Могут ли атомные станции жить также долго, как и плотина Гувера? Таким вопросом задаётся Scientific American.
Парк американских ядерных реакторов может проработать ещё 50-70 лет, прежде чем уйдёт на пенсию. Это явно больше, чем исходно закладывавшиеся в проекты 40-летние сроки службы.
Привлекательность атомной энергетики побуждает генерирующие компании заменять на АЭС отдельное оборудование и продлевать их жизнь, а не закрывать их. Многие специалисты полагают, что на атомной станции реально заменить практически всё, даже те её узлы, которые никогда не предполагались к замене.
"Думаю, что мы способны заменить почти любой узел на атомном энергоблоке", - говорит Ян ван дер Ли, директор института старения материалов (MAI). Это специализированный атомный исследовательский центр, открывшийся 16 ноября 2009 года во Франции под эгидой "Electricite de France".
"Мы не собираемся ждать до тех пор, пока что-нибудь сломается", - добавляет ван дер Ли. Но, помимо заботы о безопасности, у замены оборудования есть ещё одно положительное свойство - если все узлы будут сменяемы, то у атомных станций исчезнет само понятие предельного срока эксплуатации.
В Соединённых Штатах регуляторы готовятся к поступлению заявок от энергетиков, желающих максимально продлить сроки эксплуатации своих АЭС. По прогнозам, через пять лет - а то и раньше! - в комиссию по ядерному регулированию США будет подана первая заявка на продление срока службы блока до 80 лет.
Главный вопрос, конечно же, касается радиации и вызванных ею эффектов у конструкционных материалов. Как скажутся большие поглощённые дозы на свойствах стали, бетона и других основных материалов, из которых сделаны энергоблоки?
"Потребовалось много лет, чтобы мы поняли проблему. Тридцать лет назад у нас отсутствовали методики, позволяющие отслеживать изменения свойств материалов", - говорит Гари Уос, директор энергетического института при университете Мичигана.
До недавних пор, подобные исследования не вызывали интереса. Но министерство энергетики (DoE) США инициировало программу по "долгосрочной эксплуатации", как её называют в американской атомной отрасли. Более того, сенат принял закон по климату, в котором есть отдельная статья, требующая от DoE активизировать усилия по продлению сроков службы АЭС "существенно более, чем указано в их первых лицензиях".
DoE сотрудничает с французским MAI, а также с известным американским институтом EPRI. Лидерство американцев в этой сфере вызвано естественными причинами, так как для Соединённых Штатов с их изрядно постаревшим атомным парком проблема продления сроков является наиболее актуальной.
Старейшие коммерческие атомные энергоблоки США пересекли рубеж в 40 лет, а средний возраст американских энергетических реакторов составляет 30 лет. Более половины из доброй сотни американских блоков перевалило за временные пределы эксплуатации, указанные в их первоначальных лицензиях, и сроки их службы были продлены на пару десятилетий. Ожидается, что в конечном итоге через процедуру продления пройдут все без исключения атомные блоки США.
Мало кто сомневается в том, что реакторы смогут надёжно отработать 60 лет. А большинство менеджеров в энергетических компаниях ставят задачу довести сроки службы АЭС до 80 лет и более.
"Если они (блоки) могут работать 60 лет, то почему бы им не прослужить и 80 лет? Чёрт возьми, а почему бы и не 100?" - считает Уос.
При таких сроках службы - больших, чем у угольных станциях, и соперничающих с гидропроектами - атомная энергетика сможет сохранить свой вклад в дело контроля за выбросами парниковых газов в США.
Стоит напомнить, что сегодня доля атома в электробалансе страны равняется примерно 20%. Если АЭС будут закрыты, то на рынке электроэнергии образуется огромный дефицит, покрывать который придётся в спешном порядке за счёт экологически вредных угольных станций. "Если сроки действующих лицензий для АЭС не будут продлены, то уже через пять лет нас ждёт пропасть", - говорит Уос.
Пресса и общественность уделяют больше внимания вопросам строительства новых атомных блоков. На самом же деле, свой вклад в противостояние парниковому эффекту должны вносить и будущие, и действующие реакторы.
Джон Гартнер из EPRI оценивает традиционный для американских АЭС 40-летний срок службы как предел, не имеющий ничего общего с техникой: "Инженеры никогда не называли 40 лет каким-то особым сроком, после которого им остаётся только поднять руки и капитулировать. Срок в 40 лет службы был установлен не по техническим причинам".
На пользу атомщикам пойдёт и набранный опыт, считает Гартнер: "Имея за плечам 30 и более лет успешной эксплуатации, мы можем теперь пересмотреть многие из тех предположений и гипотез, которые были выдвинуты на заре атомной эры".
Нейтроны рождают энергию в активной зоне. Но они бомбардируют сталь и другие конструкционные материалы и узлы, включая корпус реактора. Проходят десятилетия, и радиационные повреждения меняют микроструктуру материалов. Металлы теряют свою пластичность, охрупчиваются и становятся подверженными трещинам и разломам. А когда речь заходит об атомной станции, то следует помнить - трещина убивает.
"Появление трещин в корпусе реактора во все времена считалось главным фактором, способным ограничить срок службы блока. Если вы не в состоянии продемонстрировать целостность корпуса, то вам придётся оставить всякие надежды на продление", - подчёркивает Уос.
Помимо радиационных эффектов, причинами трещин может стать коррозия со стороны теплоносителя. Механизм данного явления до конца не изучен, и оно вызывает особое беспокойство у регуляторов. По самым скромным оценкам, американская атомная отрасль потеряла 10 млрд долларов из-за внеплановых остановок, инспекций, ремонта и замены повреждённого оборудования, связанных с коррозионными явлениями.
Следующее десятилетие в США пройдёт под флагом работ в обоснование продления срока службы энергоблоков. Регуляторы намерены проследить за тем, чтобы всё было выполнено как надо. Всем желающим продлить сроки эксплуатации блоков до 60-80 лет придётся представлять адекватные модели, предсказывающие появление трещин в оборудовании.
Наблюдения за изменением свойств материалов в условиях, типичных для энергетических реакторов, будут затруднены вполне естественными причинами - абсолютно бессмысленно ставить образцы в активные зоны блоков для 60-летнего облучения, так как этого времени у атомщиков просто нет. Поэтому для испытаний конструкционных материалов - а их в реакторных установках насчитывается до 25 видов - используются исследовательские реакторы, где можно существенно быстрее набирать требуемые флюенсы.
Для анализа облучённых образцов в MAI собраны одни из самых лучших в мире электронных микроскопов. Отличная аппаратура и современные компьютеры помогают учёным визуализировать атомную структуру поверхностных слоёв материалов в виде своеобразной "фотографии".
"Мы больше понимаем сейчас, как и почему они (трещины) формируются. А если мы знаем это, то мы сможем использовать наше знание при предсказаниях поведения реакторных материалов и связанных с ним рисков", - отмечает Уос.
Кроме металлов, есть и другая тема для обсуждения - долгосрочные радиационные эффекты в бетоне. Изучены они довольно-таки слабо, и полного понимания картины у специалистов нет. Роналд Сцилард из DoE не скрывает: "Мы можем столкнуться с такими явлениями, которые до сих пор никак не давали о себе знать".
Замена узлов энергоблока может снизить остроту проблемы. "На сегодняшний день, почти каждый узел блока может быть заменён. Единственное исключение - корпус реактора и бетонная структура контейнмента. Но даже это (замена корпуса и контейнмента) может быть рассмотрено", - утверждает пресс-секретарь DoE Тиффани Эдвардс.
Корпус реактора остаётся в центре внимания экспертов. В Соединённых Штатах внимательно присматриваются к опыту России, где с успехом применяется методика, известная как "восстановительный отжиг". Оставляя за кадром технические подробности, восстановительный отжиг представляет собой такой нагрев корпуса, при котором снимаются накопленные в нём повреждения. Впрочем, Гари Уос считает, что это "очень большая и очень сложная работа".
"Есть вопросы. Например, как скоро повреждения вернутся. Не на все из этих вопросов есть готовые ответы, но есть всеобщая уверенность в том, что корпус реактора может быть заменён", - говорит Уос.
Фрагмент из статьи А.М.Паршин, О.Э.Муратов "Материаловедческие аспекты продления ресурса водо-водяных реакторов АЭС малой мощности" // ВАНТ, серия "Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение", 2005, №5, сс. 70-75. После 20 лет эксплуатации обнаружилось, что корпуса реакторов ВВЭР-440 охрупчиваются значительно быстрее, чем заложено в проекте, и степень охрупчивания корпусных материалов достигла критического уровня. Данные по увеличению значительно выше проектной степени охрупчивания корпусов энергетических реакторов PWR и BWR были получены и за рубежом (в США и Великобритании)... Нагрев облучённой стали до температуры, превышающей температуру облучения, повышает термодинамическую неустойчивость различных радиационных дефектов, увеличивает их диффузионную подвижность и приводит к аннигиляции. Релаксация напряжений от скопления дислокаций и других несовершенств происходит путём передачи деформаций в соседний объём, а не путём образования зародыша хрупкой трещины. Повышенная температура обеспечивает и растворимость фосфора, создавая дополнительные условия для восстановления механических свойств облучённых материалов. Явление радиационного охрупчивания является обратимым, и восстановление первоначальных свойств материала возможно проведением отжига при определённой температуре и длительности. При установлении температурного интервала восстановительного отжига важную роль играет соотношение концентраций различных дефектов, их распределение по размерам, расстояние между ними. Эти параметры дефектной структуры зависят от условий облучения и факторов металлургического происхождения - химического состава, структурного состояния материала и штатной термической обработки. Следовательно, хрупкость и пластичность не являются свойствами материала, и только при определенных условиях металлы становятся хрупкими или пластичными. Подавление или ослабление радиационной повреждаемости возможно путём соответствующего легирования и регулирования распада твёрдого раствора. На основе полученных экспериментальных данных было оценено и обосновано продление радиационного ресурса корпусов реакторов ВВЭР путём проведения восстановительного отжига. |
В прошлом инженеры сослужили отличную службу Соединённым Штатам. Американские атомные станции без видимых затруднений смогут пересечь отметку 40 лет. "Мы знаем, что в них были заложены настолько большие конструктивные запасы, что продление свыше 40 лет не вызовет проблем", - говорит Ян ван дер Ли.
С ним полностью согласен Джон Гартнер. Технических сложностей при продлении не ожидается, и окончательные решения по дальнейшей судьбе АЭС генерирующие компании будут принимать, исходя только из экономических соображений.
ИСТОЧНИК: AtomInfo.Ru
ДАТА: 25.11.2009
Темы: Продление эксплуатации