Типичная атомная электростанция (АЭС) занимает площадь с небольшой поселок. Прогулка по ее территории продлилась бы не менее трех часов. При этом сама станция «гулять» не может: постройки стоят на фундаменте, а «сердце» АЭС — ядерный реактор — спрятан за толстыми прочными стенами. Как сделать атомную электростанцию мобильной, да еще и уместить на грузовом судне? За ответом «Энергия+» обратилась к руководителю Курчатовского комплекса ядерных транспортных энергетических технологий Василию Устинову, одному из разработчиков «Елены-АМ» — самой маленькой создаваемой в мире АЭС.
О принципе действия и мощности
Разработанная нами станция имеет форму цилиндра диаметром 30 метров и высотой 40 метров — как десятиэтажный дом. В багажник, как дизельный генератор, такая не поместится, однако рядом с классической атомной станцией наша — как пальчиковая батарейка рядом с автомобильным аккумулятором. Однако мощность «Елены-АМ» не такая уж и маленькая, а энергоемкости хватит более чем на 20 лет.
«Сердце» «Елены-АМ» устроено примерно так же, как и у полноразмерной атомной станции. Это ядерный реактор с активной зоной и система труб, по которым циркулирует теплоноситель — вода. В активной зоне реактора протекает контролируемая цепная реакция деления ядер урана, в результате которой выделяется огромное количество тепла. Его и поглощает вода, а затем выносит за пределы реактора.
Фото Росатома
В обычных АЭС тепло передается в парогенератор: в нем вода превращается в пар, он уходит на турбину и вращает ее. Турбина раскручивает генератор — так вырабатывается электроэнергия. В нашей станции нет многих узлов и конструкций обычной АЭС. Тепло из активной зоны направляется в термогенераторы и частично преобразуется в электричество, остальная часть идет в коммунальные сети на обогрев поселка.
Термогенератор — это два проводника из материалов с разной электрической проводимостью, соединенных последовательно в цепь. Когда стыки (спаи) проводников помещают в разные температуры, в цепи возникает электрический ток. Чем больше разница температур, тем больше создаваемое напряжение.
Тепловая мощность «Елены-АМ» — около 14 мегаватт: этого хватит для поддержания зимой тепла в поселке на несколько тысяч человек. Электрическая мощность мини-АЭС — до 400 киловатт (у обычной станции этот показатель превышает тысячи мегаватт).
О преимуществах миниатюрности
Прямое преобразование позволило отказаться от части систем, например парогенераторов, турбин, генераторов, конденсаторов, насосов для перекачки теплоносителя. Мы считаем, что компактность, простота и надежность — главные достоинства нашей разработки.
На строительство, доставку, подключение и другие операции с «Еленой-АМ», по нашим подсчетам, нужно чуть более 20 миллиардов рублей, в то время как один только энергоблок «классической» АЭС может стоить почти более триллиона.
Компактность и относительная простота конструкции позволили сделать «атомную батарейку» практически автономной. Ей не нужен обслуживающий персонал: система спроектирована так, что после запуска может десятилетиями работать сама, без операторов. Конечно, на станции предусмотрены система автоматики и датчики контроля, телеметрия с которых будет передаваться в мониторинговый центр.
Раз в несколько лет на мини-АЭС должны будут приезжать инженеры-атомщики с проверкой — посмотреть, как материалы и системы ведут себя в условиях экстремального холода, проводить техническое обслуживание устройств автоматики и контроля.
О первом строительстве
Сейчас «Елена-АМ» на стадии технического проектирования — нужно обосновать и утвердить проектно-конструкторские решения, изготовить и испытать комплектующее оборудование. По планам первую мини-АЭС построят и введут в эксплуатацию до 2032 года.
Пока точно не известно, где именно, но в числе перспективных мест — поселок Тикси в Якутии. Там расположен самый северный порт России, есть прямой доступ к Севморпути — миниатюрную станцию можно доставить на судне. К тому же в Тикси «Елену-АМ» уже ждут: из-за сурового климата, частых буранов и морозов до минус 50 градусов в поселке случаются перебои с тепло- и электроснабжением. Рассматриваются и другие поселки — Кюсюр, Батогай.
Маленькой АЭС погода нипочем благодаря упрощенной конструкции: в ней меньше узлов, которые потенциально могут сломаться. Из-за меньшей мощности длина коммунальных сетей от нее до домов будет значительно меньше, чем от удаленных крупных атомных и тепловых электростанций.
Оригинал статьи и другие материалы об энергетике читайте на сайте журнала «Энергия+».