Атомные станции малой мощности - реальность

Атомные станции малой мощности в качестве локальных энергогенерирующих узлов - экологичная и эффективная замена существующих мощностей на углеводородном сырье.

Налаженное серийное производство энергоблоков атомных станций малой мощности позволит кардинально пересмотреть организацию систем тепло- и электроснабжения удалённых регионов, новых крупных производственных и добывающих комплексов.

Система энергообеспечения на базе ядерных источников обеспечит качественное повышение уровня жизни на территориях с децентрализованным энергоснабжением, составляющих около 2/3 от общей территории страны.

Для создания такого рода энергоисточника в АО "НИКИЭТ" с 2010 года прорабатывается вариант унифицированной реакторной установки для использования в качестве источника тепла в атомных станциях малой мощности различного исполнения и назначения.

В зависимости от назначения и места предполагаемого размещения, атомный энергоисточник может быть выполнен в наземном (стационарном), судовом и в подводном исполнении.

Технические решения по такому энергоисточнику, существенно отличаясь от решений по стационарным АЭС малой мощности, во многом совпадают с аналогичными решениями для ЯЭУ транспортного назначения.

Поэтому использование опыта создания ядерных энергетических установок данного типа является приоритетным при создании таких энергоисточников.

АСММ с унифицированной реакторной установкой "Шельф" в базовом исполнении предназначена, в частности, для использования в качестве источника электроснабжения объектов, расположенных на морском шельфе, включая районы Арктического побережья, а также районов с практически отсутствующей энергетической и транспортной инфраструктурой.

Вариант подводного размещения энергоблока АСММ предполагает использование в качестве источника электроснабжения надводных или подводных объектов, расположенных на арктическом шельфе.

Электроэнергией обеспечивается фактический потребитель, а также комплекс надводных (береговых или судовых) технических средств и сооружений.

Глубина погружения энергокапсулы до 300 м, пульты управления и вспомогательные и обслуживающие системы АС при этом располагаются на берегу или на судне.

Доставка оборудования АСММ на место эксплуатации осуществляется водным транспортом в виде компактного модуля заводского изготовления, что упрощает монтаж.

На дне энергомодуль с реакторной установкой устанавливается на подготовленное основание. По истечении срока автономной эксплуатации для проведения планово-предупредительного ремонта или операций по перегрузке топлива энергокапсула поднимается на поверхность.

Охлаждение оборудования энергокапсулы подводного исполнения осуществляется с использованием забортной воды.

Наземное исполнение энергоблока в виде РУ и ТГУ в едином корпусе позволяет осуществлять доставку АСММ наземным транспортом до места эксплуатации в удалённые регионы с ограниченной транспортной инфраструктурой, а также позволяет минимизировать время от доставки до места эксплуатации до начала выработки электроэнергии за счёт доставки оборудования АСММ функциональными модулями заводского изготовления.

Данный вариант позволяет использовать АСММ также для выработки тепла, в том числе - высокопотенциального, для нужд потребителя.

Охлаждение оборудования энергомодуля наземного исполнения осуществляется с помощью сухих градирен. Местных источников воды для обеспечения функционирования станции не требуется.

В 2015 году по запросу потенциального заказчика был проработан вариант поставки капсулы с реакторной установкой без размещения оборудования систем преобразования энергии.

Данный подход позволяет сократить трудозатраты и стоимость изготовления реакторной установки за счёт возможности использования систем преобразования энергии (турбогенераторной установки) различных производителей.

 

В текущем году, в рамках совместных работ с СПМБМ "МАЛАХИТ", была проработана возможность использования реакторной установки "Шельф" в целях обеспечения электродвижения подводного судна для обслуживания комплекса технических средств подводно-подлёдного обустройства месторождений.

Модульный подход к реализации энергоблока атомной станции малой мощности позволяет повысить качество изготовления и монтажа оборудования за счёт осуществления всех операций в заводских условиях, упростить монтажные работы на месте эксплуатации малой АЭС и существенно снизить сроки строительства объекта.

Компактное размещение в защитной оболочке систем реакторной и турбогенераторной установок позволяет осуществлять работы по проведению технического обслуживания, ремонта и перегрузки на базе специализированных предприятий, без необходимости организации на площадке АСММ хранилища топлива.

При этом возможна минимизация время простоя станции путям замены модуля с РУ целиком.

Электрическая мощность АСММ с РУ "Шельф" N(э)=6,4 МВт. Поставка оборудования станции на место эксплуатации осуществляется в виде модуля заводского изготовления (энергокапсулы). Срок службы энергокапсулы - 60 лет при кампании активной зоны шесть лет и межремонтном периоде эксплуатации 12 лет.

Применение полностью автоматизированной системы управления позволяет обеспечивать непрерывную работу в течение 5000 часов без технического обслуживания и существенно сократить количество обслуживающего персонала на площадке станции.

Для проведения ремонтных работ и операцией с топливом на площадку размещения в дополнение к основному персоналу станции (15 человек) направляется специализированная бригада обслуживания.

По экспертной оценке, стоимость сооружения головного образца энергоблока с реакторной установкой "Шельф" составит порядка 5,7 миллиардов рублей. Себестоимость производимой электроэнергии при этом 9,3 рублей за киловатт-час.

РУ "Шельф" отвечает современным требованиям по безопасности, надёжности, экологической чистоте, условиям нераспространения ядерно-оружейных материалов.

Оборудование реакторной установки компактно размещено в прочно-плотном контейменте (защитной оболочке) диаметром до 8 метров и длиной до 15 метров, в зависимости от исполнения.

Защитная оболочка непосещаема в процессе эксплуатации и является дополнительным защитным барьером, локализующим выход радиоактивных веществ при авариях.

Унифицированная реакторная установка "Шельф" включает в себя реактор и непосредственно связанные с ним системы, необходимые для его нормальной эксплуатации, аварийного охлаждения, аварийной защиты и поддержания в безопасном состоянии.

В состав РУ входят следующие основные системы:

• система I контура;
• система II контура;
• система аварийного охлаждения реактора (САОР);
• система аварийного расхолаживания (САР);
• система подпитки, ДУА и аварийного ввода поглотителя;
• система охлаждения оборудования;
• система защиты реактора от переопрессовки;
• система защиты парогенератора от переопрессовки;
• системы защиты страховочного корпуса и защитной оболочки от переопрессовки;
• система управления и защиты (СУЗ).

Основной тракт циркуляции теплоносителя I контура размещён внутри корпуса реактора интегрального исполнения и включает в себя:

• активную зону;
• ЦЭНПК;
• парогенератор.

Система II контура предназначена для получения перегретого пара из питательной воды, подаваемой турбогенераторной установкой АСММ, путём передачи тепла в парогенераторе от теплоносителя I контура.

Кроме того, система используется для расхолаживания реактора при его вскрытии для ремонта или выгрузки отработавшего топлива (ремонтное расхолаживание).

В состав системы II контура РУ входит парогенератор, размещённый внутри корпуса реактора, и трубопроводы с арматурой вне его корпуса.

Система состоит из четырёх секций, каждая из которых при нарушении герметичности теплообменной поверхности с помощью клапанов может отключаться по пару и питательной воде от турбогенераторной установки АСММ, что обеспечивает локализацию течи I контура во II в границах трубопроводов II контура от парогенератора до локализующей арматуры.

На случай отказа какого-либо из клапанов секций ПГ на трубопроводах пара и питательной воды дополнительно установлены общие для каждой пары секций клапаны.

Реакторная установка оснащена системами безопасности пассивного принципа действия.

Система аварийного охлаждения реактора уменьшает последствия проектных и запроектных аварий, связанных с потерей теплоносителя I контура, путём подпитки реактора и удержания активной зоны в залитом водой состоянии.

Система состоит из двух независимых друг от друга каналов пассивного принципа.

Система аварийного расхолаживания предназначена для предотвращения перегрева и переопрессовки системы I контура при авариях в турбогенераторной установке АСММ, связанных с прекращением отбора пара или подачи питательной воды в РУ, а также при обесточивании АСММ.

Система использует пассивный принцип действия и состоит из двух независимых каналов теплоотвода, вводящихся в работу одновременно.

Она обеспечивает выполнение своей задачи с любого исходного уровня мощности реактора одним каналом системы. Работа системы осуществляется при естественной циркуляции теплоносителей.

Концепция обеспечения безопасности реакторной установки базируется на следующих основных принципах.

1. Интегральный водо-водяной реактор с высокой самозащищённостью и следующими особенностями:

• отрицательные значения коэффициента реактивности активной зоны во всём эксплуатационном диапазоне параметров;
• контролируемый пуск активной зоны из подкритического состояния;
• высокий уровень естественной циркуляции теплоносителя, обеспечивающий эффективное охлаждение и теплоотвод от активной зоны при проектных и запроектных авариях;
• высокая теплоаккумулирующая способность металлоконструкций и большая масса теплоносителя в реакторе, обеспечивающие относительно медленное протекание переходных процессов при авариях, связанных с нарушением нормального теплоотвода от активной зоны.

2. Глубокоэшелонированная система барьеров на пути распространения ионизирующих излучений и радиоактивных продуктов деления урана в окружающую среду, а также реализация комплекса технических и организационных мероприятий по защите этих барьеров от внутренних и внешних воздействий:

• топливная матрица;
• оболочка твэла;
• герметичный первый контур - корпус реактора;
• страховочный корпус;
• локализующая арматура;
• защитная оболочка.

3. Высокий уровень надёжности систем безопасности.

4. Применение пассивных систем и устройств безопасности, функционирующих на основе естественных процессов и не требующих подвода энергии извне.

5. Защищённость от ошибок персонала благодаря отсутствию необходимости обслуживания РУ и ограничению доступа к её системам.

АО "НИКИЭТ" обладает необходимыми компетенциями, производственными площадями, технологиями и кооперационными связями для реализации всего цикла работ по энергоблоку атомной станции малой мощности на базе унифицированной реакторной установки "Шельф", от технического задания до поставки, включая комплекс работ по АСУ ТП.