Свинец-висмут для гражданской энергетики
Фото: Атомный эксперт, Росатом
Развитие свинцово-висмутовой технологии началась еще на заре «атомного» века. Такие реакторы хорошо себя показали на атомных подводных лодках, затем, в 1990‑х, отошли на второй план, зато в нулевых технология получила второе рождение: стартовал проект энергетического свинцово-висмутового реактора. Советник генерального директора АО «АКМЭ-инжиниринг» и АО «ГНЦ РФ — ФЭИ» Георгий Тошинский проследил путь развития технологии и рассказал о ее преимуществах.
Биография эксперта
Георгий Ильич ТОШИНСКИЙ до 1990 года принимал непосредственное участие в научной разработке и обосновании не имеющих аналогов в мире ядерных реакторов с жидкометаллическим теплоносителем свинец-висмут для атомных подводных лодок, в их испытаниях, анализе и обобщении опыта эксплуатации.
Научные и производственные достижения Георгия Ильича отмечены почетным званием «Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации», орденами Трудового Красного Знамени и «Знак Почета», медалью «300 лет Российскому флоту». Росатом наградил его нагрудным знаком «Академик Курчатов» 1‑й степени. В 2001 и 2007 годах физик был удостоен звания «Человек года» в номинации «Наука» в Обнинске.
В 2017 году издательство LAMBERT Academic Publishing (Дюссельдорф, Германия) опубликовало сборник избранных статей и докладов Г. И. Тошинского с соавторами под названием «Свинцово-висмутовые быстрые реакторы», а в 2019 году издательство «Проспект» (г. Москва) выпустило его книгу «Беседы о ядерной энергетике, физике реакторов и технологии модульных быстрых реакторов с теплоносителем свинец-висмут (для начинающих и не только)», написанную по материалам курса лекций, читавшегося инженерам АЭС в течение многих лет на факультете повышения квалификации ИАТЭ НИЯУ «МИФИ».
В 2021 году Росатом издал в РФЯЦ-ВНИИЭФ (Саров) книгу Г. И. Тошинского «Свинцово-висмутовые реакторы: между прошлым и будущим, живая история. Полемика, интервью, воспоминания». Сейчас эту книгу готовит к выпуску издательство «Проспект».
Г. И. Тошинский — автор или соавтор 14 патентов на изобретения, член научно-технического совета ГНЦ РФ — ФЭИ. По совместительству он продолжает работать в АО «ГНЦ РФ — ФЭИ» в должности советника генерального директора и читает курсы лекций в Обнинском институте атомной энергетики НИЯУ «МИФИ»: «Физика реакторов» и «Основы управления ядерными энергетическими установками».
Научные и производственные достижения Георгия Ильича отмечены почетным званием «Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации», орденами Трудового Красного Знамени и «Знак Почета», медалью «300 лет Российскому флоту». Росатом наградил его нагрудным знаком «Академик Курчатов» 1‑й степени. В 2001 и 2007 годах физик был удостоен звания «Человек года» в номинации «Наука» в Обнинске.
В 2017 году издательство LAMBERT Academic Publishing (Дюссельдорф, Германия) опубликовало сборник избранных статей и докладов Г. И. Тошинского с соавторами под названием «Свинцово-висмутовые быстрые реакторы», а в 2019 году издательство «Проспект» (г. Москва) выпустило его книгу «Беседы о ядерной энергетике, физике реакторов и технологии модульных быстрых реакторов с теплоносителем свинец-висмут (для начинающих и не только)», написанную по материалам курса лекций, читавшегося инженерам АЭС в течение многих лет на факультете повышения квалификации ИАТЭ НИЯУ «МИФИ».
В 2021 году Росатом издал в РФЯЦ-ВНИИЭФ (Саров) книгу Г. И. Тошинского «Свинцово-висмутовые реакторы: между прошлым и будущим, живая история. Полемика, интервью, воспоминания». Сейчас эту книгу готовит к выпуску издательство «Проспект».
Г. И. Тошинский — автор или соавтор 14 патентов на изобретения, член научно-технического совета ГНЦ РФ — ФЭИ. По совместительству он продолжает работать в АО «ГНЦ РФ — ФЭИ» в должности советника генерального директора и читает курсы лекций в Обнинском институте атомной энергетики НИЯУ «МИФИ»: «Физика реакторов» и «Основы управления ядерными энергетическими установками».
Еще в 1949 году Александр Ильич Лейпунский предложил использовать сплав свинец-висмут в качестве возможного теплоносителя для быстрых реакторов — бридеров. Для таких реакторов в первом контуре необходим жидкий металл. У свинца-висмута по сравнению с натрием более тяжелые ядра, которые слабо замедляют нейтроны — это значит, что спектр нейтронов получается более жестким, и деление 238U происходит более эффективно. Поэтому при использовании свинца-висмута коэффициент воспроизводства (КВ) плутония выше, чем у натриевого реактора. (КВ — это отношение количества выгруженного из реактора плутония к количеству загруженного. Это первый ключевой параметр для бридера.)
Итак, появился проект бридера с теплоносителем свинец-висмут, и я еще студентом принимал участие в его расчетах. Однако через несколько лет А. И. Лейпунский от этой идеи отказался: во‑первых, у свинца-висмута низкая теплопроводность, во‑вторых, большая плотность — а значит, много энергии требуется для того, чтобы прокачивать его через активную зону, и в результате невозможно получить высокую энергонапряженность активной зоны. Почему это серьезные минусы? Если интенсивность отвода тепла от активной зоны низкая, то плутоний «горит» медленно, и избыточный плутоний нарабатывается не так быстро, как необходимо.
Поэтому возник второй параметр для бридера — время удвоения плутония. И вот по этому параметру теплоноситель свинец-висмут проигрывал натриевому. Короткое время удвоения плутония мог обеспечить только натриевый теплоноситель. Именно на этот теплоноситель была переориентирована вся программа развития быстрых реакторов. При ограниченных ресурсах природного урана и планировавшихся высоких темпах развития ядерной энергетики это был совершенно правильный и обоснованный выбор.
На короткое время свинец-висмут остался не у дел. Однако в 1952 году развернулись работы по созданию атомных подводных лодок (АПЛ): во‑первых, к этому времени уже были сделаны атомная бомба и ядерные заряды для торпед, и нужно было создавать средства их скрытной доставки; во‑вторых, АПЛ разрабатывались и в США (в 1953 году там была спущена на воду первая в мире атомная подводная лодка «Наутилус»).
Первоначально все эти работы велись в ФЭИ. Довольно быстро определились два направления: установки с водой под давлением (это направление было передано в Курчатовский институт) и с теплоносителем свинец-висмут (это осталось за ФЭИ). Научным руководителем первого направления стал Анатолий Петрович Александров, второго — Александр Ильич Лейпунский.
Итак, появился проект бридера с теплоносителем свинец-висмут, и я еще студентом принимал участие в его расчетах. Однако через несколько лет А. И. Лейпунский от этой идеи отказался: во‑первых, у свинца-висмута низкая теплопроводность, во‑вторых, большая плотность — а значит, много энергии требуется для того, чтобы прокачивать его через активную зону, и в результате невозможно получить высокую энергонапряженность активной зоны. Почему это серьезные минусы? Если интенсивность отвода тепла от активной зоны низкая, то плутоний «горит» медленно, и избыточный плутоний нарабатывается не так быстро, как необходимо.
Поэтому возник второй параметр для бридера — время удвоения плутония. И вот по этому параметру теплоноситель свинец-висмут проигрывал натриевому. Короткое время удвоения плутония мог обеспечить только натриевый теплоноситель. Именно на этот теплоноситель была переориентирована вся программа развития быстрых реакторов. При ограниченных ресурсах природного урана и планировавшихся высоких темпах развития ядерной энергетики это был совершенно правильный и обоснованный выбор.
На короткое время свинец-висмут остался не у дел. Однако в 1952 году развернулись работы по созданию атомных подводных лодок (АПЛ): во‑первых, к этому времени уже были сделаны атомная бомба и ядерные заряды для торпед, и нужно было создавать средства их скрытной доставки; во‑вторых, АПЛ разрабатывались и в США (в 1953 году там была спущена на воду первая в мире атомная подводная лодка «Наутилус»).
Первоначально все эти работы велись в ФЭИ. Довольно быстро определились два направления: установки с водой под давлением (это направление было передано в Курчатовский институт) и с теплоносителем свинец-висмут (это осталось за ФЭИ). Научным руководителем первого направления стал Анатолий Петрович Александров, второго — Александр Ильич Лейпунский.
Судовые реакторы: успехи и неудачи
В декабре 1958 года в ФЭИ состоялся физический пуск наземного лодочного свинцово-висмутового реактора, через год — его энергетический пуск. На земле были смонтированы три отсека первой атомной подводной лодки.
Шла холодная война, нужно было догонять и перегонять Америку, времени на исследовательские работы не было. Александр Ильич предупреждал руководство, что технология новая, многое неизвестно. Ответ был такой: «Ничего, надо делать быстро, а там опыт подскажет — что нужно, переделаете».
Так оно и получилось: были отказы, были аварии, но в результате в причинах разобрались и недостатки устранили.
Единственная авария на АПЛ с жидкометаллическим теплоносителем была напрямую связана с физико-химическими свойствами свинца-висмута. Этот теплоноситель казался очень простым, ведь он не воспламеняется при контакте с воздухом, как натриевый. Поэтому первоначально при работе с ним недостаточно строго соблюдались правила безопасности, в частности, во время ремонтов не обращали внимание на попадание внутрь трубопровода воздуха. Постепенно внутри накапливались шлаки, которые в конце концов забили первый контур — как в организме человека жировые бляшки забивают сосуды кровеносной системы. В результате перестал идти теплоноситель, произошел перегрев, и 24 мая 1968 года на первой опытной лодке К‑27 случилась авария.
Решение проблемы с теплоносителем заняло около 20 лет напряженной работы ФЭИ, «Гидропресса», ОКБМ, «Прометея», Минсудпрома, Военно-морского флота и других ведомств. В результате на всех остальных лодках никаких проблем с теплоносителем не было.
АПЛ со свинцово-висмутовыми теплоносителями получали очень хорошие отзывы командиров кораблей. А вот командиры баз, куда приходили лодки, жаловались. Почему?
Как известно, любая жидкость при определенной температуре затвердевает. У воды это происходит при 0 °C, а у свинца-висмута — при 125 °C. Мы очень боялись этого затвердевания, поэтому категорически требовали, чтобы первый контур всегда находился в жидком состоянии. Когда реактор работает, проблемы нет, потому что тепло поступает от реактора. А когда лодка пришвартовывалась к пирсу и реактор заглушали, необходимо было подавать к нему тепло с берега. Для этого на берегу был построен паровой котел. Однако в жизни все не так гладко, как на бумаге, и с этим котлом что-то все время случалось: то мазут не завезут, то паровые трубы лопнут. А лодка стоит на базе несколько месяцев, и допустить охлаждения теплоносителя нельзя — поэтому реактор работал на мощности около 1%.
В конце концов моряки сказали: «Вы сделали для нас хороший автомобиль, на нем приятно и быстро ездить, но когда мы приезжаем домой — не можем выключить мотор. Такие лодки очень сложно содержать на базе. Или решайте проблему, или мы отказываемся от использования этих лодок».
Проблему мы решили, но к тому времени распался Советский Союз, и у флота уже не было сил одновременно поддерживать два направления (и водяное, и жидкометаллическое). Поэтому свинцово-висмутовые лодки стали выводить из эксплуатации. А ведь качества этих АПЛ были такими, что они попали в Книгу рекордов Гиннеса. Эти компактные, автоматизированные, с малочисленным экипажем и титановым корпусом лодки были высокоскоростными и маневренными, могли уходить от американских торпед и представляли угрозу для американского флота. В этом нам признавались сами американцы. Когда их адмиралы приехали к нам в гости, то сказали: «Спасибо вам за эту технологию! Благодаря ей Конгресс выделил нам десять миллиардов долларов на разработку новой торпеды».
В декабре 1958 года в ФЭИ состоялся физический пуск наземного лодочного свинцово-висмутового реактора, через год — его энергетический пуск. На земле были смонтированы три отсека первой атомной подводной лодки.
Шла холодная война, нужно было догонять и перегонять Америку, времени на исследовательские работы не было. Александр Ильич предупреждал руководство, что технология новая, многое неизвестно. Ответ был такой: «Ничего, надо делать быстро, а там опыт подскажет — что нужно, переделаете».
Так оно и получилось: были отказы, были аварии, но в результате в причинах разобрались и недостатки устранили.
Единственная авария на АПЛ с жидкометаллическим теплоносителем была напрямую связана с физико-химическими свойствами свинца-висмута. Этот теплоноситель казался очень простым, ведь он не воспламеняется при контакте с воздухом, как натриевый. Поэтому первоначально при работе с ним недостаточно строго соблюдались правила безопасности, в частности, во время ремонтов не обращали внимание на попадание внутрь трубопровода воздуха. Постепенно внутри накапливались шлаки, которые в конце концов забили первый контур — как в организме человека жировые бляшки забивают сосуды кровеносной системы. В результате перестал идти теплоноситель, произошел перегрев, и 24 мая 1968 года на первой опытной лодке К‑27 случилась авария.
Решение проблемы с теплоносителем заняло около 20 лет напряженной работы ФЭИ, «Гидропресса», ОКБМ, «Прометея», Минсудпрома, Военно-морского флота и других ведомств. В результате на всех остальных лодках никаких проблем с теплоносителем не было.
АПЛ со свинцово-висмутовыми теплоносителями получали очень хорошие отзывы командиров кораблей. А вот командиры баз, куда приходили лодки, жаловались. Почему?
Как известно, любая жидкость при определенной температуре затвердевает. У воды это происходит при 0 °C, а у свинца-висмута — при 125 °C. Мы очень боялись этого затвердевания, поэтому категорически требовали, чтобы первый контур всегда находился в жидком состоянии. Когда реактор работает, проблемы нет, потому что тепло поступает от реактора. А когда лодка пришвартовывалась к пирсу и реактор заглушали, необходимо было подавать к нему тепло с берега. Для этого на берегу был построен паровой котел. Однако в жизни все не так гладко, как на бумаге, и с этим котлом что-то все время случалось: то мазут не завезут, то паровые трубы лопнут. А лодка стоит на базе несколько месяцев, и допустить охлаждения теплоносителя нельзя — поэтому реактор работал на мощности около 1%.
В конце концов моряки сказали: «Вы сделали для нас хороший автомобиль, на нем приятно и быстро ездить, но когда мы приезжаем домой — не можем выключить мотор. Такие лодки очень сложно содержать на базе. Или решайте проблему, или мы отказываемся от использования этих лодок».
Проблему мы решили, но к тому времени распался Советский Союз, и у флота уже не было сил одновременно поддерживать два направления (и водяное, и жидкометаллическое). Поэтому свинцово-висмутовые лодки стали выводить из эксплуатации. А ведь качества этих АПЛ были такими, что они попали в Книгу рекордов Гиннеса. Эти компактные, автоматизированные, с малочисленным экипажем и титановым корпусом лодки были высокоскоростными и маневренными, могли уходить от американских торпед и представляли угрозу для американского флота. В этом нам признавались сами американцы. Когда их адмиралы приехали к нам в гости, то сказали: «Спасибо вам за эту технологию! Благодаря ей Конгресс выделил нам десять миллиардов долларов на разработку новой торпеды».
Свинец-висмут для «гражданки»
Ко второй половине 1990‑х годов все свинцово-висмутовые лодки уже были выведены из эксплуатации и частично утилизированы. Мы начали думать над тем, как применить эту технологию в атомной энергетике.
Тут надо сказать об одном несомненном преимуществе свинца-висмута перед водо-водяными реакторами. Как известно, в ВВЭР требуется очень высокое давление — до 16 МПа. С этим связаны большие проблемы безопасности, которые усугубляются еще и тем, что при потере теплоносителя из первого контура (как это произошло на АЭС «Три-Майл Айленд» и «Фукусима‑1») циркониевые оболочки твэлов вступают в реакцию с парами воды, образуется громадное количество водорода и происходят взрывы и пожары. А в свинцово-висмутовых реакторах такое высокое давление не требуется и водород не образуется.
Плюс, как мы помним, свинец-висмут химически инертен — не воспламеняется при контакте с воздухом и с водой бурно не реагирует. Поэтому в свинцово-висмутовых реакторах нужно только два контура (свинец-висмут в первом, пар и вода — во втором). А для натриевых реакторов неотъемлемый барьер безопасности — промежуточный контур нерадиоактивного натрия.
Сегодня стало ясно, что безопасность бесплатно не дается. Если есть внутренний фактор опасности — высокое давление (как у ВВЭР) или химическая активность теплоносителя (как у БН), — то этот фактор нужно компенсировать, а это стоит денег. И напротив, если таких факторов нет — как у свинца-висмута, — то реактор обладает внутренней самозащищенностью, и не нужно тратить столько средств на внешние системы безопасности.
В этом смысле интересно сравнить свинцово-висмутовые реакторы с «БРЕСТом» — реактором со свинцовым теплоносителем, который сейчас строится в рамках проекта «Прорыв». Эти два теплоносителя можно назвать родными братьями, с той только разницей, что свинец отличается от свинца-висмута высокой температурой плавления. Свинец-висмут плавится при температуре около 125 °C, а значит, вероятность его затвердевания гораздо выше. Если теплоноситель затвердевает в контуре реактора, то необходимо обеспечить его безопасный для оборудования переход из твердого состояния в жидкое.
Кстати, а что же будет, если свинец-висмут все-таки затвердеет? Как я рассказывал выше, при эксплуатации АПЛ мы этого очень боялись. У всех в уме была модель замораживания воды в батареях отопления: как известно, трубы при этом лопаются, так как при превращении воды в лед объем увеличивается на 9%. К сожалению, тогда нам никто не давал ни времени, ни денег, чтобы провести соответствующие исследования со свинцом-висмутом.
Однако исследования, проведенные на Западе, показали: у свинца-висмута нулевое изменение объема при затвердевании и плавлении, у свинца же объем увеличивается при плавлении на 3,7%.
Конечно, недостаток свинца-висмута в сравнении со свинцом — накопление полония при облучении нейтронами висмута. Однако разработанные меры защиты персонала оказались очень эффективными: никто не получил дозу облучения, превышающую допустимую.
Кроме того, разведанные ресурсы висмута значительно ниже, чем свинца.
Ко второй половине 1990‑х годов все свинцово-висмутовые лодки уже были выведены из эксплуатации и частично утилизированы. Мы начали думать над тем, как применить эту технологию в атомной энергетике.
Тут надо сказать об одном несомненном преимуществе свинца-висмута перед водо-водяными реакторами. Как известно, в ВВЭР требуется очень высокое давление — до 16 МПа. С этим связаны большие проблемы безопасности, которые усугубляются еще и тем, что при потере теплоносителя из первого контура (как это произошло на АЭС «Три-Майл Айленд» и «Фукусима‑1») циркониевые оболочки твэлов вступают в реакцию с парами воды, образуется громадное количество водорода и происходят взрывы и пожары. А в свинцово-висмутовых реакторах такое высокое давление не требуется и водород не образуется.
Плюс, как мы помним, свинец-висмут химически инертен — не воспламеняется при контакте с воздухом и с водой бурно не реагирует. Поэтому в свинцово-висмутовых реакторах нужно только два контура (свинец-висмут в первом, пар и вода — во втором). А для натриевых реакторов неотъемлемый барьер безопасности — промежуточный контур нерадиоактивного натрия.
Сегодня стало ясно, что безопасность бесплатно не дается. Если есть внутренний фактор опасности — высокое давление (как у ВВЭР) или химическая активность теплоносителя (как у БН), — то этот фактор нужно компенсировать, а это стоит денег. И напротив, если таких факторов нет — как у свинца-висмута, — то реактор обладает внутренней самозащищенностью, и не нужно тратить столько средств на внешние системы безопасности.
В этом смысле интересно сравнить свинцово-висмутовые реакторы с «БРЕСТом» — реактором со свинцовым теплоносителем, который сейчас строится в рамках проекта «Прорыв». Эти два теплоносителя можно назвать родными братьями, с той только разницей, что свинец отличается от свинца-висмута высокой температурой плавления. Свинец-висмут плавится при температуре около 125 °C, а значит, вероятность его затвердевания гораздо выше. Если теплоноситель затвердевает в контуре реактора, то необходимо обеспечить его безопасный для оборудования переход из твердого состояния в жидкое.
Кстати, а что же будет, если свинец-висмут все-таки затвердеет? Как я рассказывал выше, при эксплуатации АПЛ мы этого очень боялись. У всех в уме была модель замораживания воды в батареях отопления: как известно, трубы при этом лопаются, так как при превращении воды в лед объем увеличивается на 9%. К сожалению, тогда нам никто не давал ни времени, ни денег, чтобы провести соответствующие исследования со свинцом-висмутом.
Однако исследования, проведенные на Западе, показали: у свинца-висмута нулевое изменение объема при затвердевании и плавлении, у свинца же объем увеличивается при плавлении на 3,7%.
Конечно, недостаток свинца-висмута в сравнении со свинцом — накопление полония при облучении нейтронами висмута. Однако разработанные меры защиты персонала оказались очень эффективными: никто не получил дозу облучения, превышающую допустимую.
Кроме того, разведанные ресурсы висмута значительно ниже, чем свинца.
История с продолжением
Преимущества свинцово-висмутовой технологии для применения в энергетической сфере были очевидны. В 1997 году по заказу «Росэнергоатома» началась разработка проекта реактора СВБР‑75.
В те годы перед концерном РЭА уже маячила проблема надвигающегося вывода из эксплуатации реакторов ВВЭР‑440, у которых истекал срок службы. И вот для площадки Нововоронежской АЭС возникла следующая идея. После того как будет демонтировано оборудование ядерного острова (корпус реактора при этом не демонтируется): парогенераторы, насосы и так далее, — в этих же помещениях предлагается разместить шесть реакторных модулей СВБР‑75. Таким образом, их совокупная мощность как раз замещала бы выбывающую мощность. То есть фактически заменялась бы реакторная установка, а турбина, градирни, машзал, электрооборудование — все это сохранилось бы. Проектировщик — институт «Атомэнергопроект» — в технико-экономическом исследовании показал, что такая реновация будет в два раза дешевле, чем строительство новых замещающих мощностей.
В проекте решения научно-технического совета «Росэнергоатома» было написано: «Одобрить и построить опытный образец». Однако в этот момент в Росатоме сменилось руководство, и в итоговом решении НТС появилась запись: «Принять к сведению». Реализация проекта СВБР снова была отложена.
В 1995 году на конференции в Японии я услышал доклад, который очень меня заинтересовал: японцы предлагали построить модульную станцию большой мощности с натриевыми быстрыми реакторами. Очевидно, что удельная стоимость маленького реактора всегда будет выше, чем большого: построить два реактора по 100 МВт — дороже, чем один мощностью 200 МВт. Однако японцы рассчитали, что если организовать серийное производство малых реакторов в специализированном цехе и выпускать по 10 модулей в год в течение 10 лет, то выигрыш в стоимости оборудования по сравнению с большим реактором аналогичной мощности получится в три раза.
Я тогда подумал: если даже для натриевых, трехконтурных реакторов получается выигрыш в стоимости, то для свинца-висмута преимуществ будет еще больше. Мы (ФЭИ, «Гидропресс» и «Атомэнергопроект») по собственной инициативе решили разработать концептуальный проект двухблочной АЭС с 16 модулями СВБР‑100 общей мощностью 1600 МВт. Экономику проекта считали в «Атомэнергопроекте».
Так как эта технология для энергетики новая, решено было заложить запас «на непредвиденные нужды» — 17% от общей стоимости станции. Но поскольку экономические риски касались только ядерного острова (все остальное — градирни, турбины, трансформаторы — было взято из проекта ВВЭР‑1500), то этот запас составлял уже 60%.
Тем не менее проект был признан перспективным, прошло несколько совещаний и НТС в «Росэнергоатоме», но дело никак не сдвигалось с мертвой точки. В 2005 году мы подготовили письмо о необходимости развития свинцово-висмутовой технологии на имя президента России Владимира Путина, которое подписали бывший президент РАН академик Гурий Иванович Марчук и академик Валерий Иванович Субботин. В 2006 году этот вопрос рассмотрели на научно-техническом совете по энергетике Росатома. Постановили, что необходимо перейти к проектированию и строительству опытного образца. После этого на проект выделили деньги, началась работа.
А через два года этим проектом неожиданно заинтересовалась частная компания. Произошло это так. Я принимал участие в конференции Ядерного общества России, посвященной малой энергетике. На ней выступал директор по энергетическому машиностроению ОАО «Русские машины» Владимир Петроченко. Он, в частности, говорил, что им для коммерческих нужд необходима установка на 100 МВт с хорошими параметрами пара. Мы познакомились, я подробно рассказал ему о преимуществах СВБР. В результате в 2009 году появилась государственно-частная компания, которая за это время прошла несколько важных этапов: были оптимизированы экономические показатели, разработана документация технического проекта, получена лицензия «Ростехнадзора» на размещение опытного энергоблока в Димитровграде, рядом с НИИАР. В 2018 году НТС № 8 Росатома рассмотрел результаты экспертизы проекта, которая не выявила проблем с реализацией требований Технического задания. Сейчас ведутся консультации с потенциальными партнерами относительно их присоединения к проекту.
Подробно история и перспектива развития этой уникальной технологии изложены в моей вышедшей недавно книге «Свинцово-висмутовые реакторы: между прошлым и будущим, живая история».
Лично я не сомневаюсь, что СВБР‑100 хорошо себя покажет: атомщики России имеют солидный опыт работы со свинцово-висмутовой технологией на АПЛ, она пережила уже и «детские», и «взрослые», и «старческие» болезни. Высокий уровень внутренней самозащищенности и пассивной безопасности реакторов СВБР‑100 позволяет размещать их вблизи городов и использовать для теплоснабжения, замещая угольные ТЭЦ — основные источники выбросов углерода. Это особенно важно для решения климатических проблем. Сейчас этой технологией активно занимаются на Западе и Востоке: в Германии, Италии, Бельгии, Китае и других странах. Поэтому нам нельзя позволить себе стоять на месте: если стоишь — проиграешь, аналогичный реактор могут построить раньше за рубежом.
Преимущества свинцово-висмутовой технологии для применения в энергетической сфере были очевидны. В 1997 году по заказу «Росэнергоатома» началась разработка проекта реактора СВБР‑75.
В те годы перед концерном РЭА уже маячила проблема надвигающегося вывода из эксплуатации реакторов ВВЭР‑440, у которых истекал срок службы. И вот для площадки Нововоронежской АЭС возникла следующая идея. После того как будет демонтировано оборудование ядерного острова (корпус реактора при этом не демонтируется): парогенераторы, насосы и так далее, — в этих же помещениях предлагается разместить шесть реакторных модулей СВБР‑75. Таким образом, их совокупная мощность как раз замещала бы выбывающую мощность. То есть фактически заменялась бы реакторная установка, а турбина, градирни, машзал, электрооборудование — все это сохранилось бы. Проектировщик — институт «Атомэнергопроект» — в технико-экономическом исследовании показал, что такая реновация будет в два раза дешевле, чем строительство новых замещающих мощностей.
В проекте решения научно-технического совета «Росэнергоатома» было написано: «Одобрить и построить опытный образец». Однако в этот момент в Росатоме сменилось руководство, и в итоговом решении НТС появилась запись: «Принять к сведению». Реализация проекта СВБР снова была отложена.
В 1995 году на конференции в Японии я услышал доклад, который очень меня заинтересовал: японцы предлагали построить модульную станцию большой мощности с натриевыми быстрыми реакторами. Очевидно, что удельная стоимость маленького реактора всегда будет выше, чем большого: построить два реактора по 100 МВт — дороже, чем один мощностью 200 МВт. Однако японцы рассчитали, что если организовать серийное производство малых реакторов в специализированном цехе и выпускать по 10 модулей в год в течение 10 лет, то выигрыш в стоимости оборудования по сравнению с большим реактором аналогичной мощности получится в три раза.
Я тогда подумал: если даже для натриевых, трехконтурных реакторов получается выигрыш в стоимости, то для свинца-висмута преимуществ будет еще больше. Мы (ФЭИ, «Гидропресс» и «Атомэнергопроект») по собственной инициативе решили разработать концептуальный проект двухблочной АЭС с 16 модулями СВБР‑100 общей мощностью 1600 МВт. Экономику проекта считали в «Атомэнергопроекте».
Так как эта технология для энергетики новая, решено было заложить запас «на непредвиденные нужды» — 17% от общей стоимости станции. Но поскольку экономические риски касались только ядерного острова (все остальное — градирни, турбины, трансформаторы — было взято из проекта ВВЭР‑1500), то этот запас составлял уже 60%.
Тем не менее проект был признан перспективным, прошло несколько совещаний и НТС в «Росэнергоатоме», но дело никак не сдвигалось с мертвой точки. В 2005 году мы подготовили письмо о необходимости развития свинцово-висмутовой технологии на имя президента России Владимира Путина, которое подписали бывший президент РАН академик Гурий Иванович Марчук и академик Валерий Иванович Субботин. В 2006 году этот вопрос рассмотрели на научно-техническом совете по энергетике Росатома. Постановили, что необходимо перейти к проектированию и строительству опытного образца. После этого на проект выделили деньги, началась работа.
А через два года этим проектом неожиданно заинтересовалась частная компания. Произошло это так. Я принимал участие в конференции Ядерного общества России, посвященной малой энергетике. На ней выступал директор по энергетическому машиностроению ОАО «Русские машины» Владимир Петроченко. Он, в частности, говорил, что им для коммерческих нужд необходима установка на 100 МВт с хорошими параметрами пара. Мы познакомились, я подробно рассказал ему о преимуществах СВБР. В результате в 2009 году появилась государственно-частная компания, которая за это время прошла несколько важных этапов: были оптимизированы экономические показатели, разработана документация технического проекта, получена лицензия «Ростехнадзора» на размещение опытного энергоблока в Димитровграде, рядом с НИИАР. В 2018 году НТС № 8 Росатома рассмотрел результаты экспертизы проекта, которая не выявила проблем с реализацией требований Технического задания. Сейчас ведутся консультации с потенциальными партнерами относительно их присоединения к проекту.
Подробно история и перспектива развития этой уникальной технологии изложены в моей вышедшей недавно книге «Свинцово-висмутовые реакторы: между прошлым и будущим, живая история».
Лично я не сомневаюсь, что СВБР‑100 хорошо себя покажет: атомщики России имеют солидный опыт работы со свинцово-висмутовой технологией на АПЛ, она пережила уже и «детские», и «взрослые», и «старческие» болезни. Высокий уровень внутренней самозащищенности и пассивной безопасности реакторов СВБР‑100 позволяет размещать их вблизи городов и использовать для теплоснабжения, замещая угольные ТЭЦ — основные источники выбросов углерода. Это особенно важно для решения климатических проблем. Сейчас этой технологией активно занимаются на Западе и Востоке: в Германии, Италии, Бельгии, Китае и других странах. Поэтому нам нельзя позволить себе стоять на месте: если стоишь — проиграешь, аналогичный реактор могут построить раньше за рубежом.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ #3_2022