АТОМНЫЕ СТАНЦИИ МАЛОЙ МОЩНОСТИ

SMALL MODULAR REACTORS

Semyon Lobanov

students, Department of Industrial Thermal Power Engineering, Branch of National Research University "MEI" in Smolensk,

Russia, Smolensk

Irina Goluzova

students, Department of Industrial Thermal Power Engineering, Branch of National Research University "MEI" in Smolensk,

Russia, Smolensk

Ulyana Tkacheva

students, Department of Industrial Thermal Power Engineering, Branch of National Research University "MEI" in Smolensk,

Russia, Smolensk

Alexey Fokin

scientific supervisor, Senior lecturer, Department of Industrial Thermal Power Engineering, Branch of National Research University "MEI" in Smolensk,

Russia, Smolensk

АННОТАЦИЯ

В данной статье проведен обзор АСММ. Описаны основные достоинства и недостатки.

ABSTRACT

This article provides an overview of mobile nuclear power plants. The main advantages and disadvantages are described.

Ключевые слова: атомные станции малой мощности; мобильные АЭС.

Keywords: small modular reactor; mobile small modular reactors.

На сегодняшний день, в целях повышения энергоэффективности и энергобезопасности, сложилась общемировая тенденция ухода от централизованного электроснабжения потребителей, с применением небольших объектов генерации электроэнергии, расположенных в непосредственной близости от потребителя. В связи с этим в отрасли атомной энергетики большой интерес приобретают проекты АЭС мощностью до 300 МВт. В обзорном докладе МАГАТЭ 2020 года по существующим проектам АСММ представлено более 70 проектов, часть из которых успешно функционирует. [6]

Атомные станции малой мощности (АСММ) – предназначены для обеспечения экологически чистой тепловой и электрической энергией населенных пунктов и объектов, для которых нецелесообразно строить более мощные источники энергии. Основное преимущество АСММ – модульность. Разработка и постройка классического энергоблока занимает около 10 лет, а стоимость такого проекта составляет не менее 5-7 млрд долларов. Модульность дает возможность серийного производства, что сокращает сроки постройки и денежные затраты.

На примере Билибинской АЭС рассмотрим основные причины сооружения, плюсы и минусы АСММ.

Для развития золотодобывающего района был необходим крупный источник электрической и тепловой энергии. Билибино географически находится в удалении от морских портов и не имеет железнодорожной и автомобильной магистрали. Таким образом, завоз около 200 тыс. тонн условного топлива в год был сильно затруднен. Единственным решением стала постройка АЭС, ведь 40 тонн ядерного топлива (с учетом тары) можно было доставить самолетом.

Проект БиАЭС был разработан из принципа максимальной простоты конструкции для облегчения сборки. На АЭС устанавливались 4 блока ЭГП-6 — Энергетический Гетерогенный Петлевой реактор с 6-ю петлями циркуляции теплоносителя суммарной мощностью 48 МВт. 4 блока были необходимы для повышения надежности конструкции, в случае аварийного выхода из строя одного из блоков устойчивость энергосистемы сохранялась.

В первые годы эксплуатации на станции возникали частые аварийные ситуации, в основном из-за внешних условий. Так, например, при летней жаре в 25-30 градусов радиаторные охладители не справлялись с охлаждением воды и в конденсаторах происходило падение вакуума, что влекло падение мощности установки на 30-40%. Также происходили отключения станции от электросети из-за разрушения опор электросети в следствие погодных явлений. [6]

Несмотря на все трудности с реализацией и эксплуатацией проекта, БиАЭС стала надежной основной частью Чаун-Билибинской энергосистемы, вырабатывая до 80% электроэнергии и снабжая теплом город Билибино.

Одним из основных преимуществ АСММ является широкий диапазон регулировки выдаваемой мощности.

Таблица 1.

Тепловые нагрузки [4]

Рисунок 1. График среднегодовой тепловой нагрузки БиАЭС [4]

Как видно из графика, летом тепловая нагрузка падает вплоть до 1 Гкал/ч, в то время как зимой она доходит до 40 Гкал/ч. Для решения этой проблемы было решено использовать два блока при базовой нагрузке, а другие изменяли свою мощность по суточному графику, задаваемому диспетчером. Также при повышенных тепловых нагрузках (до 100 Гкал/ч) станция могла обеспечить стабильный отпуск тепла при ограниченной электрической мощности.

Учитывая, что БиАЭС была построена за достаточно непродолжительный срок (около 6 лет), завоз ресурсов и возведение конструкций были сильно затруднены климатическими и географическими условиями. Также стоит учитывать, что в регионе может начаться массовый отток населения, что приведет к невостребованости АЭС. Возможным решением этих вопросов являются мобильные атомные станции.

Первые проекты по созданию мобильных атомных электростанций появились в 1955 году. Была разработана и испытана ТЭС-3 – транспортабельная атомная электростанция. Электрическая мощность установки – 1,5 МВт, тепловая – 8,8 МВт. Установка перевозилась на 4 гусеничных шасси на базе тяжелого танка Т-10. Основной целью проекта было обеспечение энергией удаленных районов в Сибири. Рабочий образец был готов в 1960 году, но после непродолжительных испытаний проект был закрыт.

Рисунок 2. Макет ТЭС-3

22 мая 2020 года в России ввели в эксплуатацию плавучую атомную электростанцию (ПАТЭС) «Академик Ломоносов». Базируется станция в городе Певек, Чукотка. ПАТЭС способна обеспечить теплом и электричеством город численностью до 100 тысяч человек. Проект создавали с 2007 года, стоимость установки 37,3 млрд рублей. ПАТЭС оборудована двумя реакторными установками малой мощности КЛТ-40С. При совместной работе двух блоков электрическая мощность составляется 70 МВт, тепловая – 58 МВт. Реактор КЛТ-40С имеет диапазон регулирования мощности 10 - 100%, что позволяет реактору работать в различных режимах и обеспечивать необходимую мощность для энергосистемы. Проект был создан с целью замещения выбывающих мощностей Билибинской АЭС и Чаунской ТЭЦ, а также обеспечением энергией основных горнодобывающих компаний, расположенных на Чукотке. Срок службы установки 35-40 лет, с ремонтом каждые 10-12 лет. [2]

Стоимость выработки энергии приблизительно в 7 раз выше чем на ТЭС, но экономическое сравнение ПАТЭС с другими источниками энергии будет необъективно, так как проект является уникальной разработкой. Стоит отметить, что осадка по КВЛ составляет 5,5 метров, в свою очередь это дает возможность перемещать судно по крупным рекам.

Рисунок 3. Компоновка оборудования «Академик Ломоносов»

На данный момент создается еще несколько ПАТЭС с реактором РИТМ-200. Это более совершенная установка, которая относится к 4-му поколению реакторных установок гражданского судового класса. В отличие от 3-го поколения (КЛТ-40С) осуществлён переход от блочной компоновки к интегральной. В комплексе с применёнными решениями достигается снижение габаритов и массы практически в два раза. [3]

В сторону безопасности и экологичности АСММ существуют множество противоположных высказываний. Малые АЭС иногда могут давать больше отходов и отработавшего топлива на единицу приведенной энергии относительно обычных АЭС, это происходит из-за меньшего КПД. С другой стороны, малые размеры установок позволяют увеличить общую безопасность АСММ, так как для аварийного охлаждения активной зоны требуется намного меньше усилий. Это так же позволяет снизить затраты на системы защиты и безопасности.

В заключение можно сделать вывод, что АСММ не рассматривается как полная замена классических АЭС. АСММ на данный момент разрабатываются для специфических задач, зачастую для эксплуатации в удаленных районах. К АСММ есть большой спрос со стороны отдельных стран и отраслей промышленности. Существует множество различных проектов, в том числе и мобильных АЭС. Однако реализованных проектов единицы, это не позволяет оценить преимущества серийного производства АСММ. Так же область АЭС малой мощности требует решения не только технических вопросов, связанных с особенностями АСММ, но и в вопросах регулирования, лицензирования, оценки безопасности, международного права и т.д. АСММ могут занять весомую часть мирового рынка атомной промышленности. Множество разнообразных проектов позволяет надеяться, что многие из них будут реализованы.

Список литературы:

1. Атомные станции малой мощности // Росатом : [www.rosatom.ru]. – 2024. – URL: https://www.rosatom.ru/production/atomnye-stantsii-maloy-moshchnosti (дата обращения 26.10.2024)
2.  «Академик Ломоносов» // Билибиноатом : [www.biblioatom.ru]. – 2024. – URL: https://www.biblioatom.ru/core-systems/nuclear-power-plants/pates-aes/ (дата обращения 26.10.2024)
3. КТЛ-40 // Билибиноатом : [www.biblioatom.ru]. – 2024. – URL: https://www.biblioatom.ru/core-systems/nuclear-reactors/klt-40 (дата обращения 26.10.2024)
4. Грибанов М.А. Книга 1. Существующее положение в сфере производства, передачи и потребления тепловой энергии для целей теплоснабжения Чукотского АО. М., 2022. – 141 с.
5. Билибинская АЭС // Билибиноатом : [www.biblioatom.ru]. – 2024. – URL: https://www.biblioatom.ru/core-systems/nuclear-power-plants/bilibinskaya-aes (дата обращения 26.10.2024)
6. Малые АЭС и зачем они нужны // Хабр : [habr.com]. – 2024. – URL: https://habr.com/ru/companies/timeweb/articles/674834 (дата обращения 26.10.2024)
7. Будущее АСММ // Росатом newsletter : [rosatomnewsletter.com]. – 2024. – URL: https://rosatomnewsletter.com/ru/2024/02/28/the-future-of-small-modular-reactors (дата обращения 26.10.2024)