Предыдущие статьи в дискуссионном цикле под условным названием "Какие реакторы нужны России?":
Для того чтобы определиться, с чем мы имеем дело в нашем бытие, наука разработала стройную систему доказательств. Конечно, далеко не на все вопросы современная наука может дать ответ (а есть вопросы, которые в принципе ей не могут быть объяснены, что является даже замечательной данностью), но и на этот счёт она рекомендует методики и подходы к решению.
Немаловажную пользу научный подход даёт при анализе технического развития, выборе той или иной технологии (или комплекса технологий), определяющей стратегическое развитие страны, даёт возможности сравнения технологий, их создания в тот или иной временной промежуток, актуальности их развития.
Практика решений в инновационной деятельности показывает, что при отсутствии близкоуровневой оценки вариантов (в т. ч. по причине отсутствия самих вариантов) в подавляющем большинстве случаев принимается нелучшее решение - из-за отсутствия разнообразия при выборе и отсутствия возможности оценить варианты на едином (хотя бы близком) уровне, ввиду наличия существенного влияния "погрешностей" очень разнообразного характера.
Хочется упомянуть и про оценку аварии на TMI и на ЧАЭС, но несколько с другой позиции. Хочется задать вопрос: "Сколько ещё подобных аварий "выдержат" люди как представители определённой цивилизации?". Он дискуссионный, и ответ не так прост, как может показаться на первый взгляд. И, безусловно, я не буду неуважительно отзываться о РБМК и его создателях, о создателях Первой в мире АЭС, первой АПЛ. Тема сравнения современной РУ с ВВЭР и проекта МКР без политических лозунгов тоже актуальна.
Давайте определимся с уровнями оценки.
О БН-технологии можно сказать, что она отработана на удовлетворительном на текущий период уровне и имеет удовлетворительные показатели безопасности, проведены работы по её оптимизации (как по оборудованию, в существенно меньшей части по строительству). Проблема замыкания топливного цикла не решена и её предполагаемое решение откладывается до строительства БН-1800 к 2020 г. (хотя что помешало это реализовать на БН-600?).
Имеются принципиальные недостатки Na-теплоносителя, которые сложно технически и дорого экономически решаются - но всё-таки решаются, и пример тому БН-реакторы. Уточнённые экономические характеристики этой технологии в настоящее время оценить довольно сложно, однако возможность имеется (по созданным ранее БН-350, БН-600 эти оценки можно скорректировать на сегодня и привести текущие и предполагаемым по БН-800 и БН-1800).
Предварительные данные показывают, что по капитальным затратам, так и в себестоимости кВт×ч этой технологии имеется достойная конкурирующая - ТМЖТ-технология (более эффективная и безопасная, хотя эта оценка имеет меньшую достоверность, поскольку стационарных РУ на ТМЖТ не строили).
Имеет ли реактор на свинце новые качества по сравнению с отработанной Na-технологией… Вопрос поставлен некорректно. Можно объяснять, что температура кипения свинца недостижима при авариях, свинец не горит на воздухе и при попадании воды в него, при разгерметизации корпуса последствия не катастрофичны (что не готов сказать про БН, пусть у него и есть страховочный корпус).
Можно говорить, что, рассмотрев прямой контакт теплоносителя 1-го контура с атмосферой для РУ БН и РУ БРЕСТ, радиационные последствия и количество ядовитых веществ, поступивших в атмосферу, будут несопоставимо меньше именно у РУ БРЕСТ. Но аргумент "у вас на бумаге, а у нас в железе" иногда выглядит действительно непропорционально и неразумно значимо. Или: "У нас вероятность такого события низка". Но всё же если следовать духу требований по безопасности, то желательно иметь и что-нибудь более вероятностного "исключения" события, что, кстати, активно используется в проекте АЭС-92 (ВВЭР-1000), чем он предпочтительнее проекта АЭС-91/99 (ВВЭР-1000), который построен в Китае.
Конечно, у свинца есть и отрицательные качества: коррозионная активность (требуется продолжать НИОКР по обоснованию стойкости материалов, соблюдение режима теплоносителя), токсичность, активируемость, высокая температура плавления и худшие теплофизические свойства по отношению к Na. Значимыми являются коррозионная активность и в существенно меньшей мере активируемость. Эти же значимые отрицательные качества имеются у Na, но коррозию в Na научились поддерживать на проектном уровне (именно научились, научно подойдя к этому вопросу!). Уже сейчас ясно, что с этими вопросами на ТЖМТ можно эффективно справиться, имеются экспериментальные данные, что позволит действительно получить РУ нового качества по безопасности и экономичности. И, конечно, требуется доработать проект БРЕСТ-ОД-300 и линию БРЕСТ.
Остановимся поподробнее на коррозионной стойкости конструкционных материалов в свинце.
Основная цель технологии ТМЖТ-теплоносителя - обеспечить коррозионную стойкость сталей в свинце, которая зависит от защитных свойств оксидных плёнок на сталях. Упомяну, что речь идёт об медленных химических процессах - это недели, месяцы. Na-технология отличается: сталь без них, низкая скорость коррозии обеспечивается минимизацией концентрации в первую очередь кислорода, повышенная концентрация которого вызывает резкое увеличение скорости коррозии.
Для решения этого имеются холодные и горячие ловушки, которые активным образом позволяют снизить в том числе и концентрацию кислорода до проектных значений. В воде требуется обеспечить целостность коррозионных плёнок, но механизм коррозии более сложен за счёт добавления механизма электрохимической коррозии, но способы поддержания проектной скорости коррозии давно отработаны, хотя и они далеко непросты.
Основной способ технологии ТМЖТ-теплоносителя - поддержать концентрацию (термодинамическую активность) кислорода в определённом диапазоне во всём объёме свинца 1-го контура, находящегося в неизотермических условиях, при которой обеспечивается поддержание защитных свойств оксидных плёнок на сталях.
При приближении к нижней границе проектного диапазона массообменные аппараты с PbO2 обеспечивают наличие кислорода в контуре активным образом - через оксид свинца в них начинает циркулировать теплоноситель 1-го контура - что присутствует в проекте БРЕСТ. Разрабатываются режимы работы с теплоносителем, приведены обоснования. При приближении к верхней границе диапазона, которое опасно ухудшением теплообмена в контуре образующимися шлаками (оксид свинца) - как и в любом реакторе при опасности нарушения режима теплоносителя: останов и очистка теплоносителя. При должном контроле и отработанной технологии такие события маловероятны. В проекте БРЕСТ для этого предусмотрена система, восстанавливающая оксид свинца введением в него водородно-водяной с аргоном газовой смеси. Разумеется, концентрацию кислорода в контуре надо измерять, для этого разработаны уже хорошо зарекомендовавшие себя (но пока лабораторные) датчики активности кислорода.
Конечно, эти обоснования далеко не так полны, как для Na-теплоносителя, но это и объяснимо: НИОКР по Pb продолжается, технология обосновывается. С аналогичными проблемами сталкивались при разработке реакторов с Na-теплоносителем и ВВЭРов. В любом из этих типов реакторов существуют режимы теплоносителя, при несоблюдении которых возможны опасные последствия.
О ТМЖТ-технологии мы можем сказать, что опыт её использования невелик, на сегодняшний день имеются убедительные экспериментальные свидетельства стойкости имеющихся конструкционных материалов в свинце, ведущийся НИОКР демонстрирует возможность создания и поддержания необходимого режима теплоносителя, обеспечивающего проектную скорость коррозии элементов реакторной конструкции.
БРЕСТ имеет КВ порядка 1. Используется более плотное (U,Pu)N топливо (что также считается перспективным и для БН-реакторов, см. годовые отчёты ОКБМ). Быстрый реактор с КВ=1, на мой взгляд, имеет преимущества при прогнозе умеренного роста потребления ядерного топлива. Насколько достоверен прогноз такого роста на 50 лет? К сожалению, надёжных методик определения достоверности такого прогноза пока не существует. Этот прогноз подтверждался последние 30 лет, и он вынужденно будет реализовываться. С другой стороны, нет принципиальных сложностей создать реакторы-бридеры на Pb (и использовать для этих целей БРЕСТ) или Pb-Bi теплоносителе, для этого надо предъявить обоснованные требования.
(U,Pu)N-топливо имеет существенно лучшие теплофизические характеристики, чем смешанное оксидное.
Технология БРЕСТа по ЗТЦ позволит ответить на массу важных вопросов, и это будет действительным прорывом в технологии рециклирования топлива и уменьшения отходов от ОЯТ. Реализация пристанционного ЗТЦ позволит также программно подготовить высококвалифицированные кадры широкого спектра, даст возможность научным кадрам развиться в новой перспективной технологии.
Что позволяет ТМЖТ-технология упростить по отношению к БН:
Актуально рассматривать и последствия атаки на АС тактическими ракетными комплексами в качестве гипотетического воздействия с реактором БН и с реактором на ТМЖТ-теплоносителе (что с учётом значений, которыми оперируют в вероятностном анализе безопасности может быть полезно).
Наличие ПГ с водой под давлением ставят часто как недостаток. Но этот недостаток действительно возможно устранить, и это делается (могу даже ответить как, здесь не буду подробнее на этом останавливаться).
Давайте рассмотрим максимально подробные данные для БН-600, БН-800, БН-1800 по капзатратам, себестоимости кВт×ч, со стоимостью первой загрузки (первоначальной, на MOX-топливе, на (U,Pu)N), утилизации, хранении и переработки ОЯТ (в т. ч. в режиме рециклирования топлива).
Очень желательно, чтобы с этими данными ознакомились оппоненты и пришли к взаимному согласию (как это было сделано с БРЕСТ-ОД-300, пусть это и неполное, предварительное согласие). Я понимаю, что данные по экономике для БРЕСТ-ОД-300 и БН-800 неточны по своим абсолютным значениям, но по этим данным можно сравнить проекты (и полноту экономического расчёта), это хоть какое то разумное приближение для оценки.
Для БРЕСТ-ОД-300 эти данные составляют:
Энергокомплекс (именно БРЕСТ-ОД-300, включая пристанционный ЗТЦ) экономически неэффективен и рассматривается разработчиками как экспериментальный (что довольно разумно и не скрывается, коммерческий "серийный" образец - вот что может дать существенно лучшие экономические показатели по отношению к серийному БН). Сколько принципиальных ответов реализация проекта может дать для всех типов реакторов! Это реальная актуальная работа, к которой отнесутся с огромным интересом специалисты и потенциальные кадры, создаст задел, позволит сделать технические открытия, создаст научную школу.
Для БН-800 (в первую очередь, поскольку его уже "строят") желательно оценить уровень рисков вложения средств. Однако я понимаю, что не существует пока надёжных методик по оценке эффективности инновационных проектов.
А теперь предлагаю вернуться к необходимости одноуровневой оценки проекта и её актуальности. На мой взгляд, предлагаю также каждому самостоятельно сделать выводы, актуальность одноуровневой оценки БН и БРЕСТ давно назрела (если научно подходить к вопросу, системно и эффективно его решать для пользы страны, а не пользы только отдельным корпорациям). Надо актуально определиться на чём основывать АЭ.
Требуется ли для этого "бросать … основные средства"? Определимся, что значит "основные"… Приведу данные Митенкова Ф. М., на БН-технологию было потрачено 12 млрд. долл. США. И не факт, что аналогия будет такая же для ТЖМТ даже на начальном этапе (это требует углублённого анализа, оценки как раз говорят об существенно меньших затратах). Это не означает, что БН-технологию не надо улучшать и актуально (с постройкой БН-800) над ней работать, иначе мы "омертвим" знания (с остановкой БН-600), утратим лидирующее положение (которое уже под вопросом), не сможем развить крупномасштабную АЭ на реакторах типа БН, если они действительно окажутся лучшими.
Почему Китай и Индия стали строить быстрые реакторы именно на Na? На мой взгляд, именно по причине необходимости владеть технологией быстрых реакторов (это требует длительного времени, чтобы не оказаться к концу века в возможном топливном дефиците). Это не означает, что они безоговорочно предпочли Na в качестве теплоносителя, этот теплоноситель пока отработан и отчасти навязан "внешними условиями". Эти технологии для них новы, а начинать надо с освоенного.
Франция, Япония, Германия же не имеют того задела, что в России, в остальном те же рассуждения, что и о Китае и Индии. Россия же может позволить себе и по имеющемуся научному потенциалу и заделу, и по таланту людей, и по наличию существующего уровня промышленности, и по наличию средств быть лидирующей в освоении ТМЖТ-технологии, дав этим актуальный ответ на чём же основываться крупномасштабной АЭ (не так много времени для этого осталось, если сильно не интенсифицировать процесс сейчас времени для манёвра не останется, это будет стратегический провал, хотя может и повезёт, но это уже не научный подход, у него есть другое красочное название…).
Следует учитывать и то, что "хозяин" инновации получает основные прибыли, а законно копирующий эту инновацию - увеличивает издержки в разы при её использовании. Могу привести пример с микросхемами: линии по строительству морально устаревших микросхем и процессоров (10-15-летней давности, для них это огромный срок) находят свой спрос, этим схемам до сих пор есть применение, и они выгодны (пример типичного рутинного производства), но прибыли малы, развития нет, патентные и лицензионные отчисления "хозяину" значимы.
В каких условиях находится АЭ в России?
Результатом инновации является получение эффекта (дополнительной стоимости по отношению от эффекта от рутинного производства) от внедрения научно-технических достижений. Насколько инновационным является проект АЭС-92 и АЭС-91/99 (ВВЭР-1000). По глубине вносимых изменений их инновационность на уровне улучшающих и модификационных, причина их появления - реактивная (ответ конкурентам, но на сколько силён этот "ответ" - предлагаю сделать выводы самостоятельно). Прибыль от такой инновации несопоставимо меньше, чем от стратегической.
Могут быть ВВЭРы и PWRы стратегической инновацией на фоне ограниченного количества топлива для них (даже при переходе на модульное строительство, на которое ещё предстоит перейти, в т. ч. и в проектах быстрых реакторов, и прочими улучшающими и модификационными инновациями? По текущим прогнозам невозобновляемый вывод мощностей от тепловых реакторов на 235U начнётся в 2035-2045 гг.
Я не вижу тут места широкомасштабному НИОКР, развитию, решению проблемы ОЯТ. Это позволяет сказать, что морально тепловые реакторы на 235U устарели, прогноз их инновационности ограничен и невысок. Надо ли их делать и улучшать - конечно. Требует ли это новых кадров - да, требование к их уровню - соответствующее уровню проектов, уровень научной подготовки - соответствующий концу прошлого века (в основном). Требования к энергомашиностроительной базе - соответствует количеству и уровню проектов. Хватает ли даже её? Нет.
Вопрос: какова доля затрат стратегически инновационных проектов по отношению к в лучшем случае адаптивно инновационным? Достаточна ли она? А средства в государстве есть.
Теперь обсудим вопрос относительно выбора стратегически инновационных технологий.
Следует ли развивать ПАТЭС?
Единственный весомый аргумент, что эта технология потребуется в будущем и её надо развивать уже сейчас, поскольку только так убыточность инновационной технологии на начальном этапе окупается большими прибылями в будущем. И это, на мой взгляд, главный аргумент, что строить ОДНУ ПАТЭС надо… Хотя имеется негативный опыт США в этом.
На мой взгляд, строительство ПАТЭС в Северодвинске не обосновано с экономической точки зрения, по крайней мере, на ближайшие 50 лет. Общественность опять умышленно вводят в заблуждение.
Выясняется, что капзатраты 5000 $/кВт скорее всего занижены на 40% для одной ПАТЭС (как "несерийной"). И нет уверенности, что и эта цифра не увеличится ещё на 30-40% (исходя из опыта предполагаемых и реальных затрат на строительство ТЭЦ) и более. Сравнение для аналога (стационарного и плавучего) на сжиженном природном газе (СПГ) не проведены в той степени, когда можно делать выводы о предпочтительности технологии в определённый временной период (как минимум до 2050 г.).
Не учтено, что танкеры для СПГ подешевели более чем на 40%, и имеется тенденция уменьшения стоимости СПГ, определяющаяся транспортировкой, дегазацией СПГ и хранением, т. е. полной технологией до потребителя. Непонятно как учитывали в стоимости утилизацию, стоимость топлива 40%-го обогащения (или уменьшенного до 20%, есть утверждённый проект или нет?), включали ли в стоимость обязательные периодические доковые ремонты плавсредства, учитывали издержки на армейскую охрану (особенно при экспорте за рубеж энергии с ПАТЭС).
И зачем надо умышленно вводить в заблуждение людей, рассказывая про фьючерсные контракты госпредприятия с госпредприятием? Ведь в любом случае в такой ситуации ущерб оплачивает налогоплательщик.
Имеется ли энергомашиностроительная база для реализации БРЕСТа - в основном имеется для одного блока БРЕСТ-ОД-300, требуется ли её улучшать количественно и качественно - да, с учётом строительства и базы под ВВЭРы, учитывая обоснованные потребности БН-технологии. Требуется ли на подобных проектах воспитывать кадры? Стратегические инновации этого требуют.
Высказать свои комментарии к статьи можно в отдельной ветке нашего форума.
ИСТОЧНИК: "Йоган", специально для AtomInfo.Ru
ДАТА: 01.06.2007
Темы: АЭС, Россия, БН, БРЕСТ, Дискуссия об инновациях