8 августа 2013

Большое будущее малых реакторов

Разрабатываемые проекты АСММ в мире

Атомные энергоблоки делают всё с большей и большей мощностью, и это объяснимо. Во-первых, большая мощность даёт выгоду по экономике. Во-вторых, увеличение мощности блока сокращает потребности отрасли в земельных участках, что важно для многих государств.

С другой стороны, после Фукусимы новым императивом стало делать реакторы всё безопаснее и безопаснее. Действующие энергоблоки подлежат модернизации для повышения безопасности.

Южная Корея считает, что у реакторов малой мощности есть хорошие перспективы. Об этом в своём докладе на конференции ICAPP-2013 (апрель, Южная Корея) рассказал вице-президент Корейского исследовательского института по атомной энергии (KAERI) по перспективным реакторам доктор Jaejoo Ha.

Новые концепции реакторов малой мощности обладают большим набором черт внутренне присущей безопасности, чем действующие ЭБ. Так почему бы не дать сегодня шанс малым реакторам, задаётся вопросом докладчик.

По определению, реактор малой мощности - это реактор с мощностью менее 300 МВт(эл.). Реактор средней мощности - реактор с мощностью менее 700 МВт(эл.). Есть ли малых реакторов ниша, которую они могли бы занять?

Докладчик предложил обратиться к общемировой статистике по всем электростанциям (не только по атомным). Всего в мире действует порядка 127 тысяч электростанций. Из них, на большие приходится 0,5%, на средние - 3%, а на малые - 96,5%.Таким образом, для АСММ существует огромный потенциальный рынок. Перспективы станут ещё привлекательнее, если учесть, что 18,5 тысяч станций, работающих на ископаемом топливе, перешагнули рубеж 30 лет эксплуатации, и разговоры об их замене ведутся.

Докладчик перечислил основные, на его взгляд, плюсы малой атомной энергетики.

В разрабатываемых проектах АСММ использованы новые технологии безопасности. АСММ обладают внутренне присущей безопасностью. Реактор малой мощности содержит в себе существенно меньшую активность по сравнению с большими АЭС.

Выбор площадки для размещения АСММ можно производить гибче, чем для больших реакторов. АСММ не требуют больших санитарных зон (максимум, до 300 метров). Их проще защищать по сейсмике, им нужно меньше технической воды для отвода тепла конечному поглотителю.

АСММ легко переориентировать с производства электроэнергии на другие нужды - например, на опреснение воды, районное отопление, производство высокотемпературного тепла.

Стоимость электроэнергии от АСММ вполне конкурентоспособна с другими видами электроэнергии. Докладчик привёл данные по Южной Корее. За киловатт-час от угольной станции здесь платят более 13 центов, от станции на нефтепродуктах - более 25 центов, от газовой станции - более 17 центов, а от предлагаемого к строительству реактора SMART мощностью около 100 МВт(эл.) будут платить 7-10 центов.

Капитальные затраты на строительство АСММ выглядят весьма умеренными на фоне стоимости больших АЭС. Так, за серийный SMART придётся заплатить всего лишь порядка 800 миллионов долларов. У большой атомной энергетики таких расценок давно уже нет.

Время строительства АСММ (2-3 года) хотя и превосходит сроки сооружения неатомных станций, но в разы меньше сроков сооружения больших атомных блоков.

Малые реакторы могут легко воспользоваться существующей энергетической инфраструктурой (стоит напомнить, что абсолютное большинство действующих в мире станций попадает в диапазон менее 300 МВт(эл.) по мощности).

АСММ может обслуживать менее 100 человек. Строительство АСММ может быть легко локализовано. Наконец, добавляя или временно останавливая малые реакторы, можно гибко реагировать на изменения в потребностях в электроэнергию (видимо, имеются в виду колебания не суточные, а как минимум сезонные).

Разработкой малых реакторов занимается большая группа стран, правда, делает это с переменным успехом. Где-то первые проекты готовы к демонстрации, а где-то, как в ЮАР, работы были заморожены.

Реактор SMART

Реактор SMART, разработанный в Южной Корее - это первый лицензированный реактор малой мощности с интегральной компоновкой. Он был лицензирован южнокорейскими регуляторами 4 июля 2012 года.

Реактор SMART

Название реактора расшифровывается как System-integrated Modular Advanced ReacTor. Это корпусной легководный реактор тепловой мощностью 330 МВт.

В режиме выработки электроэнергии станция с таким реактором имеет мощность 90 МВт(эл.), что позволит обеспечить потребности города с населением около 100 тысяч человек.

В режиме работы как опреснительной станции, блок с реактором SMART будет выдавать до 40 тысяч тонн питьевой воды ежесуточно. Ещё одно возможное применение SMART - отопление ближайших районов.

Станция с реактором SMART - электроэнергия и питьевая вода

В проекте SMART сочетаются как проверенные технологии, как и инновационные решения.

К первым относятся, например, использование стандартной квадратной топливной кассеты 17×17 с топливом из диоксида урана, наличие большого сухого контейнмента, конструкция приводов СУЗ, управление реактивностью с использованием стержней и борной кислоты.

Среди инновационных решений докладчик выделил интегральную компоновку - все основные компоненты первого контура находятся внутри корпуса реактора.

АСММ SMART активно использует модульный принцип, что облегчает её строительство. Системы управления станцией полностью цифровые. Наконец, ещё одно важное инновационное свойство - присутствие в проекте пассивной системы отвода остаточного энерговыделения (PRHRS).

Докладчик схематично показал отличие поведения SMART при аварии фукусимского типа. На схеме ниже видно, что после потери питания от дизелей в действие вступает пассивная система PRHRS (зелёная линия). По утверждению докладчика, станция со SMART способна выдержать аварию с полной потерей питания на площадке (включая резервное) в течение 20 суток, что более чем достаточно для взятия ситуации под контроль.

Схема действий SMART при аварии фукусимского типа. Красной чертой показан отказ дизель-генераторов.

Концептуальный проект SMART был разработан в 1997-1998 годах. Технический проект (basic design) был закончен в 2001 году.В 2003-2005 годах разрабатывался проект SMART-P тепловой мощностью 65 МВт - вспомогательный проект, призванный подтвердить основные решения SMART. Он был завершён и в надзорные органы Южной Кореи была подана заявка на получение разрешения на строительство. Хотя в итоге построен он не был, атомщики набрали опыт, необходимый для лицензирования собственно SMART.

В 2006-2008 годах проводилась оптимизация проекта SMART, а в 2009-2012 годах - его лицензирование, завершившееся успехом 4 июля 2012 года. Всего за всё время в программу SMART было вложено 1500 человеко-лет и 300 миллионов долларов.

Бумажный или реальный

В завершение своего выступления, докладчик остановился на доказательстве того, что SMART, хотя ещё и не построен, уже не относится к бумажным реакторам.

Что такое бумажный реактор? По мнению южнокорейского атомщика, его отличает революционный подход к проблемам.

Бумажный реактор выглядит фантазийно и одновременно просто. Его авторы "надеются, что он заработает". Они заранее предполагают, что для внедрения их детища понадобится вносить изменения в действующие правила и нормы. Они верят в то, что им удастся когда-либо доказать жизнеспособность своей технологии, и мечтают о великолепных экономических характеристиках.

На пути от бумажного реактора к реальному придётся сделать многое. Нужно принять во внимание потребности эксплуатации, которой придётся работать с установкой. Необходимо убедиться в том, что реактор пригоден для имеющихся в наличии производства и цепочек поставщиков.

Нужно доработать проект таким образом, чтобы он полностью отвечал отраслевым стандартам. Наконец, провести верификацию и валидацию проекта экспериментальным путём.

Иначе говоря, нужно вложить в проект много лет, большие человеческие ресурсы и финансовые средства, а также строго придерживаться выбранной стратегии развития.

Только после этого бумажный реактор превратится в реальный проект, готовый к внедрению. Его будут отличать эволюционные, а не революционные решения. Он станет некрасивым и сложным, но зато рабочим. Его технологии будут подтверждены и лицензированы, и он будет готов к строительству. А его экономика, пусть не столь привлекательная, будет просчитана, исходя из реалистичных соображений, а не из благих мечтаний проектантов.

Реактор SMART, по мнению специалиста KAERI, прошёл весь этот долгий путь и по праву может считаться реальным проектом.