Малые и средние АЭС

Прежде всего – что, собственно говоря, подразумевается под этим термином? Определение дает МАГАТЭ: по ее классификации к малым относятся реакторы, у которых электрическая мощность не превышает 300 МВт. Имеется для них и специальная аббревиатура – АСММ: атомные станции малой мощности. Из всех действующих в мире реакторов малых – всего 25 штук, из которых 18 работают в Индии, 4 – в России, 2 в Китае и 1 – в Пакистане.

Почему так мало? Эволюция атомных реакторов в течение последних десятилетий шла под знаменем борьбы за экономией от масштаба АЭС, потому они и «росли» в мощности. Наши, советско/российские реакторы – наглядный тому пример. ВВЭР-220 сменили ВВЭР-440, им на смену пришли ВВЭР-1000, в Нововоронеже этим летом заработал реактор ВВЭ-1200. Французы вот уже с десяток лет пытаются построить реактор и вовсе в 1 600 МВт – не исключено, что когда-то у них это получится. Однако реакторы большой мощности, не смотря на впечатляющее снижение себестоимости генерируемой ими электроэнергии, предъявляют большие и жесткие требования к энергетической системе, в составе которой они работают. Например, пропускная способность энергосистемы должна уметь принимать такие огромные порции энергии. На время остановки на профилактические и плановые ремонты, на время перезагрузки топлива в сети должны иметься «запасные» энергетические станции – потребитель не должен страдать, он должен вообще не замечать такие остановки. И, само собой, в сети должны иметься потребители, способные принять всю электроэнергию, вырабатываемую на АЭС. Мегаполисы, крупные производства или объекты инфраструктуры, а такая роскошь имеется далеко не в каждом государстве, тем более – в комплекте со всем прочим выше перечисленным.

Соответственно, АСММ имеют целый ряд преимуществ перед АЭС большой мощности. Прежде всего, раз уж мы живем в капитализме, мы обязаны думать о деньгах – об инвестициях и сроках их окупаемости. Меньше мощность – меньше физические размеры – меньше объемы строительства, быстрее срок ввода в эксплуатацию, и, следовательно, инвестиции, объем которых много меньше, чем при строительстве традиционных АЭС, окупятся быстрее. Или, говоря языком экономистов: АСММ снижают финансовые риски. Кроме того, АСММ не предъявляют такие высокие требования к энергосетям: и пропускная мощность столь огромная не нужна, и потребители могут не быть гигантами промышленности. В общем, АСММ – очень неплохой вариант для снабжения электроэнергией малонаселенных и изолированных регионов. Мало того: АСММ вполне способны обеспечивать небольшие населенные пункты еще и теплом, а при комплектации соответствующим оборудованием –  и пресной питьевой водой.

Билибинская АТЭЦ, Фото: seogan.ru

В Советском Союзе и теперь в России имеется классический пример успешно эксплуатируемой АСММ. Это Билибинская АТЭЦ – атомная теплоэнергоцентраль, единственная в мире АЭС, расположенная в зоне вечной мерзлоты. Решение о ее строительстве было принято в 1965 году, в 1974-76 были приняты в эксплуатацию все ее четыре реактора ЭГП-6. Расшифровка аббревиатуры: Энергетический Гетерогенный Петлевой с 6 петлями циркуляции энергоносителя. В качестве замедлителя используется графит, по которому и «петляет» вода. Конструкция получилась надежной, но развития не получила – слишком много конструктивных сложностей для выработки 12 МВт. В начале 90-х на Билибинской АЭС было несколько весьма неприятных инцидентов: 2 утечки жидких радиоактивных веществ (3-й уровень по шкале INES), в 95-м было аварийное отключение АЭС из-за потери электроэнергии для собственных нужд (1-й уровень), в 98-м при перегрузке топлива на блоке №4 три сотрудника АЭС получили переоблучение. В общем, ЭГП-6  серию уже не пойдут, разработка конструкторского бюро НИКИЭТ (Научно-Исследовательский и Конструкторский Институт Энерготехники) с 2019 по 2021 год планово «уйдет на пенсию»: реакторы остановят и займутся дезактивацией площадки.

Первая плавучая атомная электростанция, Фото: topwar.ru

Сделано это будет именно планово: в 2020 году к причалу Билибино встанет первая в мире действующая плавучая АТЭС (атомная теплоэлектростанция) «Академик Ломоносов». Несамоходное судно водоизмещением 21’500 тонн будет оснащено двумя малыми реакторами КЛТ-40С разработки ОКБМ им. Африкантова («Опытное Конструкторское Бюро Машиностроения). Каждый реактор вырабатывает 35,0 МВт электроэнергии и 150 МВт (73 Гкал/час) тепловой мощности, при этом уже имеется готовый проект оснащения ПАТЭС еще и установкой по опреснению морской воды мощностью до 100 кубометров в сутки. Еще одна особенность КЛТ-40С – то, что он способен работать на одной загрузке топлива 3 года  без перерыва, для АЭС это достаточно длительный  топливный цикл. Он мог бы быть и еще больше, но МАГАТЭ ставит рамки для степени обогащения урана – для гражданских объектов он не может превышать 20% (в КЛТ-40С степень обогащения составляет 18,5%).

На сегодняшний день КЛТ-40С и есть единственный реактор малой мощности для энергетических нужд, выпускаемый в России. При этом реактор КЛТ-40С стопроцентно надежен – ведь для ОКБМ он стал продолжением линейки реакторов, разрабатываемых этим КБ уже несколько десятилетий для атомных ледоколов и подводных лодок. Отсюда и очевидные конкурентные преимущества, которые можно получить при запуске ПАТЭС «на поток». Это серийное производство, испытания, ремонты и утилизация на специализированных предприятиях, исключение радиационно-опасных операций на береговой площадке, возможность подключения оборудования по опреснению воды. Размещение реакторов на плавсредстве обеспечивает возможность быстрой передислокации после того, как необходимость в использовании реакторов в данном месте отпадает, на 100% обеспечивая принцип «зеленой лужайки» после окончания эксплуатации.

В общем, положительных моментов у этого проекта немало, есть только одно «но»: они не имеют никакого отношения к Калининградской области. Тут нет удаленных от сетей объектов, в припортовых зонах не сосредоточены гигантские потребители энергии, здесь достаточно рек и озер, чтобы не было проблем с пресной водой. Единственный вариант, при котором калининградцам может потребоваться ПАТЭС – размещение совершенно новых воинских частей и формирований за сжатые сроки, а также таких видов войск, которым действительно нужно много электроэнергии. Части радиоэлектронной борьбы, радиолокационные станции – вот такое оборудование при определенных обстоятельствах действительно может оказаться необходимым именно там. Вот только можно ли это будет назвать «энергообеспечением Калининградской области»?..

Продолжим отгадывать загадку – о чем же именно говорил Владимир Путин, называя «малые ядерные реакторы вариантом решения проблемы Калининградской области». Если заглянуть в коридоры Опытно-Конструкторского Бюро «Гидропресс» в городе Подольске, мы всенепременно встретимся с проектировщиками еще двух малых реакторов – СВБР-10 и СВБР-100. «СВ» – свинцово-висмутовый, «БР» – быстрый реактор, а цифры – генерируемая электрическая энергия.

СВБР-10 менее разработан, да и предназначается он для Заполярья, для обеспечения энергией и теплом тем, кому там предстоит работать – нефтяникам и газовикам, нашим военным. Калининграда этот проект точно не касается, потому посмотрим подробнее на проект СВБР-100. Если говорить официальным языком, то вот:

«Проект СВБР-100 входит в число проектов Комиссии по модернизации и технологическому развитию экономики России при Президенте РФ в рамках направления «Новая технологическая платформа: замкнутый ядерный топливный цикл и реакторы на быстрых нейтронах» и включен Федеральную целевую программу «Ядерные энерготехнологии нового поколения на период 2010—2015 годов и перспективу до 2020 года».

Звучит красиво, но с финансированием проекта дела идут тяжело, потому Росатом и создал совместное государственно-частное предприятие ОАО «АКМЭ-Инжиниринг» на паях с крупнейшей в России частной энергетической компанией «ЕвроСибЭнерго». Стоит отметить, что в нашем атомном проекте это первая попытка совмещения интересов государства и частной компании – будет интересно понаблюдать, как будут развиваться события.

СВБР-100 – первый гражданский реактор на свинце-висмуте, и от того, как его удастся реализовать, во многом зависит будущее малой атомной энергетики. Реактор на быстрых нейтронах, коэффициент воспроизводства рассчитывается равным единице – следовательно, он уверенно впишется в концепцию замкнутого ядерного топливного цикла. Реакторная установка – модульного типа, то есть все оборудование первого контура (сам реактор, главный циркуляционный насос, парогенераторы и пр.) размещено в едином корпусе, с полным отсутствием трубопроводов и арматуры первого контура.

СВБР-100, Фото: atomic-energy.ru

Этот «рабочий» корпус помещается, как матрешка, в страховочный корпус, увеличивая степень защищенности реактора. Кроме 100 МВт электрической мощности, СВБР-100 будет вырабатывать и тепло – от 265 до 280 МВт.

Идея проста – модульные корпуса изготавливаются целиком на предприятиях Росатома, скромные габариты страховочного корпуса (4,5 х 7, метра) позволяют транспортировать СВБР-100 по железным дорогам к месту, где обустроена площадка АЭС. На месте остается только смонтировать все оборудование в единый комплекс, сокращая время ввода реактора в эксплуатацию и обеспечить поточную организацию строительно-монтажных работ. Электричество, тепло, возможность подключить опреснительное оборудование, длительная – от 7 до 15 лет без перезагрузки топлива, по выводу из эксплуатации – дезактивация не на месте, а непосредственно возле хранилищ ОЯТ и предприятий по его переработке. 7 лет без перезагрузки – это классическое топливо из оксида урана со степенью обогащения по урану-235 16,5%, 15 лет без перезагрузки – в случае, если под СВБР удастся создать отдельное МОКС-топливо. На сегодня по СВБР-100 выполнено не менее 60% НИОКР (научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ), но, как жалуются разработчики, пока высоковата цена – 36 миллиардов рублей в ценах 2014 года.

Однако варианты удешевления без потери качества и безопасности уже нащупаны, цена может упасть до 24-25 миллиардов рублей. В феврале 2015 года АКМЭ-Инжиниринг получило лицензию Ростезнадзора на размещение в Димитровграде Ульяновской области опытного экземпляра СВБР-100, что стало возможным после окончания разработки всего пакета технической документации, выполненной группой компаний «Комплект-Энерго». Собственно говоря, как только будет решен вопрос с ценой, проект СВБР-100 можно начинать «воплощать в железе». Сейчас в окончательной стадии проработки и вопрос обеспечения физической безопасности реактора – это одновременно и технический вопрос, и вопрос себестоимости. До делящихся материалов никакие террористы добраться не должны ни при каких обстоятельствах, но охрана СВБР-100 по методике, имеющейся для больших АЭС – это действительно дорого. Потому и предполагается на полную мощность использовать очевидные преимущества такого теплоносителя, как сплав висмута и свинца: планируется завести систему безопасности на геостационарный спутник, с которого, в случае опасности, будет подаваться сигнал, отключающий нагрев теплоносителя. В результате предполагаемые злоумышленники получат в свое распоряжение твердый слиток свинца-висмута весом около 1000 тонн, в недрах которого им и будет необходимо найти и добыть ядерное топливо. Согласитесь – вариант простой и весьма остроумный.

Если Владимир Владимирович говорил именно об этом проекте, то, при удачном стечении обстоятельств, СВБР-100 вполне может поучаствовать в энергообеспечении Калининградской области. Напомним, что политическое решение ЕС об отключении энергосистем Литвы, Латвии и Эстонии от энергосистемы БРЭЛЛ «назначено» на 2025 год – следовательно, если в Димитровграде дела пойдут успешно, запас времени имеется. Конечно, все технические подробности в открытых источниках пока не появлялись, но стоит обратить внимание и на то, что под АЭС на основе СВБР-100 теоретически можно воспользоваться временно приостановленной строительной площадки Балтийской АЭС. Помимо всего прочего, конструкция СВБР-100 такова, что позволяет «стыковать» моноблоки друг с другом, получая электрическую генерацию мощностью, кратной 100 МВт – 200, 300,  или 400.

Успешная реализация проекта СВБР-100 может оказаться очень кстати и в том случае, если Евросоюз очнется от русофобской истерии и пойдет на синхронизацию ЕЭС России и энергосистемы Центральной Европы. В случае, если удастся договориться о поставках в страны Европы не энергетических ресурсов в том или ином их виде, а непосредственно электроэнергии, СВБР-100 были бы более гибким, более быстрым и более дешевым вариантом, чем строительство «большой» АЭС на основе ВВЭР-1200. Стоит отметить, что срок сооружения СВБР-100, на который намерены выйти наши атомщики – от 18 до 24 месяцев, что значительно меньше, чем строительство ВВЭР-1200, на которое уходит не менее 5 лет.

Корпус реактора ВВЭР-1200, Фото: livejournal.com

Впрочем, давайте не будем скрывать: проект СВБР-100 важен не только для Калининградской области. По оценкам МАГАТЭ, мировая потребность в реакторах мощностью от 100 до 400 МВТ до 2040 года – от 500 до 1000 блоков. Финансовый объем такого рынка заслуживает самого пристального внимания, поскольку составляет от 300 до 600 миллиардов долларов США. Есть за что побороться, не так ли?.. Выйти на такой рынок с референтным энергоблоком, причем энергоблоком IV поколения (к нему относят реакторы на быстрых нейтронах, которые, напомним, в промышленном варианте эксплуатируются только в России) было бы весьма и весьма кстати – ни один из конкурентов ничего подобного пока предложить не в силах.

Но и СВБР-100 – не единственное, что имеется в стадии проектирования у Росатома. «Гидропресс» зимой 2016 года приступил к формированию требований к реактору установке ВВЭР-И – интегральный двухконтурный в диапазоне мощностей 100, 200 и 300 МВт. Идеология модуля – такая же, как и у СВБР-100: в один корпус помещается весь первый контур, реактор, главный циркуляционный насос, парогенератор, все трубопроводы и арматура к ним. Это позволит не только уменьшить размеры здания реакторной установки, но и уменьшить ее металлоемкость, что способно значительно улучшить экономическую привлекательность проекта (при строительстве АЭС в обязательном порядке учитывается такой показатель, как тонны металла на 1 МВт генерируемой мощности), сократить сроки строительства и монтажа оборудования. Ведь полная заводская готовность модуля обеспечивает высокое качество, небольшую продолжительность монтажа и пуско-наладочных работ. Успеет ли «Гидропресс» к 2025 году? Нам остается только наблюдать.

Краткость высказанной Владимиром Владимировичем идеи вынуждает присмотреться и к иным заделам Росатома – теперь и по АЭС уже средней мощности. При этом мы сразу исключим из рассмотрения реактор на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем БРЕСТ-ОД-300 – просто потому, что этот реактор уже строят в Северске, а оттуда до Калининграда весьма далеко.

Все тот же «Гиропресс» взял за основу ВВЭР-1200, чтобы максимально использовать все результаты НИОКР, включая прямое заимствование оборудования и приступил к разработке проекта АЭС ВВЭР-600.  Такой вариант позволит выпускать оборудование еще большими сериями, что только снизит себестоимость. Именно этот подход позволил «Гидропрессу» обойти в конкурентной борьбе проект ВБЭР-600 (Водно-водяной Блочный Энергетический Реактор) от ОКБМ «Африкантов». Если честно, битва конструкторских бюро ждет в качестве писателя мастера батальных сцен!

ВБЭР-300, Фото: atomic-energy.ru

Стоимость основного оборудования – проект ВБЭР дешевле на 5,6 млрд рублей. Затраты на ремонты – поровну. Затраты на строительство – ВБЭР дешевле на 5,5 млрд рублей. Себестоимость отпускаемой электроэнергии у ВБЭР 1,16 рубля на кВт*ч, у ВВЭР – 1,14 рубля. Расход электроэнергии на собственные нужды: 6,75% у ВВЭР против 6,48% у ВБЭР.

Нет, мы можем и продолжать – сравнительных показателей почти 30 штук, разница у ВВЭР и ВБЭР – не больше 1%. Но 30 декабря 2014 Росатом принял решение: на площадке Кольской АЭС-2  строиться будет именно ВВЭР-600. Чашу весов склонил срок проведения НИОКР – «Гидропресс», как автор проекта ВВЭР-1200, с проектированием обязуется уложиться в 18 месяцев, «Африкантову» на полный проект технической документации ВБЭР-600 требуется в 2 раза больше времени. Но при этом сделана существенная оговорка: если на реализацию проекта Кольской АЭС-2 будет отведено больше времени, строить будут ВБЭР. Почему? ОКБМ «Африкантов» – то самое КБ, которое проектировало реакторные установки всех наших ледоколов, а место расположения Кольской АЭС-2 находится за Полярным кругом. В основу проекта ВБЭР и были положены многолетние наработки «Африкантова» с судовыми реакторами, что является дополнительной гарантией технологичности такого оборудования в таких климатических условиях. Но, в любом случае, местом расположения первого российского 600-мегаваттника станет именно Кольский полуостров, а не Калининградская область.

В меньшей стадии готовности у Росатома есть еще ряд проектов, которые ведет НИКИЭТ (Научно-Исследовательский Институт Энерготехники) им. Н.А. Доллежаля. Собственно, только объем статьи не позволяет хотя бы коротко рассказать о замечательных, интересных, перспективных разработках этого КБ. Реакторная установка «Витязь» на 1 МВт электрической мощности, размещаемая в полуприцепе. Реакторная установка «Шельф» мощностью 6,4 МВт, предназначение которой очевидно из названия, хотя ее с успехом можно будет эксплуатировать и на суше. АСММ «Унитерм-30» – 30 МВт тепловой мощности и 6,6 МВт электричества. Реакторная установка «Ника» – 100 МВт электричества и 330 МВт тепла. «Карат-45» и «Карат-100», ВК-50, ВК-100 и ВК-300 – только доллежалевцы в России умеют работать с такой экзотикой, как кипящий атомный реактор. Под все эти проекты НИКИЭТ не хватает сущих пустяков: конкретных заказчиков и финансирования. Собственно, эти же проблемы не дают закончить проектирование реакторных установок АБВ и АБВ-6М разработчикам из ОКБМ Африкантова.

Ядерные энергетические установки для производства электроэнергии, тепла для региональной и местной энергетики, НИКИЭТ им. Н.А. Доллежаля, Фото: nikiet.ru

Что ж, большое спасибо Владимиру Владимировичу, что нам было так нескучно пытаться понять его высказывание! А, если говорить серьезно, то очень хочется надеяться, что его слова на пресс-конференции были надводной частью айсберга – что руководство РФ разрабатывает конкретный план реализации проектов малых и средних АЭС. Даже из краткого обзора очевидно, что а) выбирать есть из чего и б) в большинстве случаев для окончания проектов не хватает конкретных заказчиков и финансирования. Конечно, можно рассчитывать на то, что найдутся некие частные компании, которые, оценив перспективы, займутся инвестированием в столь перспективное направление. Но на примере проекта СВБР-100 мы видим реальность – только после того, как проект получает признание на государственном уровне, перспективы становятся планами.

Есть и еще один немаловажный момент, рассмотрение которого требует отдельной статьи: наше ядерное законодательство, точнее – лицензирование проектов АЭС. Сегодня все нормативы предусмотрены только для выдачи лицензий на «классические» АЭС, этот процесс занимает до 3 лет. Очевидно, что в случае малых и средних АЭС такой большой срок не подходит, но пока никакого отдельного подхода наши законодатели не выработали. Росатом не смог инициировать такую работу в годы руководства корпорацией Сергея Кириенко, и хочется надеяться, что новый генеральный директор корпорации обратит на эту проблему самое пристальное внимание.

Из всех рассмотренных проектов малых и средних АЭС, которые могут быть использованы для обеспечения электроэнергией Калининградской области в период до 2025 года, в наибольшей готовности находится проект СВБР-100. Остается пожелать Росатому и сибирским энергетикам успехов в Димитрове и как можно более быстрого запуска их детища в хорошую, большую серию. Потребность в таком реакторе огромна на мировом рынке, и очень бы хотелось, чтобы Россия продолжила укреплять свои позиции. Если экономика самой России преодолеет все сложности, выпавшие на ее долю в последние годы и начнет развиваться, СВБР-100 может стать замечательным методом освоения Арктики и Якутии, поможет справиться с проблемой питьевой воды, наблюдающейся в Новороссийске. Впрочем, те же слова можно сказать и по поводу проекта ПАТЭС – головной образец находится в завершающей стадии, арктическое побережье России  ждет развития круглогодичного Северного морского пути.

Фото: gosnovosti.com