Атомная энергетика на Чукотке
Первая в мире плавучая атомная теплоэлектростанция (ПАТЭС) «Академик Ломоносов» была введена в промышленную эксплуатацию 22 мая 2020 года. «С сегодняшнего дня проект по сооружению плавучей атомной теплоэлектростанции в городе Певеке Чукотского АО можно считать успешно завершенным. Теперь она полноправно стала одиннадцатой промышленно эксплуатируемой атомной электростанцией в России и самой северной в мире», — заявил гендиректор АО «Концерн Росэнергоатом» (электроэнергетический дивизион Росатома) Андрей Петров, подписав соответствующий приказ.
Свою первую электроэнергию станция выдала 19 декабря 2019 года. Профильный журнал «Power» назвал подключение одним из шести ключевых событий года в мировой атомной энергетике. С тех пор, по данным на 8 июня 2020 года, выработка ПАТЭС составила 51,89 млн кВтч.
ПАТЭС работает на Чукотке, одном из самых северных регионов России. Чукотка расположена на самом северо-востоке России и граничит с двумя океанами — Тихим и Северным Ледовитым, разделенными Беринговым проливом. Чукотка не подключена к единой энергосистеме России, поэтому надежное локальное электро- и теплоснабжение — важный фактор не только функционирования местной экономики, но и нормальной жизни людей. «Экономика региона получила дополнительный и надежный энергоисточник, который обеспечивает гарантированное и безопасное электроснабжение потребителей Чаун-Билибинской промышленной зоны и местных жителей», — заверил начальник департамента промышленной политики администрации региона Виктор Бочкарев.
ПАТЭС станет главным источником горячей воды для Певека: в марте 2020 года администрация заключила со станцией договор, в соответствии с которым с 1 июля нынешнего года ПАТЭС начнет подавать тепло в 5й микрорайон Певека. Полностью город будет подключен к теплоснабжению от ПАТЭС в 2021 году. Работы выполняет входящее в Росатом АО «Эльконский горно-металлургический комбинат»
В настоящее время ПАТЭС обеспечивает около 20 % потребностей Чаун-Билибинского энергоузла. Наибольший объем электроэнергии пока приходится на Билибинскую АЭС, которая также выполняет функции диспетчера в регионе, несколько процентов — на Чаунскую ТЭЦ. Электроэнергия с ПАТЭС, поступающая в Чаун-Билибинский энергоузел, распределяется в города Певек, и Билибино, сёла Руткучи, Кепервеем, поселок Черский, административно относящийся к соседней Якутии, на золотодобывающие рудники Майское и Каральвеем, артель старателей «Чукотка». Как сообщили в администрации ЧАО, предполагается, что в нынешнем году к электроснабжению будут подключены рудники на месторождениях Кекура и Песчанка.
Со временем, когда будет решен вопрос со строительством новой линии электропередач между Билибино и Певеком, в порту которого пришвартована ПАТЭС, Билибинская АЭС будет постепенно выводиться из эксплуатации. Предположительно, новая ЛЭП должна связать два чукотских города в 2023 году.
Билибинская АЭС, введенная в эксплуатацию еще в 1974–1976 года, стала первой на территории Советского Союза АСММ, которая выполняла и до сих пор выполняет функцию локального электроснабжения удаленных территорий — именно то, что в настоящее время требуется от атомных станций малой мощности. Станция не только производила электроэнергию, но и аккумулировала огромный опыт работы в экстремальных условиях.
Еще один проект, который интересен Росатому на Чукотке — АСММ возле Баимского горно-обогатительного комбината на базе медно-порфирового месторождения Песчанка. Для его энергоснабжения требуется 250 МВт. Росатом предлагает владельцам Песчанки построить трехблочную АСММ электрической мощностью 342 МВт на базе реактора «РИТМ‑200». В условиях Чукотки такая станция, по предварительным расчетам, будет стоить около 200 млрд руб (около 3 млрд долларов). В настоящее время Росатом обсуждает возможность строительства АЭС для Баимского ГОКа с заинтересованными сторонами.
Также госкорпорация обсуждает строительство АСММ на двух другие площадках — в Челябинской области и Якутии. Обе они могут обеспечить электроэнергией крупные промышленные предприятия.
Росатом готов построить АСММ на базе РИТМ‑200 не только в России, но и за рубежом. О возможностях АСММ рассказывали специалисты «Русатом Оверсиз» на конференции Small Modular Reactors, которая прошла в Чехии в ноябре 2019 года. В мае они также провели вебинар, где рассказали о преимуществах РИТМ‑200 для наземных малых АЭС: долгий (от 60 лет) срок эксплуатации, стабильная цена на электроэнергию, совместимость с ВИЭ и возможность использовать часть мощности для выработки тепла и опреснения воды. О преимуществах АСММ в целом см. ниже.
Использование на суше — следующий шаг в использовании реакторной установки РИТМ‑200. Шесть реакторов уже установлены на ледоколы «Арктика», «Сибирь» и «Урал».
Международный контекст
По данным МАГАТЭ, в мире насчитывается около 50 проектов и концепций SMR. «Большинство из них находятся на различных стадиях разработки, а некоторые, как утверждается, могут быть развернуты в ближайшем будущем. В настоящее время в Аргентине, Китае и России находятся на продвинутой стадии строительства четыре малых реактора, а несколько стран проводят исследования и разработки в области этих технологий».
Не претендуя на полноту охвата, расскажем о самых известных проектах АСММ.
В США ближе всех к воплощению подошла компания NuScale. Однако, к реактору NuScale, который сейчас проходит через процедуру сертификации, возникли вопросы у Advisory Committeeon Reactor Safeguards (ACRS, подразделение регулятора Nuclear Energy Agency). В профильном российском издании atominfo.ru отмечают, что претензии предъявляют к срабатыванию системы аварийного охлаждения активной зоны и проекту парогенераторов. В июне в повестке заседания ACRS также значились вопросы по перераспределению бора и финальная записка по сертификации дизайна NuScale.
В NuScale используются парогенераторы типа HCSG (Helical Coil Steam Generators). Спиральные парогенераторы интересны строителям реакторов из-за компактного размера. Однако это достоинство не относится к генератору, который планирует использовать американская компания: длина трубок в проекте достигает 26,5 метров, и, несмотря на спиральную укладку, агрегат все равно оказывается высоким. Высокий парогенератор и высокий реактор — это попытка решить проблему парообразования, уменьшая его за счет увеличения давления.
Несмотря на увеличение размеров реактора, в первом контуре незначительное количество пара все же образуется. И непонятно, схлопываются пузырьки пара или сливаются. Если сливаются, из-за увеличения объема пара увеличивается расход (скорость циркуляции) теплоносителя, колебания в температуре и плотности теплоносителя (возникают чередования холодный/горячий) на входе в активную зону, что вызывает возмущения реактивности.
Хуже всего, что процесс парообразования не отрегулирован из-за не изученных пока факторов. Например, следует учитывать запаздывание при передаче тепла от твэлов теплоносителю, теплопроводность и температуру (накопленную энергию) твэлов, влияние (усиление или ослабление) при одновременном действии факторов в совокупности. Как следствие, колебания парообразования-температуры-плотности-реактивности под воздействиям изменений в мощности тоже нерегулярны. Электро-паровой компенсатор не успевает их нивелировать, сама зона не саморегулируемая, поэтому пока непонятно, чем и в какой степени можно сгладить возмущения мощности. А возмущения мощности требуют реагирования со скоростью в доли секунд. Фактически, мгновенно.
В апреле нынешнего года министерство энергетики США заявило о намерениях создать реактор нового поколения. Ведомство объявило о конкурсе на поддержку создания реактора нового поколения и выделило 5,4 млн долларов на подготовку площадки для будущего демонстрационного проекта усовершенствованного реактора в Портсмуте (Огайо).
В Аргентине работы по строительству АСММ CAREM‑25 рядом с действующей АЭС Atucha‑1 застопорились в прошлом году. Министр энергетики Серхио Ланциаони объявил, что работа была приостановлена из-за нарушений со стороны подрядчика. Подрядчик, в свою очередь, объяснил остановку несвоевременной оплатой своих работ со стороны правительства, изменениями в конструкции и несвоевременной доставкой технической документации. В апреле нынешнего года власти страны объявили, что строительство будет возобновлено.
В Китае решили разработать собственный вариант плавучей АЭС — рамочное соглашение по подготовительным работам, направленным на сооружение демонстрационого проекта подписали в Китае в январе нынешнего года. Подписанты –институт “CIMC Marine Engineering Research Institute” и компания “CNNC Taihai Clean Energy (Shandong) Company”, входящая в CNNC.
Таким образом, введенный в эксплуатацию «Академик Ломоносов» — единственный в мире на сегодняшний день пример успешно работающей АСММ, введенной в эксплуатацию за последние годы. Проекты в других странах развиваются, но пока далеки от завершения.
Что такое «Академик Ломоносов»
ПАТЭС «Академик Ломоносов» оснащен двумя реакторами типа КЛТ‑40С электрической мощностью 35 МВт каждый. Электрическая мощность ПАТЭС — до 77 МВт, тепловая — 146 Гкал/час или 300 МВт. Длина ПЭБ «Академик Ломоносов» составляет 140 метров, ширина — 30 метров, водоизмещение — 21 500 тонн. Расчетный срок службы — 40 лет, время между ремонтными кампаниями — 12 лет.
Почему потенциальным клиентам интересны АСММ
По данным АО «Государственный научный центр Российской Федерации — Физико-энергетический институт им. А. И. Лейпунского», входит в Росатом
В настоящее время реализуются четыре основных варианта:
Легководные реакторы имеют самый низкий технологический риск. Реакторы на быстрых нейтронах могут быть меньше, проще и с более длительной работой до заправки. Перспективным является и направление MSR.
ФОТО: Работа ПАТЭС «Академик Ломоносов»
Работы над CAREM застопорились
