 |
||
|
Малые и очень нужные Smith, для AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 25.09.2017
Статья подготовлена по материалам доклада Брюса Мак-Доэулла из американской Pacific Northwest National Laboratory, который был представлен в апреле 2017 года на конференции, организованной под эгидой министерства обороны США. Классика не подходит В первой части доклада отмечается, что все современные реакторы типа LWR изначально предназначены для работы только в базовом режиме несения нагрузки. Одновременно с этим их мощность составляет от 500 до 1400 МВт(э), а численность обслуживающего персонала - от 500 до 1000 человек. Затраты на сооружение подобного энергоблока в настоящее время оценивается около 7 миллиардов долларов. Основными преимуществами реакторов типа LWR являются: надёжная работа в режиме базовой генерации, длительный срок эксплуатации (60 лет и выше), относительно низкие операционные затраты, применение хорошо обкатанной технология, отсутствие выбросов парниковых газов. Типичный пример подобной АЭС с реакторами LWR - это станция "Susquehanna", которая состоит из двух блоков по 1257 МВт(э) каждый и снабжает электроэнергией 1,89 миллионов домовладений. Рис.1. АЭС "Susquehanna".  Ряд особенностей современных энергоблоков с реакторами типа LWR препятствуют их применению для нужд министерства обороны США. Прежде всего, это относится к выдаваемой мощности, которая во много раз превышает потребность военных объектов. Площадь подобной станции занимает до 100 га, а зона аварийной защиты составляет до 10 миль. На это накладывается большая стоимость сооружения, необходимость наличия солидного источника воды рядом с площадкой размещения для охлаждения установки, необходимость наличия резервных источников питания и ограниченная возможность маневрирования (следования за нагрузкой сети). Ну и конечно же, со стратегической точки зрения немаловажен тот факт, что такая станция легко идентифицируется с воздуха и является лёгкой целью для потенциального противника. Плюсы инноваций В противовес традиционным энергоблокам с реакторами типа LWR можно рассматривать АЭС малой мощности (АСММ) в диапазоне от 5 до 300 МВт(э) в зависимости от требований конкретной площадки размещения. Как правило, конструкция подобных энергоблоков предусматривает применение пассивных систем безопасности и значительно более низкую температуру теплоносителя, что благотворно сказывается на общей безопасности объекта. Затраты на сооружение малой АЭС относительно невелики, а занимаемая площадь значительно меньше, чем у старшего собрата. Помимо этого, существуют варианты подземного размещения АСММ, что выгодно со стратегической точки зрения в случае использования для нужд минобороны. Модульный принцип сооружения позволяет заметно сократить сроки сооружения и обеспечить постепенное наращивание установленной мощности на площадке размещения вслед за ростом потребности в генерации. К этому можно добавить снижение потребности в обслуживающем персонале для АСММ в сравнении с классическими энергоблоками с LWR. К этому следует добавить, что некоторые разрабатываемые проекты АСММ предусматривают использование перспективных теплоносителей (жидкосолевой, жидкометаллический или гелиевый) и топлива оригинального проекта (шарообразные твэлы). Все перечисленное в совокупности существенно расширяет потенциал использования АСММ для нужд минобороны, включая применение энергии атома не только для генерации электроэнергии, но и для опреснения или получения высотемпературного тепла. Многообразие проектов В таблице 1 приведены основные характеристики классических энергоблоков с реакторами типа LWR, простых АСММ и инновационных разработок. Таблица 1.
В таблице 2 приведены основные характеристики вновь разрабатываемых реакторных технологий на североамериканском континенте с точки зрения специалистов Pacific Northwest National Laboratory. Таблица 2.
Рис.2. Реакторный модуль NuScale.  Опыт инноваций Изначально ВМС США были пионерами в деле освоении малых ядерных установок, которые использовались для нужд оснащения подводных лодок, авианосцев и крейсеров. По состоянию на середину 2015 года на площадке "Hanford" в штате Вашингтон было размещено 127 реакторных отсеков выведенных из эксплуатации установок, ожидается поступление ещё 100 штук. Помимо этого докладчик отметил, что имеющийся опыт разработки и эксплуатации инновационных концепций реакторных технологий в национальных лабораториях США включает в себя два крупных проекта. С апреля 1982 года по апрель 1992 года на площадке "Hanford" функционировал многопрофильный исследовательский реактор с натриевым охлаждением "Fast Flux Test Facility" (FFTF) мощностью 400 МВт(т). Вплоть до 1994 года на территории лаборатории "Argonne" в штате Айдахо эксплуатировался "Experimental Breeder Reactor-II" (EBR-II) мощностью 62,5 МВт(т), также с натриевым теплоносителем. Несомненная польза Применение современных реакторов малой мощности может способствовать глобальному усилению национальной безопасности США. Нередко происходящие в стране стихийные бедствия, такие как торнадо или наводнения, могут нарушить линии передачи электроэнергии, что приводит к ограничению или полному обесточиванию критически важных объектов федерального уровня. И в этом смысле АСММ, благодаря присущим им особенностям, могут служить надёжным автономным источником электроэнергии, способствуя созданию так называемого энергетического острова (Power Islanding). Размеры площадки размещения типовой АСММ на примере "NuScale" - охраняемая зона 17 га, общая занимаемая площадь 21 га (Рис.3).
Сокращение занимаемой площади строительства в случае АСММ закономерно приводит к сокращению затрат на выкуп или аренду земельного участка, снижению объёма потребляемых стройматериалов, уменьшению воздействия на окружающую среду, включая снижение различных шумовых и визуальных эффектов. Всё перечисленное добавляет привлекательности и увеличивает шансы на принятие положительного решения по реализации вновь разрабатываемых проектов АСММ. Рис.3. Размеры площадки АСММ в сравнении с типовой АЭС с LWR.  Сокращение требуемых объёмов воды для целей охлаждения реакторной установки АСММ как в нормальном, так и в аварийном режиме эксплуатации позволяет высвободить этот ресурс для других целей (сельское хозяйство, создание мини-ГЭС и т.п.). Также благодаря этому факту, заметно расширяется количество возможных мест размещения АСММ. Ещё больше сократить потребление воды можно за счёт применения сухих методов охлаждения. Важной особенностью АСММ является возможность работы в манёвренном режиме, отслеживая динамику энергопотребления в течение суток. Это в будущем позволит балансировать мощности ВИЭ, которые последнее время широко внедряются в электросети по всей территории США. Разработчики энергоблока "NuScale" предлагают три различных варианта маневрирования. Во-первых, в процессе эксплуатации возможно отключение одного или нескольких модулей АСММ в случае продолжительного периода стабильной генерации ВИЭ. Во-вторых, возможно частичное снижение мощности одного или нескольких модулей станции на непродолжительное время с целью компенсации ежечасных (более-менее предсказуемых) колебаний возобновляемой генерации. В-третьих, возможно применение байпасирования паровой турбины для максимально быстрого реагирования на изменения в генерации ВИЭ. Планы TVA К настоящему моменту компания-оператор TVA подала в NRC предварительную заявку на размещение АСММ на площадке под названием "Clinch River" (Рис.4). Планируемый поставщик реакторной технологии пока неизвестен. Однако известно, что максимально возможная надёжность проектируемой АСММ будет обеспечиваться подземным размещением и традиционным для проектов малых станций применением пассивных систем безопасности, возможностью длительной автономного охлаждения активной зоны в случае аварии. Рис.4. Планируемая площадка размещения АСММ компании TVA.  По планам TVA реализация проекта по сооружению АСММ на площадке "Clinch River" должна способствовать решению целого ряда важных задач. Прежде всего, это обеспечение энергетической безопасности, которое подразумевает надёжное энергоснабжение объектов федеральной важности в случае сетевых аварий, последствий стихийных бедствий или даже террористических атак. Немаловажным является и вклад подобной установки в дело сокращения эмиссии парниковых газов. Мировая гегемония В настоящее время в США под контролем минэнерго реализуется программа по поддержке инновационных разработок в атомной отрасли (Gateway for Accelerated Innovation in Nuclear, или сокращённо GAIN). Данная программа подразумевает организацию эффективного государственно-частного партнёрства, целью которого является предельно быстрое и экономически оправданное развитие инновационных ядерных энергетических технологий с учётом текущих рыночных реалий. Необходимость реализации подобной инициативы связана с осознанием американским отраслевым сообществом того факта, что в мире наблюдается существенный рост спроса на ядерные энерготехнологии в то время, как позиции США в этом смысле заметно просели. При этом эксперты отмечают, что близка точка невозврата, после прохождения которой на весьма успешной в недавнем прошлом американской атомной отрасли можно будет по сути поставить крест. Рис.5. Стратегические цели GAIN.  Глобальная цель GAIN заключается в том, чтобы уже к 2030 году США смогли не только существенно переоснастить свою атомную промышленность (технологическое лидерство), но и возглавить мировой ядерно-энергетический клуб для обеспечения человечества чистой энергией (руководящая миссия). От частного к общему Финансирование частного сектора в рамках программы GAIN стартовало в 2016 году, когда восемь предприятий получили в сумме около 2 миллионов долларов на реализацию программ своих исследований. Эти деньги пошли на предоставление малым предприятиям доступа к широкому спектру исследовательских возможностей национальных лабораторий минэнерго США и других профильных научных центров. Планируется, что это должно помочь в деле ускорения процесса разработки и успешного внедрения самых разных инновационных разработок (Таблица 3). Таблица 3.
Ключевые слова: Малая энергетика, США, Военный атом, Статьи, Smith Другие новости: Новый тысячник создаёт 200 тысяч человеко-лет занятости - исследованние NEA и МАГАТЭ 50 тысяч человек-лет собственно блок, 50 тысяч человек-лет - поставки и 100 тысяч человеко-лет - косвенная занятость. Китай создаст компанию для TWR Ведущий акционер - дочерняя компания CNNC. Третья партия электротехнического оборудования отправлена в международную организацию ИТЭР Самая крупная поставка электротехнического оборудования для ITER из России. |
Герой дня 
Василий Волков: для CFD важна квалификация Я бы назвал CFD-расчёты своего рода рентгеновским аппаратом, или своеобразным компьютерным томографом, позволяющим понимать течения внутри реакторной установки. Это новое качество знаний о процессах, которые невозможно получить другими методами. ИНТЕРВЬЮ
Лочезар Костов МНЕНИЕ
Smith 
|