Применение атомных станций малой мощности в локальных энергосистемах. Атомные станции малой мощности (асмм)

С другой стороны, после Фукусимы новым императивом стало делать реакторы всё безопаснее и безопаснее. Действующие энергоблоки подлежат модернизации для повышения безопасности.

Южная Корея считает, что у реакторов малой мощности есть хорошие перспективы. Об этом в своём докладе на конференции ICAPP-2013 (апрель, Южная Корея) рассказал вице-президент Корейского исследовательского института по атомной энергии (KAERI) по перспективным реакторам доктор Jaejoo Ha.

Новые концепции реакторов малой мощности обладают большим набором черт внутренне присущей безопасности, чем действующие ЭБ. Так почему бы не дать сегодня шанс малым реакторам, задаётся вопросом докладчик.

По определению, реактор малой мощности - это реактор с мощностью менее 300 МВт(эл.). Реактор средней мощности - реактор с мощностью менее 700 МВт(эл.). Есть ли малых реакторов ниша, которую они могли бы занять?

Докладчик предложил обратиться к общемировой статистике по всем электростанциям (не только по атомным). Всего в мире действует порядка 127 тысяч электростанций. Из них, на большие приходится 0,5%, на средние - 3%, а на малые - 96,5%.Таким образом, для АСММ существует огромный потенциальный рынок. Перспективы станут ещё привлекательнее, если учесть, что 18,5 тысяч станций, работающих на ископаемом топливе, перешагнули рубеж 30 лет эксплуатации, и разговоры об их замене ведутся.

Докладчик перечислил основные, на его взгляд, плюсы малой атомной энергетики.

В разрабатываемых проектах АСММ использованы новые технологии безопасности. АСММ обладают внутренне присущей безопасностью. Реактор малой мощности содержит в себе существенно меньшую активность по сравнению с большими АЭС.

Выбор площадки для размещения АСММ можно производить гибче, чем для больших реакторов. АСММ не требуют больших санитарных зон (максимум, до 300 метров). Их проще защищать по сейсмике, им нужно меньше технической воды для отвода тепла конечному поглотителю.

АСММ легко переориентировать с производства электроэнергии на другие нужды - например, на опреснение воды, районное отопление, производство высокотемпературного тепла.

Стоимость электроэнергии от АСММ вполне конкурентоспособна с другими видами электроэнергии. Докладчик привёл данные по Южной Корее. За киловатт-час от угольной станции здесь платят более 13 центов, от станции на нефтепродуктах - более 25 центов, от газовой станции - более 17 центов, а от предлагаемого к строительству реактора SMART мощностью около 100 МВт(эл.) будут платить 7-10 центов.

Капитальные затраты на строительство АСММ выглядят весьма умеренными на фоне стоимости больших АЭС. Так, за серийный SMART придётся заплатить всего лишь порядка 800 миллионов долларов. У большой атомной энергетики таких расценок давно уже нет.

Время строительства АСММ (2-3 года) хотя и превосходит сроки сооружения неатомных станций, но в разы меньше сроков сооружения больших атомных блоков.

Малые реакторы могут легко воспользоваться существующей энергетической инфраструктурой (стоит напомнить, что абсолютное большинство действующих в мире станций попадает в диапазон менее 300 МВт(эл.) по мощности).

АСММ может обслуживать менее 100 человек. Строительство АСММ может быть легко локализовано. Наконец, добавляя или временно останавливая малые реакторы, можно гибко реагировать на изменения в потребностях в электроэнергию (видимо, имеются в виду колебания не суточные, а как минимум сезонные).

Разработкой малых реакторов занимается большая группа стран, правда, делает это с переменным успехом. Где-то первые проекты готовы к демонстрации, а где-то, как в ЮАР, работы были заморожены.

Реактор SMART, разработанный в Южной Корее - это первый лицензированный реактор малой мощности с интегральной компоновкой. Он был лицензирован южнокорейскими регуляторами 4 июля 2012 года.

Название реактора расшифровывается как System-integrated Modular Advanced ReacTor. Это корпусной легководный реактор тепловой мощностью 330 МВт.

В режиме выработки электроэнергии станция с таким реактором имеет мощность 90 МВт(эл.), что позволит обеспечить потребности города с населением около 100 тысяч человек.

В режиме работы как опреснительной станции, блок с реактором SMART будет выдавать до 40 тысяч тонн питьевой воды ежесуточно. Ещё одно возможное применение SMART - отопление ближайших районов.

В проекте SMART сочетаются как проверенные технологии, как и инновационные решения.

К первым относятся, например, использование стандартной квадратной топливной кассеты 17×17 с топливом из диоксида урана, наличие большого сухого контейнмента, конструкция приводов СУЗ, управление реактивностью с использованием стержней и борной кислоты.

Среди инновационных решений докладчик выделил интегральную компоновку - все основные компоненты первого контура находятся внутри корпуса реактора.

АСММ SMART активно использует модульный принцип, что облегчает её строительство. Системы управления станцией полностью цифровые. Наконец, ещё одно важное инновационное свойство - присутствие в проекте пассивной системы отвода остаточного энерговыделения (PRHRS).

Докладчик схематично показал отличие поведения SMART при аварии фукусимского типа. На схеме ниже видно, что после потери питания от дизелей в действие вступает пассивная система PRHRS (зелёная линия). По утверждению докладчика, станция со SMART способна выдержать аварию с полной потерей питания на площадке (включая резервное) в течение 20 суток, что более чем достаточно для взятия ситуации под контроль.

Концептуальный проект SMART был разработан в 1997-1998 годах. Технический проект (basic design) был закончен в 2001 году.В 2003-2005 годах разрабатывался проект SMART-P тепловой мощностью 65 МВт - вспомогательный проект, призванный подтвердить основные решения SMART. Он был завершён и в надзорные органы Южной Кореи была подана заявка на получение разрешения на строительство. Хотя в итоге построен он не был, атомщики набрали опыт, необходимый для лицензирования собственно SMART.

В 2006-2008 годах проводилась оптимизация проекта SMART, а в 2009-2012 годах - его лицензирование, завершившееся успехом 4 июля 2012 года. Всего за всё время в программу SMART было вложено 1500 человеко-лет и 300 миллионов долларов.

Бумажный или реальный

В завершение своего выступления, докладчик остановился на доказательстве того, что SMART, хотя ещё и не построен, уже не относится к бумажным реакторам.

Что такое бумажный реактор? По мнению южнокорейского атомщика, его отличает революционный подход к проблемам.

Бумажный реактор выглядит фантазийно и одновременно просто. Его авторы "надеются, что он заработает". Они заранее предполагают, что для внедрения их детища понадобится вносить изменения в действующие правила и нормы. Они верят в то, что им удастся когда-либо доказать жизнеспособность своей технологии, и мечтают о великолепных экономических характеристиках.

На пути от бумажного реактора к реальному придётся сделать многое. Нужно принять во внимание потребности эксплуатации, которой придётся работать с установкой. Необходимо убедиться в том, что реактор пригоден для имеющихся в наличии производства и цепочек поставщиков.

Нужно доработать проект таким образом, чтобы он полностью отвечал отраслевым стандартам. Наконец, провести верификацию и валидацию проекта экспериментальным путём.

Иначе говоря, нужно вложить в проект много лет, большие человеческие ресурсы и финансовые средства, а также строго придерживаться выбранной стратегии развития.

Только после этого бумажный реактор превратится в реальный проект, готовый к внедрению. Его будут отличать эволюционные, а не революционные решения. Он станет некрасивым и сложным, но зато рабочим. Его технологии будут подтверждены и лицензированы, и он будет готов к строительству. А его экономика, пусть не столь привлекательная, будет просчитана, исходя из реалистичных соображений, а не из благих мечтаний проектантов.

Реактор SMART, по мнению специалиста KAERI, прошёл весь этот долгий путь и по праву может считаться реальным проектом.

(На фото - Билибинская АЭС, фото с сайта "Росэнергоатом").

Арктические территории России обладают значительными запасами топливных ресурсов, но их распределение, разведанность и освоенность крайне неравномерны. Поэтому в рамках северного завоза ежегодно поставляется до 6–8 млн т горюче-смазочных материалов и до 20–25 млн т угля. Доля транспортной составляющей в стоимости топлива достигает 70%. Стоимость угля доходит до 8 тыс. руб./т, дизельного топлива – до 80 тыс. руб./т и существенно превосходит цену внутреннего и мирового рынка. Сроки доставки в отдельные пункты (в частности, по Якутии) достигают 1,5 – 2,5 лет.

«Районы Крайнего Севера Республики Якутия обслуживают локальные дизель-электростанции (161), потребляя 118 тыс. тонн дизельного топлива в год. Наряду с котельными (365) они обеспечивают электроэнергией 175 поселений (около 150 тыс. человек). Дизельные станции имеют критический износ, а доставляемое топливо по сложной многозвенной цепочке формирует больший процент (65 %) затрат на локальную энергетику, играя определяющую роль в формировании высокой себестоимости электрической энергии на ДЭС. На таких территориях тариф на электроэнергию для изолированных потребителей достигает катастрофически высоких показателей – 600-2000 руб./кВт·ч при низкой платежеспособности этих же потребителей» .

Малые АЭС (атомные станции малой мощности, АСММ) являются относительно дорогими энергоисточниками, но при такой ценовой ситуации конкурентоспособной окажется малая АС практически любого типа, подходящей мощности. Задача использования АСММ заключается в надёжном автономном энергообеспечении таких районов, создании достойного качества жизни северян. Чем суровее климат и чем удалённее регион, тем выше должны быть требования к комфортности жилья. «Социалка» должна быть на первом месте; но не только для этого нужны АСММ на Северах – класс решаемых ими задач очень широк: устранение энерго-кризисных явлений в удалённых точках и «быстрое энергетическое реагирование» (мобильные АС); возрождение и развитие промышленности и с\х, обустройство портов СМП и обновление их инфраструктуры; участие в повышении эффективности нефте-газодобычи, замещение сжигаемых на собственные нужды УВС для экспорта; получение местного искусственного моторного топлива для малой авиации и транспорта удалённых регионов (медицинская авиация, малотоннажные морские суда, местный транспорт) путём производства водорода, метанола, диметилового эфира (ДМЭ); энергоснабжение рудников и ГОКов; обеспечение энергией навигации кросс-полярных авиарейсов; стратегическая – обеспечение информационных потоков (связи, дистанционного образования, теле-медицины и проч.).

В рамках государственной энергопрограммы, с 2007 года в России ведётся реализация головного (пилотного) проекта плавучей атомной теплоэлектростанции (ПАТЭС) малой мощности на базе плавучего энергоблока с двумя реакторными установками КЛТ-40С (электрической мощностью по 35 МВт), аналогичными тем, что используются на атомных ледоколах и подводных лодках. Станцию планируется разместить в г. Певек Чукотского автономного округа; реализация этого проекта позволит обеспечить надёжное и экономически эффективное энергоснабжение потребителей Чаун-Билибинского промышленно-экономического района, где сейчас действует первая в мире АС за Полярным кругом – Билибинская. На БиАЭС в 1974-1976 гг. были введены в эксплуатацию 4 энергоблока с канальными водографитовыми реакторами ЭГП-6, но этот реальный действующий по сей день объект малой атомной энергетики в ближайшие годы будет выводиться из эксплуатации по исчерпании проектного срока службы. При общей установленной электрической мощности энергоблоков 48 МВт отпуск тепла составляет 78 МВт и может быть максимально увеличен до 116 МВт при снижении электрической мощности до 40 МВт.

Её называли и «жемчужиной Заполярья», и «Чукотским оазисом», потому что энергия Билибинской АЭС позволила поднять качество жизни в этом суровом краю на небывалый уровень. Помимо комфорта с бесперебойным отоплением и освещением на базе сбросного тепла станции работает тепличный комбинат, производящий зелень, огурцы и помидоры, другие овощи, дыни и арбузы, цветы. В краю с почти двухмесячной полярной ночью это достоинство трудно переоценить.

С помощью её энергии было добыто более 200 т золота. Но сейчас на месторождении «Купол» добычей золота занимаются канадцы; им нет резона покупать электроэнергию БиАЭС и «кормить» нашу энергетику, поэтому они сами завозят туда дизтопливо самолётами.

Проекты АСММ, разрабатываемые как в РФ, так и в мире, охватывают широкий диапазон различных типов реакторов: это реакторы с водой под давлением, с натриевым, газовым, жидкосолевым, тяжелометаллическим теплоносителем; на быстрых и тепловых нейтронах; с различными видами топлива; в плавучем, наземном, подводном и подземном исполнениях. Следует подчеркнуть, что отечественный «парк» проектов и предложений отличается наибольшим разнообразием. Они имеют различный уровень проработанности - от эскизных проектов и технико-коммерческих предложений до готовых для серийного выпуска. Перспективные же проекты АСММ учитывают в большей степени потребительский спрос по мощности и удобство эксплуатации и ориентированы на использование в качестве “ядерных батареек”, которые поставляются в полной заводской готовности и работают без замены топлива весь срок службы.

АСММ хороши тем, что могут работать автономно как вне энергосетей, так и в их составе. Современные разработки имеют период автономности от 10 до 60 лет. При этом уровень мощности энергоустановки может быть выбран практически любой в интервале от 1 до 300 МВт э.

В таблице представлены наиболее проработанные российские проекты реакторов для АСММ.

О заблуждениях относительно дороговизны АСММ по сравнению с большими мощностями и другими видами энергогенерации говорилось в первой части , но напомним ещё раз: за более высокую безопасность, удобство автономности и надёжность энергообеспечения надо платить. Да, в энергосистемах центральных регионов страны АСММ с их ценой электричества до 20-30 руб/кВт∙ч неконкурентоспособны, но вспомним про регионы с 600 – 2 000 руб. за кВт∙ч!..

Весомым преимуществом АСММ являются значительно меньшие абсолютные затраты на реализацию проекта, чем у больших АЭС, а также кардинальное снижение практически всех рисков, в том числе и для инвесторов. Они могут обеспечивать бесперебойное и необслуживаемое производство электроэнергии в течение 30-40 лет, что позволяет использовать их в функции легко просчитываемого и гарантированного залога при долгосрочных кредитах и инвестициях.

Напомним, что АСММ – дорогой объект, и не всегда для его окупаемости будет достаточно продавать его тепло и электричество. Точную стоимость проекта АСММ назвать невозможно, поскольку неизвестны ценовые характеристики в неопределённом периоде будущего, однако можно сделать оценки, базирующиеся на существующих проектах. Так, если принять что стоимость 1 кВт установленной мощности малой АС будет в 1,5-2 раза выше, чем блока большой мощности (а на сегодня это 5-7 тыс. долл.), то суммарные инвестиции в проект АСММ с электрической мощностью 10 МВт составят 75-140 млн. долл. При серийном строительстве малых блоков срок ввода в действие не должен превышать 2-3 лет. (Существующий на сегодня опыт сооружения плавучей АТЭС «Академик Ломоносов» никак нельзя считать ни типовым, ни тем более серийным. Это уникальный первый, головной образец, на котором отрабатываются не только технические приёмы (по которым имеются большие заделы и опыт), но и организационно-экономические схемы, которые для таких объектов в условиях рыночной экономики являются абсолютно новыми и неизведанными. Этим и обусловлен неприемлемо длительный срок строительства и соответственно возрастающие суммарные затраты.)

Однако для повышения экономической эффективности автономных АСММ есть способ «кластеризации»: АСММ могут стать основой для энерготехнологических комплексов (кластеров) по производству на местах важной или высокоценной продукции с высокой добавленной стоимостью – например, производства водорода и на его основе переработки неконвенционных углеводородов (угля, тяжёлых нефтей, биомассы) для производства на месте синтетических моторных топлив; пищевых и сельскохозяйственных продуктов; добычи и обогащения руд цветных металлов, бытового и промышленного тепла, опреснения морской воды с безотходной переработкой рассолов, мореферм и ещё многих других. Оценки такого подхода показывают, что достигается синергетический эффект подобных когенерационных производств, который составляет порядка 3-3,5: 1, т.е. по сравнению с доходностью от производства и продажи только электроэнергии.

В пределах материковой части Арктики располагаются уникальные запасы и прогнозные ресурсы медно-никелевых руд, олова, платиноидов, агрохимических руд, редких металлов и редкоземельных элементов, крупные - золота, алмазов, вольфрама, ртути, чёрных металлов, оптического сырья и поделочных камней – горно-обогатительные предприятия по их освоению требуют энергии. ГОКи в районах Крайнего Севера, удалённые на сотни километров от линий электропепредач и дорог, – это относительно крупные изолированные потребители энергии (до 10 МВт) . При обеспечении их стабильного энергоснабжения возможно внедрение эффективных технологий, типа термического дробления породы для извлечения золота и др. ценных металлов с одновременной организацией обогащения руд и металлургических процессов, круглогодичная эксплуатация сезонных рудников.

Наши северные моря обладают огромнейшим потенциалом биопродуктивности. Для интенсификации искусственного разведения морепродуктов нужно лишь немного дополнительного тепла, света и производство кормов. Фермы морепродуктов, организованные на побережье Баренцева, Карского, Восточно-Сибирского морей могут давать белково-минеральные продукты: мясо крабов (акклиматизация камчатского краба в Баренцевом море проведена с 50-х годов ), моллюсков, водоросли и т.п. Широкая ниша для АСММ в этой отрасли – кормопроизводство и пищевое перерабатывающее предприятие с холодильниками и проч., производящее консервы и полуфабрикаты.

Считается, что затраты труда и энергии в искусственное рыбоводство незначительны по сравнению с промышленным рыболовством. Инвестиции в «засевание» малой территории и в заготовительное оборудование малы, в то время как вклад в продовольствие значителен и стабилен. Так, по оценкам, при затратах энергии около 12 тыс. кВт ч можно получить выход ~20 т рыбы в год.

В таком случае экономика такого изолированного района – автономного энерготехнологического комплекса (техноэкополиса) – должна оцениваться не раздельно (электроэнергия – тепло – полезная продукция), а именно совместно; такая когенерация уникальной продукции в рамках единого проекта существенно изменит экономические показатели в сторону улучшения. Но подчеркнём, что данное производство в данном месте не могло бы быть осуществлено иначе, как при помощи ядерно-энергетических установок, в силу сложностей иного способа энергообеспечения.

При рассмотрении вопроса применения АСММ для регионов Крайнего Севера и Дальнего Востока России нами было проанализировано более 250 пунктов. Предполагается построить мини-серию ПАТЭС для энергоснабжения северных районов Якутии в целях освоения и разработки минерально-сырьевых ресурсов, социально-экономического развития этих районов.

Ещё необходимо заметить по поводу расхожих заблуждений об альтернативности (или безальтернативности) вариантов размещения АЭС - «подземная/наземная/или/плавучая» и т. п. Бытует косная система взглядов, что «плавучка» – это только КЛТ-40 (для знатоков ещё АБВ-6 и ВБЭР-300), хотя на плаву может «ходить» подавляющее большинство известных типов реакторов с подходящими для плавсредства массо-габаритами-мощностью (может быть, за исключением тех, что с естественной циркуляцией теплоносителя: будут трудности с обоснованием эксплуатационной надёжности при кренах-дифферентах); а под землёй так и вообще может быть размещён абсолютно любой тип и размер реакторов, всё будет зависеть от стоимости, которую за это готовы заплатить с учётом «поимки обоих зайцев»: близлежащее пространство получает хорошую защиту от любых инцидентов на АЭС, а сама подземная АЭС получает надёжную защиту от любых внешних воздействий (ураган, падающий самолёт и даже ракетно-ядерный удар).

Выбор есть и для контуров преобразования тепла в электричество: традиционные паровые турбины (ПТУ) с прудом-охладителем или с сухими градирнями, газотурбинные установки (ГТУ) – замкнутого или открытого типа (на воздухе), прямое преобразование тепла в электричество, нетрадиционные – двигатели Стирлинга, усложнённые карнотизированные циклы ПТУ и ГТУ... Пока все проекты существуют «на бумаге», перекомпоновка оборудования – чисто инженерная задача (но с учётом граничных условий «разумности», т.е. технической реализуемости и целесообразности). В любом случае выбор варианта энергоснабжения изолированного потребителя – это сложный процесс оптимизации между видами генерации и прогнозными ценами на топливо и планами развития региона.

Но одна станция, как и ласточка, погоды не сделает. По приблизительной оценке для зоны децентрализованного энергоснабжения, а это почти 2/3 территории нашей страны с почти 10-миллионным населением, необходимо порядка 20 ГВт суммарных установленных мощностей малых АС. Что при средней мощности блока 10 МВт означает, ни много ни мало, 2 000 блоков и будет называться «Системой АС малой мощности».

Мы не говорим, что это «планы»; это просто «надо» – и всей стране – для целостности и связности территории, чтобы не быть «лоскутным одеялом», и тем северянам, кто каждый день проживают как героический подвиг.

Модный в наше время вопрос про терроризм в связи с уязвимостью малых АС в удалённых точках (как Тикси, Диксон, Чокурдах, Юрюнг-Хая) можно осветить следующим образом: во-первых, туда надо добраться. Во-вторых, с «опасным грузом», в-третьих, это «небольшая деревня», все всех знают; и самое существенное – ведь зачинщикам терактов нужен громкий PR-эффект, а в случае «успеха такого предприятия» подвергнутся облучению, и не факт что избыточно-опасному, разве что несколько человек из персонала; к тому же информация до СМИ дойдёт не скоро и без ярких онлайн репортажей. На наш взгляд, такие объекты для терроризма малопривлекательны: напрямую работает эффект «защиты расстояниями».

И не только на Северах энергетика сейчас ассоциируется с решением экологических, экономических и социальных проблем. В современном мире энергетика стала уже не столько технической системой, сколько социальной подсистемой, учитывая, что на неё завязаны как функционирование связи, промышленного, транспортного и коммунально-бытового секторов, так и связанные с ними «социальная безопасность» и экологическое благополучие (в наибольшей степени – для крупных городов). А арктическая зона страны потому и испытывает трудности с энергообеспечением, что работает естественная, природная положительная обратная связь: суровые природно-климатические условия требуют повышенного удельного энергопотребления, но они же и препятствуют адекватному энергообеспечению, будь то средствами (ВИЭ), так и средствами традиционной органической энергетики (включая, в первую очередь, трудности доставки энергоносителей).

Таким образом, АСММ в состоянии выступить ключевым фактором пространственного развития России. И наоборот: можно утверждать, что без проектирования и реализации федеральной сети АЭС малой и средней мощности в России будет происходить усиление неравномерности регионального развития и ускорение деградации большинства удалённых регионов России.

Поэтому не следует разделять категорично энергетику, безопасность, экономическое развитие, экологическое и социальное благополучие Арктических регионов, т.к. это звенья единой цепи. Будет энергообеспечение – будет повод говорить об экологии, будет основа для выполнения социальных программ, будут транспорт и связь, будет сохранено единое экономическое пространство северных регионов.

Целостная Система Малой атомной энергетики – в первую очередь для Северов – это и амбициозный национальный геостратегический проект, и поле для прорывных технологических процессов, в том числе и в смежных отраслях, и активное присутствие России в Арктической зоне для сохранения территориальной целостности страны, а также геоэкономический экспортный потенциал для завоевания международных рынков энергопроизводства и опреснения морской воды. Эта задача вполне соответствует уровню Национального Проекта.

1. Киушкина В.Р. Оптимизация локальной энергетики децентрализованных территорий северных регионов через укрепление позиций энергетической безопасности (на примере Республики Саха (Якутия)) // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 9, №6 (2017) https://naukovedenie.ru/PDF/113TVN617.pdf

2. Иванова И.Ю., Тугузова Т.Ф., Попов С.П., Петров Н.А. Малая энергетика Севера: Проблемы и пути развития.- Новосибирск: Наука, 2002.-188 с.

Малая энергетика (общая характеристика)

Малая энергетика (альтернативная энергетика) - это на сегодняшний день наиболее экономичное решение энергетических проблем в условиях все возрастающей потребности в энергоресурсах. Автономность малой энергетики позволяет решит задачу электро- и теплоснабжения удаленных и энергодефицитных районов, которым трудно найти средства на строительство крупных станций, прокладки теплоцентралей, сооружении ЛЭП.

Еще одна важная функция малой энергетики – создание резервных источников питания (электроснабжения), что делает возможным обезопасить потребителя от перебоев в основной сети. Это особенно важно для электроснабжения медицинских, военных, торговых и производственных комплексов. Как отмечают специалисты, малая энергетика наиболее востребована сегодня в энергоемких производствах нефтехимии, текстильной промышленности, производстве минеральных удобрений. Не секрет, что значительная часть себестоимости продукции и услуг приходиться на энергетические расходы. И значит, вложенные средства в строительство объектов малой (альтернативной) энергетики не только быстро окупаются, но и делают предприятие независимым от роста цен на электроэнергию и углеводородное сырье.

Общепринятого термина «малая энергетика» в настоящее время нет. В электроэнергетике наиболее часто к малым электростанциям принято относить электростанции мощностью до 30 МВт с агрегатами единичной мощностью до 10 МВт. Обычно такие электростанции разделяют на три подкласса:

микроэлектростанции мощностью до 100 кВт;

миниэлектростанции мощностью от 100 кВт до 1 МВт;

малые электростанции мощностью более 1 МВт.

Наряду с термином «малая энергетика» применяются понятия «локальная энергетика», «распределенная энергетика», «автономная энергетика» и «распределенная генерация энергии (РГЭ)». Последнее понятие определяют как производство энергии на уровне распределительной сети или на стороне потребителя, включенного в эту сеть.

Ядерное топливо

Ядерное топливо - материалы, которые используются в ядерных реакторах для осуществления цепной ядерной реакции деления. Ядерное топливо принципиально отличается от других видов топлива, используемых человечеством, оно чрезвычайно высокоэффективно, но и весьма опасно для человека и может стать причиной очень серьёзных аварий, что накладывает множество ограничений на его использование из соображений безопасности. По этой и многим другим причинам ядерное топливо гораздо сложнее в применении, чем любой вид органического топлива, и требует множества специальных технических и организационных мер при его использовании, а также высокую квалификацию персонала, имеющего с ним дело.

Атомные станции малой мощности (АСММ)

Тема атомных станций малой мощности (АСММ) сохраняет актуальность вот уже более полувека. Они не только имеют свою рыночную нишу, но в ряде случаев призваны стать практически незаменимыми источниками энергоснабжения.

Виды АСММ подразделяются на мобильные и стационарные, на наземные, подземные и плавучие. Их близкими родственниками выступают многочисленные двигатели на «атомной тяге»: от нашедших широкое применение в гражданских, военно-морских и космических до экспериментальных бронетанковых объектов и железнодорожных локомотивов, так и не переросших опытно-конструкторскую стадию. Оба направления основываются на полезных особенностях атомного энергоисточника: компактность, длительность работы на небольшом объёме топлива, высокая удельная мощность. А опыт эксплуатации атомных двигателей служит серьёзным подспорьем в создании малых АЭС.

Наземные и плавучие АЭС малой мощности на базе унифицированных реакторов типа АБВ предназначены для снабжения электроэнергией, паром, пресной водой, отопления промышленных предприятий и жилых поселков в отдаленных районах с суровыми климатическими условиями (Арктика, Крайний Север, Дальний Восток и др.).Это-экономичные и экологически чистые энергоисточники, удовлетворяющие требованиям повышенной безопасности и не имеющие ограничений по размещению. Для стационарных АЭС с реакторами АБВ разработаны варианты станций в наземном и подземном исполнении.

Основные характеристики стационарных АЭС с реактором АБВ: Количество энергоблоков 2;

Примечание: при необходимости количество энергоблоков в составе станции может быть увеличено.Площадь, занимаемая АЭС, га 7; Численность персонала, чел 109; Сейсмостойкость, МРЗ по шкале MSK-64, баллов 8 Для стационарных АЭС с РУ АБВ разработаны несколько вариантов архитектурно-строительных решений, отличающихся исполнением главного корпуса, включающего реакторное отделение и машинный зал:

1. Наземное размещение реакторного отделения и машинного зала. Здание реакторного отделения выполняется из монолитного железобетона, обеспечивающего защиту РУ при внешних воздействиях, здание машинного зала - каркасного типа из сборных железобетонных или металлических конструкций;

2. Заглубленное размещение реакторного отделения и наземное размещение машинного зала.Здания реакторного отделения и машинного зала - каркасного типа из сборных железобетонных или металлических конструкций. Защита реакторного отделения при внешних воздействиях обеспечивается за счет слоя грунта над его зданием;

3. Заглубленное размещение реакторного отделения и наземное размещение машинного зала. Помещение реакторного отделения выполнено в виде цилиндрической оболочки диаметром 20 м и длиной 91 м из стальных тюбингов.Машинный зал - здание каркасного типа из сборных железобетонных или металлических конструкций. Защита при внешних воздействиях обеспечивается также, как и во втором варианте. Для стационарных атомных станций, размещаемых в удаленных районах, определяющим.

Компактные корабельные реакторы малой мощности перспективны как источники энергоснабжения Северных и других отдаленных регионов (Реакторы КЛТ-40, КН-3, Крот, Кедр, Унитерм, Шельф-3).Их преимущество: высокая безопасность (внутренняя самозашищенность,наличие прочного корпуса и защитных оболочек, исключающих недопустимые выбросы при разгерметизации первого контура); наличие систем аварийной пассивной защиты и резервного оборудования; эффективная система контроля и управления; максимальное использование заводской технологии и заводских условий сооружения, что обуславливает высокое качество,значительное сокращение сроков и финансовых затрат; простота и минимальные затраты по снятию с эксплуатации (вплоть до воссоздания «зеленой лужайки»).

Энергетические комплексы для труднодоступных регионов, способны обеспечить население и промышленность электричеством, теплом и пресной водой

То, что в этой области работают сразу несколько серьёзных конструкторских организаций («ОКБМ Африкантов», НИКИЭТ, ФЭИ, ИАТЭ, ОКБ «Гидропресс», РНЦ «Курчатовский институт»), не только формирует полезную конкурентную среду, но и подчёркивает экономическую значимость и хорошие перспективы АСММ.
Их использование: снимает проблему завоза топлива на десятки лет, так как требует замены ядерного топлива только 1 раз в 20 лет; требует малого числа обслуживающего персонала; плавучие малые АЭС облегчают проблему снятия станций с эксплуатации. В Якутии приоритетные места размещения АСММ в зависят от уровня развития промышленности. К первоочередным относятся АСММ в районах разработки редкоземельных металлов (ниобий и др.), золоторудных месторождений (Кючюс, Нежданинское и др.) - пп.Томтор, Усть-Куйга и социальных потребителей п. Батагай. Размещение 2 АТЭЦ общей мощностью 175 МВт может высвободить: 420 тыс. тонн угля и 250 тыс. тонн дальнепривозного жидкого топлива; в транспорте - 69 сухогрузов (грузоподъемностью по 2510 т) и 82 единиц танкеров (1500 т), 160 автоцистерн, 49 крупнотоннажного автотранспорта; 2290 человек обслуживающего персонала в транспорте; значительные капитальные вложения на складские сооружения - угля и жидкого топлива. Целесообразность использования АСММ определяется не только комплексом объективных факторов, включающих экономическую эффективность, социальную, и охрану окружающей природной среды, возможности производства оборудования,финансирования, но и субъективными обстоятельствами, такими как отношение местных и региональных административных органов, общественное мнение и другие.

При всем разнообразии источников энергоснабжения эксперты считают, что будущее за атомными станциями малой мощности (АСММ). Россия для развития малой атомной энергетики обладает необходимой научно-практической базой и имеет все шансы стать мировым лидером в данной сфере.

Исторический экскурс в малую атомную энергетику

Исторически сложилось так, что в нашей стране атомная отрасль изначально формировалась для военных целей. Успешное применение ядерных установок малой мощности для подводных лодок и ледоколов открыло большие возможности для развития атомной энергетики в гражданских целях. В 1960-х годах были предприняты первые попытки создания атомных электростанций малой мощности, тем самым положив начало развитию малой атомной энергетики. Четкая граница между большой и малой атомной энергетикой не определена, но, согласно рекомендациям МАГАТЭ, для малой атомной энергетики предел электрической мощности составляет 300 МВт при тепловой мощности реактора 750 МВт.

Вплоть до 1990-х гг. многочисленные проекты и разработки не нашли практической реализации, поскольку столкнулись с проблемами организационного характера. Подобные объекты требовали особых условий эксплуатации и обеспечения безопасности, а также высокой квалификации работников.

Важным стимулом для малой атомной энергетики стала необходимость развития приграничных территорий, представляющих собой ценность из-за огромного количества природных ресурсов и имеющих важное геополитическое значение. Основную роль в энергоснабжении периферийных районов играют именно автономные источники. Но для удаленных населенных пунктов зачастую проблематично доставить топливо, необходимое для эксплуатации дизельных электростанций и котельных. Разобщенность источников и топливная проблема, в свою очередь, сказываются на счетах за электроэнергию. Кроме того, специфика таких регионов предполагает, что источник не только должен обеспечивать электроэнергией, но и теплом. Оптимальным выходом для надежного энергообеспечения изолированных районов является использование атомных станций малой мощности.

Перспективные проекты

Среди первых разработок маломощных атомных станций были проекты АТЭЦ «Елена», АСТ «Рута», блочно-модульная АТЭЦ «Ангстрем», саморегулируемая по мощности АЭС «Унитерм» и другие. Эти проекты были далеки от промышленного внедрения и на то было несколько причин: существенные затраты на строительные работы на месте установки, отсутствие возможности перевозить на новое место эксплуатации и вытекающая из всего этого угроза безопасности жизни людей.

Сегодня особый интерес в сфере малой атомной энергетики представляют всего 2 проекта, имеющие все шансы на реализацию: плавучая АЭС «Академик Ломоносов» и реактор СВБР-100.

В 1990-х гг. для демонстрации потенциала малой атомной энергетики было принято решение построить плавучую атомную электростанцию с использованием реактора КЛТ-40С, который на протяжении многих лет успешно использовался в ледоколах. В связи с экономическими преобразованиями в стране проект был приостановлен и восстановлен в 2000 г., когда Министерство по атомной энергии, концерн «Росэнергоатом», администрация Архангельской области и ФГУП «ПО «Севмаш» подписали декларацию о намерениях построить первую в мире плавучую атомную теплоэлектростанцию (ПАТЭС) «Академик Ломоносов» в Северодвинске. ПАТЭС представляет собой несамоходное судно с двумя реакторными установками КЛТ-40С, которое буксируется в место назначения и ставится в специальный док. Параметры судна: длина - 144 м, ширина - 30 м, водоизмещение - 21,5 тысяч тонн. Каждый реактор имеет электрическую мощность 38 МВт, тепловую мощность - 140 Гкал/ч, отпуск электроэнергии - 455 млн. кВт/ч в год, отпуск тепла - 900 тыс. Гкал/год. ПАТЭС также может быть использована для опреснения морской воды, для этого устанавливают специальные опреснительные установки вместо турбин и электрогенераторов. Станция рассчитана минимум на 36 лет эксплуатации, при этом каждые 12 лет необходимо проводить загрузку ядерным топливом.

Изначально завершение строительства было запланировано на 2010 г., но в связи с финансовыми трудностями «Севмаш» постоянно переносило сроки сдачи, и в 2008 г. проект был передан ОАО «Балтийский завод». Вопросы реструктуризации предприятия, начавшиеся в 2011 г., также тормозили сдачу проекта. Лишь в начале декабря 2012 г. концерн «Росэнергоатом» и «Балтийский завод» подписали договор о достройке ПАТЭС. Соглашение предполагает сдачу плавучей атомной электростанции, готовой к буксировке на место назначения, 9 сентября 2016 г. На сегодняшний день готовность объекта составляет 60%. Строительство ПАТЭС включено в Федеральную целевую программу «Ядерные энерготехнологии нового поколения на период 2010 - 2015 годов и на перспективу до 2020 года» именно как одна из основных задач развития малой атомной энергетики. Предполагается, что она положит начало серийному производству плавучих АЭС.

Повышенный интерес к разработке проявляют страны Азиатско-Тихоокеанского региона, но не спешат с инвестициями, ожидая реализации пилотного проекта в России. Не стоит беспокоиться об «утечке» таких ценных технологий в случае выхода на международные рынки, поскольку ПАТЭС планируют реализовывать по схеме «строю-владею-эксплуатирую»: Россия строит станцию, обеспечивает ее работу на месте заказчика, каждые 12 лет проводит необходимый ремонт и по истечении жизненного цикла ее утилизирует.

Большие надежды малая атомная энергетика возлагает на реактор СВБР-100 на быстрых нейтронах со свинцово-висмутовым теплоносителем, который предназначен именно для создания атомных электростанций мощностью 100 МВт. Проект разрабатывается ОАО «АКМЭ-инжиниринг», учредителем которого являются ГК «Росатом» и ОАО «ЕвроСибЭнерго». Параметры такой АСММ должны позволять перевозить ее железнодорожным или автомобильным транспортом, а сами модули должны быть таких размеров, чтобы их легко можно было компоновать, создавая станцию любой необходимой мощности. Пока проект находится на научно-исследовательской стадии, закончить его разработку планируется в 2015-2016 гг., а серийное производство запустят в 2019 г. Стоит отметить, что Россия имеет опыт создания и эксплуатации свинцово-висмутовых теплоносителей, не имеющих аналогов за рубежом. Например, США пока только пытаются освоить эту технологию. Создание СВБР-100 позволит России стать бесспорным лидером в мировой атомной энергетике.

Вопросы безопасности и перспективы малой атомной энергетики

Противников малой атомной энергетики всегда волнует вопрос безопасности использования АСММ. Здесь работает правило «снижение мощности влечет за собой снижение потенциальных рисков». Поэтому атомные станции малой мощности намного безопаснее больших атомных станций в силу меньшего количества радионуклидов и количества запасенной энергии.

В техническом плане наши ученые владеют всеми необходимыми методами обеспечения безопасности ядерных установок. Например, ПАТЭС имеет пять барьеров радиационной защиты, способна выдержать землетрясение магнитудой 7-8 баллов по шкале Рихтера, мощные снегопады и даже падение самолета. Проведение всех операций с топливом и радиоактивными отходами будет осуществляться в специализированных центрах. Проект уже прошел все необходимые государственные экспертизы, в том числе и экологическую.

Для удовлетворения своих растущих энергетических потребностей общество ищет новые энергоносители и пытается развивать альтернативные источники (ветряки, солнечные панели и т.п.). Россия слепо следует модным тенденциям, а, между тем, уникальный накопленный опыт и мощная научная база позволяют развивать малую атомную энергетику, призванную эффективно снабжать электроэнергией удаленные населенные пункты. Модульные энергетические установки также могут быть успешно использованы и густонаселенных мегаполисах для питания отдельных зданий или целых микрорайонов независимо от центральной системы энергоснабжения. Основные преимущества АСММ состоят в минимальном потреблении топлива, к минимуму сведены затраты на строительные работы на месте установки и непосредственно само обслуживание станции. Поэтому атомные станции малой мощности рассматриваются как один из самых надежных и экономически стабильных источников питания. Единственными препятствиями для реализации подобных проектов могут стать недостаточная проработанность международного права в сфере ядерных технологий и стремление получить прибыль от реализации здесь и сейчас, в то время как, стоит направить финансовые механизмы на устойчивое развитие проектов в долгосрочной перспективе.

"Чосон ильбо" в ходе визита президента Республики Корея в Саудовскую Аравию был подписан меморандум в области атомной энергетики, который в том числе предусматривает, что "южнокорейские компании построят в Саудовской Аравии два ядерных реактора типа SMART общей стоимостью в 2 миллиарда долларов". "К 2040 году Саудовская Аравия планирует построить от 12 до 18 реакторов для удовлетворения своих энергетических потребностей".

Когда читаешь новости о том, как корейцы успешно продвигают свои реакторы на внешний рынок, сразу хочется узнать, а мы-то чем занимаемся на данном направлении? Ведь и у России есть малая атомная энергетика.

Пару слов скажу о SMART и о преимуществах малой атомной энергетики, а потом сразу перейду к нашим достижениям в этой области.

Корейский SMART

SMART - легководный реактор под давлением тепловой мощностью 330 МВт (то есть - это широко распространенный тип реактора в уменьшенном формате, в котором также применяется уран, обогащенный до 5% по изотопу U235). Его электрическая мощность - 100 МВт(эл.). Также он производит 40 тысяч тонн опреснённой воды в день, что считается достаточным для города с населением 100 тысяч человек.

Разработка SMART стартовала в южнокорейском институте KAERI в 1997 году. В 2012 году проект получил так называемое стандартное разрешение сроком действия 15 лет - примерный аналог сертифицирования проекта. Реактор создаётся под экспортные перспективы, так как в Южной Корее развитая энергетическая инфраструктура, и сложно найти потребителя именно под малые реакторы. Тем не менее, даже для экспорта необходимо иметь работающий референтный блок. Атомщики Южной Кореи должны пройти весь путь по получению множества лицензий и приступить к собственно строительству блока лет через пять. Стоимость блока со SMART в Южной Корее оценивают в 580 миллионов долларов.

Почему малые реакторы набирают популярность?

По мнению директора Института проблем безопасного развития атомной энергетики (ИБРАЭ), члена-корреспондента РАН Леонида Большова: "Ранее утвердилось мнение, что стационарные малые реакторы неэкономичны, и поэтому их ниша - это некие экзотические ситуации, далеко от сетей и транспортных маршрутов, на Севере. И поэтому в течение многих лет малые реакторы развивались только как транспортные реакторы. Мы, к примеру, единственные в мире создали и успешно эксплуатируем атомные ледоколы, и строим новые им на замену" . По его словам, в последние несколько лет в мире возникло понимание, что ниша использования малых реакторов может быть существенно шире.

"Во-первых, для новых атомных стран с еще не очень развитой энергетикой и малыми электросетями большой энергоблок представляет проблему. Ведь электросеть не может обеспечить достаточного объема потребителей. К тому же блоки АЭС требуют регулярно проводить профилактический ремонт, и нужны серьезные замещающие мощности. Еще одно преимущество малых АЭС осознано не так давно - в рыночной экономике, где деньги стоят все дороже, маленькие станции в сравнении с большими строятся недолго и сразу приносят доход. Наконец, у малых АЭС есть еще одно преимущество - их основное оборудованием может быть изготовлено не на площадке строительства, а в цеху. Затем готовый реактор со всей начинкой будет подключен к привезенной турбине, и станция начнет вырабатывать электричество" , - сказал Большов.

По мнению другого эксперта - академика Ашота Саркисова, советника РАН (ИБРАЭ РАН), новизна этого направления заключается ещё и в том, что эти установки должны изготавливаться на заводах индустриальным методом, то есть состоять из модулей, которые могут составить блоки различной мощности. Это как я понимаю удешевит такие проекты.

Есть перспективы использования реакторов малой мощности и в России. Саркисов полагает, что территории нашей страны на которых имеется около 70% запасов углеводородного сырья, много ценных минералов лишена нормального энергоснабжения. Чтобы этот потенциал этих территорий реализовать, нужно энергетическое обеспечение. В качестве энергетических источников могут рассматриваться возобновляемые источники или атомные установки небольшой мощности. Анализ показывает, что в очень многих случаях атомные установки малой мощности будут безусловно более предпочтительны, чем все другие виды энергообеспечения, в том числе и такие традиционные, как дизельные установки, которые являются источником, кстати, многих экологических неприятностей в местах их использования.

Какие же предложения есть у российских атомщиков?

Опыт строительства различных атомных реакторов у России огромный. Направление малой атомной энергетики также на передовых позициях. Из самых перспективных проектов эксперты отмечают три:
Первый - это плавучая атомная электростанция - российский проект по созданию мобильных плавучих атомных электростанций малой мощности.

Плавучая станция может использоваться для получения электрической и тепловой энергии, а также для опреснения морской воды. В сутки она может выдать от 40 до 240 тысяч тонн пресной воды

Второй проект, который является инновационным и имеет высокую степень освоенности у нас, это установки с реакторами со свинцово-висмутовым теплоносителем на промежуточных (быстрых) нейтронах - СВБР-100 . Есть большой задел с установками такого же типа, которые широко использовались в военно-морском флоте на подводных лодках. Там же имеется технологический и эксплуатационный опыт.

Сооружение опытно-промышленного энергоблока с реакторной установкой СВБР-100 намечено на 2016-2017 гг., физический и энергетический пуск — на 2018 г.

За рубежом сейчас тоже проявляют большой интерес к этому направлению и пытаются использовать в значительной степени тот потенциал, что был накоплен нами. Его нам не удалось, увы, сохранить в виде коммерческой или военной тайны, он оказался растиражирован в значительной степени и на Западе. Впрочем, по мнению академика Саркисова, российские специалисты находятся в этом плане на более выгодных и передовых позициях, а наши западные коллеги несколько отстают.

Третий проект, по которому тоже есть подтверждённый опыт надёжности и безопасности, - это реактор кипящего типа ВК-50 , который в течение многих лет эксплуатируется в Димитровграде. Он показал очень хорошие эксплуатационные качества.

Существует еще несколько проектов реакторов малой мощности. Вышеобозначенные проекты можно увидеть на Дорожной карте освоения ядерных технологий в России : в разделе Тепловые реакторы (ТР), подразделе реакторов малой мощности (ММ) представлены сроки ввода проектов по строительству плавучих АЭС (ПАТЭС), возобновление строительства Атомных ледоколов, запуск серийного производства малых модульных реакторов (серийный ММР) и некие Альтернативы (где возможно имееется в виду как раз маломощные реакторы типа ВК и пр.). СВБР представлен в разделе реакторов на быстрых нейтронах (БР).

Данный слайд был представлен на последней конференции "Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР", прошедшей в ОКБ "Гидропресс" в мае 2013 года.

Поскольку 7 октября 2014 г. в ходе международной конференции "Инновационные проекты и технологии ядерной энергетики" заместитель генерального директора госкорпорации Вячеслав Першуков рассказал , что в госкорпорации "Росатом" принято принципиальное решение о начале программы развития атомной энергетики малой и средней мощности в России, то возможно последует ускорение реализации проектов в области малой ядерной энергетики, и возможны конкретные проекты для экспортных поставок в этом сегменте рынка. Предлагаю дождаться следующей конференции "Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР", намеченной на май 2015 года, и проверить.