«Прорыв»: для чего нужна атомная станция в Северске
Росатом с 2011 года реализует на Сибирском химическом комбинате в Северске проект «Прорыв», в рамках которого будет построен реактор, работающий в замкнутом топливном цикле, и налажено производство уран-плутониевого топлива для реакторов на быстрых нейтронах. 26 октября инженеры СХК Игорь Луцик и Максим Федоров провели лекцию, в которой объясняли, почему, по их мнению, реакторы на быстрых нейтронах полезнее и безопаснее предыдущих.
В чем особенность нового реактора
Реакторы на тепловых (медленных) нейтронах позволяют получать более дешевую электроэнергию (в сравнении с быстрыми реакторами), но накапливают те самые минорные актиноиды, которые не могут использоваться в качестве топлива. Преимущество быстрых реакторов в том, что они могут перерабатывать любые актиноиды в продукты деления, время «обезвреживания» которых около 300 лет. Фактически это позволяет получать энергию из того, что раньше находилось в хранилищах в качестве отходов.
Почему «Прорыв» реализуют именно в Северске?
Здесь уже есть опыт эксплуатации ядерных реакторов. Специалистов-реакторщиков в области сейчас не так много, зато есть поставщики новых кадров, в первую очередь Северский технологический институт, где с 2017 года набирают магистрантов на программу «Ядерные физика и технологии», по которой специалистов готовят в основном именно для проекта «Прорыв», и Томский политехнический университет, в котором кадры для атомной отрасли готовят уже около 70 лет.
По словам советника генерального директора «Росатома» Владимира Грачева, сейчас в Томской области самое большое в мире количество студентов, обучающихся на специальностях, связанных с ядерной энергетикой.
Насколько это безопасно?
В целом, по словам инженеров СХК, современные атомные электростанции способны выдержать огромные нагрузки, например, такие, как землетрясение, смерч или падение самолета. Свинец, используемый в качестве материала теплоносителя реактора БРЕСТ, имеет высокую температуру кипения и не вступает в бурную реакцию с водой даже в случае разгерметизации теплообменного оборудования. Планируется, что в случае не прогнозируемой в проекте аварии после остановки реактора и остывания свинца реактор законсервирует сам себя.
Подешевеет ли электричество?
«На наш взгляд, цена на электроэнергию должна упасть», — говорит инженер по эксплуатации реакторного отделения СИП БРЕСТ ОДЭК Игорь Луцик.
Сейчас электроэнергия в Томской области стоит примерно 2,45 рубля за киловатт-час. Эту цифру планируется снизить до 2,23 руб./кВт⋅ч.
Сроки строительства
На данный момент уже построен модуль фабрикации-рефабрикации. В следующем году там будут монтировать технологическое оборудование. Работа модуля в опытно-промышленном режиме начнется в 2022 году, а с 2023-го там начнется промышленная наработка нитридного топлива для загрузки реактора.
Сам реактор БРЕСТ-ОД-300 планируется запустить в августе 2026 года. Модуль переработки планируется сдать в эксплуатацию в сентябре 2029 года. К 2030 году на АЭС должны завершить все работы и начать промышленную эксплуатацию станции.
Какие были сложности?
В 2017 году правительство России исключило строительство атомного реактора БРЕСТ-300 в Северске из федеральной целевой программы «Ядерные энерготехнологии нового поколения на период 2010-2015 годов и на перспективу до 2020 года».
Однако замглавы «Росатома» Вячеслав Першуков заявлял, что строительство реактора БРЕСТ не прекратили, не остановили, не исключили, а решили оптимизировать.
Замгубернатора по промышленной политике Игорь Шатурный также неоднократно подчеркивал, что «Прорыв» будет реализован. По его словам, строительство реактора БРЕСТ-300 задерживалось из-за трудностей при проектировании и прохождении экспертизы.
Читайте также:
Поддержи ТВ2! Мы пишем о том, что происходит, а не о том, что прикажут писать.
Проект «Прорыв»: как в Томской области идет самая большая атомная стройка за Уралом
В Северске продолжается строительство объектов в рамках проекта замкнутого топливного цикла «Прорыв». Сейчас на площади 42 гектара 14 строительных компаний возводят модуль фабрикации (завод по производству топлива), а также вспомогательные объекты. В 2017 году здесь начнется строительство реактора «БРЕСТ 300». На площадке трудятся почти 900 специалистов и рабочих, а также около 130 студентов из Северска и Красноярска. Об этом сообщает корреспондент vtomske.ru со стройплощадки опытно-демонстрационного энергокомплекса.
Напомним, в рамках соглашения между «Росатомом» и областью о реализации проекта «Прорыв» на территории ЗАТО Северск будет создан ряд объектов атомной энергетики, в том числе АЭС, в составе которой будет работать реакторная установка «БРЕСТ-300», и завод по конверсии урана. В рамках «Прорыва» создается новейшее топливо, на котором после 2020 года будет работать российская атомная энергетика. Полностью проект «Прорыв» должен заработать к 2023 году.
Как рассказал главный инженер опытно-демонстрационного энергокомплекса (ОДЭК) Александр Гусев, работы ведутся по 44 объектам на общей площади 42 гектара. Это самая большая стройка за Уралом. Ежемесячно здесь заливается 10-15 тысяч «кубов» бетона, который везут из Томска и находящегося поблизости бетонного завода.
«Сейчас строители возводят модуль фабрикации — будущий завод по производству топлива для реактора «БРЕСТ-300», а также тепло-выделяющих сборок для Белоярской АЭС (в городе Заречный Свердловской области — прим. ред.). Э то сооружение параметрами 186 на 30 метров и высотой в 22 метра. Средняя высота этажа — шесть метров. С троительство модуля фабрикации должно завершиться в декабре 2017 года, затем начнутся пуско-наладочные работы. Также на площадке строятся вспомогательные сооружения: КПП, санпроспускники, резервуары и прочее », — сказал специалист.
Генподрядчиком выступает ООО «Ява Строй», кроме нее на площадке работает еще 13 строительных организаций из Томска, Северска, Омска, Кемерово, Красноярска, Челябинска. Всего за три года реализации первой очереди проекта планируется провести строительно-монтажных работ на 6,5 миллиарда рублей. В 2015 году было освоено 2,5 миллиарда рублей, в 2016 — план на 2,9 миллиарда, в 2017 — 2,7 миллиарда. До конца этого года на ОДЭК нужно выполнить строительно-монтажных работ еще на 1,8 миллиарда.
Оборудование энергокомплекса производят российские предприятия, оно обойдется в 10-12 миллиардов рублей. Сейчас его уже начали монтировать на ряде объектов (например, сигнализации на КПП). Оборудование для модуля фабрикации начнет поступать к Новому году, а монтаж его стартует в середине 2017 года.
«Пока мы отстаем от графика, но это связано с тем, что мы очень много земляных работ выполняли. О тставание не критично и не повлечет сдвигов сроков. Мы постоянно вводим компенсирующие мероприятия, то есть если есть отставание, то мы эти работы закладываем в следующий месяц», — пояснил Гусев.
Все строительные материалы, которые поступают на площадку ОДЭК, проходят контроль «СХК» и фирм-подрядчиков, в том числе — лабораторный. Процесс строительства постоянно контролируется. Так, за июль на объекте прошло шесть проверок всех уровней.
Будущий санпропускник ОДЭК
В 2017 году здесь планируется начать строительство ядерного реактора «БРЕСТ 300». Сейчас по нему готовится конкурсная документация, которая будет к концу года разыгрываться на торгах.
На этой площадке в 2017 году планируют начать строить реактор «БРЕСТ 300»
«На сегодня здесь работает 894 человека, включая 126 студентов из стройотрядов. В разное время на объекте работало до 1 200 человек. Студенты официально трудоустроены в стройфирмах, получают зарплату. По технике безопасности перед нами очень жестко вопросы ставит руководство «Росатома» и гендиректор «СХК». Не скажу, что мы отличники, но на твердую «четверку» мы в этом плане работаем. К этому очень пристальное внимание. Если кто-то из рабочих сломает руку — руководителю сразу увольнение, независимо от регалий. Так уже двух руководителей сняли», — отметил главный инженер ОДЭК.
На главной атомной стройке области трудятся студенты не только из Северска, но и из Красноярска — около 90 человек. Как пояснила командир северского штаба студотрядов Татьяна Каштанова, зарплата студентов на стройке ОДЭК варьируется от 17 до 25 тысяч рублей и зависит от объемов выполненных работ. При этом сами студенты рассказали, что им не поручают сложных опасных работ, а зарплата может даже превысить 25 тысяч.
Студент Сибирского федерального университета Дмитрий приехал на стройку ОДЭК из Красноярска. Он уже побывал на строительных объектах в ряде городов, в том числе — в олимпийском Сочи.
«Здесь мы занимаемся армировкой, строительством стен, помогаем в общестроительных работах. Многие из ребят, которые приехали сюда, являются будущими строителями. Они видят тут в живую свою работу. Для меня, например, это уже пятая стройка. В этом есть своя романтика. Нам еще в Красноярске объясняли, куда мы едем, что этому проекту нет аналогов. Конечно, когда будут открывать комплекс и разрезать ленточку, мы скажем своим братьям и сестрам: я там был, я это строил», — поделился Дмитрий.
Добавим, как пояснил корреспонденту vtomske.ru замначальника отдела физической защиты «СХК» Константин Воронин, будущий энергокомплекс будет охранять «некоторое количество» военнослужащих Нацгвардии. При этом подробности организации охраны объекта не раскрываются.
Будущий модуль фабрикации снаружи и внутри
Россия строит уникальный энергокомплекс с атомным реактором на быстрых нейтронах и свинцовым теплоносителем
БРЕСТ — Быстрый Реактор Естественной безопасности со Свинцовым Теплоносителем. Допустима другая расшифровка, без свинца — Быстрый Реактор ЕСТественной безопасности (по-английски «inherent safety»).
Научный руководитель «Прорыва» Евгений Адамов утверждает: «Внедрение результатов проекта поэтапно в диапазоне 2020–2030-х годов даст старт развитию крупномасштабной ядерной энергетики, создаст предпосылки укрепления России в качестве лидера на мировом рынке ядерных технологий и продуктов».
Естественная безопасность «Прорыва»
Ключевым для проекта «Прорыв» является понятие «естественная безопасность». Это обобщение принципа «внутренне присущей безопасности» не только на сами реакторные установки, но и на весь топливный цикл.
«Естественная безопасность» включает в себя:
Как пояснил «Ъ-Науке» главный конструктор «Прорыва» Вадим Лемехов, для достижения технической безопасности предлагаются следующие средства:
Свинцовый теплоноситель — впервые в мире
Выбор свинца в качестве теплоносителя на первый взгляд представляется странным: никто в мире этого не делал. «Да, действительно, ранее созданные реакторы на быстрых нейтронах используют в качестве теплоносителя натрий, и сейчас в рамках проектного направления «Прорыв» разрабатывается реакторная установка БН-1200 с натриевым теплоносителем»,— говорит Вадим Лемехов. Но выбор свинца неслучаен и обусловлен целым рядом технических достоинств:
Макет опытно-демонстрационного комплекса на площадке АО «СХК» в Томской области
ОДЭК – опытно-демонстрационныи энергокомплекс
СНУП-топливо – смешанное нитридное уран-плутониевое топливо
ТВС – тепловыделяющая сборка
САО – среднеактивные радиоактивные отходы
НАО – низкоактивные радиоактивные отходы
Переработка отработавшего топлива
Ключевой задачей для реактора со свинцовым теплоносителем является работа в замкнутом топливном цикле — для полного использования энергетического потенциала уранового сырья. Масштаб и результативность обосновывающих исследовательских работ по плотному нитридному уран-плутониевому топливу позволили уже в 2015 году приступить к сооружению объектов опытно-демонстрационного комплекса на площадке АО «Сибирский химический комбинат» в Томской области. К началу нынешнего года строительно-монтажные работы по сооружению завода по производству ядерного топлива выполнены на 46%, на них затрачено уже более 4 млрд руб. Завершено возведение строительных конструкций трех основных корпусов. В технологическом корпусе уже организованы отопление и освещение, ведутся отделочные работы, идет подготовка к монтажу основного технологического оборудования.
Сибирский химический комбинат — предприятие по обращению с ядерными материалами. Год основания — 1949-й: 26 марта Совет министров СССР принял решение о строительстве Зауральского машиностроительного завода (Комбинат 816, п/я 129, п/я 153, п/я В-2994, Сибирский химический комбинат — СХК). Комбинат расположен в городе Северске Томской области.
Результатом проведенных исследований по замыканию топливного цикла стала комбинированная схема переработки отработавшего топлива (пирохимическая + гидрометаллургическая переработка), которая позволяет:
Как устроен реактор БРЕСТ
Реакторы типа БРЕСТ имеют интегральную конструкцию. Корпус реактора кроме традиционных функций по размещению оборудования и организации тракта циркуляции выполняет еще функции радиационной защиты и локализации течей теплоносителя при разгерметизации границы первого контура. Выражаясь проще, это металлобетонные бассейны, куда в теплоноситель (свинец) опускаются активная зона и прочее технологическое оборудование. Разгерметизация контуров с потерей металлического теплоносителя здесь исключена, а отсутствие избыточного давления предотвращает опасность взрыва. А поскольку свинец и бетон — это одни из лучших материалов для защиты от ионизирующего излучения, фон снаружи корпуса — естественный.
Конструкторская концепция реакторной установки БРЕСТ-ОД-300 заключается в следующем:
Экспериментальные тепловыделяющие сборки типа БРЕСТ со смешанным нитридным уран-плутониевым топливом
Химически пассивный, малоактивируемый свинец позволил сконструировать ядерную установку в двухконтурном исполнении с рабочим телом «вода—пар» во втором контуре. Особенностью использования свинца в активной зоне является разреженность пучка тепловыделяющих элементов, что позволяет без существенного смягчения спектра нейтронов обеспечить в активной зоне приемлемые значения энергонапряженности и гидравлических потерь с необходимым уровнем естественной циркуляции в случае обесточивания. В случае останова насосов в контуре более 20 сек. сохраняется принудительная циркуляция благодаря потенциальной энергии, запасенной в разности уровней свинца в напорной камере и камере всасывающего насоса. Далее при остановленных насосах отвод тепла от зоны осуществляется естественной циркуляцией свинца.
Второй контур состоит из парового и конденсатно-питательного трактов и одного турбоагрегата. Турбина конденсационная, быстроходная типа К-300-15,7/50. Во избежание затвердевания свинцового теплоносителя применен смешивающий подогреватель питательной воды для обеспечения ее температуры на входе в парогенератор не менее 340°C. Конструкционный материал конденсатно-питательного тракта — коррозионно-стойкая сталь, материал принят для уменьшения объема водоочистки и увеличения межпромывочных интервалов по теплообменному оборудованию конденсатно-питательного тракта. В проекте принято оборотное техническое водоснабжение с башенной градирней.
Особенность второго контура в том, что, в отличие от существующих проектов АЭС, на него не возлагаются функции безопасности по аварийному отводу тепла от реактора.
Конструкционной особенностью активной зоны является бесчехловая шестигранная тепловыделяющая сборка с гладкостержневыми тепловыделяющими элементами. Она обеспечивает более высокую степень безопасности активной зоны по сравнению с конструкцией, в которой используются чехловые сборки. Для бесчехловой сборки при перекрытии расхода теплоносителя на входе теплоотвод обеспечивается за счет перетока теплоносителя из «соседей». Расчеты показали, что перекрытие расхода теплоносителя на входе даже семи сборок бесчехловой конструкции в центральной части активной зоны не приводит к росту температуры, превышающему принятый критерий в 800°С.
Рабочие органы системы управления и защиты реактора находятся под активной зоной. При обесточивании вводятся в активную зону действием силы Архимеда. При перегрузках топлива рабочие органы расцепляются с приводами и также под действием силы Архимеда вводятся в активную зону, переводя реактор в глубоко подкритическое состояние.
Американская компания Westinghouse — ближайший конкурент «Росатома» в свинцовых реакторных технологиях — еще в 2015 году подала в Министерство энергетики США заявку на получение финансирования для быстрого реактора LFR со свинцовым теплоносителем в рамках программы по разработке реакторных концепций, имеющих потенциал для демонстрации до 2035 года.
В феврале 2018 года Westinghouse подписала меморандум о сотрудничестве по технологии быстрых свинцовых реакторов с итальянским агентством новых энергетических технологий ENEA и итальянской же компанией Ansaldo Nucleare.
Проектная документация энергоблока откорректирована по замечаниям предыдущих экспертиз и с учетом оптимизационных решений. Выпущены первоочередные комплекты рабочей документации. Подтверждена возможность изготовления оборудования реакторной установки на отечественных предприятиях: получены технико-коммерческие предложения от потенциальных поставщиков. Разработаны проекты нормативных правовых актов для реакторных установок со свинцовым теплоносителем, которые сейчас проходят процедуру согласования в Ростехнадзоре.
Главный конструктор реакторных установок БРЕСТ и главный конструктор «Прорыва» Вадим Лемехов пояснил «Ъ-Науке», что решения, применяемые в реакторной установке БРЕСТ-ОД-300, могут быть использованы в коммерческих реакторных установках большой мощности с обеспечением их конкурентоспособности.
Пуск реактора БРЕСТ-ОД-300 запланирован на 2026 год.
Подводя предварительные итоги, можно сказать, что за последние несколько лет Россия вырвалась в безусловные мировые лидеры в быстрых реакторах естественной безопасности со свинцовым теплоносителем.
Владимир Тесленко, кандидат химических наук