В четверг, 28 января 2010 года, в Обнинском ИАТЭ по программе учёной сессии МИФИ состоялся круглый стол, посвящённый быстрым реакторам.
Ведущий стола профессор Юрий Алексеевич Казанский, первый и предпоследний ректор независимого ИАТЭ, предложил докладчикам рассказать, что инновационного будет сделано для натрия, свинца-висмута и свинца. Все три направления в разной степени представлены в федеральной программе, и все они претендуют на звание реакторов четвёртого поколения.
СВБР - мал да удал
Что же такое инновационные технологии, и чем они отличаются от остальных? На обнинском круглом столе предложили следующую градацию - технологии эволюционные, инновационные и революционные.
Между собой они должны различаться по двум параметрам - риску и проработанности. У эволюционных риск минимален и проработанность наиболее высока, у революционных - всё с точностью до наоборот. Инновационные решения в этой градации занимают место посередине между двумя крайностями. И добавим от себя, что в переносе на быстрые установки лучше всего в этом случае под определение инновационного подходит СВБР.
Свинцово-висмутовый реактор берётся доказать, что атомная и региональная энергетики совместимы. Были времена, когда этот постулат не подвергался сомнению. Но с ужесточением требований к безопасности атомных блоков неизбежно возрастала их стоимость.
В надежде на экономию масштаба проектанты наращивали мощность, соревнуясь друг с другом, кто быстрее добавит очередную сотню мегаватт. День от дня, реакторы становились мощнее и, соответственно, дороже. Махины на 1,5 ГВт(эл.) и более органично вписываются в централизованные энергосети, но совершенно не интересны регионалам.
СВБР-100 должен прервать тенденцию к атомному гигантизму и вернуть атом в регионы. Но региональная - не значит малая по суммарному объёму. Региональные станции составляют значимую долю в электроэнергетике России, и массовое внедрение АЭС в этот сектор может привести к дефициту природного урана. Отсюда вывод - региональный реактор обязательно должен быть быстрым и работать в замкнутом топливном цикле.
Теплоносители-тяжёлые металлы для случая использования плотного топлива позволяют обеспечивать КВa, равный или слегка превышающий единицу. То есть, реактор СВБР сможет после перехода на нитрид эксплуатироваться в режиме самовоспроизводства ядерного горючего, не потребляя при перегрузках природный уран.
Россия - единственное государство, сумевшее довести свинцово-висмутовую технологию до "железа". Такие реакторы, как известно, работали на советских АПЛ. Наличие опыта эксплуатации лодочных установок делает свинец-висмут из революционного инновационной технологией, хотя её жизнеспособность на суше для нужд гражданской энергетики ещё предстоит продемонстрировать.
Разумеется, на обнинском круглом столе очень много говорили о лодках. Самое главное, что было показано на АПЛ - достичь хороших показателей для конструкционных материалов по коррозионной стойкости в свинце-висмуте возможно.
Сам того не желая, советский военно-морской флот дал в руки разработчиков свинцово-висмутовых реакторов большой массив данных по радиационной безопасности этой технологии.
На одной из лодок произошла в своё время авария на первом контуре, и из опыта её ликвидации выяснилось - радиоактивный изотоп полоний-210 удерживается в застывшей эвтектике и не выходит наружу. Это важно, так как образование 210Po из висмута долгое время считалось ахиллесовой пятой свинцово-висмутовой технологии.
Военные моряки на практике показали надёжность реактора при многократном цикле замерзания и плавления свинца-висмута. Более того, выяснилось, что сам по себе этот теплоноситель намного проще в управлении, чем вода. Для эвтектики свинец-висмут достаточно контролировать при эксплуатации единственный параметр - концентрацию в нём кислорода. Какие объёмы информации нужно отслеживать по водному теплоносителю, знает любой оператор ВВЭР.
Но если свинец-висмут настолько хорош, то почему же флот от него отказался? Разработчики отвечают так. Во-первых, лодки с ТЖМТ строились по проектам 60-ых годов, когда во главу угла ставились требования по скорости, а не по шумности. В результате "золотые рыбки" получились невероятно быстрыми и манёвренными, но при этом легко находимыми вероятным противником.
"Американцы могли сразу обнаружить в океане лодку со свинцово-висмутовым реактором - правда, не могли её догнать", - рассказывали на круглом столе специалисты, принимавшие участие в создании ТЖМТ-реакторов. Советские моряки искали - и находили! - способы оставаться невидимыми для противников даже на шумных лодках, но описание этих способов выходит за формат AtomInfo.Ru.
Вернёмся на сушу. Текущее состояние проекта СВБР-100 описывается так - стадия НИР закончена. Потребуется проведение НИОКР, в первую очередь, по твэлам. Создано ГЧП "АКМЭ-инжиниринг" для совместной работы над проектом и строительства демонстрационного блока. На него претендуют сразу три площадки. Кто они - официально не называется. В неофициальных разговорах многие специалисты сходятся во мнении, что строить первый СВБР лучше бы под боком у его создателей - ФЭИ и ОКБ "Гидропресс".
Ложку дёгтя в свинцово-висмутовую бочку мёда могла бы добавить ограниченность запасов висмута в Российской Федерации. Разработчики парируют - висмута так мало, потому что его не искали. Результаты первых же разведок в одной только Читинской области показали, что запасов висмута хватит на десятки, а то и сотни гигаватт СВБР. Правда, как резонно замечают сторонники свинцового направления, сколько бы ни было найдено висмута, свинца в нашей стране всё равно будет больше.
В определённых кругах СВБР критикуют за то, что он якобы "не амбициозен". Мол, российскому государству нужны только "прорывные" проекты. Такие вопросы могли бы исчезнуть сами по себе, если бы задающие их осознали истинные масштабы региональной атомной энергетики в России - они могут оказаться сравнимыми, а то и большими по сравнению с масштабами энергетики централизованной.
На круглом столе в Обнинске затронули тему безопасности СВБР. Разработчики склонны считать его реактором с внутренне присущей безопасностью. Термин "естественная безопасность" для свинца-висмута не слишком принимают.
Более того, в звучавших выступлениях сам этот термин подвергся критике - полностью безопасных реакторов в природе не существует, и перегибать палку с этой точки зрения в разговорах с общественностью нежелательно. Ведь будущие инциденты или, не дай Бог, аварии на реакторах, объявленных "естественно безопасными", могут скомпрометировать всю атомную энергетику в целом.
БН - наследие СССР и перспективы России
Интерес к свинцу-висмуту у обнинских слушателей носит практический характер. Обнинск претендует на постройку демонстрационного блока с СВБР-100, что позволит городу стать самодостаточным по электроэнергии, а калужскому губернатору высвободит 100 МВт(эл.) для снабжения растущих как грибы вокруг калужской объездной дороги новых заводов.
Натрий для Обнинска звучит глобально и заставляет задуматься о высоких материях. Обсуждая строительство БН-800, собравшиеся на круглом столе много говорили о необходимости продемонстрировать технологический потенциал России.
Расхожий штамп - "Россия мировой лидер по быстрым реакторам". Лидер, прямо скажем, нечаянный. Франция закрыла "Суперфеникс" как часть политической сделки правительства с зелёными, а Япония остановила "Монджу" на волне общественной истерии, поднявшейся после небольшого возгорания натрия, не имевшего никаких значимых последствий для станции.
Самое главное - всё, что есть быстрого у России, досталось нам от Советского Союза. Наша страна пока не смогла подтвердить, что не утратила опыта и навыков и может успешно строить быстрые реакторы.
А ведь конкуренты не спят. Через десять с небольшим лет в Индии будет работать семь (!) быстрых энергетических реакторов, и нам, вместо лидерства, придётся гордиться вторым местом. Потом третьим, четвёртым, "входить в десятку" и так далее.
По этой причине очень важно для нас, чтобы строительство БН-800 было бы успешно доведено до конца. Этот блок должен продемонстрировать потенциал технологий, реализовать пилотное замыкание топливного цикла, но самое главное - доказать, что Россия может что-то сделать сама, а не только проедать советское наследство.
Вслед за БН-800 должны прийти коммерческие быстрые натриевые реакторы. К 2030 году в России появятся головной блок и малая серия следующего поколения БН. Их мощность по итогам комплексного исследования принята равной 1200 МВт(эл.).
К выбору мощности коммерческого БН в прошлом году было немало вопросов. Разработчики отвечают так. С точки зрения безопасности и объёма НИОКР, мощность в диапазоне 900-1800 МВт(эл.) является практически константой. С точки зрения экономики, чем выше мощность, тем лучше ("эффект экономии масштаба"). Но как только мощность переваливает за 1200 МВт(эл.), начинаются сложности у заводов-производителей и возникают проблемы у логистических команд.
Проще говоря, при мощности свыше 1200 МВт(эл.) оборудование становится настолько большим, что его будет трудно изготавливать и нереально перевозить по железной дороге. Эти аргументы и позволили, в конце концов, остановиться на БН-1200 как будущем БН-коммерческом реакторе.
Что известно сейчас о БН-1200? Это моноблок, то есть, один блок - одна турбина. Первый контур будет полностью интегральным, парогенераторы интегрального типа. В реакторе будут вовсю использоваться пассивные системы безопасности. Кардинальной переделке подвергнется транспортно-технологический тракт, к которому у действующих БН есть определённые претензии.
Срок службы БН-1200 составит 60 лет, а его к.п.д. превысит 42%. КИУМ должен доходить до 90%. Хорошая тенденция наблюдается по металлоёмкости РУ. У БН-600 она составляет 5,8 тонн/МВт(эл.), у БН-800 - 4,1 тонн/МВт(эл.), а у БН-1200 - 2,4 тонн/МВт(эл.). Чем ниже металлоёмкость, тем, естественно, дешевле установка.
Каково положение дел с БН-1200 на данный момент? Есть концептуальный проект, начат эскизный, вскоре начнётся технический. Важным моментом следует считать исчезновение из регулирующих документов обязательного требования о неположительном пустотном эффекте по натрию.
Никто из серьёзных разработчиков за рубежом не связывает себе руки таким предельно жёстким ограничением. В отличие от остальных, Россия некоторое время пыталась быть святее папы римского. Сделать НПЭР неположительным легко, но, разумеется, за это придётся заплатить потерями в остальных параметрах. Теперь ограничения по пустотному эффекту для российских БН больше нет, но в проектной документации всё ещё пока остаётся по-прежнему.
Место реакторов БН на инновационной схеме развития атомной энергетики называется сейчас как "инновация через эволюцию". Первая задача, которую должны решить отечественные быстрые натриевые, такова - вернуть в топливный цикл плутоний из ОЯТ тепловых реакторов. Причём вернуть наиболее эффективным образом, не потерять его и сохранить для повторного использования в быстрых реакторах.
Тонкий вопрос
Конечно же, экономику в Обнинске обсуждали тоже. В экономике быстрых реакторов есть несколько тонких моментов, о которых предпочитают говорить только в кругу своих.
Например, почему большинство разработчиков быстрых реакторов сравнивают их по экономическим показателям с реакторами на тепловых нейтронах (читай - ВВЭР), а не с конкурентными для атома углём, газом и водой? Ответ может прозвучать неожиданно. По бумагам, перспективные российские быстрые реакторы давно догнали и в чём-то перегнали ВВЭР.
Для стороннего наблюдателя вывод может оказаться неожиданным. На самом деле, всё легко объяснимо. Фактически, сегодня мы сравниваем опытный БН-600 с серийными ВВЭР. Конечно, быстрый реактор при таком сравнении должен проигрывать по экономике, но даже в этом случае проигрыш оказывается не разгромным.
Коммерческие быстрые реакторы по экономике ВВЭР догонят и перегонят. Но с этим не спешит согласиться неформальное ВВЭР-овское лобби. За давностью лет перестал быть секретом случай, когда одному из первых Pb-Bi проектов в приказном порядке все рассчитанные экономические показатели были домножены на коэффициент, так чтобы сделать их хуже, чем у ВВЭР-1500.
Аргументы сторонников тепловых реакторов не просты, а очень просты. ВВЭР - технология существующая, обкатанная на практике и имеющая за спиной более 1000 реакторо-лет. Быстрые коммерческие реакторы созданы пока только на бумаге, и неизвестно, какими окажутся реальные затраты на их строительство и эксплуатацию.
По иронии судьбы, такие же аргументы используют друг против друга и сторонники быстрых технологий, в особенности, натрия и свинца. А все три представленные в инновационной ФЦП быстрых проекта нещадно критикуют представители ультрареволюционных быстрых направлений, чьи реакторы невероятно дёшевы, но за которыми вообще ничего нет, кроме расчётов - и хорошо, если хотя бы сделанных по кодам.
Покончить со спорами возможно единственным образом - быстрые реакторы надо строить и демонстрировать их способности на практике. Правительство России понимает всю важность быстрого атома и готово выделять на его развитие ресурсы. Лишнее доказательство тому - принятие инновационной ФЦП.
Главное теперь для нас - не утонуть в бесконечных обсуждениях и спорах, не увлечься бескрайними НИР и НИОКР, а довести дело до конца - создать в Российской Федерации в промышленных масштабах замкнутый топливный цикл с реакторами на быстрых нейтронах. Все предпосылки и ресурсы для этого у нас есть, и кивать нам больше не на кого и не на что.
ИСТОЧНИК: AtomInfo.Ru
ДАТА: 01.02.2010
Темы: Быстрые натриевые реакторы, Свинец-висмут, СВБР, Мнения
