Ядерная энергетика - в каждый дом! Российский проект бытового ядерного реактора, опередивший время...
ЧАСТЬ 1
Во всём мире начал возвращаться интерес к сфере ядерной энергетики, особенно в последнее время. И это не удивительно, так как ядерная энергетика – это единственная промышленно-реализуемая технология, способная безопасно заменить углеводородную энергетику.
- Современные ядерные реакторы могут работать где угодно: на земле, под землёй, на воде, под водой, а также в открытом космосе и на других планетах.
Сегодня уже разрабатываются реакторы любой энергетической мощности: от мини-АЭС мощностью в несколько десятков мегаватт до больших гигаваттных блоков крупных АЭС.
Атомная электростанция "Hinkley Point C" - это проект строительства атомной электростанции мощностью 3,44 ГВт с двумя реакторами EPR в английском городе Сомерсет. Англичане внезапно поняли, что ветряки с солнечными панелями неспособны обеспечивать их энергетическую безопасность. Оценочная стоимость проекта - 30 миллиардов долларов. Это больше, чем оценочная стоимость проекта китайской ГЭС «Три ущелья» мощностью в 22,5 ГВт. Отныне это самая дорогая электростанция в истории человечества...
Однако, чем мощнее источник энергии, тем он несёт больше потенциальной угрозы в случае неправильного использования или ошибок в проектировании.
После крупных аварий на атомных станциях прогресс в разработке новых ядерных реакторов сильно замедлился.
После аварии на АЭС "Фокусима-1" в 2011 году встал вопрос о дальнейшей жизнеспособности ядерной энергетики, особенно на фоне стремительного развития возобновляемых источников энергии в виде солнечных и ветроэлектростанций.
Безопасность и экологичность новых реакторов – теперь основной критерий при их проектировании. Однако просто спроектировать реактор - мало. Нужно испытать в исследовательских атомных реакторах материалы и конструкторские решения, которые легли в основу проекта (например, как ведёт себя кристаллическая решётка нового металла при нейтроном облучении и т.п.).
Далее строятся исследовательские стенды, где технология отрабатывается путём моделирования различных условий эксплуатации.
- Для отработки новых проектов АЭС нужно около 10 лет проведения экспериментов и исследований.
Именно поэтому сегодня строительство современного ядерного реактора – дорогое и наукоёмкое мероприятие.
Ну а новые реакторы малой мощности «VOYGR» от компании «NuScale Power» или натриевый ядерный реактор на быстрых нейтронах «Natrium» Билла Гейтса, которые вроде как должны быть построены до 2028 года – являются экспериментальными во всех смыслах.
В России по программе замыкания ядерного топливного цикла строится экспериментальный ядерный реактор "БРЕСТ-ОД-300" (ОД – опытно демонстрационный). Сам комплекс будет представлять собой уже не экспериментальную, а опытно-демонстрационную площадку для отработки технологий ЗЯТЦ. По словам представителей "Росатома", технология пойдёт «в народ» только к 2040 году.
8 февраля 2021 на территории ФГБУ «Петербургский институт ядерной физики им. Б. П. Константинова» начал научную деятельность новейший исследовательский ядерный реактор ПИК.
Конечно, хорошо, что ведутся программы разработки и строительства АЭС малой, средней и большой мощности, но как насчёт того, чтобы создать безопасный ядерный реактор, который можно было бы использовать как бесперебойный источник энергии в дачном посёлке?
В современных реалиях едва ли кто-то рискнёт реализовать подобный проект без убедительного доказательства его надёжности и безопасности.
Опыт эксплуатации ядерных элементов питания на основе радиоизотопного термоэлектрического генератора (РИТЭГ) показал, что эта концепция нежизнеспособна в плане массового использования. Есть факторы, которые конструктивно предусмотреть невозможно: например, человеческий фактор, заключающийся в том, что охотники за цветными металлами нередко разбирали РИТЭГи ради наживы. И защиты от этого нет.
Да, РИТЭГи по эксплуатационным свойствам являются идеальными: в них нет движущихся частей (ломаться нечему), они не требуют обслуживания на протяжении всего срока службы - поставил один раз РИТЭГ и забыл про него на 10-30 лет, а он всё это время будет выдавать свои законные 100 ватт электрической мощности в любую погоду и в любых условиях.
Всего в СССР было произведено свыше тысячи РИТЭГов. В 70-х годах 20 века их устанавливали, главным образом, на островах Северного Ледовитого океана и на побережье Арктики для электропитания автономных маяков и автоматических метеопостов.
Например, этот РИТЭГ находился у берегов Таймыра на острове Лишний в Карском море.
Однако реализовать по такой концепции ядерный реактор оказалось довольно проблематично. Я уже говорил в предыдущей статье, что чем меньше ядерный реактор, тем более высокообогащенное топливо требуется для его работы, а это несёт дополнительные риски.
Каким же должен быть идеальный ядерный реактор с точки зрения эксплуатационных свойств и потребительских качеств? Во-первых, он должен быть безопасным, как газовая теплоэлектростанция. Во-вторых, он должен быть надёжным и необслуживаемым в течение десятков лет (как РИТЭГ).
Работы по подобному проекту начались в мире в середине 1960-х годов. Дело в том, что для исследования глубин океана нужны были источники энергии, способные на протяжении 10 лет работать на глубине до 6 км, и выдавать электричество мощностью до 10 кВт.
СССР оказался единственной страной, у которой получилось на практике реализовать подобный ядерный источник энергии. В ИАЭ им И.В. Курчатова была разработана и сооружена в 1982 году опытно-демонстрационная ядерная термоэлектрическая установка «Гамма».
АТЭС (атомная термоэлектрическая станция) "Гамма" в Институте имени Курчатова.
Работа установки обеспечивается естественным протеканием физических процессов, то есть без движущихся механизмов и активных систем автоматизации. Получился аналог РИТЭГа, но в 50-100 раз мощнее.
Установка состоит из реактора корпусного типа (то есть это полноценный ядерный реактор) с выносным компенсатором объёма (то есть в реакторе присутствует вода в качестве теплоносителя и замедлителя нейтронов) и термоэлектрического генератора, напрямую преобразующего тепло, выделяемое ядерным реактором, в электрическую энергию.
У «Гаммы» были хорошие энергетические характеристики:
- Тепловая мощность – 200 кВт;
- Полезная электрическая мощность – 6,6 кВт.
Реактор был довольно компактных размеров: например, активная зона реактора была высотой всего в 500 мм! Да, всего полметра.
Это была настоящая революция в создании компактных и надёжных ядерных реакторов, однако любая технология должна быть проверена временем, прежде чем строить какие-либо планы на её развитие.
Схема реакторной установки "Гамма".
Примечательно, что эта технология является довольно революционной, и даже в самые тяжелые годы для страны, когда американцам задарма были проданы наши космические ядерные энергоустановки "ТОПАЗ-2", проект "ГАММА" смог выжить и продолжить работу.
К началу 2003 года установка «ГАММА» проработала более 15000 часов в режиме номинальной мощности. При этом был выполнен ряд важнейших исследований, в результате которых:
- Получены эксплуатационные характеристики всех проектных параметров установки, а это и есть полное доказательство правильного выбора схемы и технологических решений, а также жизнеспособности самой концепции проекта;
- Исследованы параметры нейтронно-физических, теплотехнических, электрических и диагностических характеристик;
- Испытана устойчивость работы реактора в режиме саморегулирования - при естественной циркуляции воды первого контура (самый важный контур в АЭС);
- Полностью отработана и оптимизирована конструкция термоэлектрических модулей с различными напряжениями (28, 115 и 230 Вольт).
И ещё более тысячи важнейших параметров, без физической отработки которых невозможно серьёзно рассматривать эти реакторы для энергоснабжения различных объектов, в том числе и для обеспечения теплом, электричеством и даже пресной водой посёлков в разных регионах нашей страны.
Параллельно с этими испытаниями шла работа по созданию программы применения ядерных термоэлектрических установок малой мощности в быту.
К началу 1990 года на основе «Гаммы» была разработана, что называется, "народная" тепловая ядерная термоэлектрическая установка полезной тепловой мощностью в 3000 кВт и электрической мощностью в 100 кВт. Установка была способна обеспечивать теплом и электричеством небольшой посёлок с населением до 1200 жителей.
В августе 1991 года группа проектировщиков приехала в Якутию, в устье реки Лена. После посещения поселка Кюсюр с численностью населения около 2000 человек было принято решение реализовать тут пилотный проект по строительству атомной тепловой электростанции АТЭС «Елена». Местные жители поддержали проект.
Схема размещение АТЭС «Елена» (стенд).
Увы, планам не суждено было сбыться, ибо развал СССР отсрочил этот фантастический проект на неопределённое время…
Отсрочил, но не закрыл.
Недавно администрация Приморского края предложила рассмотреть три посёлка для потенциального строительства тут АТЭС проекта «Елена».
В новых условиях капиталистического строя, при которых нужно учитывать экономический эффект, были выполнены оценки целесообразности использования станции «Елена» для посёлков Красный Яр, Соболинское и Ясеневое. Расчёт делался исходя из роста численности населения и энергопотребления до 2015 года.
Согласно этим расчётам, АТЭС «Елена» в посёлке Красный Яр будет работать на постоянной мощности, а возникающие пиковые нагрузки будут компенсироваться дизельными электростанциями.
В результате этого потребление дизельного топлива должно сократиться на 86-90% от первоначального уровня, а затраты на отопление снижались в 1,5 раза.
Открытие амбулатории и других значимых социальных объектов в посёлке Красный Яр в 2018 году. Население - около 600 человек. Только представьте, этот посёлок мог давно быть на электропитании от ядерной энергии...
Станция «Елена» идеально подходила на роль автономного источника тепла и электроэнергии, так как была полностью необслуживаемая, со сроком активной работы в 25 лет и полностью безопасной, что позволило бы размещать её даже в сёлах и деревнях.
Полная масса станции составляла 80 тонн, но к ней добавили ещё 70 тонн защитных материалов для безопасности. Станция закапывалась в землю в подготовленный бетонный бункер, где на 25 лет изолировалась многометровыми бетонными перекрытиями.
«Елену» просчитывали и адаптировали не только для посёлков, но и для агрокомплексов.
Так, полностью просчитаны экономические характеристики применения "Елены" на агрокомплексе, обеспечивающем питанием 1000 человек.
Подходили с размахом...
То есть жители некоего посёлка, имеющего в своём составе два энергоблока АТЭС «Елена», на 25 лет могут забыть о проблемах в энергоснабжении и теплоснабжении и о росте тарифов оплаты за них. К тому же, всегда в изобилии будет питьевая вода (1,44 кубометра дистиллята на человека в день), а самое главное - население будет полностью обеспечено питанием с местного агрокомплекса. Прямо самодостаточная замкнутая экосистема!
И всё это было готово для практической реализации уже в 1994 году.
Постскриптум.
Правительство России в 2018 году утвердило Программу «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в РФ на период до 2024 года».
В разделе программы, посвящённом серийному строительству инновационных энергоблоков атомных электростанций, значатся такие проекты, как наземная атомная станция малой мощности с реактором "РИТМ-200" и термоэлектрическая станция «Елена».
В следующей статье более детально поговорим о применении «Елены» в современных реалиях и об её экономических аспектах:
Vkontakte
Twitter
Одноклассники
Предыдущий
0 комментариев