Одно из направлений развития реакторных технологий, которыми занимается Росатом, – это большие реакторы с натриевым теплоносителем. «ОКБМ Африкантов» в настоящее время разрабатывает реактор БН-1200М. Он станет «сердцем» блока № 5 на Белоярской АЭС и будет способствовать замыканию ядерного топливного цикла.
БН-1200М, как следует из названия — это модернизированный реактор на быстрых нейтронах электрической мощностью 1200 МВт. Его тепловая мощность — 2800 МВт. Теплоноситель — натрий. Предусмотрено четырехпетлевое исполнение с симметричным исполнением петель. Для использования в активной зоне БН-1200М рассматриваются оксидное и нитридное топливо. Старший вице-президент по научно-технической деятельности АО «ТВЭЛ» (входит в Росатом) Александр Угрюмов назвал плотное СНУП (уран-плутониевое нитридное) топливо приоритетным вариантом.
БН-1200 создается на базе опыта, накопленного за много десятилетий создания и работы быстрых реакторов. В проекте БН-1200М использованы технические решения, зарекомендовавшие себя при эксплуатации энергоблоков с реакторами БН-600 и БН-800. БН-600 используется также для реакторного обоснования конструкционных материалов и топлива в проектных условиях эксплуатации.
В БН-1200М учтены новые, более жесткие требования к системам безопасности и средствам управления запроектными авариями, заложены самые современные технические решения. Это, например, система пассивного останова на основе гидравлически взвешенных стержней, устройство удержания и охлаждения расплавленного топлива внутри корпуса реактора при постулировании аварии с плавлением ядерного топлива.
Также повышает безопасность размещение оборудования и систем, содержащих радиоактивный натрий, в баке реактора. Установка там же автономных теплообменников системы аварийного отвода тепла с организацией естественной циркуляции по контурам уменьшает вероятность тяжелого повреждения активной зоны. Объем внутриреакторного хранилища в БН-1200 увеличен, чтобы выгружать ТВС из реактора сразу в бассейн выдержки, исключив промежуточный натриевый барабан отработавших сборок.
Энергонапряженность активной зоны БН-1200 по сравнению с БН-600 и БН-800 ниже почти вдвое, что позволяет значительно увеличить микрокампанию. Укрупнение твэлов и ТВС, применение уран-плутониевого смешанного топлива, а также новых конструкционных сталей с повышенной радиационной стойкостью обеспечивает более глубокое выгорание топлива и снижает потребление ТВС. Использование сильфонных компенсаторов для компенсации температурных расширений трубопроводов уменьшит их протяженность. Благодаря новым техническим решениям значительно сокращена длина натриевых систем, исключены течи радиоактивного натрия и его взаимодействие с воздухом.
«Принятые технические решения, в том числе использование пассивных систем безопасности и свойств самозащищенности, присущих натриевому теплоносителю, обеспечивают такой уровень безопасности, который исключает необходимость эвакуации населения при любых технически возможных авариях», – отмечает главный конструктор реакторных установок БН «ОКБМ Африкантов» Сергей Шепелев.
Также проработаны решения, улучшающие экономические параметры блока. Так, благодаря изменениям в конструкции главного циркуляционного насоса второго контура, системы перегрузки, переходу от секционно-модульных на крупномодульные парогенераторы, улучшениям системы аварийного отвода тепла и холодной ловушки первого контура активной зоны снизились масса и стоимостные характеристики оборудования реакторной установки. А детальная проработка схемно-компоновочных и архитектурно-строительных решений и оптимизация генерального плана привели к сокращению строительных объемов.
В итоге проектные показатели капитальных затрат на сооружение и, соответственно, себестоимость производства электроэнергии снизились, обеспечена конкурентоспособность по сравнению с перспективными блоками атомной и традиционной энергетики.
«Создание проекта БН-1200М отвечает стратегии развития ядерной энергетики России – созданию двухкомпонентной ядерной энергетической системы на базе быстрых и тепловых реакторов нового поколения для решения задач стабильного топливообеспечения, улучшения обращения с ОЯТ и РАО и создания безуглеродной энергетики», – комментирует Сергей Шепелев.
Благодаря физическим особенностям активной зоны быстрого реактора для топлива можно использовать плутоний различного изотопного состава – из переработанного топлива как быстрых, так и водо-водяных реакторов, и добавлять минорые актиниды (для их дожигания в реакторе), нарабатывать плутоний для новых порций топлива и востребованные изотопы.
Срок службы блока с БН-1200М составляет минимум 60 лет. Как отмечает Сергей Шепелев, есть потенциал для роста до 80 лет, увеличения КИУМ — с 0,9 до 0,91, назначенного срока службы парогенераторов — с 30 до 60 лет, а также для удлинения топливной кампании.
В 2023 году должны быть утверждены финансовые параметры проекта и пройдены общественные слушания. Следующий шаг – одобрение Главгосэкспертизы и получение в Ростехнадзоре лицензии на размещение энергоблока. Затем – разработка проектной документации и прочих документов и еще одна Главгосэкспертиза. Задача на 2026 год – получить лицензию на сооружение. На 2027 год запланирована заливка первого бетона, к 2030 году должно быть завершено сооружение строительных конструкций, изготовление и поставка оборудования длительного цикла изготовления. План на 2031 год – получить лицензию на эксплуатацию, физический и энергетический пуски.
«Мы накопили большой опыт работы в области быстрой натриевой технологии. Действующие реакторы — исследовательский БОР-60 и промышленные БН-600 и БН-800 — успешно эксплуатируются. Полагаю, мы готовы к коммерциализации быстрой натриевой технологии и сохранению лидирующих позиций России в этой области», – подытожил Сергей Шепелев.
ТВЭЛ — топливная компания Росатома и один из крупнейших мировых поставщиков ядерного топлива. ТВЭЛ поставляет топливо для всех российских АЭС, судовых и исследовательских реакторов. Компания обеспечивает топливом атомные электростанции в 15 странах, — это каждый шестой энергетический реактор в мире.
