Как удешевить БН-1200
Текст: Константин Кобяков
Отечественная технология быстрых реакторов с натриевым теплоносителем БН-1200 находится в шаге от коммерциализации. «ОКБМ Африкантов», главный конструктор РУ, оптимизировал проект, что позволило выйти на экономические показатели, сопоставимые с господствующей сейчас технологией ВВЭР.
Новой конструкции атомных реакторов в современном прагматичном мире уже не достаточно быть просто инновационной или уникальной. Необходимо подтвердить свою конкурентоспособность с другими энергоисточниками, причем не только с конкурирующими видами генерации, такими как ВИЭ или ПГУ, самыми дешевыми традиционными генераторами, но и с уже доказавшими работоспособность тепловыми реакторами.
В этом смысле технологии БН пришлось нелегко. Хотя сама технология отрабатывалась на протяжении последних 60 лет и учитывает опыт эксплуатации энергоблоков с реакторами БН-350 в Шевченко (ныне Актау, Казахстан), БН-600 и БН-800 на Белоярской АЭС, еще два года назад перспективы строительства БН-1200 не были однозначными. Однако разработчикам проекта в несколько итераций удалось приблизить уровень капзатрат на БН-1200 к проекту «АЭС-2006» и наметить план действий по выходу на уровень ВВЭР-ТОИ.
Секрет оптимизации
Характерной особенностью БН-1200 является то, что проект сочетает в себе как референтные решения из предыдущих «БН-ов», так и инновационные элементы — они-то и позволяют добиться улучшения экономических параметров и повышения уровня безопасности. За счет каких именно мероприятий разработчикам удалось оптимизировать стоимость БН-1200, рассказал на МНТК-2016 «Росэнергоатома» главный конструктор БН-1200 в ОКБМ им. И. И. Африкантова Сергей Шепелев.
Специалисты «ОКБМ Африкантов» пошли по пути агрегатирования оборудования (сокращение количества и стандартизация деталей), изменения компоновочных решений с целью уменьшения размеров технологических помещений. «70 % эффективности у нас реализуется за счет введения новых решений и лишь процентов 20–30 — за счет повышения мощности. Проект БН-1200 значительно отличается от проектов БН-600 и БН-800 именно своей инновационной частью, которая дала нам возможность получить такие характеристики по безопасности и экономике», — отметил С. Шепелев.
В частности, разработчики применили круглое в плане здание реактора с шахтой в центре, а также четыре идентичные петли теплоотвода, которые обеспечили модульность компоновки. Основное оборудование решили разместить в баке реактора, сделали окожухование трубопроводов, что позволит исключить возможность течей наружу радиоактивного натрия.
В этом смысле технологии БН пришлось нелегко. Хотя сама технология отрабатывалась на протяжении последних 60 лет и учитывает опыт эксплуатации энергоблоков с реакторами БН-350 в Шевченко (ныне Актау, Казахстан), БН-600 и БН-800 на Белоярской АЭС, еще два года назад перспективы строительства БН-1200 не были однозначными. Однако разработчикам проекта в несколько итераций удалось приблизить уровень капзатрат на БН-1200 к проекту «АЭС-2006» и наметить план действий по выходу на уровень ВВЭР-ТОИ.
Секрет оптимизации
Характерной особенностью БН-1200 является то, что проект сочетает в себе как референтные решения из предыдущих «БН-ов», так и инновационные элементы — они-то и позволяют добиться улучшения экономических параметров и повышения уровня безопасности. За счет каких именно мероприятий разработчикам удалось оптимизировать стоимость БН-1200, рассказал на МНТК-2016 «Росэнергоатома» главный конструктор БН-1200 в ОКБМ им. И. И. Африкантова Сергей Шепелев.
Специалисты «ОКБМ Африкантов» пошли по пути агрегатирования оборудования (сокращение количества и стандартизация деталей), изменения компоновочных решений с целью уменьшения размеров технологических помещений. «70 % эффективности у нас реализуется за счет введения новых решений и лишь процентов 20–30 — за счет повышения мощности. Проект БН-1200 значительно отличается от проектов БН-600 и БН-800 именно своей инновационной частью, которая дала нам возможность получить такие характеристики по безопасности и экономике», — отметил С. Шепелев.
В частности, разработчики применили круглое в плане здание реактора с шахтой в центре, а также четыре идентичные петли теплоотвода, которые обеспечили модульность компоновки. Основное оборудование решили разместить в баке реактора, сделали окожухование трубопроводов, что позволит исключить возможность течей наружу радиоактивного натрия.
Таблица 1. Технические решения, направленные на повышение уровня безопасности и улучшение технико-экономических показателей реакторов на быстрых нейтронах
Кроме того, впервые использовали сильфонные компенсаторы температурного расширения на трубопроводах второго контура, тем самым сократив протяженность трубопроводов. «Даже по сравнению с БН-800, у которого мощность на 40 % ниже, мы получили сокращение трубопроводов в два раза», — с гордостью констатировал С. Шепелев.
Также применили термо- и радиационностойкую сталь Х16Н11М3, что позволило обеспечить продолжительность эксплуатации энергоблока не менее 60 лет. Благодаря повышению температуры третьего контура, особенно питательной воды, КПД увеличился до 43,5 % брутто.
Инженеры ОКБМ существенно переработали конструкцию ядерного острова. Так, количество модулей парогенераторов в БН-1200 уменьшено до восьми штук (в референтном БН-800 – 60 штук), количество дорогостоящей запорной и регулирующей арматуры, которая должна работать в натриевом контуре, снижено на 75 единиц, длина трубопроводов второго натриевого контура сокращена почти вдвое: с 770 до 403 метров, исключены внешние трубопроводы первого контура.
Кроме снижения удельных капитальных затрат, БН-1200 демонстрирует улучшение экономических показателей эксплуатации. Так, перегрузка топлива на этом реакторе будет проводиться один раз в год (на БН-800 она проводится раз в полгода), замена рабочего колеса главного циркуляционного насоса — один раз в 15 лет (на БН-800 — раз в 5,5 лет). При этом проектный срок службы реактора БН-1200 — 60 лет (у БН-800 — 45 лет). Срок службы парогенераторов составит 30 лет против 23 у БН-800.
Также применили термо- и радиационностойкую сталь Х16Н11М3, что позволило обеспечить продолжительность эксплуатации энергоблока не менее 60 лет. Благодаря повышению температуры третьего контура, особенно питательной воды, КПД увеличился до 43,5 % брутто.
Инженеры ОКБМ существенно переработали конструкцию ядерного острова. Так, количество модулей парогенераторов в БН-1200 уменьшено до восьми штук (в референтном БН-800 – 60 штук), количество дорогостоящей запорной и регулирующей арматуры, которая должна работать в натриевом контуре, снижено на 75 единиц, длина трубопроводов второго натриевого контура сокращена почти вдвое: с 770 до 403 метров, исключены внешние трубопроводы первого контура.
Кроме снижения удельных капитальных затрат, БН-1200 демонстрирует улучшение экономических показателей эксплуатации. Так, перегрузка топлива на этом реакторе будет проводиться один раз в год (на БН-800 она проводится раз в полгода), замена рабочего колеса главного циркуляционного насоса — один раз в 15 лет (на БН-800 — раз в 5,5 лет). При этом проектный срок службы реактора БН-1200 — 60 лет (у БН-800 — 45 лет). Срок службы парогенераторов составит 30 лет против 23 у БН-800.
Таблица 2. Основные результаты по технико-экономическим показателям
Площадка ждет
«Те работы, которые сделали специалисты „ОКБМ Африкантов" по замечаниям НТС, впечатляют. Идет реальная перекомпоновка конструкции: уменьшение объемов по бетону и металлу, убирается дублирование систем безопасности», — похвалил Владимир Асмолов, советник гендиректора Росатома.
«Технический проект энергоблока с БН-1200 уже очень хорош. Дополнительные изменения в нем дают не такой уж большой эффект, если сравнивать с тем, что было сделано ранее. То есть основные работы по оптимизации уже проведены», — подчеркнул на МНТК НИКИЭТ-2016 главный конструктор реакторных установок на быстрых нейтронах ОКБМ Борис Васильев.
Но специалисты «ОКБМ Африкантов» уже наметили, за счет каких мероприятий — как по РУ, так и по энергоблоку — можно еще улучшить технико-экономические показатели БН-1200. «Мы проанализировали, что дает каждое из этих технических решений, рассмотрели, какие требуются НИОКР в обоснование этих новых решений, оценили риски каждого из них и их влияние на безопасность; пришли к выводу, что проведение намеченных мероприятий позволит нам снизить капитальные затраты при строительстве БН-1200 еще на 10–15 %. Таким образом по стоимости строительства энергоблока мы выйдем на уровень ВВЭР-ТОИ», — отметил С. Шепелев.
Работы по оптимизации конструкции БН-1200 будут выполняться на средства ФЦП «Ядерные энерготехнологии нового поколения на период 2010–2015 годов и на перспективу до 2020 года».
«У нас государственный контракт с блоком управления инновациями Росатома; в нем есть пункт о проработке конструкторского проекта БН-1200 для улучшения технико-экономических характеристик. И мы должны выполнить такого рода работу и сдать ее не позднее начала декабря 2016 года», — сказал он. Пока, по словам С. Шепелева, стоимость строительства энергоблока с БН-1200 на Белоярской АЭС оценивается в 120 млрд рублей (в ценах 2014 года).
Параллельно с улучшением конструкции реактора идет разработка обликового проекта промышленного энергокомплекса, который должен включать улучшенный энергоблок с БН-1200 и производства пристанционного ЯТЦ. Эти работы также финансирует концерн «Росэнергоатом», который публично демонстрирует готовность начать строительство головного БН-1200, так как технология уже фактически освоена на Белоряской АЭС. Более того, там уже зарезервирована площадка под этот реактор и построена электросетевая инфраструктура.
«Те работы, которые сделали специалисты „ОКБМ Африкантов" по замечаниям НТС, впечатляют. Идет реальная перекомпоновка конструкции: уменьшение объемов по бетону и металлу, убирается дублирование систем безопасности», — похвалил Владимир Асмолов, советник гендиректора Росатома.
«Технический проект энергоблока с БН-1200 уже очень хорош. Дополнительные изменения в нем дают не такой уж большой эффект, если сравнивать с тем, что было сделано ранее. То есть основные работы по оптимизации уже проведены», — подчеркнул на МНТК НИКИЭТ-2016 главный конструктор реакторных установок на быстрых нейтронах ОКБМ Борис Васильев.
Но специалисты «ОКБМ Африкантов» уже наметили, за счет каких мероприятий — как по РУ, так и по энергоблоку — можно еще улучшить технико-экономические показатели БН-1200. «Мы проанализировали, что дает каждое из этих технических решений, рассмотрели, какие требуются НИОКР в обоснование этих новых решений, оценили риски каждого из них и их влияние на безопасность; пришли к выводу, что проведение намеченных мероприятий позволит нам снизить капитальные затраты при строительстве БН-1200 еще на 10–15 %. Таким образом по стоимости строительства энергоблока мы выйдем на уровень ВВЭР-ТОИ», — отметил С. Шепелев.
Работы по оптимизации конструкции БН-1200 будут выполняться на средства ФЦП «Ядерные энерготехнологии нового поколения на период 2010–2015 годов и на перспективу до 2020 года».
«У нас государственный контракт с блоком управления инновациями Росатома; в нем есть пункт о проработке конструкторского проекта БН-1200 для улучшения технико-экономических характеристик. И мы должны выполнить такого рода работу и сдать ее не позднее начала декабря 2016 года», — сказал он. Пока, по словам С. Шепелева, стоимость строительства энергоблока с БН-1200 на Белоярской АЭС оценивается в 120 млрд рублей (в ценах 2014 года).
Параллельно с улучшением конструкции реактора идет разработка обликового проекта промышленного энергокомплекса, который должен включать улучшенный энергоблок с БН-1200 и производства пристанционного ЯТЦ. Эти работы также финансирует концерн «Росэнергоатом», который публично демонстрирует готовность начать строительство головного БН-1200, так как технология уже фактически освоена на Белоряской АЭС. Более того, там уже зарезервирована площадка под этот реактор и построена электросетевая инфраструктура.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ НОМЕРА
