В МИРЕ / #4_2021
Гефест рождается под Прагой
Текст: Татьяна ДАНИЛОВА / Иллюстрация: Ujv.cz
Отработавшее ядерное топливо может стать ценным источником энергии, производимой реакторами следующего поколения. Именно такова цель проекта HeFASTo — малого высокотемпературного реактора на быстрых нейтронах. Исследователи Центра ядерных исследований в Ржеже, что под Прагой, начали работу над ним в этом году, однако торжественной церемонии запуска не стоит ждать раньше 2040-го — как в связи с новизной концепции и сопутствующими этому сложностями, так и по причинам коммерческого характера.
Чешская Республика — государство с развитой атомной энергетикой. Шесть ядерных реакторов обеспечивают около трети энергопотребления страны. Энергетическая политика Чехии предусматривает существенное увеличение ядерных мощностей к 2040 году за счет строительства традиционных крупных энергоблоков и инвестиций в новые ядерные технологии. Здесь также видят потенциал атомной энергетики для производства водорода.
Центр ядерных исследований (ÚJV) Ржеж, входящий в состав группы ČEZ, с 2010 года участвовал в совместной (с Францией, Венгрией, Словакией и Польшей) разработке европейского демонстрационного газоохлаждаемого реактора на быстрых нейтронах (GFR). Проект называется Allegro, и его цели — продемонстрировать технологию быстрого реактора с гелиевым охлаждением и испытать новое керамическое огнеупорное топливо для промышленного варианта газоохлаждаемого быстрого реактора с предполагаемой тепловой мощностью 2400 МВт.
Чешские атомщики выполнили теплогидравлические расчеты поведения первого контура в штатных эксплуатационных и аварийных условиях, проанализировали возможное течение и последствия тяжелой аварии с расплавлением активной зоны, внесли немалый вклад в материаловедение и разработку новых материалов для сред с высокими температурами и радиацией, предложили решение вопроса о применении вероятностных методов оценки безопасности GFR. К сожалению, новое знание и технологии оказались не нужны. Европейские совместные разработки инноваций в атомной энергетике плодят массу научных статей и отчетов, но, к сожалению, пока не воплотились «в железо». Совместный проект быстрого реактора Allegro не приостановлен, он просто зашел в тупик.
Поэтому, объяснил руководитель отдела маркетинга ÚJV Милан Мика, в Ржеже одобрили идею создания малого модульного реактора на основе технологии GFR, в котором можно использовать знания, полученные в ходе разработок для Allegro. Новая концепция называется HeFASTo — название созвучно имени бога огня и кузнеца Гефеста из греческой мифологии. Это имя носит гелиевый реактор поколения IV на быстрых нейтронах, первый в Европе концептуальный проект такого рода.
В мире разрабатывается не менее 70 типов ММР. Разработчики часто делают ставку на «классические» легководные реакторы поколения III малых мощности и размеров. Растет интерес и к быстрым высокотемпературным реакторам поколения IV с различными теплоносителями: гелием, жидкими металлами, расплавами солей.
Предполагается, что быстрые реакторы будут иметь ряд преимуществ перед традиционными легководными, которые ныне эксплуатируются на АЭС «Дукованы» и «Темелин». «Одно из значительных экономических преимуществ быстрого реактора — эффект „размножения топлива“: в результате ядерных реакций во время работы реактор будет производить больше делящегося материала, чем потреблять», — сказал Петр Ваха, руководитель группы разработчиков ÚJV Ржеж. Одновременно замкнутый топливный цикл HeFASTo позволит производить в ходе эксплуатации минимум ядерных отходов. Кроме того, в HeFASTo предусмотрена возможность использования переработанного топлива легководных реакторов. В любом случае, это будет прежде всего энергетический реактор для производства электроэнергии, водорода или технологического тепла для химической промышленности. Его суммарная тепловая мощность составит 200 МВт.
Центр ядерных исследований (ÚJV) Ржеж, входящий в состав группы ČEZ, с 2010 года участвовал в совместной (с Францией, Венгрией, Словакией и Польшей) разработке европейского демонстрационного газоохлаждаемого реактора на быстрых нейтронах (GFR). Проект называется Allegro, и его цели — продемонстрировать технологию быстрого реактора с гелиевым охлаждением и испытать новое керамическое огнеупорное топливо для промышленного варианта газоохлаждаемого быстрого реактора с предполагаемой тепловой мощностью 2400 МВт.
Чешские атомщики выполнили теплогидравлические расчеты поведения первого контура в штатных эксплуатационных и аварийных условиях, проанализировали возможное течение и последствия тяжелой аварии с расплавлением активной зоны, внесли немалый вклад в материаловедение и разработку новых материалов для сред с высокими температурами и радиацией, предложили решение вопроса о применении вероятностных методов оценки безопасности GFR. К сожалению, новое знание и технологии оказались не нужны. Европейские совместные разработки инноваций в атомной энергетике плодят массу научных статей и отчетов, но, к сожалению, пока не воплотились «в железо». Совместный проект быстрого реактора Allegro не приостановлен, он просто зашел в тупик.
Поэтому, объяснил руководитель отдела маркетинга ÚJV Милан Мика, в Ржеже одобрили идею создания малого модульного реактора на основе технологии GFR, в котором можно использовать знания, полученные в ходе разработок для Allegro. Новая концепция называется HeFASTo — название созвучно имени бога огня и кузнеца Гефеста из греческой мифологии. Это имя носит гелиевый реактор поколения IV на быстрых нейтронах, первый в Европе концептуальный проект такого рода.
В мире разрабатывается не менее 70 типов ММР. Разработчики часто делают ставку на «классические» легководные реакторы поколения III малых мощности и размеров. Растет интерес и к быстрым высокотемпературным реакторам поколения IV с различными теплоносителями: гелием, жидкими металлами, расплавами солей.
Предполагается, что быстрые реакторы будут иметь ряд преимуществ перед традиционными легководными, которые ныне эксплуатируются на АЭС «Дукованы» и «Темелин». «Одно из значительных экономических преимуществ быстрого реактора — эффект „размножения топлива“: в результате ядерных реакций во время работы реактор будет производить больше делящегося материала, чем потреблять», — сказал Петр Ваха, руководитель группы разработчиков ÚJV Ржеж. Одновременно замкнутый топливный цикл HeFASTo позволит производить в ходе эксплуатации минимум ядерных отходов. Кроме того, в HeFASTo предусмотрена возможность использования переработанного топлива легководных реакторов. В любом случае, это будет прежде всего энергетический реактор для производства электроэнергии, водорода или технологического тепла для химической промышленности. Его суммарная тепловая мощность составит 200 МВт.
Проект HeFASTo основан на максимальной степени модульности. Большинство компонентов будут стандартными. Их будут изготавливать заводским способом, а на строительной площадке соберут единую конструкцию. Это существенно снизит затраты. Высокая степень безопасности HeFASTo поддерживается целым рядом инновационных систем пассивной безопасности, работающих только под действием силы тяжести или перепадов давления и потому безотказных.
Предполагается, что реактор будет построен не ранее 2040 года. По словам П. Вахи, проект находится на предконцептуальном этапе. Концептуальное проектирование предполагается завершить в 2025 году. К этому времени разработчики пригласят стратегического партнера. На коммерциализацию HeFASTo уйдет не менее 20 лет.
Почему так много? Причины две. Первая — на выходе из активной зоны реактора температура будет достигать 900 °C. Это означает высокие требования к системе охлаждения и используемым материалам.
Вторая причина: реактор станет коммерчески востребован в связи с двумя событиями: ростом спроса на массовое производство водорода и необходимостью переработки накопленного отработавшего топлива легководных реакторов; оба события ожидаются после 2040 года.
HeFASTo — не единственный проект ММР чешской разработки. Институт ядерных исследований Ржеж (CVŘ), дочернее предприятие ÚJV, четыре года назад начал работу над жидкосолевым реактором Energy Well, предназначенным для удаленных населенных пунктов и промышленных зон. Этот ММРР электрической мощностью около 8 МВт и тепловой — около 20 МВт, помимо производства электроэнергии, можно применять для производства технологического тепла и водорода. Менеджер проекта Марек Рущак утверждает: «Реактор будет работать при атмосферном давлении, что практически исключит риск аварии. Наша цель — реактор настолько безопасный, чтобы его можно было разместить даже в городе».
В январе прошлого года проект Energy Well получил лицензию Управления промышленной собственности, и сейчас идет подготовка к строительству экспериментальной установки. Строительство Energy Well завершится после 2030 года.
Предполагается, что реактор будет построен не ранее 2040 года. По словам П. Вахи, проект находится на предконцептуальном этапе. Концептуальное проектирование предполагается завершить в 2025 году. К этому времени разработчики пригласят стратегического партнера. На коммерциализацию HeFASTo уйдет не менее 20 лет.
Почему так много? Причины две. Первая — на выходе из активной зоны реактора температура будет достигать 900 °C. Это означает высокие требования к системе охлаждения и используемым материалам.
Вторая причина: реактор станет коммерчески востребован в связи с двумя событиями: ростом спроса на массовое производство водорода и необходимостью переработки накопленного отработавшего топлива легководных реакторов; оба события ожидаются после 2040 года.
HeFASTo — не единственный проект ММР чешской разработки. Институт ядерных исследований Ржеж (CVŘ), дочернее предприятие ÚJV, четыре года назад начал работу над жидкосолевым реактором Energy Well, предназначенным для удаленных населенных пунктов и промышленных зон. Этот ММРР электрической мощностью около 8 МВт и тепловой — около 20 МВт, помимо производства электроэнергии, можно применять для производства технологического тепла и водорода. Менеджер проекта Марек Рущак утверждает: «Реактор будет работать при атмосферном давлении, что практически исключит риск аварии. Наша цель — реактор настолько безопасный, чтобы его можно было разместить даже в городе».
В январе прошлого года проект Energy Well получил лицензию Управления промышленной собственности, и сейчас идет подготовка к строительству экспериментальной установки. Строительство Energy Well завершится после 2030 года.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ #4_2021