«Елена-АМ» — пилотная атомная термоэлектрическая станция теплоснабжения, которую по заказу Росатома разрабатывает Курчатовский институт. До конца 2024 года его ученые и инженеры создадут проект реакторной установки и основного технологического оборудования.
«Елена» в Тихом океане
О том, чтобы создать автономную атомную станцию, способную проработать до 10 лет без обслуживания, задумались в СССР еще в 1960-е годы. В 1975 году была готова проектная документация, а в 1982 году была введена в эксплуатацию установка «Гамма». В качестве источника тепловой энергии использовался водо-водяной реактор с саморегулированием мощности, для отвода тепла – естественная циркуляция как в первом, так и во втором контурах. Для преобразования тепловой электроэнергии в электрическую – термоэлектрический метод.
Особенность термоэлектрогенератора в том, что тепло преобразуется в электроэнергию напрямую за счет разницы температур: благодаря подаче тепла на один из проводников образуется разность потенциалов. В термоэлектрических модулях был использован принцип трубки Фильда (труба в трубе). Полупроводниковые батареи были изготовлены из низкотемпературных тройных сплавов. Тепловая мощность станции составляла 220 кВт, электрическая мощность – 6,6 кВт. Вся установка была размещена в бассейне с водой, которая обеспечивала теплоотвод и биозащиту. И естественная циркуляция, и термоэлектрическое преобразование были революционными идеями и техническими решениями для того времени.
В 1989 году Дальневосточное отделение Академии наук СССР предложило создать опытно-промышленный образец теплоэлектростанции, основанной на термоэлектрическом преобразовании электроэнергии, для тепло- и электроснабжения небольшого научного поселка Тихоокеанского океанологического института в районе бухты Елена острова Попова. По названию бухты «Еленой» назвали и станцию. К началу 1990 года были выполнены эскизный и технический проекты. Электрическая мощность установки составляла 100 кВт, тепловая – 3 МВт. Установка переняла основные конструктивные и технологические решения «Гаммы». Однако затем из-за недостатка финансирования и последующего ухудшения экономической ситуации в стране проект не был доведен до практической реализации.
Возрождение «Елены»
Новая установка, которую по заказу Росатома проектирует Курчатовский институт, называется «Елена-АМ» АМ значит «автоматизированная и модернизированная». Ее задача – обеспечивать теплоснабжение в отдаленных и труднодоступных регионах, где отсутствует централизованное энергоснабжение, а везти традиционное органическое топливо – далеко и дорого.
Заявленная тепловая мощность «Елены-АМ» — 7 МВт, для обоих контуров предусмотрена естественная циркуляция теплоносителя (воды). Срок службы разрабатываемого оборудования должен составлять 40 лет. В активную зону высотой 120 см будут загружаться 241 ТВС с обогащением топлива не более 19,5%. Реактор водо-водяного типа должен обеспечивать саморегулирование во всем диапазоне электрической и тепловой нагрузок за счет отрицательного температурного эффекта реактивности (чем выше температура – тем ниже реактивность) и выгорающего поглотителя.
Электрическая мощность термоэлектрогенератора – не менее 200 кВт. Установка должна ежесуточно работать в режиме слежения за электрической нагрузкой в диапазоне от 20% до 100% от номинальных значений. Вырабатываемого электричества, как предполагается, будет хватать на собственные нужды электростанции и обеспечение близлежащих потребителей.
Еще одна важная особенность будущей станции – она необслуживаемая. «Елена-АМ» будет оборудована автоматизированной системой управления технологическими процессами, а также вспомогательными и обеспечивающими системами.
В качестве фундаментной конструкции для размещения основного оборудования предполагается использовать бак металловодной защиты, заполненный водой. Он же будет выполнять функцию биологической защиты от ионизирующего излучения. Благодаря малой мощности у станции невысокий уровень запасенного тепла: разница между температурой топлива и воды не превышает 50℃. Благодаря отсутствию насосов и арматуры повышается надежность конструкции – просто нечему ломаться. Станция должна работать во время и после землетрясений интенсивностью 8 баллов по шкале msk-64, а при 9 баллах – обеспечивать безопасность реакторной установки и основного технологического оборудования. Также «Елена-АМ» должна выдерживать падение самолета массой 20 т со скоростью 215 м/с. Будут сделаны расчеты и для запроектной аварии: падение самолета массой до 200 т со скоростью не более 100 м/с.
Установка должна работать 350 дней в году и затем на две недели останавливаться для диагностики и обслуживания. Все профилактические и ремонтные работы, как планируется, будет ежегодно выполнять специализированная выездная бригада в течение двух недель.
Пока «Елена-АМ» находится на стадии НИОКР. Параметры станции будут уточняться по мере проработки проекта.
