Малый «Шельф»

Почему у проекта реакторной установки «Шельф» для АСММ (атомной станции малой мощности. — Прим. ред.) появилась модернизированная версия «Шельф-М»?

С первых стадий разработки мы взаимодействуем с коммерческим блоком Росатома и интегратором по продукту — "Русатом Оверсиз", который транслирует нам пожелания заказчика в формате целевых требований. Все технические решения мы встраиваем в коммерческие рамки, работаем над улучшением потребительских характеристик. «Шельф» не конкурирует с крупномасштабной генерацией. Стоимость киловатта электроэнергии в европейской части России и в целом в зоне централизованного энергоснабжения такова, что сегодня размещать «Шельф» в этих регионах нецелесообразно. Сейчас проект может быть конкурентоспособен там, где себестоимость киловатта электрической энергии составляет порядка 15−20 руб. Это в первую очередь удаленные территории.

О каких именно удаленных территориях идет речь?

В 2017 году мы активно работали над пилотной площадкой на архипелаге Новая Земля. Там планируется разработка месторождения «Павловское», и мы совместно с коллегами из Горнорудного дивизиона рассматривали вариант замещения части мощностей, необходимых Горно-обогатительному комбинату. В таких климатических и логистических условиях мы вполне конкурентоспособны, и это, я считаю, очень хорошая площадка для размещения головного образца. Мы могли бы сократить часть затрат на дизельное топливо и получить прекрасный полигон для отработки концепции доставки и последующей эксплуатации таких объектов.

Мы также рассматриваем площадки для энергообеспечения объектов жилищно-коммунального хозяйства в отдаленных поселках Республики Саха (Якутия).

Гармонизация требований

Требования, сопровождающие строительство крупномасштабных объектов атомной отрасли, автоматически транслируются на АСММ. Это создает препятствия для реализации проекта, влияет на его экономическую эффективность?

Препятствий для создания объектов малой генерации в рамках существующей нормативной базы нет. В этом плане малая мощность принципиально от большой не отличается, другое дело, что у нас существенно возрастают удельные капитальные затраты — на один киловатт установленной мощности.

Логистика «Шельфа-М» — главный предмет дискуссии с Ростехнадзором. Почему?

Как только мы собрали «Шельф», загрузили в него топливо, провели испытания, физический пуск — реактор считается действующим. Или, допустим, мы доставили реактор без топлива на место эксплуатации, загрузили и выработали кампанию активной зоны — нет никаких предпосылок для самоподдерживающейся реакции деления, но и в этом случае реактор считается действующим. Согласно нормативной документации для наземных объектов, мы не имеем права транспортировать действующий реактор.

На наш взгляд, есть несколько вариантов развития событий. Можно рассматривать транспортировку «Шельфа» после эксплуатации как транспортировку ОЯТ. Но это накладывает на нас ряд дополнительных требований, большая часть из которых негативно отразится на массогабаритных характеристиках. Например, и без того не самая маленькая защитная оболочка становится конструкцией весом тонн в 800, из которых большая часть придется на защитный внешний контейнер. Это еще больше усложнит логистические операции с объектом, делая транспортировку в ряде случаев вообще невозможной. Либо мы можем декларировать «Шельф» в качестве хранилища. В общем, основной вопрос — транспортировка загруженной активной зоны.

Для головного образца мы в итоге пришли к схеме, аналогичной ПАТЭС: первая АСММ на базе РУ «Шельф-М» будет загружена топливом уже на площадке размещения. Там же будут производиться основные операции с топливом. На головном объекте появляется пристанционный цикл промежуточного обращения с ядерным топливом.

Статус-кво и решения на перспективу

По поручению Алексея Лихачева Росатом формирует предложения по всей линейке АСММ — от 100 киловатт до 300 мегаватт. Когда «Шельф-М» займет место в этой линейке? На какой стадии сегодня проект?

«Шельф» уже занимает свое место в этой линейке в качестве установки до 10 МВт. Сейчас мы модернизируем реакторную установку. Основные направления нашей работы — увеличение кампании активной зоны и повышение потребительских характеристик. При сохранении капитальных затрат, которые потребуются для создания головного образца, мы начали работать над оптимизацией технических решений и производственного цикла в целом. В этом году первый этап работы был завершен. В сотрудничестве с НПО «Луч» и ВНИИНМ им. А. А. Бочвара мы определили перечень кандидатных тепловыделяющих элементов модернизированной активной зоны. До конца 2020 года определимся с тепловыделяющим элементом новой зоны и либо выберем что-то из готовых решений, либо, если перейдем на какие-то ранее не используемые материалы, продолжим экспериментальные исследования. С учетом требования сократить объемы, сроки и стоимость всего комплекса НИОКР, никаких кардинально новых решений мы не закладываем, выбираем из апробированных в атомной энергетике. Рассматривался вариант тепловыделяющих элементов, которые потенциально могут существенно расширить кампанию, но полный цикл их разработки — 8−10 лет. Если мы сегодня начнем заниматься новым тепловыделяющим элементом, то «Шельф-М» автоматически «уедет» за горизонт 2030 года. Это не значит, что перспективное топливо в принципе не должно рассматриваться, работа над ним должна вестись параллельно основной разработке — для «Шельфа» следующего поколения.

В ноябре 2019 года научно-технический совет института одобрил обликовый проект станции, в следующем году планируем его оптимизацию и насыщение дополнительными инженерными системами. Саму концепцию эксплуатации и транспортировки, внешний облик защитной оболочки (капсулы) на этом этапе не трогаем. Мы по-прежнему в перспективе планируем изготавливать всю капсулу в заводских условиях и транспортировать на место размещения.

Как возможное решение для оболочки капсулы не рассматриваете композитные материалы?

Мы договорились с коллегами из «Перспективных материалов и технологий» о том, чтобы они попробовали изготовить защитную оболочку из композитных материалов. Но дело в том, что использование композитов не только не уменьшит стоимость АСММ, а, скорее всего, кратно увеличит. Главное, чего мы хотим этим решением добиться, — снизить вес конструкции, существенно упростить логистику и транспортные операции. Сегодня вес поставочного модуля — 400 тонн. Это, конечно, немного для портового кранового оборудования, но очень много для наземной транспортировки, к примеру, по зимнику (автомобильная дорога, эксплуатация которой возможна только в зимних условиях, при минусовой температуре. — Прим. ред.) на удаленных территориях.

Прежде всего, мы руководствуемся требованиями о сокращении затрат на головной проект и максимальном использовании референтных решений. Но если основные потенциальные регионы размещения труднодоступны и логистика 400-тонного объекта вызывает сложности, то почему бы не рассмотреть композитную защитную оболочку?

По внешнему облику, по структуре капсулы и защитной оболочки у нас еще есть ряд открытых вопросов. Капсула позволяет существенно сократить объем строительных и пуско-наладочных работ на площадке размещения: вся сборка оборудования, включая первичные испытания, сварка ответственных швов, контактирующих с первым контуром, происходят в заводских условиях. Не будет капсулы — и мы переходим к традиционной компоновке атомной станции, когда на месте ее размещения приходится разворачивать сборочные цеха, по отдельности доставлять корпус, трубопроводы, другое оборудование. Не говоря уже о том, что в северных условиях строительство нельзя вести круглогодично, есть три-четыре удобных месяца, и при оплате труда персонала следует учитывать северный коэффициент.

Заводскую сборку можно осуществлять на зарубежных площадках?

Мы обсуждали этот вопрос с коллегами из Курчатовского института и частью рабочей группы проекта INPRO TNPP‑2. По одной из предлагаемых схем, на заводе в России происходит сборка основного оборудования реакторной установки в объеме защитной оболочки. Капсула без ядерного топлива переезжает на территорию специализированного сервисного центра. Центр расположен в удобном с точки зрения логистики месте, и именно там происходит загрузка ядерного топлива. Затем загруженные и готовые к эксплуатации блоки транспортируются на все региональные площадки размещения. На сервисных центрах, помимо загрузки топлива, проводятся текущий ремонт, замена основного оборудования, которые нельзя провести на площадке. У такого подхода огромное преимущество и помимо эффективной логистики: на месте размещения станции нет необходимости организовывать специальные условия для проведения ядерно или радиационно опасных работ, привлекать большое количество высококвалифицированного персонала.

Фактически это уход от концепции «город — спутник атомной станции»?

Да, у АСММ «Шельф-М» остается сугубо утилитарная роль. Нужна электроэнергия — доставили капсулу, разместили в здании общепромышленного назначения, не контактирующем с ядерными материалами, и подключили к локальной сети. И после того, как необходимость в электроэнергии на этой площадке пропала, капсулу демонтировали и транспортировали на новое место эксплуатации.

Анализ защищенности

Расскажите о системах безопасности проекта «Шельф», пожалуйста. Какова их доля в ­общей стоимости? Будут ли на АСММ «Шельф» применены какие-то новые системы?

Суммарная стоимость затрат на все системы безопасности в проекте, с учетом защитной оболочки, превышает 80%. Кардинально новые системы в «Шельф-М» не применяются.

Из того, что традиционно не используется в крупномасштабной энергетике, в проекте предусмотрена система неоперативного аварийного ввода раствора жидкого поглотителя. Она запускается вручную и относится к классу систем по управлению запроектными авариями. Она вводится в действие только при множественных нерегламентированных отказах в системе управления и защиты ядерного реактора, то есть когда у нас нет других способов воздействия на реактивность. В любых других случаях, в том числе при потенциальных нештатных ситуациях на пунктах управления, автоматика прекращает генерацию и переводит объект в безопасное состояние.

Стандартная численность персонала одной АСММ «Шельф» — 15 человек. Удаленное управление, насколько я знаю, даст возможность уменьшить это число. Насколько далеко удалось продвинуться в проработке такого решения?

В этом году мы провели первую составную часть НИРа, направленную на создание системы дальней связи. Атомная станция должна быть оснащена центральным и резервным пунктами управления. Не меняя эту конструкцию и вообще не залезая глубоко в АСУ и комплексную систему управления и защиты, мы на первом этапе предполагаем создать дистанционный центр управления, связанный с местным центром управления системой дальней связи. Предположительно, мы остановимся на радиосвязи с использованием спутников. Мы планируем поручить детальную разработку и подбор оборудования российским компаниям. На головном объекте центр управления энергомодулем (ЦУЭМ) просто будет получать телеметрию — огромное количество информации, генерируемой атомной станцией. ЦУЭМ может располагаться на любом расстоянии от объекта. На первом этапе его роль будет заключаться только в сборе данных и показателей всех датчиков, систем контроля. Мы планируем также организовать постоянное видео- и аудионаблюдение за объектом.

Следующий этап — передача функции инициации системы безопасности этому удаленному центру. ЦУЭМ сможет брать контроль на себя и управлять мощностью атомной станции. В периоды планово-предупредительных ремонтов (ППР) на него будет возложено значительное количество функций, в том числе техническая поддержка операторов и ремонтной бригады. Из ЦУЭМа можно будет управлять раздельными системами, обновлять программное обеспечение, установленное на станции, давать оперативную обратную связь. Несмотря на кажущуюся простоту, эта система достаточно сложна в исполнении: мы должны обеспечить точно такие же требования к резервируемости и защищенности передаваемой информации, как и на самом объекте.

Готовность к серии

Каков потенциал Росатома по выпуску АСММ «Шельф»?

В НИКИЭТе сформирована кооперация участников проекта. Сегодня мы готовы говорить о выпуске энергокапсул с реакторной установкой со скоростью три штуки за два года на базе промплощадок участников кооперации.

Есть ли альтернативы «Шельфу-М» среди российских разработок? Проекты «ОКБМ Африкантов» — ваши конкуренты?

Прежде всего, «ОКБМ Африкантов» — наш давний партнер, и он входит в кооперацию предприятий по созданию «Шельфа-М»: часть оборудования будет разрабатываться с участием коллег из Нижнего Новгорода и изготавливаться на их производственных мощностях. Что касается актуальных и готовых к реализации проектов АСММ, то мы играем на разных полях. АСММ с РУ РИТМ‑200 производит 50 МВт электрических. С учетом того, что стандартный комплект поставки — двухблочная станция, получается уже 100 МВт против 10 или 20 МВт — у нас нет совместных потенциальных заказчиков или площадок.

Если говорить обо всех перспективных проектах РУ для АСММ в диапазоне 6−10 МВт, то можно назвать проект нижегородских коллег АБВ‑6Э, есть хорошие и интересные проекты установок малой мощности у Курчатовского института, ОКБ «Гидропресс» и ФЭИ им. А. И. Лейпунского. Более того, и у нас внутри института есть очень хорошие проекты малых установок. Например «Унитерм». По концепции это абсолютно разные проекты, институт старается поддерживать оба.

А почему институт сделал ставку на «Шельф-М»?

При прочих равных «Унитерм» получается более дорогим. Проект «Шельф-М» основан на референтных технологиях и может быть реализован в ближайшие 5−7 лет. Комплекс НИОКР по другим существующим проектам в диапазоне 6−10 МВт займет значительно больше времени.