Развитие быстрых реакторов и натриевой технологии результат планомерной реализации идеи расширенного воспроизводства топлива и замыкания топливного цикла. Решение этой задачи надолго отодвинет вопрос обеспечения топливом, переживающей вторичный бурный рост, атомной энергетики.
Конструкция реактора БН-600 создавалась в период 1963-73 гг., при этом его создатели использовали опыт, накопленный при разработке, сооружении и эксплуатации натриевых реакторов – БР5/БР-10, БОР-60 и БН-350. Главной задачей эксплуатации этого реактора было подтверждение возможности реализации технологии БН-реакторов на промышленном уровне. Он начал свою работу в апреле 1980 г. На номинальную электрическую нагрузку 600 МВт (эл.). БН-600 был выведен в октябре 1981 г. и с этого времени работает в базовом режиме на номинальной мощности реактора со среднегодовым коэффициентом ее использования (77÷80)%, определяемом, в основном, периодами планового технического обслуживания оборудования. В общей сложности время работы реактора БН-600 в режиме выработки электроэнергии достигло величины 200 тыс. часов, что соответствует примерно 8 тыс. эквивалентным суткам работы на полной мощности и составляет 76,8% календарного времени. По этому показателю БН-600 превзошел все когда-либо действовавшие аналогичные крупные реакторные установки. Среднегодовой коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) БН-600 на протяжении всего периода работы оставался стабильно высоким. За 30 лет эксплуатации только шесть значений КИУМ меньше 70%, три из них приходятся на начальный период работы и связаны с освоением режимов работы энергоблока в целом и отдельного его оборудования.
Распределение КИУМ БН-600 по годам
1990 г. (КИУМ 65,9%) – потери выработки электроэнергии были связаны в основном с неплотностью в системе охлаждения генераторов.
1991 г. (КИУМ 69,8%) - неисправности оборудования 3-го (пароводяного) контура и один случай течи воды в натрий в парогенераторе.
1998 г. (КИУМ 47,9%) – спланированный ремонт центральной поворотной колонны (ЦПК) реактора.
КИУМ БН-600 с начала эксплуатации составляет 72%, средний КИУМ (медиана) – 75,7%. Максимальное достигнутое значение КИУМ 83,5%.
Период эксплуатации БН-600 можно условно разделить на два отрезка времени: с апреля 1980 г. по сентябрь 1981 г. – период освоения БН-600, характеризуемый поэтапным повышением мощности от 30% до 80%; с октября 1981 г. по настоящее время – работа в режиме промышленной выработки электроэнергии.
Интенсивность использования установленной мощности БН-600:
1 – плановые инспекции и перегрузки топлива; 2 – отказы оборудования и ошибки персонала;
3 – прочие причины (теплоснабжение, диспетчерские ограничения, снижение вакуума и др.);
4 – освоение блока; 5 – выработка электроэнергии
На втором отрезке работы БН-600 было достигнуто значение КИУМ - 73,9%. Достигнутое значение годового КИУМ (77÷80)% является максимальным при существующей продолжительности плановых остановок энергоблока. В настоящее время продолжительность плановых инспекций оборудования определяется в основном нормативным временем капитального ремонта турбоагрегатов (50 суток) и необходимостью проведения перегрузок топлива в реакторе дважды в год. Основные эксплуатационные показатели БН-600, достигнутые за 30-летний период и в 2009 г., приведены в таблице.
Основные эксплуатационные показатели БН-600
За прошедшее время эксплуатации реактор БН-600 продемонстрировал высокие показатели по безопасности и надежности работы, подтвердив тем самым основные концепции безопасности проекта и перспективность развития технологии быстрых реакторов.
Срабатывание аварийной защиты (АЗ) происходило в основном в начальный период эксплуатации энергоблока. За последние 9 лет (2001-09 гг.) эксплуатации энергоблока не было ни одного случая аварийного останова реактора. Среднее количество аварийных остановов реактора БН-600 за 7000 часов его работы, оцененное за период 1990-2009 гг., составляет 0,2 (по АЭС стран мира ~0,6).
Рис. 4 Количество срабатываний АЗ
После освоения персоналом реакторной технологии и отладки работы основного оборудования внеплановые потери КИУМ происходят в основном из-за отказов технологического оборудования 3 контура и электроснабжения. На рис. приведено распределение во времени отказов оборудования и ошибок персонала, имевших место в 1982-2009 гг. Следует отметить, что ни одна из имевших место неисправностей оборудования или ошибок персонала не привели к негативному воздействию на население, персонал и окружающую среду. По международной шкале ядерных событий INES, все события относятся к уровню 0 и вне шкалы, за исключением одного события 1-го уровня, т.е. являются несущественными.
Рис. 5 Распределение нарушений нормальной эксплуатации БН-600 из-за отказов оборудования и ошибок персонала
Несмотря на то, что БН-600 проектировался в 1963-73 гг., показатели экологичности энергоблока находятся на уровне современных типов реакторов. Выход долгоживущих газоаэрозольных радионуклидов в окружающую среду отсутствует. Выход инертных радиоактивных газов в настоящее время пренебрежимо мал и составляет 1% от допустимой величины по санитарным нормам. Количество твердых и жидких радиоактивных отходов не превышает 50 м³ в год. Дозовые нагрузки на персонал ниже средних значений по атомной энергетике в целом.
За 30-летний период эксплуатации БН-600 были получены следующие существенные достижения:
- Проведены длительные ресурсные испытания крупногабаритного оборудования, работающего в натрии;
- Освоена натриевая технология;
- Отработаны и оптимизированы режимы эксплуатации энергоблока;
- Освоена технология замены и ремонта натриевого оборудования, включая насосы и парогенераторы;
- Получен уникальный опыт по течам натрия, который показал эффективность защитных систем по локализации последствий течей;
- Улучшено максимальное выгорание топлива более чем в 1,5 раза с 7% до 11,4% т.а., ресурс ТВС – более чем 2,5 раза по сравнению с 1980 г.
- Наработан опыт переработки изотопов высоких концентраций;
Основные технико-экономические показатели БН-600 достигли значений:
- коэффициент полезного действия (КПД) энергоблока брутто - около 42%, КПД нетто - 39%;
- время использования установленной мощности около 7000 часов в год.
БН-600 относится к энергоблокам АЭС второго поколения, назначенный проектом 30-летний срок его эксплуатации истек в апреле 2010 г. После получения положительного прогноза остаточного ресурса основных элементов энергоблока и результатов оценки экономической целесообразности было принято решение о продлении срока эксплуатации БН-600. Этому решению в немалой степени способствовали:
- высокая степень безопасности и экологической чистоты энергоблока;
- планомерное выполнение мероприятий по повышению уровня безопасности;
- надежная и экономичная работа энергоблока за предшествующий период эксплуатации.
Работы по комплексному обследованию энергоблока, оценке его безопасности и работоспособности незаменяемых узлов и конструкций реактора, выполненные в 2003-05 гг., показали возможность и экономическую целесообразность продления срока эксплуатации БН-600 еще на 15 лет.
Начиная с 2005 г., на энергоблоке ведутся работы по модернизации и замене оборудования. Работы проводятся в двух направлениях: повышение безопасности и устранение отступлений от нормативных документов и замена оборудования, выработавшего свой ресурс. В рамках первого направления предусмотрено:
- сооружение резервного пульта управления;
- создание второго комплекта аппаратуры аварийной защиты;
- оснащение дополнительной системой аварийного расхолаживания с теплообменниками «натрий-воздух»;
- повышение сейсмостойкости зданий, сооружений и оборудования;
- повышение надежности системы аварийного электроснабжения;
- модернизация системы радиационного контроля.
По второму направлению выполняется замена следующего оборудования:
- парогенераторов (72 модуля);
- рабочих колес главных циркуляционных насосов первого контура;
- питательных насосов;
- лопаток, рабочих колес и диафрагм последних ступеней цилиндров низкого давления турбин;
- системы возбуждения турбогенераторов и др. (всего по 19 системам).
Уникальность выполняемых в рамках продления срока эксплуатации БН-600 работ состоит в том, что они проводятся во время плановых остановок энергоблока, т.е. эксплуатация БН-600 продолжается в штатном режиме. После выполнения основных работ была получена лицензия на эксплуатацию БН-600 до 2020 г. Успешная работа энергоблока БН-600 послужила обоснованию сооружения новых энергоблоков с реакторами на быстрых нейтронах (БН-800, БН-К).
Михаил Баканов, Олег Потапов (Белоярская АЭС)
Фото с сайта http://ruatom.ru