Прорыв в новую энергетику
ТЕХНОЛОГИИ / НОЯБРЬ #8_2023
Текст: Надежда ФЕТИСОВА / Фото: Страна Росатом, Атом Медиа, СХК
Промежуточные результаты и достижения проекта «Прорыв» обсуждаются раз в два года. В этом году расширились и тематика, и состав участников — на конференции «Новая атомная энергетика» говорили не только о традиционных направлениях «Прорыва» (быстрые реакторы, фабрикация топлива, переработка ОЯТ), но и о глобальных задачах отрасли: совершенствовании линейки ВВЭРов, встраивании их в замкнутый топливный цикл, цифровизации, экспорте передовых продуктов.
Все это необходимо для выработки единой стратегии развития отрасли, подчеркнул глава Росатома Алексей Лихачев (он подключился к конференции по видеосвязи). «Нам нужно осмыслить и доработать стратегию развития атомной энергетики, чтобы с ней прийти в правительство и детально прописать планы ввода новых мощностей уже не только до 2035 года, но и до 2042‑го или даже до 2050‑го. Также нужно определиться, какие проекты мы будем предлагать нашим зарубежным заказчикам как продукты», — сказал А. Лихачев.
Научный руководитель проектного направления «Прорыв» Евгений Адамов напомнил о роли атомной генерации в энергобалансе страны. «Сегодня мы нашли серьезное обоснование для того, чтобы развивать ядерную энергетику и достигать 25 % генерации, основанное, в числе прочего, на прогнозе ИНЭИ РАН. Он показывает, что к 2030−2035 годам возникает необходимость в появлении новой генерации, а к 2050 году около 80 ГВт нужно будет построить. За них мы и должны соревноваться в следующих десятилетиях», — отметил он.
Тем для дискуссий хватает. Например, нет однозначного ответа на вопрос: двухкомпонентная ядерная энергетика — это переходный этап или конечная цель? Об этом напомнил, открывая конференцию, первый заместитель генерального директора Росатома по развитию новых продуктов Александр Локшин. «Всё зависит от экономики: если быстрые реакторы будут по стоимости сопоставимы с тепловыми, то от последних мы со временем откажемся. В любом случае это не быстрый процесс, и до конца века тепловые реакторы останутся с нами. Мы будем продолжать строить новые ВВЭР, и количественное соотношение в пользу быстрых поменяется нескоро», — сказал А. Локшин.
Он подчеркнул, что все новые реакторы будут относиться к поколению IV, и перечислил основные критерии: неограниченность ресурсной базы, соблюдение принципов нераспространения, высокая экономичность, повышенная безопасность, минимум отходов. «Все эти требования уже выполняются в проектах БН‑1200М и БРЕСТ, за исключением экономичности — над этим еще предстоит поработать», — отметил А. Локшин.
Дальнейшее развитие ветви ВВЭР, по мнению А. Локшина, будет включать снижение сроков и стоимости, повышение КПД и КВ, возможность работы на 100 % загрузке МОКС-топливом, улучшение маневренности. Часть задач решит ВВЭР-С (со спектральным регулированием), следующий шаг — ВВЭР-СКД (со сверхкритическими параметрами давления).
Научный руководитель проектного направления «Прорыв» Евгений Адамов напомнил о роли атомной генерации в энергобалансе страны. «Сегодня мы нашли серьезное обоснование для того, чтобы развивать ядерную энергетику и достигать 25 % генерации, основанное, в числе прочего, на прогнозе ИНЭИ РАН. Он показывает, что к 2030−2035 годам возникает необходимость в появлении новой генерации, а к 2050 году около 80 ГВт нужно будет построить. За них мы и должны соревноваться в следующих десятилетиях», — отметил он.
Тем для дискуссий хватает. Например, нет однозначного ответа на вопрос: двухкомпонентная ядерная энергетика — это переходный этап или конечная цель? Об этом напомнил, открывая конференцию, первый заместитель генерального директора Росатома по развитию новых продуктов Александр Локшин. «Всё зависит от экономики: если быстрые реакторы будут по стоимости сопоставимы с тепловыми, то от последних мы со временем откажемся. В любом случае это не быстрый процесс, и до конца века тепловые реакторы останутся с нами. Мы будем продолжать строить новые ВВЭР, и количественное соотношение в пользу быстрых поменяется нескоро», — сказал А. Локшин.
Он подчеркнул, что все новые реакторы будут относиться к поколению IV, и перечислил основные критерии: неограниченность ресурсной базы, соблюдение принципов нераспространения, высокая экономичность, повышенная безопасность, минимум отходов. «Все эти требования уже выполняются в проектах БН‑1200М и БРЕСТ, за исключением экономичности — над этим еще предстоит поработать», — отметил А. Локшин.
Дальнейшее развитие ветви ВВЭР, по мнению А. Локшина, будет включать снижение сроков и стоимости, повышение КПД и КВ, возможность работы на 100 % загрузке МОКС-топливом, улучшение маневренности. Часть задач решит ВВЭР-С (со спектральным регулированием), следующий шаг — ВВЭР-СКД (со сверхкритическими параметрами давления).
Планируемая установленная мощность и вводы в эксплуатацию*
Важно также оценить, какие продукты будут востребованы на экспорт. Заместитель генерального директора — технический директор АО «Русатом Энерджи Проджектс» Леуш Томичек обрисовал основные тенденции мирового энергетического рынка: энергопереход продолжается, доля возобновляемых источников будет увеличиваться. Однако энергосистемы не смогут обеспечить надежность и ценовую доступность на одних ВИЭ, а значит, спрос на базовую генерацию в виде АЭС и маневренную в виде ТЭС сохранится, более того — роль АЭС в достижении целей декарбонизации возрастет. По словам Л. Томичека, Росатом может законтрактовать к 2035 году 38 ГВт: 30 блоков АЭС большой мощности и 20 блоков — малой. «У атомной энергетики огромный потенциал роста, однако конкуренция на мировом рынке усиливается. Основной драйвер развития в Азии, наши главные конкуренты — Китай и Южная Корея», — подчеркнул Л. Томичек.
Для повышения конкурентоспособности нужно строить быстрее и дешевле. Еще один важнейший фактор лидерства на рынке — предложение замкнутого ядерного цикла как продукта. «Замкнутый ЯТЦ будет востребован на мировом рынке при условии исключения необходимости глубинного геологического захоронения», — сказал Л. Томичек. Также он подчеркнул необходимость создания консорциумов в международных проектах — это поможет снижать риски, лучше понимать особенности локальных условий, корректно готовить коммерческие предложения. «Нужно заниматься конкурентоспособностью как дисциплиной», — заключил Л. Томичек.
Для повышения конкурентоспособности нужно строить быстрее и дешевле. Еще один важнейший фактор лидерства на рынке — предложение замкнутого ядерного цикла как продукта. «Замкнутый ЯТЦ будет востребован на мировом рынке при условии исключения необходимости глубинного геологического захоронения», — сказал Л. Томичек. Также он подчеркнул необходимость создания консорциумов в международных проектах — это поможет снижать риски, лучше понимать особенности локальных условий, корректно готовить коммерческие предложения. «Нужно заниматься конкурентоспособностью как дисциплиной», — заключил Л. Томичек.
В единой связке
Новая атомная энергетика — безусловно, двухкомпонентная, поэтому на конференции обсуждались оба компонента: как тепловые, так и быстрые реакторы.
Весь накопленный отраслью опыт в части ВВЭР предлагается вложить в единый базовый проект. При его разработке учитывался опыт сооружения новых блоков на Нововоронежской и Ленинградской АЭС‑2 — об этом рассказал директор по проектированию перспективных проектов АО «Атомэнергопроект» Леонид Лебедев: «Уже выбраны параметры для базового проекта: тепловая мощность — 3300 МВт, электрическая — 1300 МВт, коэффициент готовности — 93 %». По словам Л. Лебедева, базовый проект должен объединить российские и экспортные варианты, обладать максимальной модульностью, то есть возможностью замещения одних компонентов другими, при этом сохранить единые технические и компоновочные решения, а также максимально учитывать требования европейских регуляторов. Планируется также существенно (до 17 %) снизить стоимость проекта (по сравнению с существующими) и сократить сроки сооружения.
Также Л. Лебедев подробно рассказал о проекте ВВЭР-С. Согласно утвержденному в 2022 году решению относительно параметров этого реактора, КПД ВВЭР-С составит 38 %, тепловая мощность — не менее 1606 МВт, электрическая — до 650 МВт, коэффициент воспроизводства топлива — 0,8. Если в реакторах ВВЭР‑1200 критичность поддерживается уменьшением концентрации бора в теплоносителе, то в ВВЭР-С — уменьшением уран-водного соотношения. Два таких блока должны быть построены в составе Кольской АЭС‑2, ввод в эксплуатацию первого из них планируется к 2035 году.
«Уже завершены НИОКР, ведется эскизное проектирование. До конца следующего года мы ожидаем получить эскизный проект и документацию, которая позволит оценить стоимость проекта. К 2025 году надеемся начать полноценное проектирование на площадке Кольской АЭС‑2», — отметил Л. Лебедев.
Генеральный конструктор «Прорыва» Вадим Лемехов рассказал о работах по трем быстрым реакторам в рамках проектного направления (БРЕСТ-ОД‑300 и БР‑1200 со свинцовым теплоносителем, БН‑1200М с натриевым): НИОКР выполняются по графику, требования техзаданий подтверждаются.
Он напомнил ключевые технологические решения по этим реакторам:
«Показано, что интегральная компоновка, примененные топливо, теплоноситель и пассивные элементы систем безопасности быстрых реакторов снижают вероятность повреждений активной зоны и большого аварийного выброса по сравнению с действующими нормативами. Это необходимо для развития крупномасштабной ядерной энергетики», — подчеркнул В. Лемехов.
Новая атомная энергетика — безусловно, двухкомпонентная, поэтому на конференции обсуждались оба компонента: как тепловые, так и быстрые реакторы.
Весь накопленный отраслью опыт в части ВВЭР предлагается вложить в единый базовый проект. При его разработке учитывался опыт сооружения новых блоков на Нововоронежской и Ленинградской АЭС‑2 — об этом рассказал директор по проектированию перспективных проектов АО «Атомэнергопроект» Леонид Лебедев: «Уже выбраны параметры для базового проекта: тепловая мощность — 3300 МВт, электрическая — 1300 МВт, коэффициент готовности — 93 %». По словам Л. Лебедева, базовый проект должен объединить российские и экспортные варианты, обладать максимальной модульностью, то есть возможностью замещения одних компонентов другими, при этом сохранить единые технические и компоновочные решения, а также максимально учитывать требования европейских регуляторов. Планируется также существенно (до 17 %) снизить стоимость проекта (по сравнению с существующими) и сократить сроки сооружения.
Также Л. Лебедев подробно рассказал о проекте ВВЭР-С. Согласно утвержденному в 2022 году решению относительно параметров этого реактора, КПД ВВЭР-С составит 38 %, тепловая мощность — не менее 1606 МВт, электрическая — до 650 МВт, коэффициент воспроизводства топлива — 0,8. Если в реакторах ВВЭР‑1200 критичность поддерживается уменьшением концентрации бора в теплоносителе, то в ВВЭР-С — уменьшением уран-водного соотношения. Два таких блока должны быть построены в составе Кольской АЭС‑2, ввод в эксплуатацию первого из них планируется к 2035 году.
«Уже завершены НИОКР, ведется эскизное проектирование. До конца следующего года мы ожидаем получить эскизный проект и документацию, которая позволит оценить стоимость проекта. К 2025 году надеемся начать полноценное проектирование на площадке Кольской АЭС‑2», — отметил Л. Лебедев.
Генеральный конструктор «Прорыва» Вадим Лемехов рассказал о работах по трем быстрым реакторам в рамках проектного направления (БРЕСТ-ОД‑300 и БР‑1200 со свинцовым теплоносителем, БН‑1200М с натриевым): НИОКР выполняются по графику, требования техзаданий подтверждаются.
Он напомнил ключевые технологические решения по этим реакторам:
- интегральная компоновка первого контура с локализующим барьером в составе корпуса для недопущения потери теплоносителя и распространения радиоактивных веществ;
- отвод остаточного тепла от первого контура специальной системой с пассивным воздушым теплообменником;
- применение пассивных средств воздействия на реактивность для управления запроектными авариями;
- применение СНУП-топлива как для улучшения топливоиспользования, так и для минимизации запаса реактивности;
- использование жидкометаллического теплоносителя, имеющего высокую температуру кипения.
«Показано, что интегральная компоновка, примененные топливо, теплоноситель и пассивные элементы систем безопасности быстрых реакторов снижают вероятность повреждений активной зоны и большого аварийного выброса по сравнению с действующими нормативами. Это необходимо для развития крупномасштабной ядерной энергетики», — подчеркнул В. Лемехов.
Целевые параметры быстрых реакторов
Отдельная непростая задача — синхронизация разработки и лицензирования инновационных быстрых реакторов. В. Лемехов отметил, что опыт лицензирования БРЕСТ-ОД‑300 показал: при современной нормативной базе все преимущества быстрых реакторов не могут быть реализованы сразу, на первом инновационном проекте.
«По преданию, И. В. Курчатов перед асфальтированием дорожек на территории института посмотрел, где уже протоптаны тропинки, и распорядился их заасфальтировать. То же и с нормативами. Норматив — это фиксация опыта, и до разработки проекта (хотя бы эскизного) разработка новых нормативов государственного уровня затруднительна для конкретных инновационных технических решений. Защищать инновационные составляющие проекта при лицензировании надо в соответствии с современным уровнем науки, техники и производства. Это должны делать эксперты, квалифицированные в области разработки или смежных областях», — убежден В. Лемехов. Для разработки инновационных реакторов требуется особый порядок регулирования, поэтому необходимо внести изменения в федеральный закон «Об использовании атомной энергии». Главная идея: нормативы для инновационных решений должны разрабатываться параллельно разработке технологий и их лицензированию, а не предшествовать им."Прорыв" — это не только строящийся ОДЭК, но и промышленный энергокомплекс (ПЭК), который сейчас проектируется, напомнил главный инженер «Прорыва» Андрей Петренко. В состав ОДЭКа войдут один энергоблок мощностью 300 МВт, модуль фабрикации/рефабрикации топлива (МФР) (производительность 14,7 тонн в год до реконструкции, 21,6 тонн в год — после реконструкции) и модуль переработки (МП) ОЯТ И РАО производительностью до 10 тонн в год. ПЭК будет иметь АЭС с двумя энергоблоками мощностью 1255 МВт каждый, МФР (не менее 30 тонн в год) и МП (также не менее 30 тонн в год).
«По преданию, И. В. Курчатов перед асфальтированием дорожек на территории института посмотрел, где уже протоптаны тропинки, и распорядился их заасфальтировать. То же и с нормативами. Норматив — это фиксация опыта, и до разработки проекта (хотя бы эскизного) разработка новых нормативов государственного уровня затруднительна для конкретных инновационных технических решений. Защищать инновационные составляющие проекта при лицензировании надо в соответствии с современным уровнем науки, техники и производства. Это должны делать эксперты, квалифицированные в области разработки или смежных областях», — убежден В. Лемехов. Для разработки инновационных реакторов требуется особый порядок регулирования, поэтому необходимо внести изменения в федеральный закон «Об использовании атомной энергии». Главная идея: нормативы для инновационных решений должны разрабатываться параллельно разработке технологий и их лицензированию, а не предшествовать им."Прорыв" — это не только строящийся ОДЭК, но и промышленный энергокомплекс (ПЭК), который сейчас проектируется, напомнил главный инженер «Прорыва» Андрей Петренко. В состав ОДЭКа войдут один энергоблок мощностью 300 МВт, модуль фабрикации/рефабрикации топлива (МФР) (производительность 14,7 тонн в год до реконструкции, 21,6 тонн в год — после реконструкции) и модуль переработки (МП) ОЯТ И РАО производительностью до 10 тонн в год. ПЭК будет иметь АЭС с двумя энергоблоками мощностью 1255 МВт каждый, МФР (не менее 30 тонн в год) и МП (также не менее 30 тонн в год).
Планируемые вводы в эксплуатацию*
Проект ОДЭК пережил существенную эволюцию. «На стадии обликового проектирования мы выделяли основные характеристики объекта и работали над ними без детализации в остальных частях. Если достигали приемлемых параметров — переходили к полномасштабному проектированию», — пояснил А. Петренко. В результате, например, значительно уменьшились строительные объемы основных зданий МФР (со 170 до 130 тыс. м3) и энергоблока (с 430 до 350 тыс. м3). по требованию Ростехнадзора здание энергоблока было обнесено герметичным ограждением. Разработанный в 2016 году проект МП был заморожен с 2017 по 2021 год, а в 2022 году перезапущен с решением о роботизации этого модуля (подробнее об этом ниже).
Текущий статус ПЭК с РУ БР1200 — организация ОБИНа. Площадь территории будущего промышленного комплекса уже существенно сокращена: с 49 до 45 га. «Мы уже видим, что по количеству зданий, сооружений и площади застройки он будет существенно, на десятки процентов, компактнее, чем типовая АЭС проекта ВВЭР-ТОИ. То же можно сказать о строительном объеме, металлоемкости и объеме железобетона строительного здания», — пояснил А. Петренко. Он назвал потенциально возможные площадки размещения ПЭК: Южно-Уральская АЭС (ПО «Маяк»), Северская АЭС (АО «СХК»), Рефтинская ГРЭС (Свердловская область), Березовская ГРЭС (Красноярский край).
Текущий статус ПЭК с РУ БР1200 — организация ОБИНа. Площадь территории будущего промышленного комплекса уже существенно сокращена: с 49 до 45 га. «Мы уже видим, что по количеству зданий, сооружений и площади застройки он будет существенно, на десятки процентов, компактнее, чем типовая АЭС проекта ВВЭР-ТОИ. То же можно сказать о строительном объеме, металлоемкости и объеме железобетона строительного здания», — пояснил А. Петренко. Он назвал потенциально возможные площадки размещения ПЭК: Южно-Уральская АЭС (ПО «Маяк»), Северская АЭС (АО «СХК»), Рефтинская ГРЭС (Свердловская область), Березовская ГРЭС (Красноярский край).
Топливные нюансы
Переход на замкнутый ядерный топливный цикл невозможен без практической демонстрации фабрикации топлива для быстрых и тепловых реакторов с использованием регенерированного урана и плутония, а также включения в топливо минорных актинидов — для их дожигания.
Как рассказал в своем докладе старший вице-президент по научно-технической деятельности АО «ТВЭЛ» Александр Угрюмов, на основании положительных результатов эксплуатации топлива из регенерированного урана на блоке № 2 Калининской АЭС и топливных кассет ВВЭР‑440 с регенерированным ураном — на энергоблоке № 2 Кольской АЭС было решено перевести блоки ВВЭР‑1200 Нововоронежской АЭС‑2 и Ленинградской АЭС‑2 на топливо из регенерированного урана после завершения их перевода на эксплуатацию в 18‑месячном топливном цикле (2027−2028 годы). Также поставлена задача поэтапного перевода энергоблоков ВВЭР‑1200 и ВВЭР-ТОИ на ядерное топливо из регенерированного урана.
Уран-плутониевое РЕМИКС-топливо успешно проходит уже второй 18‑месячный цикл опытно-промышленной эксплуатации в реакторе ВВЭР‑1000 Балаковской АЭС. Такое топливо содержит смесь обогащенного урана с ураном и плутонием (плутоний — до 1,5 %), выделяющимися при переработке ОЯТ. Эта технология подразумевает повторное использование не только плутония, но и остаточного количества 235U.
В 2023 году в исследовательском реакторе МИР начались опытные испытания твэлов с уран-плутониевым МОКС-топливом для ВВЭР с содержанием плутония до 12 %. Как отметил А. Угрюмов, полученные результаты также будут использованы для опережающей разработки и обоснования МОКС-топлива для реактора ВВЭР-С.
МОКС-топливо уже активно используется для быстрых реакторов — с прошлого года БН‑800 на Белоярской АЭС полностью переведен на МОКС. Как сообщил А. Угрюмов, следующим шагом станут изготовление и загрузка в БН‑800 опытных МОКС-ТВС, содержащих минорные актиниды (америций, нептуний).
Строящийся БРЕСТ-ОД‑300 будет работать на плотном нитридном уран-плутониевом СНУП-топливе. Ведутся научно-исследовательские работы по обоснованию СНУП-топлива с постепенным повышением его выгорания (облучение опытных СНУП-ТВС проводится в реакторе БН‑600 на Белоярской АЭС).
Блок докладов на конференции по традиции был посвящен вопросам обращения с ОЯТ. Заместитель директора — директор направления радиохимии ЧУ «Наука и инновации» Андрей Шадрин подчеркнул, что принципиальная ограниченность запасов 235U заставляет планировать переход к крупномасштабной промышленной переработке ОЯТ.
Сейчас единственный действующий в России промышленный завод по переработке ОЯТ — РТ‑1 на «Маяке». До 2030 года планируется его модернизировать: заменить изношенное оборудование, увеличить производительность, обеспечить переработку ОЯТ МОКС реактора БН‑800.
В 2015 году на ГХК был введен в эксплуатацию первый пусковой комплекс опытно-демонстрационного центра (ОДЦ). В 2024 году будет завершено строительство второго пускового комплекса. На ОДЦ в первую очередь запланирована переработка ОЯТ — федеральной собственности и ранее ввезенного зарубежного.
«Ни модернизация РТ‑1, ни запуск ОДЦ не решают проблему накопленного в стране ОЯТ. Требуется либо строить хранилища, либо создавать крупномасштабное производство по переработке ОЯТ с вовлечением регенерированных ядерных материалов в топливный цикл», — констатировал А. Шадрин. По его оценкам, по мере ввода тепловых и быстрых реакторов будет нарастать потребность в переработке ОЯТ — до 1500 тонн ТМ/год после 2035 года. Среди требований к новым крупномасштабным производствам по переработке ОЯТ он назвал универсальность (переработка ОЯТ быстрых и тепловых реакторов раздельно и в различных соотношениях); комплексность (решение всех проблем обращения с РАО); безопасность; эффективность; модульность построения.
Одно из важных направлений в рамках «Прорыва» — фракционирование при переработке ОЯТ на МП, в частности, технологии выделения и разделения америция и кюрия. Как отметил в своем докладе ведущий научный сотрудник АО «ВНИИНМ» Виталий Виданов, сейчас предусмотрена двухступенчатая схема, включающая экстракционное групповое выделение америция и кюрия с их последующим сорбционным разделением. Обе стадии технологии были тщательно проработаны, проведены успешные испытания на реальных продуктах переработки ОЯТ.
В этом направлении остро стоит вопрос импортозамещения. «В ходе работ по созданию полномасштабного стенда для отработки конструкции аппаратуры и технологического процесса сорбционно-хроматографического разделения америция и кюрия выяснилось, что часть узлов отечественного производства по качеству сильно уступают западным аналогам. До запуска модуля переработки у нас есть время, чтобы повысить их качество», — отметил В. Виданов.
Переход на замкнутый ядерный топливный цикл невозможен без практической демонстрации фабрикации топлива для быстрых и тепловых реакторов с использованием регенерированного урана и плутония, а также включения в топливо минорных актинидов — для их дожигания.
Как рассказал в своем докладе старший вице-президент по научно-технической деятельности АО «ТВЭЛ» Александр Угрюмов, на основании положительных результатов эксплуатации топлива из регенерированного урана на блоке № 2 Калининской АЭС и топливных кассет ВВЭР‑440 с регенерированным ураном — на энергоблоке № 2 Кольской АЭС было решено перевести блоки ВВЭР‑1200 Нововоронежской АЭС‑2 и Ленинградской АЭС‑2 на топливо из регенерированного урана после завершения их перевода на эксплуатацию в 18‑месячном топливном цикле (2027−2028 годы). Также поставлена задача поэтапного перевода энергоблоков ВВЭР‑1200 и ВВЭР-ТОИ на ядерное топливо из регенерированного урана.
Уран-плутониевое РЕМИКС-топливо успешно проходит уже второй 18‑месячный цикл опытно-промышленной эксплуатации в реакторе ВВЭР‑1000 Балаковской АЭС. Такое топливо содержит смесь обогащенного урана с ураном и плутонием (плутоний — до 1,5 %), выделяющимися при переработке ОЯТ. Эта технология подразумевает повторное использование не только плутония, но и остаточного количества 235U.
В 2023 году в исследовательском реакторе МИР начались опытные испытания твэлов с уран-плутониевым МОКС-топливом для ВВЭР с содержанием плутония до 12 %. Как отметил А. Угрюмов, полученные результаты также будут использованы для опережающей разработки и обоснования МОКС-топлива для реактора ВВЭР-С.
МОКС-топливо уже активно используется для быстрых реакторов — с прошлого года БН‑800 на Белоярской АЭС полностью переведен на МОКС. Как сообщил А. Угрюмов, следующим шагом станут изготовление и загрузка в БН‑800 опытных МОКС-ТВС, содержащих минорные актиниды (америций, нептуний).
Строящийся БРЕСТ-ОД‑300 будет работать на плотном нитридном уран-плутониевом СНУП-топливе. Ведутся научно-исследовательские работы по обоснованию СНУП-топлива с постепенным повышением его выгорания (облучение опытных СНУП-ТВС проводится в реакторе БН‑600 на Белоярской АЭС).
Блок докладов на конференции по традиции был посвящен вопросам обращения с ОЯТ. Заместитель директора — директор направления радиохимии ЧУ «Наука и инновации» Андрей Шадрин подчеркнул, что принципиальная ограниченность запасов 235U заставляет планировать переход к крупномасштабной промышленной переработке ОЯТ.
Сейчас единственный действующий в России промышленный завод по переработке ОЯТ — РТ‑1 на «Маяке». До 2030 года планируется его модернизировать: заменить изношенное оборудование, увеличить производительность, обеспечить переработку ОЯТ МОКС реактора БН‑800.
В 2015 году на ГХК был введен в эксплуатацию первый пусковой комплекс опытно-демонстрационного центра (ОДЦ). В 2024 году будет завершено строительство второго пускового комплекса. На ОДЦ в первую очередь запланирована переработка ОЯТ — федеральной собственности и ранее ввезенного зарубежного.
«Ни модернизация РТ‑1, ни запуск ОДЦ не решают проблему накопленного в стране ОЯТ. Требуется либо строить хранилища, либо создавать крупномасштабное производство по переработке ОЯТ с вовлечением регенерированных ядерных материалов в топливный цикл», — констатировал А. Шадрин. По его оценкам, по мере ввода тепловых и быстрых реакторов будет нарастать потребность в переработке ОЯТ — до 1500 тонн ТМ/год после 2035 года. Среди требований к новым крупномасштабным производствам по переработке ОЯТ он назвал универсальность (переработка ОЯТ быстрых и тепловых реакторов раздельно и в различных соотношениях); комплексность (решение всех проблем обращения с РАО); безопасность; эффективность; модульность построения.
Одно из важных направлений в рамках «Прорыва» — фракционирование при переработке ОЯТ на МП, в частности, технологии выделения и разделения америция и кюрия. Как отметил в своем докладе ведущий научный сотрудник АО «ВНИИНМ» Виталий Виданов, сейчас предусмотрена двухступенчатая схема, включающая экстракционное групповое выделение америция и кюрия с их последующим сорбционным разделением. Обе стадии технологии были тщательно проработаны, проведены успешные испытания на реальных продуктах переработки ОЯТ.
В этом направлении остро стоит вопрос импортозамещения. «В ходе работ по созданию полномасштабного стенда для отработки конструкции аппаратуры и технологического процесса сорбционно-хроматографического разделения америция и кюрия выяснилось, что часть узлов отечественного производства по качеству сильно уступают западным аналогам. До запуска модуля переработки у нас есть время, чтобы повысить их качество», — отметил В. Виданов.
Строительная площадка опытно-демонстрационного энергокомплекса (ОДЭК) с реакторной установкой БРЕСТ-ОД-300
Всеобщая роботизация
Тема цифровизации и автоматизации — общая для всех отраслевых направлений, и «Прорыв» — не исключение. На конференции обсуждались как уже реализуемые проекты, так и ближайшие перспективы.
Из всего многообразия работ технологического характера, выполненных в ПН «Прорыв», для представления в докладе главный технолог «Прорыва» Юрий Мочалов выбрал одну из наиболее актуальных — создание безлюдного роботизированного производства. Он отметил, что роботизация — это прежде всего компактность, безопасность, изоляция радиоактивных веществ от человека, точность и скорость выполнения операций.
Это также один из способов обеспечения конкурентоспособности при сохранении качества продуктов и безопасности производства. Разработанная в «Прорыве» концепция «Технологического ядра роботизированного безлюдного производства» позволяет (независимо от задач и видов выпускаемой продукции) создавать производство на базе унифицированных проектных и аппаратных решений. «Универсальные роботизированные транспортные платформы и универсальные роботы способны решать весь спектр технологических, сервисных и ремонтных задач в пределах технологического ядра, — подчеркнул Ю. Мочалов. По его оценкам, использование роботов позволяет сократить площадь технологического ядра и ремзоны (наиболее «грязных» помещений) в три-четыре раза и более чем в четыре раза уменьшить численность основного персонала. Первый опыт внедрения оборудования с использованием робототехнических комплексов (РТК) — реконструкция МФР ОДЭК для топливообеспечения реактора БН‑1200М. Концепция роботизированного производства будет внедрена и при проектировании модуля переработки (МП) ОДЭК. Для наработки нужных компетенций на площадке «Сириуса» в Сочи создается Учебно-экспериментальная база (Центр по робототехнике и отработке технологического оборудования). Персонал будет там обучаться, студенты — стажироваться, ПО — адаптироваться к отечественной операционной системе.
В промышленном энергокомплексе (ПЭК) эффект от роботизации производств будет еще существеннее, убежден глава АО «Диаконт» Сергей Алексанин. Роботизированные решения позволяют создать современное производство и обеспечить потенциал его развития в горизонте 60−100 лет эксплуатации. Это достигается гибкой перенастройкой, а также совершенствованием технологии и оборудования на всем жизненном цикле. Создание эффективного проекта роботизированного производства — результат совместной работы с использованием современных методов проектирования. Максимальный эффект при создании роботизированного безлюдного производства достижим только при совместной работе технологов, разработчиков технологического оборудования, проектантов и системных интеграторов/робототехников.
Еще одно направление, где есть куда расти, — это использование цифровых двойников (ЦД). Уже созданы цифровые двойники МФР, БРЕСТ-ОД‑300 и БР‑1200. Двойники создаются на первых стадиях жизненного цикла объектов (НИР, проектирование), и пока наиболее существенны эффекты от их применения именно на этих стадиях — оптимизированы строительные объемы объектов, их производительность, заранее просчитаны и обоснованы режимы их работы. Директор по цифровизации «Прорыва» Андрей Федоровский рассказал на конференции о том, как элементы ЦД применяются на стройке ОДЭК: «Регулярно ведутся съемка с дронов площадки ОДЭК и наземное лазерное сканирование объектов. По полученным данным строятся облака точек, контролируется динамика выполняемых строительных работ, осуществляется поиск коллизий». Все эти наработки будут развиваться при проектировании и строительстве ПЭК.
«Новая атомная энергетика» — это не только генерация, но и вопрос передачи электроэнергии. Амбициозная идея — использовать в магистральных ЛЭП эффект сверхпроводимости. «В высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) кабельных линиях ток передается по сверхпроводящему материалу при температуре кабеля ниже 80 К, при этом практически отсутствуют омические потери энергии», — объяснил заместитель научного руководителя АО «НТЦ „ФСК ЕЭС“» Виктор Сытников.
Он назвал такие преимущества ВТСП-линий постоянного тока, как снижение потерь энергии (в два-четыре раза по сравнению с аналогичными традиционными линиями), отсутствие ограничений длины линий, возможность передачи большой мощности (гигаваттного класса) при низком напряжении (50−110 кВт), уменьшение площадей отчуждения, пожаробезопасность и экологичность, повышение контроля и управляемости сети, ограничение токов короткого замыкания, синхронизация несинхронизированных сетей. Криогенные станции для охлаждения линии могут располагаться на ее концах при длине линии 10−20 км.
В мире уже реализуются несколько проектов ВТСП-линий постоянного тока. Мировой рекорд протяженности пока у России: под Петербургом смонтирована линия протяженностью 2,5 км, передаваемая мощность — 50 МВт, рабочая температура — 66−80 К. «При наличии заказчика можно приступить к разработке ключевых узлов», — резюмировал В. Сытников.
Тема цифровизации и автоматизации — общая для всех отраслевых направлений, и «Прорыв» — не исключение. На конференции обсуждались как уже реализуемые проекты, так и ближайшие перспективы.
Из всего многообразия работ технологического характера, выполненных в ПН «Прорыв», для представления в докладе главный технолог «Прорыва» Юрий Мочалов выбрал одну из наиболее актуальных — создание безлюдного роботизированного производства. Он отметил, что роботизация — это прежде всего компактность, безопасность, изоляция радиоактивных веществ от человека, точность и скорость выполнения операций.
Это также один из способов обеспечения конкурентоспособности при сохранении качества продуктов и безопасности производства. Разработанная в «Прорыве» концепция «Технологического ядра роботизированного безлюдного производства» позволяет (независимо от задач и видов выпускаемой продукции) создавать производство на базе унифицированных проектных и аппаратных решений. «Универсальные роботизированные транспортные платформы и универсальные роботы способны решать весь спектр технологических, сервисных и ремонтных задач в пределах технологического ядра, — подчеркнул Ю. Мочалов. По его оценкам, использование роботов позволяет сократить площадь технологического ядра и ремзоны (наиболее «грязных» помещений) в три-четыре раза и более чем в четыре раза уменьшить численность основного персонала. Первый опыт внедрения оборудования с использованием робототехнических комплексов (РТК) — реконструкция МФР ОДЭК для топливообеспечения реактора БН‑1200М. Концепция роботизированного производства будет внедрена и при проектировании модуля переработки (МП) ОДЭК. Для наработки нужных компетенций на площадке «Сириуса» в Сочи создается Учебно-экспериментальная база (Центр по робототехнике и отработке технологического оборудования). Персонал будет там обучаться, студенты — стажироваться, ПО — адаптироваться к отечественной операционной системе.
В промышленном энергокомплексе (ПЭК) эффект от роботизации производств будет еще существеннее, убежден глава АО «Диаконт» Сергей Алексанин. Роботизированные решения позволяют создать современное производство и обеспечить потенциал его развития в горизонте 60−100 лет эксплуатации. Это достигается гибкой перенастройкой, а также совершенствованием технологии и оборудования на всем жизненном цикле. Создание эффективного проекта роботизированного производства — результат совместной работы с использованием современных методов проектирования. Максимальный эффект при создании роботизированного безлюдного производства достижим только при совместной работе технологов, разработчиков технологического оборудования, проектантов и системных интеграторов/робототехников.
Еще одно направление, где есть куда расти, — это использование цифровых двойников (ЦД). Уже созданы цифровые двойники МФР, БРЕСТ-ОД‑300 и БР‑1200. Двойники создаются на первых стадиях жизненного цикла объектов (НИР, проектирование), и пока наиболее существенны эффекты от их применения именно на этих стадиях — оптимизированы строительные объемы объектов, их производительность, заранее просчитаны и обоснованы режимы их работы. Директор по цифровизации «Прорыва» Андрей Федоровский рассказал на конференции о том, как элементы ЦД применяются на стройке ОДЭК: «Регулярно ведутся съемка с дронов площадки ОДЭК и наземное лазерное сканирование объектов. По полученным данным строятся облака точек, контролируется динамика выполняемых строительных работ, осуществляется поиск коллизий». Все эти наработки будут развиваться при проектировании и строительстве ПЭК.
«Новая атомная энергетика» — это не только генерация, но и вопрос передачи электроэнергии. Амбициозная идея — использовать в магистральных ЛЭП эффект сверхпроводимости. «В высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) кабельных линиях ток передается по сверхпроводящему материалу при температуре кабеля ниже 80 К, при этом практически отсутствуют омические потери энергии», — объяснил заместитель научного руководителя АО «НТЦ „ФСК ЕЭС“» Виктор Сытников.
Он назвал такие преимущества ВТСП-линий постоянного тока, как снижение потерь энергии (в два-четыре раза по сравнению с аналогичными традиционными линиями), отсутствие ограничений длины линий, возможность передачи большой мощности (гигаваттного класса) при низком напряжении (50−110 кВт), уменьшение площадей отчуждения, пожаробезопасность и экологичность, повышение контроля и управляемости сети, ограничение токов короткого замыкания, синхронизация несинхронизированных сетей. Криогенные станции для охлаждения линии могут располагаться на ее концах при длине линии 10−20 км.
В мире уже реализуются несколько проектов ВТСП-линий постоянного тока. Мировой рекорд протяженности пока у России: под Петербургом смонтирована линия протяженностью 2,5 км, передаваемая мощность — 50 МВт, рабочая температура — 66−80 К. «При наличии заказчика можно приступить к разработке ключевых узлов», — резюмировал В. Сытников.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ