Инженеры Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого разрабатывают усовершенствованную перемешивающую решетку для малого модульного ядерного реактора (ММР), созданную под аддитивное производство. На сегодняшний день в мире не существует аналогов этой разработке. Применение ММР с оптимизированными перемешивающими решетками позволит в будущем обеспечить более дешевой электроэнергией наиболее отдаленные и труднодоступные уголки России. Работы ведутся при поддержке федеральной программы «Приоритет-2030».
Экономическая эффективность использования АЭС с малыми модульными реакторами заключается в том, что они имеют долгий цикл работы, то есть единоразовая загрузка топлива позволяет им работать несколько лет без «дозаправки», что делает их более выгодными в использовании в сравнении с традиционными ТЭЦ и мазутными станциями, в том числе, за счет снижения стоимости доставки топлива.
В основе малых модульных ядерных реакторов – наиболее распространенные сегодня в атомной энергетике водо-водяные реакторы (ВВЭР). Их принцип действия заключается в нагреве воды под давлением за счет контакта с тепловыделяющими сборками, имеющими сотовую структуру. Важным компонентом такой сборки является перемешивающая решетка, которая предназначена интенсификации перемешивания теплоносителя, а также снижения неравномерности теплотехнических характеристик потока. С другой стороны, на поверхности тепловыделяющий элементов (из которых состоит сборка) возникают пузырьки, которые могут привести к появлению зон кипения и перегреву. Поэтому второй задачей при модернизации перемешивающей решетки, помимо интенсификации теплообмена, является исключение этих зон кипения.
Уникальность разработки специалистов СПбПУ заключается в том, что они первыми в мире проектируют новое изделие сразу под производство методом 3D-печати. Традиционные технологии производства, основанные на обработке цельного металлического листа, исчерпали свой потенциал для дальнейшего повышения эффективности. Аддитивные технологии, напротив, позволяют создавать детали со сложной внутренней геометрией, оптимизация которых существенно повышает гидродинамические и теплосъемные характеристики решетки. В конечном счете использование модернизированных перешивающих решеток позволит снизить стоимость вырабатываемой электроэнергии на 5%.
«Разработка малых модульных ядерных реакторов – это работа на перспективу, на будущее, которую активно поддерживает государство при помощи своих программ. Ведь достижение технологического лидерства невозможно, если решать только те задачи, которые актуальны здесь и сейчас. Кроме того, в настоящее время в России реализуется национальный проект «Новые атомные и энергетические технологии», который в том числе направлен на обеспечение суверенитета в атомной сфере и разработку малых модульных реакторов»,– комментирует актуальность разработки заместитель директора Инжинирингового Центра «Центр компьютерного инжиниринга» Передовой инженерной школы «Цифровой инжиниринг» СПбПУ Николай Ефимов-Сойни.
Проектирование перемешивающей решетки инженеры СПбПУ ведут на цифровой платформе по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench®, которая не имеет аналогов в России по объему представленных на ней цифровых и проектных решений - более 375 тысяч – в том числе для атомной отрасли. Использование передовой технологии цифровых двойников позволяет не только снизить себестоимость разработки и производства изделия, но и обоснованно уменьшить количество необходимых натурных испытаний за счет большого числа цифровых на специализированных стендах и полигонах.
Проект, реализуемый инженерами СПбПУ, рассчитан на 3 года. В настоящее время ученые разрабатывают методологию цифрового проектирования, которая должна определить все необходимые показатели (в том числе физические), их влияние друг на друга и конечный результат, а также усовершенствованную конструкцию самой перемешивающей решетки с улучшенными показателями целевых функций.
Разработка цифровых технологий, обеспечивающих термопрочность, надежность, долговечность и эффективность разрабатываемых перспективных малых модульных реакторов (ММР) за счет интенсификации тепломассо-обмена в активной зоне ядерного реактора осуществляется в рамках ключевого научно-технологического направления СПбПУ «Системный цифровой инжиниринг». КНТН-1 «Системный цифровой инжиниринг» направлен на разработку технологий и продукции, превосходящей зарубежные аналоги, на основе технологии цифровых двойников и Цифровой платформы CML-Bench®.