Модульный Rolls-Royce
В МИРЕ / #1–2_2020
Текст: Екатерина РЯБИКОВСКАЯ / Фото: Rolls-royce.com
Rolls-Royce — один из последних игроков, вступивших в технологическую гонку малой ядерной энергетики. В начале 2020 года компания обнародовала планы строительства 10−15 малых модульных реакторов в Великобритании к 2029 году. Rolls-Royce уже получил $ 23 млн от британского правительства на реализацию проекта, теперь ему нужно найти еще около $ 250 млн. Разбираемся в деталях амбициозного проекта.
В начале 2016 года британское правительство запустило конкурс проектов малых модульных реакторов, известных как атомные станции малой мощности (АСММ). Конкурс стал первым важным шагом в признании АСММ одной из составляющих будущей энергетической структуры Великобритании. С того момента британский АСММ‑консорциум под предводительством Rolls-Royce добился значительного прогресса в разработке дизайна малой модульной АЭС, проведя детальный анализ технической, ценовой и экономической частей проекта, после чего власти поверили в реализуемость проекта.
Почему же британское правительство повернулось лицом к модульной атомной энергетике? Великобритания, как и многие страны Европы, остро нуждается в надежном источнике дешевой, низкоуглеродной и безопасной энергии. Энергетическая структура страны продолжает стареть и все еще слишком зависима от ископаемых источников. После Брекзита Великобритания нуждается в энергонезависимости.
Еще в 2007 году Соединенное Королевство признало важную роль атомной энергетики в энергобалансе страны. Серьезность своих намерений правительство доказало многомиллиардными инвестициями в строительство АЭС в Великобритании силами зарубежных правительств и компаний. По мнению Уоррена Иста, главы Rolls-Royce, для создания полноразмерных реакторов придется преодолеть как минимум три препятствия. Во-первых, финансирование таких проектов — крайне затратное удовольствие; во‑вторых, лишь ограниченный круг организаций готов взять на себя крупные строительные риски; в‑третьих, вероятность того, что проекты будут реализованы в срок, достаточно мала. Зависимость страны от зарубежных технологий и дороговизна иностранных инвестиций привели к фрагментации атомной отрасли Великобритании и ограничили возможности создания собственной интеллектуальной собственности. А без последнего практически невозможно снизить стоимость генерации электроэнергии и начать разработки новых продуктов и услуг, предназначенных как для домашнего потребления, так и для международных экспортных рынков.
У. Ист уверен, что у страны есть решение этих проблем — атомные станции на основе малых модульных технологий. Модульное производство может сэкономить огромные ресурсы и средства, создав передовые ядерные технологии даже в период заката действующих полноразмерных АЭС в стране. Полагаясь на предсказуемые, относительно портативные ядерные реакторы, производители могут стандартизировать их себестоимость и тем самым рассчитать стоимость электроэнергии.
По подсчетам Rolls-Royce, проектирование, разработка и производство парка модульных реакторов в Великобритании создадут до 40 тыс. рабочих мест для квалифицированного персонала в области цепочек поставок. Также это позволит добавить более £100 млрд в экономику страны за счет внутренних и экспортных продаж. По словам У. Иста, программа строительства модульных реакторов предоставит британским компаниям уникальную возможность спроектировать, построить и обслуживать новое поколение реакторов.
Компания уверена, что производство сразу нескольких малых реакторов поможет сэкономить, если сравнивать расходы с отдельно взятым крупным проектом станции. А экономия в свою очередь обеспечит предсказуемые сроки реализации проекта модульного реактора: от первого бетона до ввода в эксплуатацию — всего 500 дней.
Среди существующих в Великобритании атомных станций самое короткое время строительства составило восемь лет, а самое длительное — почти 20 лет. Сооружение модульной конструкции Rolls-Royce займет примерно столько же времени, сколько строились самые ранние, давно вышедшие на пенсию станции Magnox — четыре года от начала строительства до подключения к сети. По мнению журнала «Популярная механика», предложенная Rolls-Royce технология модульных станций — что-то среднее между традиционным автомобилем Rolls-Royce ручной сборки и книжной полкой из «Икеи»: имеются в виду непревзойденное качество и простота реализации.
Почему же британское правительство повернулось лицом к модульной атомной энергетике? Великобритания, как и многие страны Европы, остро нуждается в надежном источнике дешевой, низкоуглеродной и безопасной энергии. Энергетическая структура страны продолжает стареть и все еще слишком зависима от ископаемых источников. После Брекзита Великобритания нуждается в энергонезависимости.
Еще в 2007 году Соединенное Королевство признало важную роль атомной энергетики в энергобалансе страны. Серьезность своих намерений правительство доказало многомиллиардными инвестициями в строительство АЭС в Великобритании силами зарубежных правительств и компаний. По мнению Уоррена Иста, главы Rolls-Royce, для создания полноразмерных реакторов придется преодолеть как минимум три препятствия. Во-первых, финансирование таких проектов — крайне затратное удовольствие; во‑вторых, лишь ограниченный круг организаций готов взять на себя крупные строительные риски; в‑третьих, вероятность того, что проекты будут реализованы в срок, достаточно мала. Зависимость страны от зарубежных технологий и дороговизна иностранных инвестиций привели к фрагментации атомной отрасли Великобритании и ограничили возможности создания собственной интеллектуальной собственности. А без последнего практически невозможно снизить стоимость генерации электроэнергии и начать разработки новых продуктов и услуг, предназначенных как для домашнего потребления, так и для международных экспортных рынков.
У. Ист уверен, что у страны есть решение этих проблем — атомные станции на основе малых модульных технологий. Модульное производство может сэкономить огромные ресурсы и средства, создав передовые ядерные технологии даже в период заката действующих полноразмерных АЭС в стране. Полагаясь на предсказуемые, относительно портативные ядерные реакторы, производители могут стандартизировать их себестоимость и тем самым рассчитать стоимость электроэнергии.
По подсчетам Rolls-Royce, проектирование, разработка и производство парка модульных реакторов в Великобритании создадут до 40 тыс. рабочих мест для квалифицированного персонала в области цепочек поставок. Также это позволит добавить более £100 млрд в экономику страны за счет внутренних и экспортных продаж. По словам У. Иста, программа строительства модульных реакторов предоставит британским компаниям уникальную возможность спроектировать, построить и обслуживать новое поколение реакторов.
Компания уверена, что производство сразу нескольких малых реакторов поможет сэкономить, если сравнивать расходы с отдельно взятым крупным проектом станции. А экономия в свою очередь обеспечит предсказуемые сроки реализации проекта модульного реактора: от первого бетона до ввода в эксплуатацию — всего 500 дней.
Среди существующих в Великобритании атомных станций самое короткое время строительства составило восемь лет, а самое длительное — почти 20 лет. Сооружение модульной конструкции Rolls-Royce займет примерно столько же времени, сколько строились самые ранние, давно вышедшие на пенсию станции Magnox — четыре года от начала строительства до подключения к сети. По мнению журнала «Популярная механика», предложенная Rolls-Royce технология модульных станций — что-то среднее между традиционным автомобилем Rolls-Royce ручной сборки и книжной полкой из «Икеи»: имеются в виду непревзойденное качество и простота реализации.
Ройс и Роллс: история компании
Чарльз Стюарт Роллс родился в 1877 году; он был третьим сыном в семье лорда и леди Ллагатток. В Кембридже, где Роллс изучал инженерное дело, он стал первым студентом, имевшим собственный автомобиль. К моменту окончания университета Чарльз прославился как гонщик. Чтобы финансировать свои спортивные амбиции, Роллс основал один из первых автосалонов в Великобритании.
В отличие от аристократа Роллса, Генри Ройс работал с девяти лет, потом обучался в железнодорожной мастерской. Позже Ройс купил подержанный двухцилиндровый французский Decauvile и заинтересовался производством автомобилей. К концу 1903 года он спроектировал и построил свой первый бензиновый двигатель, а в апреле 1904 года въехал в город на собственном «Ройсмобиле» мощностью 10 лошадиных сил.
Генри Эдмундс, акционер компании Г. Ройса, однажды похвастался своему другу Ч. Роллсу новым авто — тем самым «Ройсмобилем». Чарльз Роллс уговорил Эдмундса устроить ему встречу с Ройсом. Ройс и Роллс встретились в Манчестере 4 мая 1904 года. После короткого тест-драйва «Ройсмобиля» Роллс заявил, что продаст столько автомобилей Ройса, сколько тот сможет построить. Так родилась новая компания.
В 1907 году «Серебряный призрак» производства Rolls-Royce был назван «Лучшим автомобилем в мире». Проехав из Лондона в Глазго 27 раз и преодолев расстояние в 14 371 милю, легендарный автомобиль побил мировой рекорд по безостановочному пробегу. Успехи компании продолжались. С начала 1950-х годов началась крепкая дружба между Rolls-Royce и королевской семьей, а в 1960-х знаменитые актеры и рок-звезды выбирали автомобили этой марки как символы успеха.
Но автомобильный бизнес — лишь вершина айсберга бизнеса компании: Rolls-Royce параллельно занимался изготовлением электроники и оборудования, включая моторы для самолетов и судов. Правда, в последние десятилетия компания продала некоторые ответвления бизнеса.
В отличие от аристократа Роллса, Генри Ройс работал с девяти лет, потом обучался в железнодорожной мастерской. Позже Ройс купил подержанный двухцилиндровый французский Decauvile и заинтересовался производством автомобилей. К концу 1903 года он спроектировал и построил свой первый бензиновый двигатель, а в апреле 1904 года въехал в город на собственном «Ройсмобиле» мощностью 10 лошадиных сил.
Генри Эдмундс, акционер компании Г. Ройса, однажды похвастался своему другу Ч. Роллсу новым авто — тем самым «Ройсмобилем». Чарльз Роллс уговорил Эдмундса устроить ему встречу с Ройсом. Ройс и Роллс встретились в Манчестере 4 мая 1904 года. После короткого тест-драйва «Ройсмобиля» Роллс заявил, что продаст столько автомобилей Ройса, сколько тот сможет построить. Так родилась новая компания.
В 1907 году «Серебряный призрак» производства Rolls-Royce был назван «Лучшим автомобилем в мире». Проехав из Лондона в Глазго 27 раз и преодолев расстояние в 14 371 милю, легендарный автомобиль побил мировой рекорд по безостановочному пробегу. Успехи компании продолжались. С начала 1950-х годов началась крепкая дружба между Rolls-Royce и королевской семьей, а в 1960-х знаменитые актеры и рок-звезды выбирали автомобили этой марки как символы успеха.
Но автомобильный бизнес — лишь вершина айсберга бизнеса компании: Rolls-Royce параллельно занимался изготовлением электроники и оборудования, включая моторы для самолетов и судов. Правда, в последние десятилетия компания продала некоторые ответвления бизнеса.
Траусфинид: все за и против
Две предполагаемые площадки для размещения модульных станций Rolls-Royce находятся в Уэльсе. Первая — это отложенный на неопределенное время ядерный проект («Новая Уилфа»); вторая — место расположения выведенной из эксплуатации АЭС «Траусфинид».
У Траусфинид есть большой шанс стать первой площадкой для возведения малых реакторов — об этом говорил главный технолог Rolls-Royce Пол Стейн. По его словам, у площадок вторичной застройки, где до этого уже были атомные станции, есть весомые преимущества: местное население хорошо относится к атомной энергетике, можно привлечь специалистов из числа местных жителей, обслуживавших АЭС. Есть готовое оборудование для подключения к сети, площадка проверена на соответствие всем требованиям (например, сейсмической безопасности). Сейчас около 200 человек работают на Траусфинид, и строительство малого модульного реактора может обеспечить до 600 дополнительных рабочих мест для региона.
По мнению местного советника Элфеда Робертса, Траусфинид нуждается в качественных рабочих местах, но необходимо взвесить все за и против: «Мы тщательно рассмотрим эту возможность. Создавать новые рабочие места, особенно для молодежи, очень нужно, но важно соблюсти все нормы безопасности».
АЭС «Траусфинид» остановила выработку электричества в 1991 году, 99% ядерных отходов производства были вывезены с площадки. Оставшиеся материалы классифицируются как отходы средней и низкой активности. Отходы средней активности сейчас извлекают из подземного хранилища, помещают в металлические контейнеры, покрывают бетонной оболочкой и временно размещают на площадке, пока окончательное решение для их хранения не будет найдено. Британское правительство планирует создать объект геологического захоронения, в котором радиоактивные отходы будут храниться под землей. Гвен Пэрри-Джонс, исполнительный директор компании Magnox, в интервью «BBC Уэльс» заявила, что Magnox серьезно относится к работам по выводу из эксплуатации АЭС «Траунсфинид».
Rolls-Royce рассматривал вариант строительства модульных реакторов на площадке АЭС «Уилфа» в Уэльсе, но идея была отвергнута Horizon: компания все еще надеется воплотить в жизнь проект полномасштабной АЭС «Новая Уилфа».
Две предполагаемые площадки для размещения модульных станций Rolls-Royce находятся в Уэльсе. Первая — это отложенный на неопределенное время ядерный проект («Новая Уилфа»); вторая — место расположения выведенной из эксплуатации АЭС «Траусфинид».
У Траусфинид есть большой шанс стать первой площадкой для возведения малых реакторов — об этом говорил главный технолог Rolls-Royce Пол Стейн. По его словам, у площадок вторичной застройки, где до этого уже были атомные станции, есть весомые преимущества: местное население хорошо относится к атомной энергетике, можно привлечь специалистов из числа местных жителей, обслуживавших АЭС. Есть готовое оборудование для подключения к сети, площадка проверена на соответствие всем требованиям (например, сейсмической безопасности). Сейчас около 200 человек работают на Траусфинид, и строительство малого модульного реактора может обеспечить до 600 дополнительных рабочих мест для региона.
По мнению местного советника Элфеда Робертса, Траусфинид нуждается в качественных рабочих местах, но необходимо взвесить все за и против: «Мы тщательно рассмотрим эту возможность. Создавать новые рабочие места, особенно для молодежи, очень нужно, но важно соблюсти все нормы безопасности».
АЭС «Траусфинид» остановила выработку электричества в 1991 году, 99% ядерных отходов производства были вывезены с площадки. Оставшиеся материалы классифицируются как отходы средней и низкой активности. Отходы средней активности сейчас извлекают из подземного хранилища, помещают в металлические контейнеры, покрывают бетонной оболочкой и временно размещают на площадке, пока окончательное решение для их хранения не будет найдено. Британское правительство планирует создать объект геологического захоронения, в котором радиоактивные отходы будут храниться под землей. Гвен Пэрри-Джонс, исполнительный директор компании Magnox, в интервью «BBC Уэльс» заявила, что Magnox серьезно относится к работам по выводу из эксплуатации АЭС «Траунсфинид».
Rolls-Royce рассматривал вариант строительства модульных реакторов на площадке АЭС «Уилфа» в Уэльсе, но идея была отвергнута Horizon: компания все еще надеется воплотить в жизнь проект полномасштабной АЭС «Новая Уилфа».
Размер имеет значение
Проект Rolls-Royce появился в нужный момент: сейчас весь энергетический сектор ищет возможности как можно скорее перейти на производство экологически чистой электроэнергии. Если все сделать правильно, малые модульные реакторы в совокупности с возобновляемыми источниками энергии смогут генерировать устойчивую энергию по конкурентным ценам.
Модульная конструкция облегчает массовое производство компонентов и позволяет масштабировать размер станций в зависимости от потребности. В среднем малые станции могут производить энергию в интервале от 50 до 400 МВт, в то время как традиционная АЭС — в районе 1000 МВт.
На протяжении десятилетий малые реакторы снабжали энергией подводные лодки и ледоколы, крошечные реакторы приводили в действие спутники. В NASA даже есть программа разработки малых ядерных реакторов для снабжения электричеством баз на Марсе. А американские военные хотят, чтобы мобильные реакторы использовались на удаленных военных базах.
В Rolls-Royce говорят, что уже придумали, как снизить затраты на производство и ускорить строительство малых модульных станций. По словам главного технолога компании Пола Стейн, Rolls-Royce будет использовать цифровую сварку и роботизированную сборку. Готовые детали будут доставлять на площадку.
Реактор теоретически может поместиться на прицепе тягача. Площадь станции составит около 15 акров — плюс десять акров обслуживающих территорий. Это одна шестнадцатая размера площади, к примеру, АЭС «Хинкли-Пойнт» — проекта стоимостью $ 20 млрд, который планируется завершить к середине 2020-х годов. У «Хинкли-Пойнт» будет мощность 3200 МВт, а у малых станций Rolls-Royce — скромные 440 МВт.
Сколько будет стоить электричество малых станций? По данным Forbes, Rolls-Royce пока ориентируется на стоимость $ 77 за МВт∙ч, что в два раза больше средней стоимости электроэнергии, вырабатываемой АЭС в США — около $ 33 за МВт∙ч. Но, как и многие новые технологии, в которых зачастую стартовые цены высоки, малые станции не отпугивают инвесторов. Во многих странах проекты разработки и строительства модульных реакторов набирают обороты.
Проект Rolls-Royce появился в нужный момент: сейчас весь энергетический сектор ищет возможности как можно скорее перейти на производство экологически чистой электроэнергии. Если все сделать правильно, малые модульные реакторы в совокупности с возобновляемыми источниками энергии смогут генерировать устойчивую энергию по конкурентным ценам.
Модульная конструкция облегчает массовое производство компонентов и позволяет масштабировать размер станций в зависимости от потребности. В среднем малые станции могут производить энергию в интервале от 50 до 400 МВт, в то время как традиционная АЭС — в районе 1000 МВт.
На протяжении десятилетий малые реакторы снабжали энергией подводные лодки и ледоколы, крошечные реакторы приводили в действие спутники. В NASA даже есть программа разработки малых ядерных реакторов для снабжения электричеством баз на Марсе. А американские военные хотят, чтобы мобильные реакторы использовались на удаленных военных базах.
В Rolls-Royce говорят, что уже придумали, как снизить затраты на производство и ускорить строительство малых модульных станций. По словам главного технолога компании Пола Стейн, Rolls-Royce будет использовать цифровую сварку и роботизированную сборку. Готовые детали будут доставлять на площадку.
Реактор теоретически может поместиться на прицепе тягача. Площадь станции составит около 15 акров — плюс десять акров обслуживающих территорий. Это одна шестнадцатая размера площади, к примеру, АЭС «Хинкли-Пойнт» — проекта стоимостью $ 20 млрд, который планируется завершить к середине 2020-х годов. У «Хинкли-Пойнт» будет мощность 3200 МВт, а у малых станций Rolls-Royce — скромные 440 МВт.
Сколько будет стоить электричество малых станций? По данным Forbes, Rolls-Royce пока ориентируется на стоимость $ 77 за МВт∙ч, что в два раза больше средней стоимости электроэнергии, вырабатываемой АЭС в США — около $ 33 за МВт∙ч. Но, как и многие новые технологии, в которых зачастую стартовые цены высоки, малые станции не отпугивают инвесторов. Во многих странах проекты разработки и строительства модульных реакторов набирают обороты.
Этапы проекта
Философия дизайна
Британский модульный реактор малой мощности был спроектирован так, чтобы оптимизировать полную приведенную стоимость электроэнергии по сравнению с капитальными затратами и, соответственно, максимально увеличить выработку электроэнергии. Также предложенный размер электростанции обеспечивает стандартизацию и модульность всех ее компонентов. Чтобы свести к минимуму этап строительства, станция спроектирована как полностью состоящая из модулей, которые можно доставить на площадку автомобильным, железнодорожным или морским транспортом. На модульную сборку отводится 500 дней.
Трехконтурный реактор с водой под давлением (PWR) обеспечивает выходную мощность 400−450 МВт электрической из 1200−1350 МВт тепловой энергии и использует стандартное промышленное ядерное топливо из оксида урана. Теплоноситель циркулирует через три циркуляционных насоса реактора к трем соответствующим вертикальным парогенераторам с U‑образными трубками.
Британский модульный реактор малой мощности был спроектирован так, чтобы оптимизировать полную приведенную стоимость электроэнергии по сравнению с капитальными затратами и, соответственно, максимально увеличить выработку электроэнергии. Также предложенный размер электростанции обеспечивает стандартизацию и модульность всех ее компонентов. Чтобы свести к минимуму этап строительства, станция спроектирована как полностью состоящая из модулей, которые можно доставить на площадку автомобильным, железнодорожным или морским транспортом. На модульную сборку отводится 500 дней.
Трехконтурный реактор с водой под давлением (PWR) обеспечивает выходную мощность 400−450 МВт электрической из 1200−1350 МВт тепловой энергии и использует стандартное промышленное ядерное топливо из оксида урана. Теплоноситель циркулирует через три циркуляционных насоса реактора к трем соответствующим вертикальным парогенераторам с U‑образными трубками.
Проект британского модульного реактора малой мощности
Трехконтурный реактор (слева) располагается на ядерном острове (на рисунке справа выделен красным цветом). Рядом находится машинный зал (выделен желтым) и в самом конце — насосная станция для охлаждающей воды (выделена синим). Все эти объекты надежно укрыты защитным куполом.
По периметру корпуса реактора располагаются три вертикальных U‑образных трубчатых парогенератора и компенсатор давления, соединенные трубной обвязкой. Компенсатор давления подсоединен к горячей нитке циркуляционного контура теплоносителя. Парогенераторы расположены вокруг корпуса асимметрично таким образом, чтобы обеспечить возможность съема крышки корпуса реактора и внутрикорпусных устройств и их перемещения к месту хранения внутри гермооболочки на время перегрузки топлива.
Циркуляция теплоносителя в системе осуществляется с помощью насосов, работающих от внешнего источника питания, но при этом конструкция системы обеспечивает и естественную циркуляцию для пассивного отвода остаточного тепла активной зоны. Пассивная циркуляция достигается за счет размещения парогенераторов выше уровня корпуса, в результате чего возникает разность температур между активной зоной и парогенераторами. С нижней стороны к выпускным коллекторам парогенераторов посредством патрубков подсоединяются циркуляционные насосы. Трехконтурная схема с пространственной симметрией позволяет компактно расположить в том числе и те компоненты реактора, которые требуют перемещения (крышка корпуса, внутрикорпусные элементы и топливные сборки). Кроме того, такое расположение позволяет осуществлять подъем в двух осях, а не в трех, что значительно сложнее и требует использования полярного крана. Отсутствие тяжелого полярного крана (и кронштейнов, необходимых для его установки) существенно упрощает задачу соблюдения требований к сейсмостойкости сооружения — соответственно, снижаются затраты на строительство.
Циркуляция теплоносителя в системе осуществляется с помощью насосов, работающих от внешнего источника питания, но при этом конструкция системы обеспечивает и естественную циркуляцию для пассивного отвода остаточного тепла активной зоны. Пассивная циркуляция достигается за счет размещения парогенераторов выше уровня корпуса, в результате чего возникает разность температур между активной зоной и парогенераторами. С нижней стороны к выпускным коллекторам парогенераторов посредством патрубков подсоединяются циркуляционные насосы. Трехконтурная схема с пространственной симметрией позволяет компактно расположить в том числе и те компоненты реактора, которые требуют перемещения (крышка корпуса, внутрикорпусные элементы и топливные сборки). Кроме того, такое расположение позволяет осуществлять подъем в двух осях, а не в трех, что значительно сложнее и требует использования полярного крана. Отсутствие тяжелого полярного крана (и кронштейнов, необходимых для его установки) существенно упрощает задачу соблюдения требований к сейсмостойкости сооружения — соответственно, снижаются затраты на строительство.
Активная зона реактора и управление реактивностью
Активная зона — это сердце реактора, где тепловая энергия ядерного топлива передается воде, протекающей под давлением через активную зону, а затем — воде во вторичном контуре для выработки электроэнергии. Отраслевой стандарт ядерного топлива — оксид урана (UO₂), обогащенный до 4,95%. Тепловыделяющие элементы объединены в сборки формата 17×17. Таблетки оксида урана упакованы в трубки из циркониевых сплавов, обеспечивающие высокий коэффициент использования нейтронов, конструктивную устойчивость и устойчивость к коррозии в условиях, существующих внутри активной зоны реактора с водой под давлением.
В активной зоне одновременно находится 121 топливная сборка. Высота топливного столба — 2,8 метра. В каждой топливной сборке 40 твэлов содержат выгорающий поглотитель нейтронов, остальные — нет. В качестве поглотителя нейтронов используется оксид гадолиния (Gd₂O₃), содержащий природный гадолиний, в количестве 8% по массе. Национальная программа Великобритании по развитию атомных станций малой мощности (АСММ) предусматривает разработку и внедрение толерантного ядерного топлива. Особое внимание уделяется топливу с оболочкой на основе карбида кремния. Согласно мнениям экспертов, данное топливо не будет готово к промышленному использованию на первой АСММ к 2030 году. В отличие от топлива другого типа, толерантное топливо не требует поддержания определенной концентрации растворимого бора в теплоносителе первого контура для управления реактивностью, что упрощает конструкцию реактора и устраняет риски, связанные с использованием опасной борной кислоты и последствиями выбросов бора для окружающей среды. Построить атомную электростанцию с нулевыми выбросами — основная задача проектировщиков. Управление реактивностью реактора обеспечивается перемещением регулирующих стержней и отрицательным температурным коэффициентом замедлителя, свойственным реакторам с водой под давлением.
Активная зона — это сердце реактора, где тепловая энергия ядерного топлива передается воде, протекающей под давлением через активную зону, а затем — воде во вторичном контуре для выработки электроэнергии. Отраслевой стандарт ядерного топлива — оксид урана (UO₂), обогащенный до 4,95%. Тепловыделяющие элементы объединены в сборки формата 17×17. Таблетки оксида урана упакованы в трубки из циркониевых сплавов, обеспечивающие высокий коэффициент использования нейтронов, конструктивную устойчивость и устойчивость к коррозии в условиях, существующих внутри активной зоны реактора с водой под давлением.
В активной зоне одновременно находится 121 топливная сборка. Высота топливного столба — 2,8 метра. В каждой топливной сборке 40 твэлов содержат выгорающий поглотитель нейтронов, остальные — нет. В качестве поглотителя нейтронов используется оксид гадолиния (Gd₂O₃), содержащий природный гадолиний, в количестве 8% по массе. Национальная программа Великобритании по развитию атомных станций малой мощности (АСММ) предусматривает разработку и внедрение толерантного ядерного топлива. Особое внимание уделяется топливу с оболочкой на основе карбида кремния. Согласно мнениям экспертов, данное топливо не будет готово к промышленному использованию на первой АСММ к 2030 году. В отличие от топлива другого типа, толерантное топливо не требует поддержания определенной концентрации растворимого бора в теплоносителе первого контура для управления реактивностью, что упрощает конструкцию реактора и устраняет риски, связанные с использованием опасной борной кислоты и последствиями выбросов бора для окружающей среды. Построить атомную электростанцию с нулевыми выбросами — основная задача проектировщиков. Управление реактивностью реактора обеспечивается перемещением регулирующих стержней и отрицательным температурным коэффициентом замедлителя, свойственным реакторам с водой под давлением.
Корпус реактора
Корпус реактора состоит непосредственно из самого корпуса, торосферической крышки и комплекта креплений (болтов, гаек, сферических шайб и уплотнений). Диаметр корпуса ограничен 4,5 метрами, что обусловлено максимальной транспортировочной высотой, установленной в Великобритании и составляющей 4,95 метра. Все патрубки подсоединяются к корпусу реактора выше зоны размещения топливных элементов. Подключения и подсоединения ниже этого уровня не допускаются, чтобы минимизировать риск аварий с потерей теплоносителя.
Корпус реактора состоит непосредственно из самого корпуса, торосферической крышки и комплекта креплений (болтов, гаек, сферических шайб и уплотнений). Диаметр корпуса ограничен 4,5 метрами, что обусловлено максимальной транспортировочной высотой, установленной в Великобритании и составляющей 4,95 метра. Все патрубки подсоединяются к корпусу реактора выше зоны размещения топливных элементов. Подключения и подсоединения ниже этого уровня не допускаются, чтобы минимизировать риск аварий с потерей теплоносителя.
Компенсатор давления
Давление в первом контуре регулируется с помощью электрических нагревателей, размещенных в основании компенсатора давления, и разбрызгивающего устройства, форсунка которого находится в верхней части компенсатора. Для поддержания избыточного давления на необходимом уровне вода и пар находятся в равновесном состоянии. Компенсатор давления представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд, днище и крышка которого изготовлены из низколегированной стали. В АСММ британского дизайна используется разбрызгивающее устройство, срабатывающее от перепада давления: за счет пассивного расширения теплоносителя в первом контуре увеличивается давление в устройстве и происходит разбрызгивание воды. Такая компоновка обеспечивает простое и безопасное решение проблемы. Размер компенсатора давления рассчитывается таким образом, чтобы гарантировать его надежную работу в пассивном режиме в нештатных ситуациях, приводящих к быстрому охлаждению или нагреву теплоносителя.
Давление в первом контуре регулируется с помощью электрических нагревателей, размещенных в основании компенсатора давления, и разбрызгивающего устройства, форсунка которого находится в верхней части компенсатора. Для поддержания избыточного давления на необходимом уровне вода и пар находятся в равновесном состоянии. Компенсатор давления представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд, днище и крышка которого изготовлены из низколегированной стали. В АСММ британского дизайна используется разбрызгивающее устройство, срабатывающее от перепада давления: за счет пассивного расширения теплоносителя в первом контуре увеличивается давление в устройстве и происходит разбрызгивание воды. Такая компоновка обеспечивает простое и безопасное решение проблемы. Размер компенсатора давления рассчитывается таким образом, чтобы гарантировать его надежную работу в пассивном режиме в нештатных ситуациях, приводящих к быстрому охлаждению или нагреву теплоносителя.
Парогенераторы
Для парогенераторов была выбрана проверенная временем на реакторах западного дизайна и легко реализуемая вертикальная конструкция из U‑образных труб. Рассматривались также другие конструкции, но они были признаны не готовыми к промышленному использованию на первой АСММ в 2030 году.
Для парогенераторов была выбрана проверенная временем на реакторах западного дизайна и легко реализуемая вертикальная конструкция из U‑образных труб. Рассматривались также другие конструкции, но они были признаны не готовыми к промышленному использованию на первой АСММ в 2030 году.
Циркуляционные насосы
В циркуляционных насосах непосредственно сам насос и его привод объединены в единый узел (бессальниковый насос), что позволяет избежать проблем с протечкой сальников, существовавших у более ранних модификаций насосов. Расход циркуляционного насоса составляет 3,95 м3/с, а создаваемое им давление — 4 бара.
В циркуляционных насосах непосредственно сам насос и его привод объединены в единый узел (бессальниковый насос), что позволяет избежать проблем с протечкой сальников, существовавших у более ранних модификаций насосов. Расход циркуляционного насоса составляет 3,95 м3/с, а создаваемое им давление — 4 бара.
Приводы регулирующих стержней
В конструкции привода регулирующих стержней используется магнитный подъемный механизм линейного типа, модифицированный с учетом требований к АСММ. Регулирующие стержни расположены в шахматном порядке.
В конструкции привода регулирующих стержней используется магнитный подъемный механизм линейного типа, модифицированный с учетом требований к АСММ. Регулирующие стержни расположены в шахматном порядке.
Системы безопасности
Разработка АСММ британского дизайна велась в рамках комплексного подхода, с учетом требований безопасности и передовых практик проектирования. Данный подход предполагает, что все риски, связанные с АСММ, находятся на допустимом уровне или минимизированы в разумных и практически достижимых пределах. Для предотвращения проектных аварий используется принцип глубокоэшелонированной защиты, предполагающий наличие надежных систем безопасности, разработанных с учетом достаточного запаса прочности в соответствии с применимыми нормативами. Разнообразные и независимые активные и пассивные системы безопасности обеспечивают многоуровневую защиту и предотвращение аварий АСММ в проектных и запроектных режимах для всех вариантов эксплуатации и на всех этапах жизненного цикла реактора. В дополнение к отводу тепла через контуры парогенераторов (через подачу воды и отвод пара) в реакторе используются пассивные системы безопасности (система пассивного отвода остаточного тепла и система аварийного охлаждения активной зоны ядерного реактора), которые работают независимо и дублируют друг друга в случае аварии. Система аварийного охлаждения активной зоны ядерного реактора защищает его от всех проектных аварий с потерей теплоносителя. Дополнительную защиту в случае небольших протечек обеспечивает специальная система ввода теплоносителя. Для быстрого аварийного останова реактора используются два различных механизма, отличающихся высокой надежностью: регулирующие стержни и система аварийного ввода бора. Защиту от избыточного давления обеспечивают три предохранительных клапана. Гермооболочка реактора предотвращает выброс продуктов деления в окружающую среду в маловероятном случае повреждения активной зоны.
Разработка АСММ британского дизайна велась в рамках комплексного подхода, с учетом требований безопасности и передовых практик проектирования. Данный подход предполагает, что все риски, связанные с АСММ, находятся на допустимом уровне или минимизированы в разумных и практически достижимых пределах. Для предотвращения проектных аварий используется принцип глубокоэшелонированной защиты, предполагающий наличие надежных систем безопасности, разработанных с учетом достаточного запаса прочности в соответствии с применимыми нормативами. Разнообразные и независимые активные и пассивные системы безопасности обеспечивают многоуровневую защиту и предотвращение аварий АСММ в проектных и запроектных режимах для всех вариантов эксплуатации и на всех этапах жизненного цикла реактора. В дополнение к отводу тепла через контуры парогенераторов (через подачу воды и отвод пара) в реакторе используются пассивные системы безопасности (система пассивного отвода остаточного тепла и система аварийного охлаждения активной зоны ядерного реактора), которые работают независимо и дублируют друг друга в случае аварии. Система аварийного охлаждения активной зоны ядерного реактора защищает его от всех проектных аварий с потерей теплоносителя. Дополнительную защиту в случае небольших протечек обеспечивает специальная система ввода теплоносителя. Для быстрого аварийного останова реактора используются два различных механизма, отличающихся высокой надежностью: регулирующие стержни и система аварийного ввода бора. Защиту от избыточного давления обеспечивают три предохранительных клапана. Гермооболочка реактора предотвращает выброс продуктов деления в окружающую среду в маловероятном случае повреждения активной зоны.
Схема расположения функциональных элементов АСММ британского дизайна
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ #1–2_2020