Китай представил проект реактора для районного теплоснабжения

В начале ноября 2018 года были опубликованы материалы одного из секционных заседаний проходившей в конце сентября 62-й сессии Генеральной конференции МАГАТЭ, где китайская делегация провела презентацию проекта реактора DHR, разработанного для нужд районного теплоснабжения.

Теплоснабжение в Китае во многом зависит от угля. По данным за 2016 год, угольные станции различных типов обеспечивали свыше 80% потребностей страны в теплоснабжении населённых пунктов.

Подобную пропорцию для китайских условий нельзя назвать нормальной, потому что работа угольных станций сопровождается выбросами парниковых газов и вредно влияет на экологию китайских городов.

В корпорации CNNC предлагают в качестве альтернативы проект реактора DHR - бассейновый легководный аппарат, пригодный для размещения вблизи населённых пунктов.

Аббревиатура DHR расшифровывается следующим образом - Deep-pool Low-temperature Heating Reactor. Другое название реактора неявно отсылает к известному китайскому проекту "Драконов" - "Yan Long", или "Yanlong".

Прототипом реактора DHR стал исследовательский бассейновый реактор SPR IAE, работающий в китайском институте атомной энергии (CIAE) в Пекине с 1964 года.

Эксперименты с применением SPR IAE для производства низкотемпературного тепла с успехом прошли в 2017 году и получили в Китае хорошую прессу. Но, разумеется, это были всего лишь эксперименты, и на пути от SPR IAE к DHR понадобится провести большую работу по масштабированию и оптимизации.

Мощность SPR IAE составляет несколько мегаватт, а мощность DHR составит несколько сотен мегаватт (наиболее известен проект DHR-400 с мощностью 400 МВт(т)).

Время между перегрузками на SPR IAE составляет порядка одного месяца. На DHR необходимо обеспечить кампанию реактора более года.

SPR IAE полагается на ручное управление операторами. Будущий DHR должен стать в максимальной степени автоматизированным.

Наконец, самое главное - выходные температуры в активной зоне. В исследовательском аппарате она была невысока, порядка 40°C (в рекламных материалах на китайском телевидении показывались температуры около 60°C). В реакторе DHR она должна вплотную приблизиться к 100°C (в проекте DHR-400 вход/выход равен 68/98°C). Активная зона расположена на дне глубокого бассейна, заполненного лёгкой водой. Давление над бассейном атмосферное. 

Для варианта DHR-400 размеры бассейна таковы - диаметр 10 м, глубина 26 м. Для сравнения, высота активной зоны составляет 2,15 м, а её эквивалентный диаметр - 2,02 м. Размещение бассейна полностью подземное, то есть его нижняя точка находится на отметке -26(м). Материал стенок бассейна - преднапряжённый бетон. Внутри они покрыты слоем из нержавеющей стали толщиной 5 мм, снаружи - слоем углеродистой стали толщиной 10 мм. Толщины бетона - 1 м для боковых стенок и 2 м для днища. На верхней крышке предусмотрены позиции для приводов органов СУЗ. Над крышкой располагается сдвигаемая бетонная плита толщиной 2 м. В верхней части бассейна организована газовая подушка толщиной 1 м, соединённая с системой спецвентиляции.

Активная зона реактора DHR собирается из квадратных сборок, в качестве которых предполагается выбрать CF3-S, урезанную версию кассеты CF3. Материал топливных таблеток - диоксид урана, обогащение менее 5% (в равновесном цикле обогащение подпитки составит 3,1%).

Ожидаемая глубина выгорания топлива составит порядка 30 ГВт×сут/т. По длине кампании есть определённые разночтения - докладчик говорил о времени между перегрузками 450 эфф.суток, но из других источников известно о 10 месяцах.

Вода проходит через активную зону снизу вверх. Циркуляция принудительная с помощью четырёх ГЦН. Поток воды организуется с помощью подъёмной корзины (rising barrel), расположенной непосредственно над активной зоной, откуда он поступает в четыре отдельных дополнительных сборника (attenuation barrel), откуда попадает к насосам (по сборнику на насос). Насосы прокачивают горячую воду через промежуточный теплообменник. Отдавшая тепло второму контуру вода остывает до 68°C и возвращается в верхнюю часть бассейна.

Реакторная установка трёхконтурная, контуры физически разделены друг от друга, к потребителю приходит третий контур.

Повышенная безопасность реактора DHR обеспечивается его подземным расположением, а также наличием большого объёма воды (1800 тонн в DHR-400). Дополнительную защиту от внешних воздействий создаёт надземная часть реакторного здания.

Температурные и пустотные коэффициенты реактивности в DHR отрицательные. Отвод остаточного энерговыделения обеспечивается двумя независимыми системами - внутрибассейновой системой на основе естественной циркуляции, способной отвести до 2,4 МВт, и внешней по отношению к бассейну системой с принудительной циркуляцией, отводящей до 4 МВт.

Расчёты показывают, что при тяжёлой аварии время до расплавления активной зоны при отсутствии вмешательства со стороны операторов составляет порядка 26 суток, что с большим запасом перекрывает требования к новым проектам (72 часа).

Один реактор DHR-400 сможет заменить в год до 320 тысяч угля, и это одна из причин, почему его создатели рассчитывают получить добро от правительства КНР на его широкое внедрение.

Но сначала, естественно, необходимо построить демонстрационный блок с DHR. Текущие планы корпорации CNNC таковы. В начале 2019 года она надеется получить лицензию на строительство первого блока с DHR, а само строительство должно быть завершено до конца 2020 года.

Характеристики демонстрационного блока, строго говоря, пока не определены и могут отличаться от характеристик DHR-400. Но уже имеется кандидатная площадка - первый блок будет построен вблизи Сюйдапу (Xudapu) в провинции Ляонин.

Проект DHR - конечно, не новое технологическое решение. Предложения по применению бассейновых реакторов для теплоснабжения выдвигались ранее в разных странах. Можно смело утверждать, что данный проект реализуем в железе.

Две принципиальные проблемы, которые китайским атомщикам предстоит решить - добиться общественной приемлемости реакторов DHR (их придётся строить в непосредственной близости к населённым пунктам или в городской черте для мегаполисов) и обеспечить разумные экономические показатели (потребитель может даже переплачивать за тепло от АЭС, если атомная станция позволит побороть смог, но эта переплата не может быть чрезмерно большой).