Меню

Атомные станции малой мощности том 1



Атомные станции малой/средней мощности и плавучие атомные теплоэлектростанции

Атомные станции малой мощности (АСММ)

Реакторы малой мощности — энергоисточники для регионов
с децентрализованным электроснабжением.

В настоящее время не только в России, но и во всем мире стремительно возрастает интерес к реакторам малой мощности как к перспективным энергоисточникам для регионов с децентрализованным электроснабжением. Это обосновано тем, что в сложных природных условиях традиционные энергоисточники не в состоянии повсеместно удовлетворить растущие потребности в тепле и электрической энергии.
Активное освоение удаленных территорий с расширением добычи золота, алмазов, редких металлов, подъемом добычи газа, угля, железной руды, развитием перерабатывающей промышленности требует решения энергетических задач. Затраты на передачу электроэнергии в сложных природно-климатических условиях и на большие расстояния могут в несколько раз превышать стоимость ее производства. Этот фактор решающим образом определяет конкурентоспособность атомных станций малой мощности (АСММ) в удаленных районах. Для таких энергоисточников созданы реакторы нового поколения, которые превосходят действующие отечественные и зарубежные реакторы по уровню надежности и безопасности. Разработка данных установок основана на накопленном опыте АО «ОКБМ Африкантов» в части создания и эксплуатации судовых реакторов и мощном научно-техническом потенциале в области решения энергетических задач.

Основные преимущества АСММ на базе судовых технологий:

пиктограммы_АСММ-05.pngКомпактный размер, позволяющий размещение в удаленных районах и на ограниченных площадках.

пиктограммы_АСММ-04.pngВозможность создавать необходимую мощность АСММ в зависимости от требования заказчика за счет выбора количества модулей, что снижает стоимость и сроки строительства.

пиктограммы_АСММ-01.pngВозможность использования АСММ для опреснения морской воды (при условии установки дополнительного оборудования) и производства тепловой энергии.

пиктограммы_АСММ-12.pngНебольшой срок строительства АСММ по сравнению с крупными энергообъектами.

пиктограммы_АСММ-03.pngЭкологически чистый вид энергии.

пиктограммы_АСММ-06.pngВопросы обращения с топливом, проведение квалифицированного обслуживания станции и снятия станции с эксплуатации после выработки технического ресурса осуществляется эксплуатирующей организацией с использованием референтных технологий эксплуатации судовых реакторов.

пиктограммы_АСММ-09.pngМинимальные объемы и стоимость капитального строительства на площадке эксплуатации АС.

пиктограммы_АСММ-07.pngАтомные станции малой мощности могут работать в режиме отслеживания нагрузки, диапазон маневрирования от 10 до 100 %.

В АО «ОКБМ Африкантов» на основе многолетнего опыта создания и эксплуатации судовых и корабельных реакторов разработан ряд проектов реакторных установок малой мощности в диапазоне от 6 до 100 МВт (эл.).

схема ПАТЭС-07.png

Разработаны проекты размещения АСММ
на суше и на плавучих сооружениях.

Атомные станции в наземном исполнении

Госкорпорация «Росатом» развивает широкую линейку атомных электростанций малой мощности. В качестве флагманского проекта в сегменте наземных АСММ выступает атомная станция на базе реакторной установки РИТМ-200 мощностью 50 МВт. Это универсальное масштабируемое решение, которое подходит как для стран, не готовых к реализации проекта АЭС большой мощности, так и для территорий с ограниченной энергетической инфраструктурой и удаленных регионов.
Особенностью АСММ является размещение двух РУ в индивидуальных защитных оболочках в одном здании (традиционная для судовых РУ компоновка). Такое решение позволяет выполнить единым комплекс систем и оборудования, обслуживающий сразу обе РУ (перегрузочный комплекс, хранилище свежего и отработавшего ядерного топлива, радиоактивных отходов, системы водоподготовки и т.п.), обеспечив при этом независимость обеих РУ, практически такую же, которая достигается при размещении двух однореакторных блоков на одной площадке.

ACMM RITM 200.jpg

АСММ с РУ РИТМ-200

РУ РИТМ-200 разработана для универсального атомного ледокола с использованием накопленного опыта проектирования, изготовления и эксплуатации судовых реакторных установок ОК-150, ОК-900, ОК-900А, КЛТ-40 и КЛТ-40М.

В настоящее время завершен обликовый проект РИТМ-200 для АСММ. Пилотный проект АС на базе РУ РИТМ-200 планируется к сооружению на территории РФ.

Плавучие атомные теплоэлектростанции

ПЭБ целиком создается
на судостроительном предприятии.

Плавучее исполнение энергоблока сводит к минимуму объемы и стоимость капитального строительства в районе размещения атомной станции.

Плавучий энергоблок (ПЭБ) целиком создается на судостроительном предприятии с использованием освоенной технологии строительства атомных ледоколов и кораблей ВМФ. После загрузки топлива и проведения комплексных испытаний ПЭБ транспортируется к месту эксплуатации, где подключается к береговым сетям и начинает работать.

Заказчик получает экологически чистую электрическую и тепловую энергию, в то время как вопросы обращения с ядерным топливом, квалифицированного обслуживания станции и вывода ПЭБ из эксплуатации после выработки технического ресурса решаются эксплуатирующей организацией с использованием существующей технологической базы и инфраструктуры атомного флота РФ.

Оборудование плавучего энергоблока отвечает всем требованиям по надежности и безопасности, в том числе рекомендациям по ядерной и радиационной безопасности Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ).

Максимально используется существующая
технологическая база и инфраструктура атомного флота РФ.

Sxema_expluatacii.jpg

Разработанные АО «ОКБМ Африкантов» энергоисточники на базе РУ малой мощности в составе опреснительного комплекса могут быть использованы для целей опреснения морской воды, что представляет особый интерес для регионов с дефицитом пресной воды. Возможен вариант применения различных технологий опреснения либо обратного осмоса (RO), либо многоступенчатые испарительные установки (MED). Интерес к таким комплексам проявляют многие страны Африки, Азии и Европы, испытывающие острый дефицит пресной воды.

КЛТ.png

Первым проектом Госкорпорации «Росатом», позволяющим подтвердить преимущества новой технологии, стал головной ПЭБ «Академик Ломоносов» электрической мощностью 70 МВт с двумя реакторными установками КЛТ-40С разработки АО «ОКБМ Африкантов». ПЭБ «Академик Ломоносов» в составе ПАТЭС предназначен для тепло- и электроснабжения г. Певек.

Sxema_Lomonosov.jpg

В 2018 году в г. Мурманск состоялись физический и энергетический пуски двух реакторных установок КЛТ-40С.

Читайте также:  Регулятор оборотов электродвигателя с сохранением мощности

В 2020 году в городе Певек введена в промышленную эксплуатацию уникальная и не имеющая аналогов в мире плавучая атомная теплоэлектростанция «Академик Ломоносов» электрической мощностью 70 МВт с двумя реакторными установками КЛТ-40С разработки АО «ОКБМ Африкантов».

Планируется, что к 2021 г. ПАТЭС выйдет на полную мощность, заменив Билибинскую АЭС, которую к этому сроку выведут из эксплуатации. «Академик Ломоносов» станет самой северной в мире атомной станцией.

Учитывая, что ПАТЭС с ПЭБ «Академик Ломоносов» является головной, начало ее эксплуатации позволяет говорить о практическом использовании атомной энергии для обеспечения теплом и энергией отдаленных районов и о референтности заложенных технологий.

Технические решения проекта РУ КЛТ-40С обеспечены правовой охраной, и на сегодняшний день АО «ОКБМ Африкантов» является правообладателем следующих РИД:

— 4 полезных модели,

— 26 программ для ЭВМ,

— 79 секретов производства (ноу-хау).

В развитие технологии ПАТЭС Госкорпорацией «Росатом» ведется разработка нового продукта в сегменте плавучих электростанций – оптимизированного плавучего энергоблока (ОПЭБ). Предполагается, что на одной ОПЭБ будет установлено две реакторные установки типа РИТМ-200М, которые обеспечат общую электрическую мощность станции на уровне 100 МВт. РИТМ-200M — это модернизированная РИТМ-200 с увеличенным до 10 лет сроком между перегрузками. К числу главных особенностей ОПЭБ относятся:

  • уменьшенное водоизмещение судна за счет оптимизации оборудования;
  • увеличенная топливная кампания (до 10 лет) при обогащении топлива менее 20%;
  • отсутствие перегрузочного оборудования на борту, что повышает устойчивость объекта с точки зрения распространения ядерного оружия и физической защиты;
  • два варианта исполнения судна: несамоходное и самоходное (с системой динамического позиционирования).

Предложенные решения позволяют эксплуатировать ОПЭБ в странах с минимально развитой ядерной инфраструктурой по сценарию BOO (Build Own Operate/Строй–Владей-Эксплуатируй), используя компетенции и инфраструктуру российской ядерной отрасли. Это снижает финансовую нагрузку на потенциального Заказчика, заинтересованного в поставках электроэнергии по стабильной цене.

В настоящее время завершена разработка концептуального проекта ОПЭБ с РУ РИТМ-200М, начался этап эскизного проекта. Учитывая уникальность ОПЭБ с правовой точки зрения, одновременно с проработкой технических решений АО «ОКБМ Африкантов» принимает участие в работе международного проекта ИНПРО МАГАТЭ «Изучение сценариев размещения РУ малой мощности с загрузкой топливом в месте изготовления», задачей которого является подготовка рекомендаций по нормативному обеспечению жизненного цикла транспортируемых РУ малой мощности.

Opeb.jpg

ОПЭБ с РУ РИТМ-200М

Атомные станции средней мощности

АО «ОКБМ Африкантов в течение ряда лет разрабатывает реакторные установки типа ВБЭР мощностью до 600 МВт эл. с водо-водяными реакторами блочного типа и развитыми системами пассивной безопасности.

По классификации МАГАТЭ эти установки относятся к реакторам средней мощности.

Блоки средней мощности предназначены для энергоснабжения отдельных регионов России, развитых и развивающихся стран за рубежом, для которых не требуются блоки мощностью 1000-1500 МВт и сильна зависимость от стоимости закупки или транспортировки углеводородного топлива.

Установки ВБЭР могут использоваться в составе атомных станций средней мощности для энергообеспечения городов и крупных промышленно-жилых районов, центров добычи и/или переработки нефти, производства сжиженного газа (СПГ), горнообогатительных комбинатов, опреснительных комплексов.

Реакторные установки ВБЭР созданы с использованием проверенных решений и последних достижений в области судовых технологий, включая реакторный блок и герметичный первый контур с традиционными для атомной энергетики (ВВЭР-1000) решениями по активной зоне, и топливному циклу. В проекте выполняются все принципиальные требования безопасности, надежности и экономичности, предъявляемые к перспективным атомным станциям нового поколения.

Присущая блочным установкам компактность и апробированные эксплуатацией транспортных АППУ технические решения по системам и оборудованию открывают возможности для сокращения строительных объемов, сроков сооружения, величины капитальных затрат и эксплуатационных расходов в условиях стационарной энергетики, повышения безопасности и упрощения эксплуатации.

1111111.jpg

Важным элементом технологической платформы установок ВБЭР является унифицированная петля теплообмена, обеспечивающая возможность варьирования единичной мощности РУ от 170 до 600 МВт (эл.) и, соответственно, энергоблока за счет изменения количества петель. Для обеспечения возможных требований потребителей основными качествами установок являются:

  • многофункциональность РУ (электричество, тепло, опреснение),
  • модульная конструкция, обеспечивающая крупноблочный монтаж,
  • мощностной ряд,
  • универсальность и гибкость технологии для удовлетворения требований потенциальных потребителей.

Технические решения, заложенные в проекты РУ ВБЭР, обеспечены правовой охраной и на сегодняшний день АО «ОКБМ Африкантов» является правообладателем:

Источник

Битва ядерных компактов: рыночные перспективы малых АЭС

Российская госкорпорация «Росатом» является безусловным фаворитом в мире по количеству экспортных проектов атомных электростанций (АЭС). Однако основной коммерческий продукт корпорации — энергоблоки с реактором ВВЭР-1200 — политически, технически и экономически доступны не такому большому количеству стран в мире. И большая часть из них уже охвачена контрактами. В «запасных» у «Росатома» остаются в основном довольно экзотичные направления вроде Саудовской Аравии, Филиппин, Колумбии или Нигерии. С учетом тренда на отказ от атомной энергетики во многих развитых странах перспективы новых контрактов выглядят все более тревожно. Текущие объемы по продаже больших атомных энергоблоков рискуют в будущем сильно сократиться. «Известия» изучили некоторые перспективы развития рынка атомной энергетики.

Разворот к малому

В сложившейся ситуации выходом может быть создание нового продукта, коим видятся атомные станции малой мощности (АСММ). Снижение размеров не только позволяет расширить круг клиентов, которые могут себе позволить атомную станцию финансово и с точки зрения совместимости с размером своей электросети, но и изменить отношение публики к атомной энергетике.

Читайте также:  Импульс закон сохранения импульса механическая работа мощность

На фоне неприятия традиционной атомной энергетики в развитых странах развитие АСММ спонсируется государством и нейтрально встречается публикой в США, Великобритании и Канаде. Обсуждение первых АЭС с АСММ ведется в ключе «новой низкоуглеродной энергетики», а не «страшно опасного атома». Фактически малые АЭС начинают выглядеть спасительной палочкой для всей индустрии атомной энергетики.

АЭС, АСММ

В борьбу за будущий рынок вступает порядка ста проектов АСММ

В борьбу за будущий рынок вступает порядка ста проектов АСММ различного облика, впрочем, буквально десяток из них имеют продвинутую стадию разработки и готовы получить лицензии (свидетельства о безопасности конструкции) от национальных атомных регуляторов. В частности, американский стартап NuScale начал процедуру получения лицензии у регулятора NRC в феврале 2018 года. Получение лицензии NRC на строительство и эксплуатацию будущего реактора предполагает расходы в пару сотен миллионов долларов, которые складываются из проведения обосновывающих безопасность экспериментов и расчетов, подготовки документации, и наконец — оплаты работы собственно специалистов атомнадзора США. Причем подается не какая-то концепция, а проект, проработанный практически до рабочей документации. В случае NuScale речь идет о поданных 12 000 страниц документов. Такие инвестиции в лицензию показывают определенную уверенность инвесторов NuScale в коммерческом будущем разработки. Есть у NuScale уже и проект строительства АЭС с 12 модулями реакторов в штате Айдахо, в котором два модуля готово выкупить государство.

Затаившиеся плюсы, крадущиеся минусы

В чем же преимущества малых АЭС перед традиционными, большими, которые заставляют разработчиков плодить все новые и новые проекты? К ним можно отнести несколько моментов:

— Реакторные модули малых АЭС должны производиться на машиностроительных заводах крупными сериями в виде законченных блоков. Это сокращает сроки и снижает сложность строительства АЭС — краеугольные камни сегодняшних проблем рынка новой атомной энергетики.

— Малые АЭС должны быть высокоманевренными, в отличие от своих больших собратьев, и поэтому хорошо дополнять переменчивые возобновляемые источники энергии — ветер и солнце. Поскольку все более менее перспективные планы строительства ветро-солнечной энергетики требуют дополняющих партнеров, подхватывающих энергетику ночью и в штиль, возникает большой потенциальный рынок — и он для маневренных АЭС.

— Но и в рамках традиционных энергорешений АСММ получают новые ниши по сравнению с блоками гигаваттного калибра — это энергосистемы небольшого размера, куда большие АЭС просто «не лезут».

— Малая модульная АЭС стоит дешевле в абсолютных значениях или может наращивать мощность последовательно, путем строительства все новых модулей, что сильно упрощает поиск финансирования для энергопроектов.

АЭС, АСММ

Рабочие в турбинном зале Белоярской атомной электростанции в Заречном

Разумеется, есть и минусы, которые сводятся к одному: стоимость киловатт-часа, вырабатываемого на АСММ. Так, в известном проекте строительства реакторного модуля Toshiba 4S (10 МВт) в городке Галена (штат Аляска) стоимость электроэнергии получалась на уровне 56 центов за кВт·ч (

36 рублей за кВт·ч) — заметно дороже даже электроэнергии с дизель-генераторов. Проект плавучей малой АЭС (ПАТЭС) «Академик Ломоносов» в бездотационном варианте имел бы стоимость электроэнергии в районе 60 рублей за кВт·ч — и опять эта цена была бы неконкурентна с дизель-генерацией или угольной ТЭС, которая существует сегодня в месте будущей дислокации «Академика Ломоносова».

Такое несоответствие бумажных преимуществ, стремления занять «перспективный рынок» и неконкурентности реальных проектов обескураживает. Причины дороговизны, впрочем, известны разработчикам, и они ведут работу по снижению себестоимости АСММ.

Один из важных элементов высокой цены — отношение атомных регуляторов к малым станциям, как к большим. Например, охрана малых энергоблоков требуется вполне взрослая, хотя строительство АЭС пока предполагается в регионах Крайнего Севера или на территории военных и атомных обьектов, куда невозможно попасть незамеченным. Также полем дискуссий является обращение с отработанным ядерным топливом малых станций. На полноразмерных АЭС для этого существует полноценная дорогостоящая инфраструктура, а конструкторы АСММ хотели бы вынести ее за пределы станций и в идеале перевозить модули ядерных реакторов на специальный завод для разгрузки (существующее законодательство не позволяет этого делать). Наконец, проекты АСММ отходят от традиционных эшелонированных систем расхолаживания реактора в случае аварии.

АЭС, АСММ

Реакторы NuScale способны охлаждаться до безопасного состояния без каких-либо действий операторов

При этом конструкторы АСММ не просят поблажек, просто физика малых реакторов позволяет бороться с потенциальными аварийными ситуациями естественным путем, без привлечения активных систем. Так, реакторы NuScale способны охлаждаться до безопасного состояния без каких-либо действий операторов: просто за счет запаса выкипающей воды вокруг реактора и на завершающем этапе — за счет конвекции атмосферного воздуха. Размеры реакторных установок малых АЭС позволяют закапывать их в землю, упрощая конструкции барьеров нераспространения.

Есть еще один немаловажный аспект, делающий АСММ перспективными. Относительно небольшие размеры и капиталовложения при строительстве опытного блока позволяют доводить до практики многие идеи конструкций и технологий ядерных реакторов, проигравших в свое время соревнование традиционным двухконтурным реакторам с водой под давлением.

Китайский проект «водяной» станции – ACP100

Среди АСММ можно найти быстрые натриевые реакторы (вышеупомянутый проект Toshiba 4S и General Electric PRISM), реакторы с расплавом урановой (американско-канадский проект IMSR от Terrestrial Energy) или ториевой соли (LTFR от Flibe Energy) в качестве топлива или отечественные свинцово-висмутовые и свинцовые проекты СВБР-100 и БРЕСТ-300-ОД. Есть и совсем концептуально революционные, вроде «реактора-свечи» от стартапа TerraPower, финансировавшегося Биллом Гейтсом.

Читайте также:  При включение кондиционера авто падает мощность

Преобладают, впрочем, традиционные водные решения, разработчики которых надеются достичь конкурентной стоимости проектов за счет серии и упрощения конструкции. К таким можно причислить проекты Westinghouse SMR, корейский KAERI SMART, китайский ACP100 (.pdf), отечественный КЛТ-40С и РИТМ-200 или французский подводный Flexblue. Чуть более экзотичные варианты представлены проектами NuScale IPWR, кипящим водяным реактором GE NMR, Mitsubishi IMR и аргентинским (!) проектом CAREM 25 (.pdf).

Государственное покровительство

Одним из государств, активно меняющим атомное законодательство под строительство малых реакторов, является Великобритания. В 2017 году Национальная ядерная лаборатория Великобритании провела анализ технической зрелости и применимости существоваших в мире на тот момент проектов АСММ по критериям их готовности к обоснованию безопасности по существующим подходам, техническим рискам, доступным разработчикам ресурсам и экономическим перспективам. Как итог в 2018 году стартовала программа по созданию инфраструктуры малых реакторов, включающая в себя прежде всего настройку законодательства с целью упростить сертификацию АСММ, но также подразумевающая грантовое финансирование в размере $262 млн английских, американских и канадских разработчиков малых реакторов и компонентов.

АЭС, АСММ

В 2018 году в Великобритании стартовала программа по созданию инфраструктуры малых реакторов

Драйвером интереса к малым АЭС в стране является наличие большого количества реакторного плутония, который было бы очень дорого и обидно захоранивать, и дороговизна в английских условиях традиционных проектов АЭС. Пока программа по малым реакторам не имеет конкретных задач по строительству, однако планируется, что в будущих итерациях подобные АЭС будут профинансированы и построены до 2030 года.

Одновременно с Англией в Канаде в 2018 году была опубликована «дорожная карта» по атомным станциям малой мощности, направленная на создание «индустрии АСММ», которая должна заняться их строительством где-то между 2025 и 2040 годом. Как и в Великобритании, работа пока направлена на оптимизацию процесса лицензирования (который, впрочем, в Канаде проще и дешевле, чем в США, в связи с чем страна уже привлекла несколько групп разработчиков), на снижение технических рисков и стоимости АСММ и на вывод из тупика атомной промышленности Канады, обладающей уникальным опытом по строительству тяжеловодных энергетических реакторов, окончательно проигравших рынок легководным примерно 15 лет назад.

Тем временем, пока Англия, Канада и США пытаются играть в долгую, разрабатывая инновационные решения, улучшая технический облик и экономику своих проектов АСММ, «Росатом» пытается реализовать свое главное преимущество — наличие реального «железа». Не пытаясь перепрыгнуть пропасть между сегодняшней удельной стоимостью малых АЭС и потребной, госкорпорация делает ставку на строительство АСММ здесь и сейчас. Пускай электроэнергия с таких АЭС обходится в разы дороже, но потенциальные ниши есть и для него — например, страны, желающие обзавестись атомной энергетикой из-за ее престижности, но не имеющие $10 млрд на большой проект (к таким странам относят, например, Иорданию).

АЭС, АСММ, РИТМ-200

РИТМ-200 — водо-водяной ядерный реактор

Для захвата рынка «Росатом» использует ледокольные реакторы КЛТ-40С и РИТМ-200: первый используется в ПАТЭС, а на базе последнего предлагается создать наземную АЭС с 50-мегаваттными модулями. Проект РИТМ-200 не отличается особой инновационностью, что с одной стороны не позволяет реализовать все теоретические фишки АСММ и снизить стоимость электроэнергии, с другой стороны означает надежность и отработанность. Серийное строительство этих реакторов также добавляет козырей потенциальным покупателям малых АЭС по всему миру.

Кроме того, «Росатом» ведет широким фронтом разработку и более передовых вариантов малых реакторов: тут стоит назвать проекты «Шельф», «Витязь», АТГОР, СВБР-100, АБВ-6, наконец, сооружаемый в рамках проекта «Прорыв» БРЕСТ-300. Пока кроме БРЕСТа все эти реакторы остаются в стадиях технического предложения или эскизного проекта, не имея финансирования и привязки к конкретному строительству, однако при изменении конъюнктуры и пожеланиях заказчиков могут быть доведены до реальной АЭС за 5–10 лет.

Блеск будущих побед

Впрочем, финансирование перспективных проектов пока хромает, и основной упор госкорпорация делает на предложение «здесь и сейчас» — в частности, по зарубежным клиентам активно продвигается как ПАТЭС, так и наземная АЭС, набираемая из модулей РИТМ-200. Пока более инновационные и экономически интересные предложения конкурентов остаются на бумаге, этот подход может сработать. Тем более что в атомной энергетике многие клиенты требуют референтность — т.е. наличие работающего блока — для того, чтобы можно было оценить его экономику и безопасность в реальности, а не в задумках.

АЭС, АСММ

В ближайшие годы мы увидим реализацию первых проектов атомных станций малой мощности «в железе» и их реальную экономику

Рынка АЭС малой мощности на сегодня еще не существует. Однако, в условиях большого давления на традиционную энергетику, положительного отношения публики к «новому облику» и потенциально большего объема строительства, в мире уже разворачивается борьба за этот несуществующий рынок. В ближайшие годы мы увидим реализацию первых проектов атомных станций малой мощности «в железе» и их реальную экономику, что и определит объем рынка и его возможную спасительную роль для всей мировой атомной промышленности.

Источник