Что такое малая атомная энергетика, и какое место она занимает в атомной отрасли? Реактор какого типа станет подходящим для плавучих АЭС в Якутии? Есть ли перспективы на будущее у старых добрых бассейновых установок? На эти и другие вопросы корреспондентам электронного издания AtomInfo.Ru ответил Юрий Дмитриевич БАРАНАЕВ, начальник лаборатории малой атомной энергетики ГНЦ РФ-ФЭИ.

Что скрывается за определением?

Прежде всего, давайте договоримся о терминах - что мы понимаем под малой атомной энергетикой? В МАГАТЭ используется градация, согласно которой, реакторами малой мощности называются установки с мощностью менее 300 МВт(э).

Надо сказать, что эта градация используется, в первую очередь, в энергетике, работающей на сеть, а не на автономного потребителя. Некоторые государства, где нет мощных энергосистем, а также не хватает финансовых ресурсов или опыта, вынуждены стартовать с ядерных энергоблоков малой мощности. Но, всё равно, их конечная цель - конкурентоспособное крупномасштабное производство электроэнергии. Использование установок небольшой мощности является лишь начальным этапом движения к этой цели.

В России традиционно малая энергетика, вообще, и малая атомная энергетика, в частности, близка к понятию автономных источников энергии. В этой области не требуются блоки большой мощности, потому что мы имеем дело или с автономным потребителем, или с малой сетью. Для подобных целей 300 МВт(э), строго говоря, - излишняя производительность. Поэтому я бы хотел обозначить, что в нашем разговоре верхняя граница малой атомной энергетики лежит в пределах 50-100 МВт(э).

Уточню, что строгого и документально оформленного определения малой атомной энергетики в России не принято. Есть некий компромисс между специалистами, о котором я уже упомянул - малая энергетика в нашей стране предназначается для энергоснабжения автономных изолированных потребителей в районах с высокой стоимостью органического топлива.

Есть одно исключение, о котором я хотел бы упомянуть - даже в зоне централизованного электроснабжения возможно существование малой атомной энергетики, но в этом случае её роль должна сводиться к решению вопросов теплоснабжения. Источники теплоты для теплоснабжения заведомо локальны, так как транспортировать теплоту на большие расстояния невозможно. Здесь и появляется еще одна ниша и для небольших атомных энергоисточников.

Стоявшие у истоков - ТЭС-3, АРБУС и Билибинская АТЭЦ

Малая атомная энергетика начиналась с военной американской программы в 50-60-ых годах. В США попытались использовать реакторы различных типов для решения задач по обеспечению энергоснабжения оборонных объектов. Мощность этих установок не превышала 40 МВт(э). В рамках именно этой программы была, в частности, сооружена известная плавучая АЭС "MH-A1 Sturgis", которая базировалась в зоне Панамского канала.

В нашей стране также были развернуты работы по созданию объектов малой атомной энергетики. Первым подобным реактором стала установка ТЭС-3. Это транспортабельная АЭС, размещённая на 4-х вездеходах. Её в рекордно короткие сроки построили и пустили в ФЭИ. Это была небольшая станция, производившая всего 1,5 МВт(э), с водо-водяным корпусным реактором. Планировалось, что ТЭС-3 продемонстрируют на второй Женевской конференции для демонстрации мощи нашей державы и достижений отечественной атомной отрасли.

Физический пуск ТЭС-3 состоялся 7 июня 1961 года.
Энергопуск ТЭС-3 произошёл 13 октября 1961 года.
Эксплуатация транспортабельной станции продолжалась до 1965 года.

Примерно в это же время в Димитровграде появилась установка "АРБУС" (Арктическая Реакторная Блочная УСтановка) с ректором на органическом теплоносителе (газойле). Это направление активно развивалось, и даже были планы по строительству промышленной установки, однако проблемы с органическим теплоносителем оказались столь серьёзными, что, в конце концов, усилия по продвижению этой технологии пришлось прекратить.

ТЭС-3 и АРБУС - довольно-таки известные примеры реализованных проектов ядерных установок малой мощности. Но я хотел бы обратить внимание, что единственным в мире действующим промышленным объектом малой атомной энергетики является Билибинская АТЭЦ на Чукотке. Четыре блока этой атомной тепло-электро централи, работая в режиме следования за нагрузкой, могут поставлять в энергосистему до 48 МВт электроэнергии и надежно снабжают теплотой г. Билибино. Станция отработала уже 30 лет, и недавно закончено обоснование продления её эксплуатации на следующие 15 лет. Билибинская АТЭЦ - также детище ФЭИ.

Первая плавучая АЭС могла бы быть и другой

После ТЭС-3 прилагались серьезные усилия, в том числе и в ФЭИ, по использованию водо-водяных корпусных реакторов в малой атомной энергетике. Была разработана целая серия проектов небольших реакторных установок для атомных станций различного назначения - для военных, геологов и других потенциальных потребителей. Интерес к данному направлению имелся, но дальше стадии проектирования дело все же не заходило.

Наиболее продвинутыми оказались проекты атомных станций малой мощности (АСММ) с реакторными установками типа АБВ (Атомная Блочная Водяная). К реактору АБВ ФЭИ имел прямое отношение и являлся научным руководителем разработок. Главной особенность АБВ является интегральная конструкция: в корпусе реактора размещается не только активная зона, но и парогенератор. Это радикально уменьшает разветвленность радиоактивных контуров, а также дает возможность отказаться от циркуляционного насоса и обеспечить работу реактора на полной мощности при естественной циркуляции теплоносителя внутри корпуса реактора. Весьма заманчивые перспективы с точки зрения и экономики, и безопасности.

Работы по АСММ с реакторами АБВ продвинулись в своё время достаточно далеко. В начале 70-х годов под научным руководством ФЭИ был разработан советско-венгерский проект АЭС "Север-2" с двумя реакторами АБВ-1.5. В 1994 году был завершен проект плавучей атомной электростанции (ПАЭС) "Волнолом-3" с двумя реакторами АБВ-6. Главным конструктором реакторной установки было одно из сильнейших конструкторских предприятий отрасли - ОКБМ имени И.И.Африкантова. Технический проект этой станции выполнила судостроительная организация из Санкт-Петербурга "Балтсудопроект".

При всей своей простоте, АБВ - реактор инновационный. Об интегральной компоновке говорится давно, но, тем не менее, в энергетике интегральных водо-водяных реакторов создано не было! Проектные проработки по интегральным реакторам в различных странах, в том числе и в России, практически не прекращались до конца прошлого века и активно ведутся сейчас. Международный консорциум реакторных фирм с участием "Вестингауза" пытается создать свой собственный интегральный проект - это установка средней мощности IRIS. Значительно продвинулись разработки по интегральным реакторам малой мощности в Аргентине (реактор CAREM, мощность 25 МВт(э)) и Республике Корея (реактор SMART, мощность 100 МВт(э)). Последние разработки явно ориентированы на рынок развивающихся стран.

Судьба проекта ПАЭС "Волнолом-3" оказалась не самой завидной. Балтийский завод в Санкт-Петербурге был готов принять заказ на изготовление, но заказчик прекратил финансирование, и строительство ПАЭС пришлось тогда отложить. В конечном итоге, руководство Минатома, понимавшее перспективность для России плавучих АЭС, приняло решение сделать ставку в продвижении этого направления на петлевой моноблочный реактор КЛТ-40, уже использовавшегося достаточно широко в морской транспортной энергетике. Мотивировка была простая - для таких реакторов есть работающие прототипы, имеются производственная база и кооперация предприятий. Целесообразно было опереться на этот могучий задел при создании плавучей атомной станции.

Конечно, переход от реактора-"движителя" к энергетическому реактору всегда требует внесения изменений в конструкцию установки. В результате проведенных доработок реактора КЛТ-40 был создан станционный вариант - КЛТ-40С и разработан проект плавучего энергоблока (ПЭБ) с этим реактором.

Программа КЛТ-40С успешно, хотя и не без сложностей и проблем, продвигается вперёд. На сегодняшний день, она, как вы знаете, доведена до стадии строительства первой плавучей АТЭС в Северодвинске. Пуск строящейся станции намечено осуществить в 2010 году.

Признаться честно, мы не были в восторге оттого, что идея создания плавучей АЭС "Волнолом-3" оказалась отодвинутой: аргументы в пользу этой установки у нас были достаточно весомые. В своё время ФЭИ руководил созданием государственной программы по масштабному внедрению АСММ в удалённых изолированных районах. Непосредственно вел эту работу ныне покойный Юрий Анатольевич Сергеев, заслуженный энергетик России, начавший свой путь в малой атомной энергетике с поста заместителя научного руководителя проекта ТЭС-3.

Он инициировал аналитическую работу по изучению потребностей рынка атомных энергетических установок малой мощности, был организатором и участником ряда экспедиций в удалённые районы Севера и Северо-Востока. Была разработана программа, в которой рассматривалось около 100 точек для возможного размещения малых АЭС. Впоследствии, это количество было сокращено до 30, и в таком виде программа прошла в середине 80-ых годов согласование в Госплане СССР. В ней фигурировало несколько типов АС с различными реакторными установками, в том числе с АБВ.

В результате этих работ выяснилось, что для масштабного внедрения АСММ необходимо продвигать установки небольшой мощности. Для реактора АБВ-6 тепловой мощностью 38 МВт, который обеспечивает производство 6 МВт электроэнергии и 12 Гкал/ч теплоты, количество потенциальных площадок для строительства исчислялось десятками. Строящаяся плавучая атомная станция с двумя реакторами КЛТ-40С даёт до 70 МВт(э.) и до 120 Гкал/час теплоты. Находить места, где потребности локальных потребителей в энергии столь значительны, оказалось не очень просто.

Вот и возникает такая коллизия. Чем меньше мощность, тем дороже обходится производство электроэнергии и теплоты. А с другой стороны, чем меньше мощность, тем больше рынок. И где находится оптимум, определить нелегко.

Большая серийность - положительный фактор для любой технологии, но для плавучих атомных станций необходимо учитывать еще одно обстоятельство. Дело в том, что проектная концепция пока строится на том, что через 12 лет установку, точнее ПЭБ, следует вернуть для заводского технического обслуживания. Доставка на судостроительное предприятие, собственно обслуживание и возвращение установки занимает более года. Возникает резонный вопрос - а что будут делать потребители в течение этих двух лет? В своё время для ПАТЭС с КЛТ-40С была предложена следующая схема - определяются шесть точек, для обслуживания которых нужно последовательно с интервалом в два года построить шесть ПЭБов и последний - седьмой - для подмены первого. Далее процесс уже идет циклически. Но эти шесть точек найти нужно. В России мест, куда можно было бы направить плавучую АЭС мощностью 70 МВт(э), не так много. Приходится задумываться о зарубежных потребителях, а им было бы чрезвычайно желательно сначала убедиться в том, что такая ядерная энергетическая технология освоена и надёжно работает в России.

История создания плавучей АЭС с реакторами АБВ-6 получила обнадёживающее продолжение в 2007 году. Руководитель Росатома Сергей Кириенко и президент Республики Саха (Якутия) Вячеслав Штыров подписали соглашение о сотрудничестве с целью реализации инвестиционных проектов строительства ПАТЭС для энергоснабжения потребителей сразу в нескольких северных улусах (районах). Строить эти станции будут на базе реакторов АБВ-6М, а размещаться они будут, в основном, по берегам рек. Соответствующие распоряжения уже выпущены, работы по АБВ-6 возобновляются, и мы надеемся, что тоже сможем принять в них участие.

Если якутская программа, предусматривающая строительство шести блоков, будет реализована, то, я уверен, спрос на плавучие АЭС немедленно возрастёт. Пока что многие потребители смотрят на ПАТЭС как на экзотику, но как только она превратится в реальность, на неё наверняка найдутся покупатели и в России, и за рубежом.

РУТА - ядерная печка

Хотел бы коснуться ещё одного направления в малой атомной энергетике - использования небольших ядерных энергоисточников для теплоснабжения. Это направление, как я уже говорил, имеет свою нишу даже в районах централизованного электроснабжения.

Какой должна быть ядерная установка, используемая для теплоснабжения? Любой атомный энергоисточник, хотим мы того или не хотим, стоит достаточно дорого. Если мы стремимся конкурировать с ТЭЦ и котельными на органическом топливе, то должны предложить ядерную установку, которая не будет слишком дорогой, но при этом, конечно, останется вполне надёжной и безопасной. Одним из решений является радикальное снижение температуры и давления в реакторе до минимального уровня, позволяющего сохранить только одно потребительское качество - производство теплоты с параметрами, приемлемыми для коммунально-бытового теплоснабжения.

ФЭИ в последние годы активно пропагандирует идею использования для теплоснабжения реакторов РУТА. В основу этих установок положен принципы, на которых работает обычный бассейновый реактор. Аналоги таких реакторов широко используются для исследовательских целей и построены во многих крупных городах.

Главным конструктором РУТА является НИКИЭТ, имеющий большой опыт создания бассейновых исследовательских реакторов. Принимая конструкцию реактора бассейнового типа, мы сознательно исключаем возможность создания избыточного давление в первом контуре и поднятия выходной температуры теплоносителя выше 100°C. В большинстве случаев этого вполне достаточно для отопления. С другой стороны, отсутствие давления - это главный фактор повышения безопасности установки. На Западе употребляется термин, который мне очень нравится и подходит к реактору РУТА: "Transparent safety", или "прозрачная, очевидная всем безопасность". Согласитесь, каждому очевидно, что простая кастрюля выглядит гораздо безопаснее, чем скороварка, в которой создано давление!

В условиях России установки типа РУТА могли бы найти широкое применение. Это подтверждается и результатами исследований потенциального рынка, проведенных с привлечением проектного института СантехНИИпроект Росстроя. Однако, как и всегда, для масштабного внедрения нужен демонстрационный образец. Необходимо показать, что технология работает, что путь от чертежей до "железа" пройдён, и можно переходить к этапу широкого использования. Службы, отвечающие в России за энергетику в жилищно-коммунальном хозяйстве, смотрят на установку РУТА с интересом, но им нужен живой, действующий образец.

Мы предлагаем построить такую демонстрационную установку РУТА в городе Обнинске. К сожалению, эта идея пока не находит необходимой финансовой поддержки. Может быть, время ещё не пришло. Технико-экономический доклад по размещению установки РУТА в Обнинске на площадке ФЭИ, разработанный в 2004 году с участием АЭП и НИКИЭТ, показал конкурентоспособность этого проекта при существовавших тогда в Обнинске тарифах на гигакалории. С тех пор тарифы выросли более, чем в два раза, сделав окупаемость РУТА еще более быстрой. А если иметь в виду, что цены на газ продолжат расти, то становится ясным - с экономической точки зрения, РУТА выглядит весьма привлекательно. Несмотря на это, первую демонстрационную установку только на коммерческих условиях, конечно, не сделать, и здесь очень помогло бы государственное финансирование.

Реактор РУТА может использоваться не только внутри страны, но и поставляться за рубеж. Он для этого подходит по всем показателям, включая низкое обогащение топлива. Хотя глубокое изучение экспортного потенциала для РУТА не проводилось, представляется, что иностранные покупатели для нее тоже найдутся. В частности, можно эффективно использовать эту установку для дистилляционного опреснения морской воды в вододефицитных регионах Северной Африки, Южной Америки, Юго-Восточной Азии. Технические проработки по возможности такого применения имеются.

Кстати, идя об использовании бассейновых реакторов для теплоснабжения пришла из Канады - страны, имеющей климат весьма похожий на российский. В середине 70-ых годов, они предложили модификацию проекта SLOWPOKE ("Копуша"), которая использовалась бы для теплоснабжения удалённых регионов, и даже вели переговоры с потенциальными покупателями о поставке таких установок. Но, по разным причинам, сделка не состоялась. Главной из них было отсутствие полномасштабной референтной установки.

Реактор SLOWPOKE - маломощный бассейновый реактор, проект которого был разработан королевской корпорацией AECL в конце 60-ых годов. Отражатель - бериллий, топливо - уран оружейного обогащения.

Существует несколько модификаций SLOWPOKE, а также их зарубежные - включая китайские - клоны, которые используются для различных целей, в том числе, как источники нейтронов. Модель SLOWPOKE-3 мощностью от 2 до 10 МВт(тепловых) предназначалась для теплоснабжения удалённых регионов Канады, однако на рынок она не вышла.

Официальная расшифровка аббревиатуры SLOWPOKE - Safe LOW-POwer Kritical Experiment. Ошибка в слове "critical" допущена авторами названия намеренно.

Собственными разработками бассейновых реакторов теплоснабжения занимаются сейчас в Китае. Так что, как видите, интерес в мире к этому направлению есть. Нам, чтобы не отстать, пора бы уже прекратить пиар и приступить к созданию технического проекта РУТА. Определённую надежду вселяет то обстоятельство, что на прошлогоднем НТС Росатома по региональной и малой энергетике РУТА была названа среди проектов, над которыми целесообразно продолжить работу.

В мире интерес к малой атомной энергетике меняется волнообразно: подъемы сменяются спадом. Но стоит напомнить, что в России своя особая ситуация. У нас колоссальная территория находится в удаленных районах, в зоне децентрализованного энергоснабжения. Если мы хотим эти территории обустраивать, то нам придётся задуматься о том, как обеспечить их теплотой и электричеством. Решать эти вопросы придётся если не сегодня, то завтра, если не завтра, то послезавтра - но, в конце концов, задуматься над этим и решать проблему всё-таки придётся. Малая атомная энергетика наверняка будет при этом востребована.

ИСТОЧНИК: AtomInfo.Ru

ДАТА: 15.04.2008

Темы: Малая энергетика, Плавучие АЭС, ФЭИ, Интервью, Юрий Баранаев