Советский атом. Ч.3

Заключительная часть статьи посвященной истории советской атомной энергетики.

После запуска Обнинской АЭС росла уверенность в перспективности атомной энергетики.

До 70-х годов XX-го века рост вырабатываемой мирным атомом электроэнергии был невысок, по сравнению с ростом вырабатываемой теплоэнергетикой. Это связано прежде всего с тем, что не существовала четкая программа действий по развитию атомной энергетики. Ради справедливости стоит заметить и то, что теплоэнергетика тоже претерпевала серьезные изменения, ввиду морального устаревания. Но опыт работы на ТЭС был наработан и повышение мощностей было проще реализовать.

Энергетика СССР двигалась в сторону увеличения мощностей. Требовалось обеспечить потребности индустрии в электричестве. Первые реакторы даже близко не стояли с гигаваттными АЭС последней четверти XX-го века: мощность их была в диапазоне от 50 до 200 МВт. Впрочем, та же ситуация была и с теплоэнергетикой. К строительству гигаваттых ТЭС перешли только в 60-ые годы[5].

В СССР реализовались две различные модели развития тепловых реакторов: канальный и корпусной. Довольно противоречивый курс, связанный с определенными экономическими издержками, однако дающий возможность «не хранить все яйца в одной корзине». Как оказалось, решение это себя оправдало.

Канальный и водо-водяной реакторы были достаточно серьезными соперниками и шли вровень до Чернобыльской трагедии. Достаточно примечательно то, что первым массовым реактором пущенным в линейку стал именно водоводяной ВВЭР-440(1971 год – пуск первого экземпляра). Однако, всего через два года старт РБМК-1000(1973г.) на Ленинградской АЭС вывел канальный тип на первый план. Более того, после отработки технологии оказалось, что конструкторский потенциал канальных реакторов просто огромен.

«Выявлена возможность форсирования мощности этих реакторов (прим.: имеется ввиду РМБК) в 1,5 раза без существенных конструктивных изменений и при сохранении габаритов реактора. Повышение мощности достигается за счет значительного увеличения удельной энергонапряженности топлива и интенсификации теплообмена в активной зоне. Уже сооружается АЭС с реакторами РБМК1500 электрической мощностью каждого блока по 1500 МВт. Строительство АЭС с РБМК-1500 планируется и в дальнейшем»

И.С.Желудев и Л.В.Константинов «Атомная энергетика в СССР».
БЮЛЛЕТЕНЬ МАГАТЭ КНИГА 22, НОМЕР 2[12]

В то время, когда только сооружался первый ВВЭР-1000 (конец 80-х), мощность канальных реакторов, почти без конструктивных изменений получилось увеличить до 1500 МВт(правда, позднее оказалось, что такое увеличение мощности очень негативно сказывается на эксплуатации и мощность пришлось понизить).

Игналинская АЭС. Литва[38]

ВВЭР же, из-за того, что корпус необходимо производить 44 целиком, а не монтировать на местности, необходимо было как-то доставлять. Самый подходящий способ доставки по огромной стране – жд-транспорт. И это подразумевает то, что реакторы конструкции ВВЭР изначально имеют предел размера активной зоны. Предел диаметра был достигнут практически сразу, и внешне ВВЭР-1000 отличается от ВВЭР-440 тем, что он существенно выше. Конечно, были очень серьезные качественные изменения в конструкции(например, шестигранные ТВС) реактора.

Транспротировка ВВЭР по ЖД[33]

Реакторы РБМК-1500 были построены один до и один после Чернобыльской аварии. Помимо прочего, на его базе планиролось создание тестового реактора с мощностью 2400 МВт[12]:

Дальнейшим этапом развития уранграфитовых канальных реакторов является разработка проекта РБМКП-2400 единичной электрической мощностью блока 2400 МВт.

Тем не менее, до сих пор нет единого ответа, выгоднее ли один реактор большой мощности нескольких средней. Не была подтверждена или опровергнута экономическая целесообразность советской тенденции. Помимо прочего, с увеличением мощности увеличивается и тепловое загрязнение.

Надо сказать, что проект пусть и базировался на модели РБМК, все же был новым типом реакторов. Компоновка была изменена с цилиндрической на прямоугольную, за счет чего новая потенциальная линейка могла теоретически масштабироваться без существенных изменений до требуемых мощностей по легкому мановению пера конструктора, сдвижением стенки вбок[12].

При этом из-за блочной конструкции канальных реакторов была возможность расширения активной зоны реакторов, не ограниченная практически никакими параметрами для поднятия мощности реакторов. Помимо увеличения размера активной зоны в новом проекте использовались каналы для перегрева пара прямо в реакторе. Опыт ядерного перегрева пара остался еще с первых реакторов Белоярской АЭС типа АМБ. Что тоже увеличивало мощность реактора.

Еще одним нововведением должна была стать сборка секций реактора на заводе. Монтаж – сложная и ответственная процедура и ее упрощение является большим достижением.

Проекту не суждено было стать явью. Чернобыльская авария больно ударила по всей атомной энергетике, и не только в СССР, а по технологии канальных реакторов особенно сильно.

Развитие технологии канальных реакторов на базе РБМК было прекращено. Но половина реакторов в стране попрежнему была канальной. С того момента основные работы шли не по пути дальнейшего развития, а в сторону обеспечения безопасности уже действующих станций.

Что касается реакторов-бридеров, то тут очень сильно повезло линейке БН. Первый реактор был запущен до 90-ых годов, которые скорее всего поставили бы на концепции быстрых реакторов крест. Первые ласточки эпохи Замкнутого Ядерного Цикла успели взлететь. Однако, строительство серийных реакторов на быстрых нейтронах не произошло. Переход на ЗЯТЦ планировался на 90-е годы, и должен был обеспечить новое тысячелетие избыточным количеством топлива, а также решить проблему захоронения отходов[12]… СССР и СЭВ (Совет экономической взаимопомощи, инструмент экономического обмена Восточного Блока) не дожили до осуществления этих амбициозных планов.

В новейшей России сейчас уже построен реактор БН800 и, может быть, будет построен БН-1200. А может, одержит верх другой концепт 80-тых годов, на свинцовом теплоносителе. Однако не ясно, получится ли снизить издержки для того, чтобы быстрые реакторы стали экономически целесообразны.

THROUGH THE NEVER

”В течение последних лет специалисты были очень осторожны в своих оценках тенденций развития ядерной энергетики, т.к. реальность упорно отказывалась следовать их прогнозам”

Н.Л. Чар и Б.Дж. Шик «Развитие ядерной энергетики: история и перспективы»[4].

После распада Советского Союза жизнь как будто остановилась. Жить было практически не на что. Однако, соглашение ВОУ-НОУ по ликвидации наследия Холодной Войны спасло индустрию. В рамках этой программы оружейный уран подвергался процедуре разубожевания, снижения обогащения урана-235(сложный технологический процесс, имеющий мало общего с простым разбавлением вещества) и переработке в топливо для атомной энергетики. Далее шла продажа в США.[22] Период примирения открыл России путь на международный рынок топлива для АЭС.

Комическая ситуация произошла когда российские производства по обогащению стали продавать на запад топливо по столь низким ценам, что нашу сторону даже обвинили в демпинге. А секрет крылся в том, что СССР пользовался центрифужным методом разделения изотопов, который оказался на порядок дешевле методов использующихся в США.[21]

Таким образом Россия заняла серьезное место в экспорте топлива для атомной энергетики. Сейчас Росатом контролирует 40 % мирового рынка услуг по обогащению урана и 17 % рынка ядерного топлива. В Европе и по всему миру Росатом принимает участие в 40 % проектов строительства АЭС. Концепция реакторов-бридеров тоже получила свое продолжение. Реактор БН-800 по капитальным затратам вплотную приблизился к своему тепловому собрату – ВВЭР. Однако вероятность того, что в линейку пойдет именно БН, стала призрачной.

У идеи быстрого реактора с натриевым теплоносителем появился конкурент со свинцовым теплоносителем. Пилотный проект новой, потенциальной линейки – реактор БРЕСТ. Реализовывать оба проекта достаточно затратно, поэтому велик шанс, что останется лишь один. Сейчас работы по БН-1200 идут довольно медленно и велик шанс, что проект перейдет в фазу долгостроя.

БРЕСТ-ОД-300[37]

Также Россия вместе с другими странами и МАГАТЭ продвигает идею Международных обогатительных центров, которые должны поддерживать меры по нераспространению атомного оружия. По идее, это должно дать странам без обогатительных предприятий возможность развивать атомную энергетику без угрозы создания в них атомного оружия[19]. Однако это также и окончательно закрепит за основными поставщиками ядерного топлива рынок.

Весьма вероятно, Росатом будет и дальше увеличивать свою долю на рынке.

Статья написана в рамках первого выпуска журнала «Стройка Века»:
«Атом: делимый и неделимый».
Поблагодарить авторов и получить в подарок красивую пдф-версию можно по на сайте или в ВК.

Над статьей работали:

Авторы: Овчинников К.А., Иван Нестеров
Редактор: Иван Нестеров, Рогов Л.В.
Эксперт: Вододохов Н.С; Иван Нестеров

Список литературы используемой в данном цикле

[1] Суходолов А.П. Мировые запасы урана: перспективы сырьевого обеспечения атомной энергетики // Известия БГУ. 2010. №4.
[2] Осмачкин В.С. История атомной энергетики Советского Союза и России. Об исследованиях теплофизических проблем реакторов РБМК на стенде КС ИАЭ им. И.В. Курчатова // Российский научный центр «Курчатовский институт» 2003. №3.
[3] Семенов Б.А. Ядерная энергетика в Советском Союзе. // Бюллетень МАГАТЭ. 1996, Том 25 — №2.
[4] Чар Н.Л. Развитие ядерной энергетики: история и перспективы / Н.Л. Чар, Б.Дж. Шик // Бюллетень МАГАТЭ, 1987, Том 1 — №3.
[5] Алле Ю.А. Ресурсосеберающие технологии // Российская энергетика вчера, сегодня, завтра. 2000. №13.
[6] Слатов Д. Г. Истоки, проблемы и перспективы энергетической геополитики России. Региональный аспект // Основы ЭУП. 2012. №2.
[7] Казьмин Д.И. Ядерное топливо для АЭС: современное состояние и перспективные разработки / Казьмин Д.И., Якубенко И.А. // Глобальная ядерная безопасность. 2013. №4 (9).
[8] Бекман И.Н. Курс лекций ”Ядерная индустрия”. Лекция 13 // Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова. Химический факультет. Кафедра радиохимии, Москва 2005 г.
[9] Барьяхтар В.Г. Ретроспектива. Ядерные реакторы на быстрых нейтронах и их роль в ХХI веке. / В.Г. Барьяхтар В.Г. М.Г. Данилевич, И.В. Лежненко // Институт магнетизма, Киев, Украина.
[10] Усынин Г.Б. Реакторы на быстрых нейтронах. Введение / Г.Б Усынин, Е.В,Кусмарцев. Под ред. Ф.М. Митенкова. М.: «Энергоатомиздат», 1985.
[11] Сейдель Д. К. Извлечение урана из руд // Бюллетень МАГАТЭ, 1995, Том 23 — № 2.
[12] Желудев И.С. Атомная энергетика в СССР / И.С. Желудев, Л.В.Константинов // Бюллетень МАГАТЭ, 1994, Том 22 — №2.
[13] Жизнин С.З. Экономические аспекты некоторых перспективных ядерных технологий за рубежом и в России/ Жизнин С.З., Тимохов В.М. // Вестник МГИМО. 2015. №6 (45).
[14] Бироль Ф. Ядерная энергетика. Насколько она конкурентоспособна в конечном счете? // Бюллетень МАГАТЭ, 2007, Том 48 — №2.
[15] Юкия А. Уран. От разведки до реабилитации / Юкия А. и др. // Бюллетень МАГАТЭ, 2018, июньский выпуск.
[16] История советского атомного проекта. Справка [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ria.ru/20100201/207163686.html — Заглавие с экрана. – (Дата обращения: 31.03.2020).
[17] История атомной промышленности России [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.rosatom.ru/about-nuclear-industry/history/ — Заглавие с экрана. – (Дата обращения: 31.03.2020).
[18] Лесков С.Л. Как СССР решил «проблему А-9», добывая немецкий уран для советской атомной бомбы [Электронный ресурс] // Газета «Совершенно секретно». – Режим доступа: https://www.sovsekretno.ru/articles/dayesh-strane-uran/. – (Дата обращения: 31.03.2020).
[19] Uranium Enrichment [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuelcycle/conversion-enrichment-and-fabrication/uranium-enrichment.aspx — Заглавие с экрана. – (Дата обращения: 31.03.2020).
[20] Бекман И.Н. Лекция №7. Разделение изотопов [Электронный ресурс] // Онлайн курс лекций.
[21] Скорыкин Г.М. Газовые центрифуги для разделения изотопов. История создания в СССР [Электронный ресурс] // Рекламноинформационное агентство «Pro Атом» — Режим доступа: http://www.proatom.ru/modules.php?name=Newsfile=printsid=8412 — (Дата обращения: 31.03.2020).
[22] Международное сотрудничество по решению проблем наследия «холодной войны» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.atomic-energy.ru/articles/2011/08/10/25084 — Заглавие с экрана. – (Дата обращения: 31.03.2020).
[23] Корпус реактора для первого энергоблока транспортируется на Белорусскую АЭС [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://atom.belta.by/ru/belaesru/view/korpus − reaktora − dlja − pervogo − energobloka − transportiruetsja − na − belorusskuju − aes − 7293 − .–( : 31.03.2020).
[24] Трипотень Е. Обратная сторона урана [Электронный ресурс]. // Атомный эксперт
[25] Биография Нечай Владимира Зиновьевича

Источники изображений

Изображения взяты из открытых источников и используются в образовательных целях

[26] Урановая руда [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://versiya.info/obschestvo/93454/amp
[27] Атомная энергия 2.0 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.atomic-energy.ru/news/2015/11/10/61054
[28] Работа члена коллектива Румянцева Олега Константиновича. Использование изображения со ссылкой на ресурс.
[29] Работа члена коллектива Сабурова Даниила. Использование изображения со ссылкой на ресурс.
[30] Лицензия Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. Автор: Дмитрий Сутягин. Викимедиа [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://commons.wikimedia.org/wiki
[31] Сайт без явного наименования по тематике ”Энергетика” [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://leg.co.ua/arhiv/generaciya/kinetika-i-regulirovanie-yadernyhreaktorov-13.html
[32] Атомная энергия 2.0 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.atomic-energy.ru/news/2018/12/27/91556
[33] Атомная энергия 2.0 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.atomic-energy.ru/news/2018/12/27/91556
[34] Pandia [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://pandia.ru/text/77/270/75798.php
[35] Авдеев Е.Ф., Чусов И.А., Иванов О.И. Результаты экспериментального исследования гидравлических характеристик модельной ТВС реакторной установки типа РБМК . – Режим доступа: https://polar.mephi.ru/ru/conf/2003/bezop/Ivanotr.htm
[36] АтомИнфо [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.atominfo.ru/newsm/t040018.jpg
[37] https://www.ippe.ru/nuclear-power/fast-neutron-reactors/120-brest-300-nuclear-reactor
[38] https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ignalina_Nuclear_Power_Plant_Lithuania_two_towers.JPG