мощность АЭС в России на уровне 50 ГВт (с учетом вывода из эксплуатации блоков, исчерпавших ресурс). А к 2100 году общая мощность АЭС должна составить 120 ГВт. Такой масштаб позволит получить системные эффекты перехода на ЗЯТЦ, полагает Е. Адамов. Быстрые свинцовые реакторы при подтверждении своих характеристик к 2030 году будут после 2040 года замещать ВВЭР, заявляет он. Пока, по расчетам специалистов «Прорыва», экономика быстрых свинцовых реакторов выглядит конкурентоспособной даже по сравнению с парогазовыми станциями. Однако это «бумажные» оценки, которые предстоит подтвердить на практике.

Точку в дискуссии относительно облика атомной энергетики будущего ставить рано. Главное — ее конструктивный характер, подчеркивает В. Асмолов. «Спор о будущей структуре атомной энергетики — это не дискуссия между остроконечниками и тупоконечниками у Джонатана Свифта. Это спор между людьми, за каждым из которых — база накопленных знаний и огромные вложения денег. Я отвожу на эту работу ближайшие 100 лет», — заявляет советник главы Росатома.

Победить внутренних конкурентов свинцовым реакторам будет непросто, считает он. Ведь есть работающие натриевые реакторы БН‑600 и БН‑800. Правда, важно также, по какой цене они производят продукцию: тут БН‑800 пока проигрывает ВВЭР. Однако проект БН‑1200 уже проделал огромный путь, эта установка с высокой долей вероятности будет намного эффективнее БН‑800 и сопоставима с ВВЭР, предсказывает В. Асмолов. Параллельно «Гидропресс» работает над повышением эффективности ВВЭР.

«Существующая технология ВВЭР — часть энергосистемы страны. Это эффективный, безопасный, системообразующий источник энергии. Надо его развивать. Все согласны с тем, что в ближайшем столетии в отрасли сложится двухкомпонентная система. Команда проекта „Прорыв“ обещает, что появится аппарат, который по всем качествам — безопасности, эффективности, стоимости — будет лучше существующих установок. Если они это докажут на практике — прекрасно! Значит, БРЕСТы займут нишу ВВЭР», — констатирует советник главы Росатома.

Чем закончилась дискуссия в отрасли по стратегии развития?

Работа стартовала. Основные положения стратегии утверждены. Разногласия в тактике остались, но те направления, для которых я и мои коллеги добивались адекватного финансирования, в стратегии появились. Есть распоряжения генерального директора Росатома о том, как развивать дальше технологию ВВЭР, что делать дальше с натриевой технологией…

Правильно ли мы поняли, что развитие направления ВВЭР означает создание ВВЭР со спектральным регулированием, а далее — ВВЭР-СКД?

Все слабые места, которые были выявлены при сооружении и вводе в эксплуатацию нововоронежских и ленинградских блоков, необходимо учесть и устранить.

Это серьезный вызов для наших проектных организаций, и это главнейшая на сегодня задача отрасли, потому что ВВЭР — единственный энергетический реактор, который мы сейчас можем продавать.

В стратегии записано, что этот продукт в ближайшие 20 лет останется единственным массовым продуктом на рынке. Это реальность. А все высказывания о том, что мы сможем быстро получить иную реакторную технологию с опытом эксплуатации, таким же, как у ВВЭР, — это благие ­пожелания.
Как человек, стоящий на земле, я знаю: в ближайшие 20 лет ничего, кроме ВВЭР, на рынке не будет.

Куда технология ВВЭР будет развиваться?

После традиционных ВВЭР придут ВВЭР со спектральным регулированием, для их появления потребуется лет 10–15. Это эволюционный путь развития технологии. За счет более жесткого спектра нейтронов мы сможем, например, отказаться от борного ­регулирования, увеличить коэффициент воспроизводства топлива. Но это не радикальные изменения.

Иногда звучат предложения сразу, минуя предварительные этапы, перейти, «прыгнуть» к ВВЭР-СКД. Мое твердое мнение: прыгать нельзя, нужно обязательно пройти весь путь последовательной разработки.

Мы потянем развитие СКД cамостоятельно, или нам нужно сотрудничество в рамках Generation IV?

Для создания СКД предстоит выполнить огромный объем работы. Создание новых конструкционных материалов, баз данных по теплофизике и ядерным константам… На все это нужны время и средства. Поэтому сегодня принято решение выделить необходимую сумму для того, чтобы стать полноправными членами группы Generation IV, занимающейся проблемами СКД.

Это относительно небольшая сумма. Более того, мы не отдаем ее, а потратим на финансирование собственных работ по сверхкритическому направлению. Мы будем делиться полученными результатами с другими членами группы, а они в обмен предоставят нам свои результаты.

Какой статус у стратегии? Это проект документа или уже утвержденный план?

Есть документ с основными положениями стратегии, который утвержден президиумом НТС ГК. В течение этого года предстоит оцифровать детали по каждому направлению. Например, концерн «Росэнергоатом» должен подготовить программу по первой части совершенствования технологии ВВЭР. Курчатовский институт и «Гидропресс» должны подготовить и защитить программу по спектральному регулированию. И так далее. Все даты определены. Эту работу надо закончить до конца года.

Вадим Владимирович, мы хотим побеседовать с вами о проекте БРЕСТ‑1200. Самый первый вопрос: какая у него мощность и как он, собственно говоря, называется? Потому что мы слышали уже название БР‑1200.

В рамках проекта «Прорыв» работы по БРЕСТ‑1200 сегодня ведутся на стадии обликового проекта (аналог аванпроекта), поэтому многие его параметры еще подлежат уточнению. Но это коммерческий блок, и его мощность должна быть чем больше, тем лучше, насколько это позволяют физические ограничения и иные соображения.

Поставленная перед нами задача требует создать блок с мощностью порядка 1200 МВт (э). Аналогичная задача стоит и перед конструкторами БН‑1200. Реальные значения мощностей получаются в ходе работы над проектом.

Могу сказать, что у БРЕСТ‑1200 мощность сейчас составляет 1230 МВт (э). Обоснованность выбранной мощности требует подтверждения, но расчеты мы пока ведем для этого значения.

Окончательное название проекта мы еще не выбрали. Пока он разрабатывается под аббревиатурой БР‑1200. Название будем менять, чтобы он не был таким же долгостроем, как БРЕСТ‑300.

Насколько сильно по техническим решениям БРЕСТ‑1200 будет отличаться от БРЕСТ‑300?

Мощность реактора БРЕСТ‑300 во многом выбиралась, исходя из требования референтности технических решений для БРЕСТ‑1200. Принципиальные конструкции БРЕСТ‑1200 по парогенераторам, ГЦН и изделиям активной зоны имеют в БРЕСТ‑300 существенную референцию.

Конечно, у БРЕСТ‑1200 будут другие массогабаритные характеристики, но это не должно помешать обоснованию его основных узлов на опыте БРЕСТ‑300.

Как конструктор я имею право сказать, что БРЕСТ‑300 обладает достаточным консерватизмом по техническим решениям. А вот в БРЕСТ‑1200 как коммерческом аппарате излишний консерватизм должен сниматься.

Удельная металлоемкость, толщины оборудования и так далее будут в БРЕСТ‑1200 снижаться. Возможности для этого есть.

Детально сравнивать все параметры двух аппаратов не стану, но мы уверены, что БРЕСТ‑1200 окажется вполне конкурентоспособным блоком.

Вы упомянули конкурентоспособность. А вы можете сравнить по экономике БРЕСТ‑1200 и ВВЭР-ТОИ?

БРЕСТ отличается от легководных установок границей локализации. У нас ее роль выполняет корпус реактора, а у ВВЭР это герметичное ограждение в здании энергоблока. Это означает, что сравнение двух проектов по удельным показателям реакторных установок некорректно.

Имеет смысл сравнивать решения полностью, то есть станции, а в нашем случае еще и топливные затраты. Для БРЕСТ‑1200 мы пока говорим только о реакторной установке и о части энергоблока. Сравнить его с ВВЭР-ТОИ мы сможем после завершения обликового проекта.

Мы надеемся на то, что за счет минимизации масс систем безопасности, систем управления запроектными авариями и стоимости их изготовления, а также за счет уменьшения герметичного ограждения конструкции мы добьемся преимущества перед ВВЭР по металлоемкости.

По срокам готовности проекта БРЕСТ‑1200 есть ли ясность? Когда будет завершен техпроект?

Повторю, что пока речь идет о техническом предложении и обликовом проекте энергоблока. После демонстрации существенных преимуществ по конкурентоспособности будет дан старт разработке техпроекта.

Головной блок с БН‑1200 должен быть построен до 2030 года. По БРЕСТ‑1200 какая будет готовность на конец следующего десятилетия?

Конкретные графики будут определяться по результатам рассмотрения обликового проекта БРЕСТ‑1200 на НТС Росатома.

Кроме того, наши пожелания по строительству должны быть синхронизированы с дорожной картой строительства электростанций в России. Вы прекрасно понимаете, что вводы генерирующих мощностей зависят от потребностей.

Наше дело — предлагать технические решения. По строительству блоков принимать решения будут Росатом и Минэнерго.

Топливо для БРЕСТ‑1200 — это исключительно нитрид, или рассматриваются и другие варианты?

На мой взгляд, для быстрых реакторов целесообразнее использовать нитрид, поскольку он позволяет гармонизировать требования безопасности (не только с точки зрения реактивностных аварий, но и с точки зрения теплоотводных, за счет меньшей теплоемкости или запасенной энергии топлива) и экономики благодаря уменьшению количества изделий активной зоны.

В проекте «Прорыв» наш базовый вариант по топливу — нитрид. Как опция возможно MOX-топливо.

По оборудованию вопросы. Как сейчас обстоят дела с ГЦН для свинцового теплоносителя?

Проблема создания насосов решается, мы ведем обширные НИОКР. Была выбрана стратегия на отработку отдельных, в том числе натурных, элементов насосов, доводку расчетных средств с верификацией их на маломасштабных макетах.

Какой именно тип насосов вы предполагаете выбрать?

Для БРЕСТ‑300 разработан осевой насос. Мы практически завершили отработку нижнего подшипника. Проточная часть рассчитана по верифицированным программным средствам. Кроме того, сейчас в ЦКБМ проектируется стенд, где мы сможем продолжить отработку опытного образца.

А по парогенераторам какая ситуация?
На мой взгляд, степень проработки парогенераторов для БРЕСТ очень высокая. С нами согласны и разработчики, «ЗиО-Подольск».

В 2011 году для парогенераторов БРЕСТ был разработан новый конструкционный материал, работающий одновременно в свинце, паре и воде…

При каких температурах?
Наших, БРЕСТовских. По свинцу температура входа у нас — 535 °C, а температура выхода — 420 °C. По питательной воде температура входа — 340 °C, пара — 505 °C.

Новый конструкционный материал создавался для таких условий. Его разработка подошла к концу, поставлена на производство труба из этого материала.

Все свойства нового материала мы отрабатывали на стендах «Прометея» в свинце — стойкость к общей коррозии, коррозии под напряжением… Получены кривые ползучести под напряжением. Не буду все перечислять, но работа была проведена большая. Временная база испытаний на стойкость к общей коррозии в свинце превышает 25 тыс. часов.

Работоспособность нового материала в паре и воде проверялась на стендах в НИКИЭТе. Была подтверждена высокая коррозионная стойкость к локальным видам коррозии, к общей коррозии. Все прибавки на коррозию на проектный срок службы (250 тыс. часов) получены.

На завершающих стадиях находятся эксперименты по сварным соединениям «труба–трубная доска». В «ЗиО-Подольск» завершается термоциклика, то есть отработка сварного соединения на промышленных трубах.

В ФЭИ под руководством Юрия Ивановича Орлова получены коэффициенты теплоотдачи и определены границы теплогидравлической устойчивости. А в НИКИЭТе мы создаем стенд для вибрационных испытаний трубного пучка.

Часть специалистов высказывают мнение о том, что рабочие температуры теплоносителя нужно повышать. Диапазон до 600 °C — это мало, его нужно поднимать до 700 °C, а это потребует разработки новых конструкционных материалов.

Вопрос о конструкционных материалах актуальный, и не только для БРЕСТа. Прогресс в технике прямо связан с материалами. Мы вместе с ВНИИНМом работаем над получением новых, более жаростойких материалов, сохраняющих выбранный ранее для проекта БРЕСТ принцип легирования.

На данный момент у нас обосновываются температуры порядка 670 °C. Расчеты для начального этапа эксплуатации подтверждены.

Переход на ДУО-стали в принципе возможен. Продвижение в этом направлении есть. Во ВНИИНМе получены опытные оболочки, сейчас они стоят на коррозионных испытаниях в теплоносителе. Но вопрос об их внедрении упирается в готовность промышленности.
Свинец с tкип = 1750 °C это позволяет, так что тенденция к росту температур верная, обеспечить это можно, но следует понимать возможности заводов и интересы потребителей.

Кстати говоря, от того, что мы поднимем температуру свинца в активной зоне, потребителю большой пользы не будет. Нужно поднимать еще и температуру пара, а это для нас будет означать переход на сверхкритику.

Поэтому я как конструктор считаю, что идти нужно поэтапно. Сначала сделать БРЕСТ на докритических параметрах пара.

Керамику для материалов вы рассматриваете?
Это коммерческая информация, поэтому могу ответить только кратко: да, часть наших материалов получена керамическим способом.

Недавно, как вы знаете, вышел документ по ВВЭР, жестко нормирующий критерии прочности оболочек. По быстрым реакторам аналогичный документ на стадии формирования. Явные преимущества керамических материалов с точки зрения прочности могут быть нивелированы другими свойствами типа пластичности.

Последний вопрос. Как вы оцениваете работы ваших конкурентов за рубежом?

Волна интереса к тяжелометаллическому теплоносителю в мире зашла достаточно далеко. Построено полсотни стендов, ведутся исследования. Но создать стенд недостаточно, с ним надо уметь работать, и в этом отношении у нас есть хороший задел.

Мы разрабатываем коммерческий продукт, энергетический реактор. Мы должны получить его раньше других. Пока шансы есть.

То есть первый реактор со свинцовым теплоносителем построим все-таки мы?
Очень хочется, чтобы так и было!



Ссылка на оригинал материала http://atominfo.ru/newss/z0488.htm