Усилия специалистов компании «Вестингауз» по разработке перспективных ядерных энергоблоков. Часть I.

Практически весь современный парк ядерных коммерческих реакторов США (как и большинство действующих реакторов в мире) относится к так называемым реакторам второго поколения. В основном он был спроектирован и построен такими компаниями, как «Вестингауз», «Бэбкок энд Вилкокс (Babcock and Wilcox) и «Комбасчен Инжиниринг» (Combustion Engineering). В конце девяностых годов прошлого века ядерные подразделения компаний «Вестингауз» и «Комбасчен Инжиниринг» объединились с компанией «Бритиш Ньюклеа Фьюелз Лимитед» (British Nuclear Fuels Limited), образовав компанию «Вестингауз БНФЛ», которая к настоящему времени стала одним из крупнейших поставщиков оборудования и услуг на мировом коммерческом ядерном рынке.

В течение последних 20 лет на рынке коммерческого использования атомной энергии для производства электроэнергии наблюдалось отсутствие значительных по объему и регулярных по времени заказов на изготовление новых энергетических установок. Только в таких странах, как Япония и Корея, новые ядерные установки систематически вводились в состав электрических сетей, но темпы ввода энергоблоков были столь низкими, что позволяли лишь поддерживать уже сложившуюся в этих странах ядерную инфраструктуру. Практически во всех остальных странах мира поставщики новых атомных энергоблоков были вынуждены коренным образом изменить содержимое своих «портфелей заказов», переориентировавшись на работу с реакторным топливом и проведение мероприятий по обслуживанию существующих энергоустановок.

В настоящее время в печати стали появляться высказывания западных аналитиков о том, что глобальный спад интереса к вводу в строй новых атомных энергоблоков заканчивается, а энергомашиностроение получает реальные признаки возрождения заинтересованности соответствующих энергетических служб в расширении и модернизации атомного энергетического сектора.

Причины этого явления, по их мнению, весьма существенны:

– экономические показатели перспективных энергоблоков в настоящее время вполне позволяют им конкурировать с самыми дешевыми источниками энергии, такими как, например, природный газ;
– постепенное повышение технической безопасности атомных энергоблоков приводит к существенному снижению экономических рисков, связанных с владением и эксплуатацией атомных энергоблоков;
– экологические выгоды, вытекающие из факта отсутствия выделения «парниковых» газов атомными электростанциями, способствуют повышению степени приемлемости АЭС для широких кругов общественности.
Основу расширения атомного сектора энергетической сферы США, по мнению американских специалистов, должны составить так называемые реакторы третьего поколения, которым присущи следующие характерные особенности:
– стандартизованная конструкция для каждого типа энергоблоков с целью ускорения получения лицензий, снижения капитальных затрат и сокращения времени строительства;
– более простая и более стойкая к внешним и внутренним воздействиям конструкция, облегчающая эксплуатацию реакторов и повышающая устойчивость их работы в неблагоприятных условиях;
– более высокий коэффициент использования реактора по времени в течение жизненного цикла и более продолжительный срок эксплуатации (как правило, до 60 лет);
– более низкая вероятность аварии, сопровождающейся расплавлением активной зоны;
– сведенное к минимуму воздействие на окружающую среду;
– более высокая степень выгорания реакторного топлива, позволяющая снизить расход топлива и количество радиоактивных отходов;
– применение выгорающих поглотителей, что позволяет продлить срок эксплуатации топлива благодаря снижению интенсивности процесса «отравления реактора».

Наибольшее отличие новых конструкций от существующих реакторов состоит в том, что многие новые атомные энергоблоки включают в себя средства обеспечения «пассивной» безопасности, которые не требуют какого-либо активного управления или вмешательства оператора при необходимости предотвратить аварию в случае возникновения сбоев в работе реактора. Конструкция указанных систем также устойчива к воздействию высоких температур и других естественных факторов. В «традиционных» же реакторах системы безопасности являются «активными» в том смысле, что в них имеются элементы, приводимые в действие электрическими или механическими двигателями при получении соответствующей команды, а это требует наличия в конструкции энергоблока параллельных резервных систем. Напротив, техническая безопасность полностью пассивных конструкций энергоблоков третьего поколения зависит только от естественных явлений, таких как конвекция или действие силы тяжести, и не зависит от работы каких-либо технических устройств.

Как считают специалисты компании «Вестингауз», они подготовились к наступлению нового периода в атомной энергетике, разработав проекты новых реакторов, способных обеспечить производство дополнительной электроэнергии, потребность в которой будет испытывать мировая экономика. Так, например, в настоящее время в Южной Корее и Японии компания участвует в реализации нескольких крупных проектов строительства реакторов третьего поколения. Кроме того, компания «Вестингауз» осуществляет в США успешное продвижение технологии реакторов третьего поколения на пути к получению лицензии, готовясь к наступлению не столь отдаленного будущего, когда возникнет потребность в реакторах нового поколения. Наличие большого опыта исследований, разработок и создания реакторов ставит компанию на ведущую позицию в мировой атомной индустрии. Но еще важнее то, по мнению специалистов компании, что они применяют свой опыт и знания к обеспечению гарантии того, что атомная энергия будет продолжать оставаться технически безопасным, надежным и экономичным источником электроэнергии, получение которой не будет сопровождаться выбросом в атмосферу углекислого газа или других газов, ведущих к появлению «парникового эффекта».

До недавнего времени в США коммерческими предприятиями атомной промышленности разрабатывалось три типа перспективных реакторов, два из которых, как считают американские специалисты, попадают в категорию больших «эволюционных» конструкций, созданных непосредственно на базе опыта эксплуатации уже существующих легководных реакторов в разных странах мира.

Третьим, более перспективным реактором является относительно небольшой по мощности (600 МВт) энергоблок с пассивными средствами обеспечения технической безопасности (прогнозируемая для него американскими специалистами частота повреждений активной зоны почти в 1000 раз ниже, чем предусмотрено действующими в настоящее время требованиями Комиссии по ядерному регулированию). Этот энергоблок – АР600, спроектированный компанией «Вестингауз» – получил от Комиссии по ядерному регулированию окончательный сертификат на свою конструкцию (final design certification) в декабре 1999 г.


Указанные одобряющие документы комиссии являются первыми такого рода документами, которые относятся к целому классу однотипных реакторов и будут иметь срок действия 15 лет. При этом, как считают американские специалисты, все проблемы технической безопасности, касающиеся тех конструкций, которые подвергались сертификации, были полностью разрешены, и следовательно, они не будут объектом судебных претензий во время процессов лицензирования тех или иных конкретных АЭC. Коммунальные службы будут иметь возможность получать единую лицензию Комиссии по ядерному регулированию как на само строительство, так и на эксплуатацию реактора еще до начала строительных работ. Хотя конструкция реактора АР600 разработана на основе конструкций реакторов, созданных ранее, она включила в себя новаторские элементы пассивной безопасности, что позволило существенно ее упростить. Реактор АР600 предлагался компанией для продажи за рубежом, однако до настоящего времени ни одного реактора этого типа так и не было построено. В последнее время компания «Вестингауз» стала уделять реактору АР600 меньше внимания, переключившись на создание более крупного и в то же время потенциально менее дорогостоящего реактора АР1000.

Энергоблок АР1000 компании «Вестингауз», в сущности, представляет собой укрупненный вариант блока АР600. В настоящее время он представлен в Комиссию по ядерному регулированию на предмет проведения сертификации его конструкции в полном объеме.

Данный энергоблок появился в результате выполнения программы проектных работ и испытаний, на которую было затрачено 440 млн дол. По прогнозам его разработчиков, капитальные затраты на энергоблок составят 1000 дол. на киловатт мощности, модульная же конструкция блока позволит сократить время его строительства до 36 месяцев.
Затраты на выработку энергии в блоке АР1000, имеющем электрическую мощность 1100 МВт, как ожидают его разработчики, составят менее 3,5 центов за киловатт-час. Вопрос о строительстве данных энергоблоков в настоящее время активно обсуждается в США и Великобритании. Специалисты-ядерщики отмечают также способность блока АР1000 в случае необходимости работать при полной загрузке активной зоны МОХ-топливом.
Еще одним проектом, который зародился в США и впоследствии стал международным и который в своем развитии на несколько лет отстает от проекта АР1000, является «Новаторский и безопасный международный реактор» (International Reactor Innovative & Secure - IRIS).

Компания «Вестингауз» возглавляет обширный консорциум, ведущий разработку реактора IRIS в качестве проекта перспективного реактора 3-го поколения. Он представляет собой модульный реактор электрической мощностью 335 МВт, использующий воду под давлением, объединенный в общий блок с парогенераторами и первичным контуром охлаждения, причем все это размещается внутри общего герметичного корпуса.

Первоначально предполагается использовать топливо, аналогичное тому, что применяется в современных легководных реакторах – с 5-процентной степенью обогащения и вырабатывающее до своего полного выгорания 60 000 мегаватт-дней энергии на тонну топлива, при этом интервал между заправками реактора топливом составлял бы до 4 лет. Однако впоследствии разработчики реактора IRIS стали рассчитывать на то, чтобы, в конечном счете, использовать топливо с 10-процентной степенью обогащения, вырабатывающее до выгорания 80 000 МВт-дн/т энергии при 8-летнем цикле, или же использовать активную зону с эквивалентной загрузкой МОХ-топлива.

Согласно планам компании энергоблок IRIS должен быть развернут во втором десятилетии текущего века, а сертификация его конструкции в США ожидается к 2010 г. Как считают специалисты компании «Вестингауз», в случае получения достаточно большого числа заказов на энергоблоки данного типа расходы на их строительство составят не более 1000 - 1200 дол. на киловатт.

Выходя за пределы вышеописанных разработок, необходимо отметить, что министерство энергетики США и некоторые крупные компании, в том числе и «Вестингауз», начали работу по определению критериев конструкции реакторов 4-го поколения, а международной группой экспертов к настоящему времени уже отобраны для дальнейшего рассмотрения шесть реакторных технологий.

Ключевые теги: Вестингауз BNFL IRIS EUR FCRA