Этот аппарат чистый, безопасный и конкурентоспособный. В потенциале он может стать ядром "зелёной энергетической революции". Он получил международное признание как лидер среди высокотемпературных реакторов нового поколения. Это модульный реактор с шаровыми твэлами PBMR, говорится в рекламном проспекте, выпущенном южноафриканской компанией Pebble Bed Modular Reactor (Pty) Ltd.
Потребности в PBMR
Большинство угольных станций в ЮАР построено в окрестностях двух угледобывающих районов, которые находятся на значительном удалении от восточного побережья страны. Из-за этого местным энергетикам приходится тянуть протяжённые ЛЭП и выкладывать крупные суммы в виде капитальных затрат.
Расходы на энергетический сектор в Южной Африке со временем будут только увеличиваться. По оценкам аналитиков, в течение ближайших 20 лет ЮАР необходимо построить дополнительные 40 ГВт электростанций для того, чтобы соответствовать растущему уровню потребностей в энергии. Страна стоит перед выбором - строить ли новые угольные станции и вкладывать деньги в ЛЭП, или перейти на атомную энергетику, которая может располагаться рядом с потребителями, а не с источниками топлива?
Не менее важное соображение касается сроков возведения новых станций. Для угольных и традиционных атомных блоков они варьируются в пределах 4-6 лет. Длительность строительства приводит к инерционности при принятии решений. Если развитие экономики ЮАР пойдёт в будущем по менее энергоёмкому пути, то у страны окажется избыток генерирующих мощностей.
Наконец, при упоре на традиционные АЭС южноафриканская энергетическая компания "Eskom" не сможет избавиться от своей давнишней головной боли - необходимости резко увеличивать мощности в пиковые периоды (например, зимой) и, соответственно, снижать их при отсутствии нагрузок.
Три названных фактора побудили в своё время энергетиков ЮАР внимательно присмотреться к малой атомной энергетике. Их особенный интерес привлёк проект PBMR, в котором заложены три принципиально важных фактора:
В программе развития энергетического сектора ЮАР на долю атомной энергетики приводится 20 ГВт(эл.) новых блоков в срок до 2030 года. В компании "Eskom" надеются, что не менее 20% от этой величины будет покрыто за счёт блоков с PBMR. Иными словами, в стране за указанный период появится от 24 до 30 модулей PBMR мощностью по 165 МВт(эл.) каждый.
История и текущий статус PBMR
Южноафриканский проект PBMR основывается на проектах, разработанных в своё время в Германии, где существовала сильная программа развития высокотемпературной атомной энергетики.
В 1967 году в Германии вошёл в строй демонстрационный реактор AVR в Юлихе мощностью 17 МВт(эл.). Опыт его работы позволил создать более мощную установку THTR-300. Высокотемпературная программа была свёрнута в 80-ые годы, во многом, по политическим причинам.
Компания "Eskom" инициировала собственные исследования в области ВТГР в 1993 году. Спустя шесть лет, южноафриканские атомщики приобрели право использовать инженерные знания, накопленные по этому направлению в Германии. Многие компоненты PBMR - в частности, из системы обращения с топливом и АСУ ТП - скопированы из проекта THTR, что позволило сэкономить немалое количество времени и ресурсов.
Проект PBMR учитывает также достижения науки и технологии, сделанные после закрытия германской программы. В особенности, это касается турбинной части. Малые размеры блоков с PBMR и удаление из проекта парового цикла позволили улучшить его безопасность.
Для курирования работ в ЮАР была создана компания "Pebble Bed Modular Reactor (Pty) Ltd". В 1999 году в ней трудилось не более 100 человек. В наши дни, компания входит в число крупнейших мировых разработчиков реакторных технологий.
В головном офисе компании в Сентурионе около Претории занято 700 сотрудников. В проект также вовлечено более 1000 человек из университетов, частных фирм и исследовательских институтов.
Приоритетная задача атомщиков ЮАР - построить демонстрационный блок с PBMR на площадке в Кёберге, где сейчас работает единственная в Африке АЭС. Обеспечивать новый реактор топливом призван сооружающийся завод в Пелиндабе. По текущему графику, начало строительства блока намечено на 2009 год, а его завершение - на 2014 год. Спустя три года после пуска демонстрационного блока начнётся сооружение первого коммерческого блока с PBMR.
Доктор Сид Болл, старший исследователь в Окриджской национальной лаборатории (США):
"Старая добрая Южная Африка надрала нам задницу со своим проектом PBMR. Это должно стать тревожным звонком для Соединённых Штатов".
Площадка в Кёберге
(щёлкните левой клавишей мыши для просмотра фотографии в полный размер)
Применение и конфигурации PBMR
Первоначально проектанты PBMR ориентировались только на производство электроэнергии. Однако со временем к ним пришло понимание того, что технологии ВТГР имеют большой спрос на других промышленных рынках. Реактор PBMR, обеспечивающий температуру рабочего тела на выходе до 900°C, может идеально подходить под потребности самых разных отраслей народного хозяйства.
В ЮАР имеется интерес к использованию PBMR на нефтехимических комплексах, в частности, на заводах топливного гиганта "Sasol". Установки с PBMR могут обеспечивать нефтяников паром или водородом.
Со схожими просьбами к южноафриканским атомщикам обращались и нефтяные компании из канадской Альберты, которые занимаются добычей битума из нефтеносных песков. А в США реакторы PBMR могут в будущем быть задействованы для производства водорода.
Философия проекта PBMR заключается в том, что реакторы нового поколения должны иметь небольшую мощность. Каждый модуль с PBMR производит 400 МВт(тепловых), или 165 МВт(эл.). Главное здание и генератор PBMR занимают площадь 10×40 метров - иными словами, сразу два модуля PBMR в состоянии уместиться на футбольном поле. Высота главного здания - 66 метров, причём 23 из них находятся под землёй.
Блоки с PBMR могут выпускаться в различных конфигурациях, в зависимости от пожеланий заказчика. Наиболее целесообразной из них представляется четырёхмодульная конструкция, которая максимально оптимизирована с точки зрения экономики.
Четырёхмодульная конфигурация PBMR
(щёлкните левой клавишей мыши для просмотра фотографии в полный размер)
Краткое описание конструкции PBMR
PBMR - высокотемпературный реактор с гелиевым охлаждением и графитовым замедлителем.
В проекте предусмотрен корпус реактора (Reactor Pressure Vessel) - вертикальный стальной сосуд высотой 27 метров и диаметром 6 метров. Внутри корпуса находится металлический бак активной зоны (core barrel), в котором, в свою очередь, расположена цилиндрическая активная зона. По высоте и радиусу зону ограничивают графитовые отражатели.
Топливные элементы PBMR представляют собой шары из UO2, покрытые карбидом кремния и пирографитом. Микротвэлы диаметром 0,92 мм каждый погружаются в графитовую матрицу (топливную сферу диаметром 60 мм). Всего в активной зоне во время работы будет находиться 450 тысяч топливных сфер.
Перегрузка топлива производится на ходу. Свежие топливные сферы насыпаются сверху активной зоны, а из нижней её части удаляется выгоревшее топливо.
Конструкция топливных элементов PBMR
(щёлкните левой клавишей мыши для просмотра фотографии в полный размер)
Температура гелия на входе в активную зону составляет 500°C, а его входное давление - 90 бар. Газ проходит зону в направлении сверху вниз и покидает её, нагретый до 900°C. Далее гелий следует на турбину, выходит из неё при температуре 500°C и давлении 26 бар, охлаждается, сжимается, вновь нагревается и подаётся на вход активной зоны.
Высокие температура и давление теплоносителя обеспечивают в PBMR повышенный к.п.д., достигающий 41%.
Принципиальная схема основных систем PBMR
(щёлкните левой клавишей мыши для просмотра фотографии в полный размер)
Основные достоинства PBMR
К основным достоинствам реактора PBMR можно отнести следующее:
ИСТОЧНИК: AtomInfo.Ru
ДАТА: 09.11.2008
Темы: АЭС, Африка, ЮАР, ВТГР, PBMR
