Реакторы традиционные и новые
Главные преимущества атомной энергетики по сравнению с другими источниками энергии большинство атомщиков могут назвать, даже если разбудить их посреди ночи. Начальник аналитического отдела АО "Прорыв" Андрей Каширский на всякий случай вкратце их перечислил: это высокий КИУМ, независимость от погодных условий, длительный срок службы, сравнительно низкая материалоемкость и многое другое. Но одна из главных стратегических проблем — это исчерпаемость запасов природного урана. Поэтому, считают в "Прорыве", переход на замкнутый ядерный топливный цикл — условие, без которого глобальная атомная отрасль не сможет полноценно развиваться. ЗЯТЦ защищает атомную энергетику от сырьевой зависимости и позволяет ей сохранять конкурентоспособность по экономике с другими «зелеными» источниками энергии. «Замыкание ЯТЦ — это системный эффект для всей отрасли», — уверен А. Каширский.
Генеральный конструктор ПН «Прорыв» Вадим Лемехов рассказал о создании инновационных реакторов, требования к которым существенно жестче, чем к реакторным установкам прошлых поколений. В проекте свинцового реактора БРЕСТ-ОД‑300 — опытно-демонстрационного предшественника коммерческих реакторов — нужно было решить ряд задач, обеспечивающих выполнение заявленных требований и связанных с обоснованием старта на плутонии и малого запаса реактивности, изучением процессов и доказательства безопасности при авариях, постановкой на производство и обоснованием работоспособности конструкционных материалов и оборудования. По разработанной и отлицензированной документации сооружается энергоблок с этой реакторной установкой. Достижение параметров безопасности и конкурентоспособности для натриевого реактора БН‑1200М тоже потребовало значительных инноваций в части активной зоны, парогенераторов, системы теплоотвода, очистки натрия, перегрузочного и прочего оборудования. Сейчас завершаются обоснование технического проекта этого быстрого реактора и проектирование энергоблока. В ближайшем будущем будут получены все необходимые обоснования и разрешения для сооружения свинцового реактора большой мощности БР‑1200: для него многие решения будут преемственны по отношению к БРЕСТу, однако увеличенный до 60 лет срок службы и бо́льшая (в четыре раза) мощность требуют проведения дополнительных обоснований. Технологии ВВЭР тоже не стоят на месте: в перспективе — переход к спектральному регулированию с отказом от борного регулирования на мощности и 100 % загрузкой МОКС-топливом; следующий шаг — переход на сверхкритические параметры, что потребует новых конструктивных решений по твэлам и конструкционным материалам оборудования. Обоснование по этим направлениям ведется. Одной из важнейших задач В. Лемехов назвал развитие АСУ ТП: «Для всех инновационных реакторных установок первичные преобразователи и элементы АСУ ТП являются критическими, поскольку оборудование под требуемые точности и параметры работы, как правило, отсутствует», — подчеркнул В. Лемехов.
Научный руководитель АО "ВНИИАЭС" Сергей Соловьев рассказал о совершенствовании технологий малой мощности. Один из главных вызовов — сокращение стоимости проекта: сейчас, «выходя из моря», АСММ дорожают от двух до пяти раз. Варианты решения следующие: можно упростить систему безопасности активной зоны, минимизировать строительство на месте, максимально изготавливая всё на заводе, сократить сроки строительства, увеличить продолжительность топливного цикла до 24−36 месяцев, кардинально повысить эффективность турбинного острова и так далее. Но какие варианты выбрать в первую очередь? В этом должны помочь модели, выполненные с использованием суперкомпьютеров, — цифровые двойники, уверен С. Соловьев. В частности, цифровой двойник обязательно должен содержать технико-экономический анализ — без него решение о стройке не должно приниматься. Подобный проект сейчас реализуется ВНИИАЭСом в сотрудничестве с организациями отрасли.
Научный руководитель работ по радиоэквивалентности АО "Прорыв" Александр Лопаткин рассказал об одной частной, но важной задаче, стоящей перед будущим жидкосолевым реактором (ЖСР). Исследовательский ЖСР мощностью 10 МВт, эскизный проект которого уже готов, будет построен на ГХК. В 2022 году была проведена проработка проекта ЖСР мощностью уже 2400 МВт для работы в комплексе с Опытно-демонстрационным центром (ОДЦ) на ГХК. Ученые предлагают трансмутировать в ЖСР кюрий без загрузки плутония — это позволит избежать выдержки кюрия (70−100 лет) с последующим возвратом продуктов распада в топливный цикл быстрых реакторов. «На мой взгляд, это единственный реально возможный способ сжечь кюрий», — подчеркнул А. Лопаткин. За 50 лет работы такого ЖСР «сгорит» 95 % загруженного кюрия — почти без накопления вторичных долгоживущих актинидов. В 2025 году планируется углубленная проработка вариантов «кюриевого» ЖСР.
Поговорили о перспективах получения водорода на базе высокотемпературных газовых реакторов (ВТГР). Сегодня атомная энергетика отсутствует в секторе тепловой энергии, а это 55 % выработки в России. «В мире производится 75 млн тонн водорода, из них 5 млн тонн — в России, и потребляется этот водород тут же, на местах. Основной способ производства — паровая конверсия метана. Мы предлагаем заменить сжигание метана использованием высокопотенциального тепла, которое будет производить ВТГР», — сказал первый заместитель генерального директора — генерального конструктора реакторных установок нижегородского «ОКБМ Африкантов» Виталий Петрунин.
Технический проект реактора уже разработан. Температура пара на его выходе составит около 850 °C. Водород, вырабатываемый в химико-технологической части комплекса, можно будет использовать для производства аммиака, метанола, карбамида, этилена, восстановления железа и других целей. Ученые «Росатома» (НИИ «НПО „Луч“») построили и испытали лабораторную установку производительностью 1,5 Нм3 водорода в час, в этом году должны ввести в строй опытно-демонстрационную установку производительностью 150 м3 водорода в час.