Страна бумажных АСММ
В МИРЕ / #8_2021
Текст: Ирина ДОРОХОВА* / Иллюстрация: Влад СУРОВЕГИН / Фото: Terrapower.com
В американском реакторостроении — системный кризис, наглядно проявляющийся в новых разработках. На бумаге усовершенствованных малых реакторов 27, но лишь пять-шесть из них стоит обсуждать, и лишь по ним ведутся какие-то работы. Доберется ли хоть один до коммерческой эксплуатации в ближайшие 20 лет — большой вопрос. Одни проекты требуют огромного объема исследований, другие не соответствуют базовым требованиям, предъявляемым к АСММ: компактности, экономичности; не проводится комплексный анализ проектов. Но, похоже, главная проблема в другом: проектировщики не понимают, что они делают не так и почему.
«Огромная фальсификация» или «мыльный пузырь» — так можно охарактеризовать положение дел в области разработки реакторных систем малой мощности в США. Так считают все, кто хоть немного знаком с проектами американских малых реакторов.
Почему так?
Возможно, главная (хотя и не единственная) причина фактического отсутствия реакторостроения в США — развал СССР. После того как у Штатов исчез главный геополитический соперник, развивать ядерные технологии, прежде всего военные, стало незачем. Более того, в середине 1990-х годов сотрудники, работавшие на верфях, признавались, что федеральное правительство США всерьез обсуждало прекращение проектирования и создания новых видов военных подводных лодок и кораблей. Отрасль удалось отстоять, аргумент был простой: «А что будет, если через 10 лет ситуация изменится?»
Сложно сказать, почему этот довод не подействовал на кураторов атомной отрасли. Возможно, потому, что созданием электростанций, в том числе АЭС, в США занимаются частные компании. Возможно, одним из дополнительных факторов, повлиявших на отказ от развития реакторостроительного сегмента, стала волна страхов, поднявшаяся в обществе после аварий на АЭС «Три-Майл-Айленд» и Чернобыльской АЭС. В 2011 году добавилось негативное отношение из-за аварии на Фукусиме.
Что в итоге? В течение XXI века в США — стране с наибольшим парком АЭС в мире (сейчас их 93) — был введен в эксплуатацию только один реактор. Это второй блок на АЭС «Уоттс-Бар». Он был подключен к сети в июне 2016 года — спустя почти 20 лет после последнего энергопуска американского реактора в XX веке — на первом блоке «Уоттс-Бар». Несколько блоков так и не были достроены, в том числе WNP‑3, 4, 5 на АЭС «Сатсоп» (Вашингтон) и два блока — на АЭС в Дженкинсвилле (Южная Каролина). Последние — из-за банкротства в 2017 году Westinghouse Electric Company LLC, занимавшейся проектированием реакторов, строительством АЭС и производством топлива.
Возможно, главная (хотя и не единственная) причина фактического отсутствия реакторостроения в США — развал СССР. После того как у Штатов исчез главный геополитический соперник, развивать ядерные технологии, прежде всего военные, стало незачем. Более того, в середине 1990-х годов сотрудники, работавшие на верфях, признавались, что федеральное правительство США всерьез обсуждало прекращение проектирования и создания новых видов военных подводных лодок и кораблей. Отрасль удалось отстоять, аргумент был простой: «А что будет, если через 10 лет ситуация изменится?»
Сложно сказать, почему этот довод не подействовал на кураторов атомной отрасли. Возможно, потому, что созданием электростанций, в том числе АЭС, в США занимаются частные компании. Возможно, одним из дополнительных факторов, повлиявших на отказ от развития реакторостроительного сегмента, стала волна страхов, поднявшаяся в обществе после аварий на АЭС «Три-Майл-Айленд» и Чернобыльской АЭС. В 2011 году добавилось негативное отношение из-за аварии на Фукусиме.
Что в итоге? В течение XXI века в США — стране с наибольшим парком АЭС в мире (сейчас их 93) — был введен в эксплуатацию только один реактор. Это второй блок на АЭС «Уоттс-Бар». Он был подключен к сети в июне 2016 года — спустя почти 20 лет после последнего энергопуска американского реактора в XX веке — на первом блоке «Уоттс-Бар». Несколько блоков так и не были достроены, в том числе WNP‑3, 4, 5 на АЭС «Сатсоп» (Вашингтон) и два блока — на АЭС в Дженкинсвилле (Южная Каролина). Последние — из-за банкротства в 2017 году Westinghouse Electric Company LLC, занимавшейся проектированием реакторов, строительством АЭС и производством топлива.
Принципы адмирала Риковера
Технические
- Круг вопросов, связанных с технологией, экономикой и графиком работ, должен быть ясно очерчен, и решаться они должны по отдельности.
- Ни цена, ни сроки не могут служить обоснованием для принятия небезопасных или некорректных технических решений.
- Необходимо анализировать тенденции, чтобы определять слабые места до того, как проявятся серьезные проблемы.
- В экспериментальные данные следует верить, пока не будет доказано, что они неверны.
- Оборудование и системы должны быть спроектированы и испытаны на всем диапазоне предполагаемых или требуемых статических и динамических параметров.
- Существующие проекты прошли проверку анализом, испытаниями и опытом работ. Следовательно, предложения с целью внесения в них любого, даже самого малого изменения должны быть тщательно рассмотрены, чтобы убедиться, что они не ставят под сомнение технологический базис проекта.
- Системы следует проектировать так, чтобы минимизировать последствия ошибок, применяя принципы резервирования и возможности отсекания отдельных узлов.
- Проектные предельные параметры должны учитывать возможные неопределенности, вытекающие из расчетов, ошибок при производстве и действий, не предсказанных в ходе эксплуатации.
Организационные
- Для управления сложными программами необходимо иметь сильную центральную техническую организацию.
- Как внутри организаций, так и при их коммуникации обязательно создание четко определенных и формализованных линий коммуникаций, в том числе для определения и фиксирования особых мнений. Если спорный момент не был разрешен, обладатели особого мнения обязаны проинформировать о нем вышестоящий орган управления.
- Проблемы должны точно и без промедления докладываться наверх. Следует отделять факты от мнений.
- Для каждого узла, процедуры, испытания или мероприятия должно быть известно, кто конкретно за него отвечает.
- Рекомендации для подрядчиков должны быть технически независимыми.
- Сложные технологии требуют сильного и независимого контроля качества.
Общие
- Сила любой технической организации заключается в том, что она делает, а не в том, что она декларирует.
- Каждый обязан бороться с соблазном мириться с проблемами.
- Безопасность — это не абстрактная концепция. Она вытекает из каждого аспекта технической работы и является фундаментальной ответственностью каждого.
Про людей
Отсутствие спроса на реакторы повлекло сокращение спроса на их разработки. А нет спроса — нет работы — нет зарплаты — нет престижа — нет притока кадров.
За последние 20 лет практически не осталось специалистов, понимающих, как создать работающий ядерный реактор. Большинство состарились и вышли на пенсию. В отличие от российских возрастных ядерщиков, которые в буквальном смысле до последних дней жизни остаются в отрасли, большинство американских пенсионеров занимаются семейными делами или переходят на нерегулярную консультационную работу.
В американских университетах не учат реакторостроению. Конечно, «ядерные» специальности есть, например, в Военно-морской академии США. Там изучают фундаментальную и ядерную физику, материаловедение, термодинамику и т. д. «Программа нацелена на развитие выпускников, ясно понимающих процесс проектирования и его важность для успеха инженерной деятельности. Ожидается, что каждая команда выпускников к концу обучения спроектирует, построит или смоделирует какой-либо тип ядерной системы», — говорится на сайте вуза.
Но в Военно-морской академии готовят не проектировщиков реакторов, пусть и для ВМФ США, а военных инженеров-эксплуатационщиков: «Программа по ядерной инженерии готовит выпускников к принятию на себя обязанностей в ВМФ США и Корпусе морской пехоты США, включающих эксплуатацию и техническое обслуживание высокотехнологичных систем», — отмечается абзацем ниже. Предмета «Проектирование реакторов» в программе нет, а следовательно, взять эти навыки неоткуда.
В «Мекке» высокотехнологической моды — Массачусетском технологическом институте программа для студентов направления «Ядерные науки и проектирование» (Nuclear Science & Engineering) включает шесть модулей: прикладную ядерную физику, радиационные взаимодействия, контроль и измерения, ядерно-энергетические системы, материалы в ядерном проектировании, основные численные методы, ядерные технологии и общество. Исследования на факультете охватывают энергетические системы деления и термоядерного синтеза, ядерную безопасность и применение ионизирующего излучения в медицинских, промышленных и вычислительных устройствах. На сайте факультета не говорится о том, что студентов будут учить реакторостроению. Название курса «Ядерно-энергетические системы» подразумевает нечто иное, чем «системы атомных установок». А без обученных проектировщиков реактор не создать.
Отсутствие спроса на реакторы повлекло сокращение спроса на их разработки. А нет спроса — нет работы — нет зарплаты — нет престижа — нет притока кадров.
За последние 20 лет практически не осталось специалистов, понимающих, как создать работающий ядерный реактор. Большинство состарились и вышли на пенсию. В отличие от российских возрастных ядерщиков, которые в буквальном смысле до последних дней жизни остаются в отрасли, большинство американских пенсионеров занимаются семейными делами или переходят на нерегулярную консультационную работу.
В американских университетах не учат реакторостроению. Конечно, «ядерные» специальности есть, например, в Военно-морской академии США. Там изучают фундаментальную и ядерную физику, материаловедение, термодинамику и т. д. «Программа нацелена на развитие выпускников, ясно понимающих процесс проектирования и его важность для успеха инженерной деятельности. Ожидается, что каждая команда выпускников к концу обучения спроектирует, построит или смоделирует какой-либо тип ядерной системы», — говорится на сайте вуза.
Но в Военно-морской академии готовят не проектировщиков реакторов, пусть и для ВМФ США, а военных инженеров-эксплуатационщиков: «Программа по ядерной инженерии готовит выпускников к принятию на себя обязанностей в ВМФ США и Корпусе морской пехоты США, включающих эксплуатацию и техническое обслуживание высокотехнологичных систем», — отмечается абзацем ниже. Предмета «Проектирование реакторов» в программе нет, а следовательно, взять эти навыки неоткуда.
В «Мекке» высокотехнологической моды — Массачусетском технологическом институте программа для студентов направления «Ядерные науки и проектирование» (Nuclear Science & Engineering) включает шесть модулей: прикладную ядерную физику, радиационные взаимодействия, контроль и измерения, ядерно-энергетические системы, материалы в ядерном проектировании, основные численные методы, ядерные технологии и общество. Исследования на факультете охватывают энергетические системы деления и термоядерного синтеза, ядерную безопасность и применение ионизирующего излучения в медицинских, промышленных и вычислительных устройствах. На сайте факультета не говорится о том, что студентов будут учить реакторостроению. Название курса «Ядерно-энергетические системы» подразумевает нечто иное, чем «системы атомных установок». А без обученных проектировщиков реактор не создать.
Стратегические цели Минэнерго США
В январе 2021 года US Department of Energy (DoE) опубликовал «Стратегическую концепцию» (Strategic Vision), где обозначил ключевые цели, их параметры и индикаторы достижения в атомной отрасли. Для сегмента реакторостроения они таковы:
Цели
Обеспечить возможность развертывания усовершенствованных атомных реакторов.
Обеспечить возможность развертывания усовершенствованных атомных реакторов.
Параметры
- Сократить риск и время для развертывания усовершенствованных ядерных технологий.
- Создать реакторы, которые расширят рыночные возможности для атомной энергетики.
- Поддержать разнообразие проектных решений, улучшающих использование топлива.
Индикаторы достижения
- К 2024 году — демонстрация и испытание микрореактора с загруженным в него топливом, созданного с использованием усовершенствованных технологий.
- К 2025 году — демонстрация коммерческого микрореактора американского производства.
- К 2027 году — демонстрация работы гибридной системы, работающей на ядерных и возобновляемых источниках энергии.
- К 2028 году — демонстрация двух проектов усовершенствованных реакторов американского производства, созданных на условиях совместного финансирования с промышленным партнером; обеспечить возможность работы первого коммерческого модульного реактора американского производства.
- К 2035 году — демонстрация как минимум еще двух проектов усовершенствованных реакторов, созданных на условиях совместного финансирования с промышленным партнером.
Студенты, желающие учиться на инженеров-ядерщиков, есть, но их немного, и пока нет предпосылок для роста их количества. Причина простая: за последние 20 лет резко разросся сегмент информационных технологий. В нем много возможностей и еще больше денег. Упрощены процедуры получения ученых степеней. По оценкам рекрутинговых сайтов, в среднем зарплата программиста в сегменте IT и мультимедиа после выпуска из вуза — порядка $ 200−250 тыс. в год, а инженера-атомщика на старте — $ 80−100 тыс. в год. Поэтому программист, выбирая между условным Netflix или условным же Terra Power, уйдет в Netflix. В итоге даже компьютерное направление в атомной энергетике комплектуется не самыми высококлассными выпускниками. В американской атомной отрасли сейчас страшная нехватка кадров. За 20 лет число вакансий в атомной энергетике выросло с десятков до тысяч. Многие позиции не закрываются годами.
Признаем, впрочем, что те, кто все же идет в атомную энергетику США, делают стремительную карьеру. Но не из-за реальных успехов. Зачастую эти люди ходят по кругу, из одной компании в другую. Например, окончив университет, человек устроился в Terra Power инженером, потом перешел в X-Energy старшим инженером, а еще через пару лет может устроиться, допустим, в Kairos Power ведущим инженером, стать руководителем группы — и так за несколько лет дойти до статуса руководителя отдела, при этом не набрав реальных знаний и опыта.
А почему? Потому что все эти годы он имел дело исключительно с «бумажными» проектами, многие из которых проработаны хуже, чем предполагает концептуальный уровень проектирования. Кроме того, инженеры, как показывает практика, отлично делают расчеты и строят красивые модели. Но чаще всего эти модели не верифицированы. Инженер может написать плагин, который рассчитает значения параметров в требуемом диапазоне. Но он не понимает, откуда взялся этот диапазон, почему и для чего нужен именно он и как полученный результат применить к главному — работоспособности ядерной энергетической установки.
Еще меньше людей, способных понять, что расчеты отдельных компонентов хороши только на бумаге и красивы в презентациях, а «в железе» машина не заработает. Такие специалисты остались на флоте, но — вот парадокс — их понемногу вытесняют. Почему? Флотские атомщики хорошо помнят «парадигму адмирала Риковера» — правила, тезисы и принципы (подробнее см. «Принципы адмирала Риковера»), которые отец-основатель атомного подводного флота США сформулировал, работая над атомной программой. Комментарии атомщиков-подводников часто показывают бессмысленность «бумажных» проектов, и это не нравится руководству «бумажных стартапов». А без грамотных эксплуатационщиков реальный проект не создать. Так о какой культуре безопасности можно говорить? Правильно, о бумажной, которая подтверждается не экспериментами и испытаниями, а лишь множеством повторяющих друг друга статей.
Зачастую в поисках специалистов компании, желающие создать усовершенствованный реактор для АСММ, обращаются к пенсионерам. Их уговаривают поучаствовать в проектах, и они консультируют… за $ 200−400 в час. И конечно же ранят самолюбие молодежи, работающей за втрое-вчетверо меньшие деньги.
Можно предположить, что в правительстве и парламенте США считают: проблему можно решить, накачивая стартапы деньгами. Но даже на большие деньги специалисты (студентов звать бесполезно) не приезжают. В России, например, хорошо понимают, что проектировщики реакторов — редкий вид, который нужен самим. Кроме того, обычно требуется не отдельно взятый специалист, а команда. Но даже если бы условно хорошие специалисты из-за границы приехали, им не дадут возглавить проект. А на таких условиях серьезному проектировщику работать будет неинтересно. Кроме того, во всем мире, кроме пожалуй, России, Франции и Китая, практически нет реального опыта проектирования. Сотрудничество при постройке АЭС такого опыта не дает.
Закачка денег в «бумажные» проекты приводит к парадоксальному, но прогнозируемому результату. Проектировщик в компании на утверждение: «Это нежизнеспособно», — отвечает: «У нас есть деньги, их надо использовать. Посмотрим, что получится».
*статья написана на основе бесед с экспертами и данных об атомной промышленности США.
Признаем, впрочем, что те, кто все же идет в атомную энергетику США, делают стремительную карьеру. Но не из-за реальных успехов. Зачастую эти люди ходят по кругу, из одной компании в другую. Например, окончив университет, человек устроился в Terra Power инженером, потом перешел в X-Energy старшим инженером, а еще через пару лет может устроиться, допустим, в Kairos Power ведущим инженером, стать руководителем группы — и так за несколько лет дойти до статуса руководителя отдела, при этом не набрав реальных знаний и опыта.
А почему? Потому что все эти годы он имел дело исключительно с «бумажными» проектами, многие из которых проработаны хуже, чем предполагает концептуальный уровень проектирования. Кроме того, инженеры, как показывает практика, отлично делают расчеты и строят красивые модели. Но чаще всего эти модели не верифицированы. Инженер может написать плагин, который рассчитает значения параметров в требуемом диапазоне. Но он не понимает, откуда взялся этот диапазон, почему и для чего нужен именно он и как полученный результат применить к главному — работоспособности ядерной энергетической установки.
Еще меньше людей, способных понять, что расчеты отдельных компонентов хороши только на бумаге и красивы в презентациях, а «в железе» машина не заработает. Такие специалисты остались на флоте, но — вот парадокс — их понемногу вытесняют. Почему? Флотские атомщики хорошо помнят «парадигму адмирала Риковера» — правила, тезисы и принципы (подробнее см. «Принципы адмирала Риковера»), которые отец-основатель атомного подводного флота США сформулировал, работая над атомной программой. Комментарии атомщиков-подводников часто показывают бессмысленность «бумажных» проектов, и это не нравится руководству «бумажных стартапов». А без грамотных эксплуатационщиков реальный проект не создать. Так о какой культуре безопасности можно говорить? Правильно, о бумажной, которая подтверждается не экспериментами и испытаниями, а лишь множеством повторяющих друг друга статей.
Зачастую в поисках специалистов компании, желающие создать усовершенствованный реактор для АСММ, обращаются к пенсионерам. Их уговаривают поучаствовать в проектах, и они консультируют… за $ 200−400 в час. И конечно же ранят самолюбие молодежи, работающей за втрое-вчетверо меньшие деньги.
Можно предположить, что в правительстве и парламенте США считают: проблему можно решить, накачивая стартапы деньгами. Но даже на большие деньги специалисты (студентов звать бесполезно) не приезжают. В России, например, хорошо понимают, что проектировщики реакторов — редкий вид, который нужен самим. Кроме того, обычно требуется не отдельно взятый специалист, а команда. Но даже если бы условно хорошие специалисты из-за границы приехали, им не дадут возглавить проект. А на таких условиях серьезному проектировщику работать будет неинтересно. Кроме того, во всем мире, кроме пожалуй, России, Франции и Китая, практически нет реального опыта проектирования. Сотрудничество при постройке АЭС такого опыта не дает.
Закачка денег в «бумажные» проекты приводит к парадоксальному, но прогнозируемому результату. Проектировщик в компании на утверждение: «Это нежизнеспособно», — отвечает: «У нас есть деньги, их надо использовать. Посмотрим, что получится».
*статья написана на основе бесед с экспертами и данных об атомной промышленности США.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ #8_2021