Им нужен дом! Жми на фото!
Заречный
. 3 слегка облачно
Давление:774 мм рт. ст.
Влажность: 93 %
Минимальная температура: 3 °C
Максимальная температура: 3 °C
Скорость ветра: 3 м/с
Направление ветра: северный
Восход: 06:49
Закат: 18:41
VK
ОК
FB

Параллельно с БН в мире активно развивается технология высокотемпературных газовых реакторов, и ИРМ – один из ведущих НИИ в стране и мире, сохранивший компетенции по этому направлению работ

Когда речь заходит об атомной энергетике будущего, в Заречном имеют в виду, как правило, реакторы на быстрых нейтронах: реакторы типа БН (в т.ч. натриевые, как у нас) – один из приоритетов федеральной программы развития атомной энергетики России. Между тем не все атомные державы в своих национальных программах в полной мере сориентированы на данный тип реакторов: например, Китай, США, Япония и Южная Корея в равной мере с БН ориентируются и на высокотемпературные газовые реакторы (ВТГР).

Начиная с 2002 г., раз в два года проходит международная конференция, посвященная состоянию развития ВТГР в мире. Этой тематикой долгое время занимается Институт реакторных материалов, и на VII конференции, прошедшей 27-31 ноября в Китае, директор отделения ИРМ К.Н.Кощеевсделал доклад об исследованиях топливных элементов активной зоны реактора PBMR, разрабатываемого в ЮАР. Константин Николаевич участвовал в этой конференции в четвёртый раз, и среди 220 участников из 18 стран он был одним из всего лишь пяти представителей России. Большую часть докладов представляли специалисты Китая – и как хозяева конференции, и как учёные страны, на сегодняшний день являющейся лидером по направлению ВТГР.

В последние годы Китай совершает настоящий прорыв: на весну 2017 г. намечен физпуск демонстрационного высокотемпературного газового реактора мощностью106МВт(эл.).Конференция проходила как раз рядом с индустриальным парком Шидао-бэй (в 68км к югу от г.Вэйхай) на северо-востоке страны, где формируется мощная площадка по созданию ядерных реакторов нескольких типов – водо-водяных и высокотемпературных газовых. Для участников конференции был организован технический тур на площадку строящегося ВТГР, и, по словам К.Н.Кощеева, темпы и уровень организации работ более чем впечатляют: первая заливка бетона была в декабре 2012г. на отметке -25, к декабрю 2014г. блок вырос до +14,5, и строительно-монтажная часть завершится летом 2016г.

Причём это – только начало: всего площадка предполагает строительство к 2021г. 16 энергоблоков: 2демонстрационных ВТГР по 106МВт(электрических) каждый, 6 –с реакторами с водой под давлением (PWR) типа AP1000 проекта Westinghouse,каждый мощностью по 1000 МВт(эл.), 2–с реакторами с водой под давлением типа CAP1400 собственной китайской разработки мощностью по 1400МВт(эл.) и ещё 6 модульных блоков ВТГР по 108МВт(эл.).Таким образом,общая мощность площадки Шидао-бэй составит 12,8ГВт(эл.). Чтобы обеспечить строящиеся ВТГР топливом, предусмотрено строительство дополнительного топливного завода в континентальной части Китая.

Как поясняет К.Н.Кощеев, реакторы разного типа размещаются на одной площадке,прежде всего из экономических соображений: общая инфраструктура и перекрёстное финансирование позволяют вывести вполне приемлемую среднюю цену более дорогого киловатт-часа ВТГР и более дешёвого ВВР. «Естественно, как патриот Заречного, вы спросите: а где же быстрые реакторы?– продолжает Константин Николаевич. – В Китае они, как и ВТГР, находятся в линейке рассматриваемых перспективных реакторов: в 2012г. в Пекине был запущен демонстрационный быстрый реактор мощностью65 МВт. Сейчас совместно с Россией прорабатывается проект строительства блоков типа БН-800. А пока основой атомной энергетикиКитая, как и во всём мире, остаются водо-водяные реакторы: сейчас в мире эксплуатируется порядка 480 реакторов такого типа, наработан большой опыт, решён вопрос захоронения и т.д. В ближайшие 30-40 лет этот тип реактора будет доминировать. А вот после 2050г. будет увеличиваться доля реакторовIVпоколения, к которым относятся и ВТГР, и БН».

- Т.е. китайская площадка рассчитана на столь дальнюю стратегию?

- Да. Cроки эксплуатации реакторов, которые там строятся, - 50-60 лет. Сейчас закладывается вся линейка реакторов, которые будут работать после 2050г., китайцы покупают технологии и разрабатывают собственные. Абсолютно правильно делают.

- Почему одни страны как перспективное направление выбирают БН, а другие – ВТГР?

- У каждого типа реактора – своя ниша и свои преимущества. БНовское направление, на мой взгляд,выбраноправильно: и наша страна, и весь мир сейчас «прожигает»уран-235, которого не так много, иперейти к использованию урана-238, что предполагает технология БН, - верное решение. Вопрос в том, что надо набраться терпения. Пока не отработан ни замкнутый ядерный цикл, ни технология изготовления топлива на основе урана-238; наработантолько опыт обращения с теплоносителем – жидким натрием. Т.е. направление правильное, но не стоит забывать и о реакторах другихтипов.

Уникальность ВТГР в том, что это наиболее безопасный тип реактора, поскольку активная зона у него не металлическая, а графито-керамическая, обладающая большой теплоёмкостью. При этом ВТГР обеспечивает реализацию принципа нераспространения ядерного оружия.В отличие от водо-водяных реакторов, где мы используем тепловыделяющие элементы трубчатого типа, активная зона ВТГР формируется с помощью либо шаровых ТВЭЛов (германская концепция), либо призматических топливных ТВЭЛов (американская концепция). Размер шарового ТВЭЛа – примерно с теннисный мячик, в активную зону их засыпают до400 тыс. штук. В каждом ТВЭЛе находится диспергированный уран: как у Кощея Бессмертного, «маковые зёрнышки» топлива окружены графито-керамическими оболочками. В каждом ТВЭЛе таких «зёрнышек»по 10-15 тыс. штук, и добраться до них очень тяжело. Эту концепцию формирования активной зоны в 1954г. предложил немецкий профессор Р.Шультен.

Как всё это работает на практике, наглядно показано на видеопрезентации, прилагающейся к материалам китайской конференции: шаровые ТВЭЛы насыпаются в цилиндрический реактор (шары достаточно прочные: выдерживают до 2,5 тонны нагрузки) и находятся там в постоянном движении. Каждый шар может проходить много раз через активную зону. На входе в загрузочную машину стоит инспекционный узел, который отделяет «плохой» (дефектный или отработавший) ТВЭЛ от «хорошего», т.е. ВТГР даже не нужен останов для перезагрузки топлива: шары подсыпаются прямо в процессе работы реактора.

- Ещё одно преимущество ВТГР, которого не может обеспечить ни один другой тип реактора, выработка высокопотенциального тепла, - продолжает Константин Николаевич. - Температура теплоносителя(гелия) около1000 °С, тогда как в ВВЭР максимум – 300-330. И это раскрывает перспективы использования этих реакторов: получение водорода путём разложения воды, использование тепла от реакторов для энергоёмких химических и металлургических производств, выработка электричества прямоточным циклом, напрямую без второго контура посредством газовой турбины с КПД под 50%.

Первые демонстрационные высокотемпературные газовые реакторы были запущены в1964-66 гг. в Германии, США иВеликобритании и проработали по 10-15 лет. Но в 1986г. после Чернобыльской трагедиимногие программы были отложены на отдаленную перспективу. В т.ч. и в СССР: своего ВТГР у нас не было никогда, но ОКБМ им.Африкантова совместно с Курчатовским институтом проработали три проекта: на 50 МВт, 400МВт и модульный на 200МВт.

- На конференции меня поразило, насколько в Китае и США чётко прослеживается последовательная стратегия развития атомной высокотемпературной энергетики и как терпеливо они её придерживаются, - рассказывает К.Н.Кощеев. –Выделяются время и средства на НИОКР, процесс идёт уже лет 20-30, и сегодня мы видим реальные результаты. Американцы усиленно ведут исследования,Корея и Япония идут вперёд в производстве водорода с помощью ВТГР. Ещё две страны подключились к развитию направления ВТГР: Казахстан в тандеме с Японией и Индонезия. Мы, все пятеро российских участниковконференции, были сильно раздосадованы, увидев, как сильно отстала Россия…

Китай активно развивает направление ВТГР с 1993г.Эта страна вообще сегодня очень активна в плане развития атомной энергетики: экономика Китая бурно растёт и требует новых мощностей, за счёт угля их не нарастишь, а атомная энергия пока занимает в энегобалансе страны всего 1,5% (в мире в среднем – 16-17%, в России – 18%).Китай импортирует технологии различных направлений, параллельно на их базе создаёт собственные версии конструкций реакторов. Лицензию на ВТГР купили у Германии ещё в 1990-е годы и на её основе разрабатывают собственные технологии. В1998-2004 гг. ИРМ участвовал в работах по обоснованию работоспособности изделий для китайскогоэкспериментальногореактораHTR-10, который был введен в строй в2004 г. Результат этой работы обеспечил скорый запускпроектаядерно-энергетической установки HTR-PM в Шидао-Бэй.

А вот в нашей стране работы в области развития ВТГР приостановлены полностью– хотя компетенции, конечно, сохранились. Усиленно уделять внимание этому направлению в СССР начали ещё в 1970-е годы, и почти сразу к данной проблематикой был привлечен ИРМ. В нашей стране принята немецкая концепция шарового формирования активной зоны, и у нас производили лабораторные варианты шаровых ТВЭЛов сразу на трёх площадках: московской, новосибирской и харьковской. До 1992г. ИРМ интенсивно занимался исследованием ТВЭЛов российского производства и графитовых материалов. Совместно с другими НИИ (МИФИ, Курчатовский институт и др.) были созданы уникальные установки.

«Но как только мы создали эту базу, начали получать уникальные результаты, - настали 90-е годы,и всё стало рушиться…» - вспоминает К.Н.Кощеев. Чтобы спасти направление, российские учёные во главе с академиком Н.Н. Пономарёвым-Степным оперативно организовали в течение полугода 4 международных семинара совместно с Китаем, Японией, США и Германией. Целью семинаров было найти общие точки соприкосновения для дальнейшей совместной работы. И первыми откликнулись китайцы,став первыми заказчиками ИРМ.Контракт ИРМ с Китаем действовал в 1996-2004 гг., велись работы в 1995-2000 гг. – с США, в 2000-2004 гг. – с Францией, в 2000-2010гг. – с ЮАР.

Но на сегодня, после 30 лет исследований, работы по направлению ВТГР в России в полной мере не ведутся или приостановлены.

- Обидно…

- Обидно, - соглашается Константин Николаевич. Тем более, что в нашем институте сохранились уникальные, по крайней мере, для России, экспериментальные установки, знания и опыт специалистов. По-видимому, приостановка работпродиктована скорее экономическими причинами, нежели сомнением в преимуществе данной реакторной концепции.

- На чём сегодня сконцентрированы мировые исследования?

- Технология, в основном, уже определена: шаровой ТВЭЛ, микротопливо, графито-керамическое покрытие. Основной вопрос сегодня – в отработке «хвостов», т.е. применимости уникальных характеристик ВТГР, в частности – высокопотенциального тепла.Современный мир по ВТГР сконцентрирован на трёх базовых температурах: 750 °С– это тепло для коммунальных нужд и энергоёмких производств; 850°Спрямоточный газово-турбинный цикл с высоким КПД; 950°С и выше – тепло для производства водорода (здесь есть несколько подходов; этим направлением сейчас, например, заняты японцы и американцы). Есть проекты использования тепла ВТГРов в переработке рудного сырья для производства золота, меди, редкоземельных элементов и фосфатных удобрений. Интересные идеи есть в России: использовать ВТГР на севере нашей страны для добычи тяжёлых пластов нефти путём закачки высокотемпературного пара. Ещё есть проект по использованию ВТГР на нефтеперерабатывающих заводах: сегодня 25% нефти идёт на разогрев ректификационных колонн, и чтобы избежать этих потерь, можно использовать тепло ВТГРов.

Также на конференции я отметил, что все страны мира идут сегодня на модульность аппаратов: никто не строит мощные реакторы по 1000 МВт и больше, все идут на 100-300МВт.И у всех ввод намечен на 2021-2023гг., т.е. уже примерно через 10 лет.

Причём работы по ВТГР ни одна страна сама по себе не ведёт: все работают в тандеме. Сформировались такие союзы как Китай-Германия-Нидерланды, США-Франция-Германия, Япония-Казахстан.На конференции практически во всех докладах звучали предложения о международном сотрудничестве. Возможно, поучаствовать в данной работе удастся и нашему институту.

Алиса Мучник

Добавить комментарий

Вы можете зайти через соцсеть или прокомментировать анонимно:

     


Защитный код
Обновить