165

БН-800. На пути к замыканию топливного цикла.

Мы посетили новый блок Белоярской АЭС с реактором БН-800 и посмотрели как идет процесс развития технологии, способной качественно изменить атомную энергетику будущего.

Общий вид блока № 4 c реактором БН-800. Вытянутая часть справа — это машзал. В высокой части слева находится реакторный зал. Трубы на нем — это часть системы аварийного расхолаживания.

Зачем вообще нужны быстрые реакторы

Быстрые реакторы призваны расширить топливную базу атомной энергетики. В настоящее время тепловые реакторы, в подавляющем большинстве представленные на АЭС во всем мире, используют в качестве топлива лишь изотоп U235, которого в природном уране всего 0,7%. Быстрые реакторы позволяют «сжигать» не только U235, но и нарабатывать из U238 новое топливо — Pu239. А заодно и сжигать многие актиниды — изотопы, образующиеся в отработанном ядерном топливе (ОЯТ) других реакторов. Эффективность использования природного урана в быстрых реакторах увеличивается на порядки.

По словам заместителя главного инженера БАЭС Валерия Шаманского, обычный тепловой реактор типа ВВЭР мощностью 1 ГВт требует для изготовления топлива около 160 тонн природного урана, из которого в отвал уходит 139 тонн обедненного урана и образуется около 20 тонн ОЯТ. Для загрузки быстрого реактора такой же мощности при замыкании топливного цикла потребуется лишь около 13 тонн ОЯТ ВВЭР и не больше двух тонн отвального урана, а отходов образуется меньше тонны. Для устойчивого замыкания топливного цикла в парке АЭС соотношение мощностей тепловых реакторов и быстрых должно быть примерно 4:1. А значит в будущем нам нужно построить несколько типовых коммерческих быстрых реакторов.

Но это в теории. А на практике до сооружения коммерческого блока БН-1200 с приемлемыми экономическими показателями работы еще многое нужно отработать на БН-800, который является переходным проектом между ним и БН-600. Пока в БН-800 загружено смешанное уран-плутониевое МОКС топливо лишь на четверть, остальное — урановое топливо с высоким обогащением. Полный переход на МОКС-топливо будет достигнут лишь в 2019 году. Тогда можно будет принять обоснованное решение по сооружению БН-1200 на основе опыта эксплуатации БН-800.

Освоение мощности и испытания.

Программа испытаний при освоении мощности расписана в виде подробного плана, как освоение новой модели самолета — нужно проверить заложенные в проект решения на практике, постепенно увеличивая нагрузки. Программа подразумевает ступенчатый набор мощности до 15%, 35%, 67% от номинальной и отслеживание поведения установки и всех ее элементов на выдерживание нагрузки, температурных режимов, правильной работы систем управления и безопасности.

Одно из самых важных испытаний — оценка поведения установки при главной проектной аварии. Это почти фукусимский сценарий, когда полностью отключается внешнее электропитание. Проведенные испытания показали, что заложенные решения работают правильно — реактор самостоятельно глушится и в течение нескольких дней остывает без каких-либо повреждений за счет естественной циркуляции натрия в первых двух контурах и воздуха в третьем контуре. Для воздушного охлаждения третьего контура используются высокие трубы на энергоблоке.

До конца мая блок выйдет на 100% мощности. А окончание всех испытаний и переход к промышленной эксплуатации и выработке электроэнергии намечен на осень этого года.

Прогулка по энергоблоку.

Блочный пульт управления. Людей тут немного. Перед нами место начальника смены. Слева впереди отвественный за реактор. Справа — за турбину. По центру тот, кто отвечает за их взаимодействие.

Посмотрим внимательно на основной экран. Вверху видна текущая мощность — минус 1 МВт. Реактор заглушен. Блок на плановом ремонте. Он сейчас не вырабатывает, а потребляет электроэнергию. В том числе на разогрев натрия в первом и втором контурах, который иначе превратился бы в твердый металл.

Один из экранов с текущими параметрами. Слева вверху — температура в петлях второго контура. Как видим, даже при остановленном реакторе натрий разогрет до 234 градусов. Позже мы попробуем пощупать его в реакторном зале.

Реакторный зал.

БН-800 как и другие быстрые натриевые реакторы имеет интегральную компоновку. Это значит что весь первый контур — активная зона, главные циркуляционные насосы и теплообменники первого контура находятся внутри одного большого бака, залитого натрием. В реакторном зале мы можем наблюдать лишь верхнюю часть конструкции, сам бак находится ниже уровня пола. Чтобы понять что мы видим давайте посмотрим на общий вид зала и затем на схему реактора.

Общий вид на реакторный зал. Реактор в центре. Фото: Сергей Тэн, Белоярская АЭС.

Схема БН-800. На фото реакторного зала мы видим лишь выступающий вверх оранжевый защитный колпак. Можно оценить насколько глубоко вниз уходит сама конструкция в реактором зале.

Еще раз взглянем на реактор поближе. Оранжевый защитный колпак находится прямо над центральной частью бака. Три желтых агрегата вокруг — это главные циркуляционные насосы первого контура. Они обеспечивают циркуляцию натрия внутри бака. Серые трубы вокруг цветных деталей — это трубопроводы второго контура с натрием. По ним тепло отводится от первого контура (бака) к третьему, где уже вода образуется в пар, идущий на турбину. Кстати, давление во втором контуре больше чем в первом, чтобы в случае протечек чистый натрий попадал в грязный, а не наоборот.

Можно спуститься вниз и потрогать эти трубопроводы. Как мы видели на пульте управления, температура натрия во втором контуре около 230 градусов. А при работе реактора она достигает 500 градусов. Но снаружи трубу можно трогать, она не горячая. Она сделана по принципу «труба в трубе» для герметичности и надежно теплоизолирована.

Тут же рядом агрегат топливозагрузки. Кстати, свежую кассету с топливом вполне безопасно даже держать в руках. Тем не менее, участие человека в топливозагрузке ограничивается лишь доставкой контейнера со свежим топливом в эту ячейку справа с зубчатым венцом. Далее все происходит в автоматическом режиме. Агрегат топливозагрузки вынимает кассету и переносит ее в один из трех каналов слева, тех что под белыми крышками. Далее топливо с помощью системы барабанов перемещается внутрь бака реактора и попадает в активную зону. Выгрузка толива так же осуществляется автоматически. После его отмывки от натрия оно попадает в бассейн выдержки.

Из урана в пар и киловатты.

А теперь по множеству длинных переходов переместимся в машзал. Здесь находится одна турбина мощностью 880 МВт и турбогенератор. На БН-600 было три турбины по 200 МВт. Здесь же пошли по схеме тепловых реакторов с одной большой машиной. Это позволило сократить удельные затраты на строительство и число обслуживаемых агрегатов в процессе эксплуатации. Со времен первого проекта БН-800 в 1980-х строительство турбин в стране шагнуло вперед, поэтому модернизированная турбина позволяет вырабатывать не 800 а 880 МВт.

Турбина отечественная. Делали «Силовые Машины». Вообще, 90% оборудования отечественное. Правда вот натрий пришлось заказывать во Франции.

Общий вид на турбину (справа белая) и генератор (слева желтый). Сейчас тут проводится ремонт, часть кожухов снята.

Турбогенератор № 7. Хотя на этом блоке всего один турбогенератор, на всей БАЭС он седьмой по счету. Три турбогенератора стоят в первой очереди у реакторов АМБ, и три турбогенератора стоят в машзале БН-600.

В России накоплен огромный опыт эксплуатации быстрых натриевых реакторов. 45% мировых реакторо-лет БН приходятся на наши установки — экспериментальные БР-5 и БОР-60, опытно-промышленные БН-350, БН-600 и теперь БН-800. На всех них последовательно отрабатывались инженерные решения, совершенствовались конструкции и технологии, приближающие замыкание ядерного-топливного цикла и приближение БН по экономическим показателям в ВВЭР. Следующий реактор БН-1200 уже должен стать именно серийным.

Текст и фото: Дмитрий Горчаков


  • 16
    Нет аватара Maggey
    20.03.1616:34:23

    Правда вот натрий пришлось заказывать во Франции.

    Потому что строили блок в тяжелейшие 90-е для страны. Сейчас думаю наша промышленность в состоянии натрий необходимых параметров произвести.

    Следующий реактор БН-1200 уже должен стать именно серийным.

    Еще решение окончательно не принято. Говорят примут не раньше 2019 года.

    В целом интересные фото.

    • Комментарий скрыт по причине низкого рейтинга. показать
      • 6
        Нет аватара sergelec
        20.03.1620:08:54

        Не делал все СССР. Многое завозилось из-за рубежа.

        • -7
          EyeSauronn . EyeSauronn .
          20.03.1621:16:53

          всё в мире относительно… и относительно СССР, у нас до @%я импорта, от чего надо избавляться, хотя бы до уровня СССР.

          Отредактировано: EyeSauronn .~22:17 20.03.16
        • 5
          Нет аватара ser56
          20.03.1621:54:00

          сам видел на 5 блоке НВАЭС множество немецких насосов во всяких вспомогательных системах…

  • 7
    SergeySeverny SergeySeverny
    20.03.1617:00:27

    это будущее энергетики, верим, всё получиться!

  • 1
    Нет аватара mik88
    20.03.1617:49:24

    Раньше с 3 турбинами работали, наверно, не просто так: в случае аварии 1 из турбин мощность реактора нужно сбрасывать лишь частично… А при одной турбине., куда девать такую прорву тепла, если — что? Интересно, как решен этот вопрос?

    • 1
      Нет аватара Maggey
      20.03.1618:00:31

      Глушат реактор как сейчас на фото ничего не вырабатывает. Там наверняка для таких ситуаций предусмотрели.

    • 14
      Нет аватара WJ
      20.03.1620:23:41

      Одна из главных задач линейки БН — снизить стоимость реактора и АЭС до уровня ВВЭР и АЭС-2006. Потому уменьшают число турбин, парогенераторов и используют прочие технические ухищрения, чтобы сделать проект экономически интересным, иначе сроки замыкания поедут в сторону пенсии самых молодых замыкателей.

    • 3
      Иван Попов
      21.03.1600:43:05

      Не знаю как на АЭС, на обычной ТЭС можно перебросить часть нагрузки на соседний энергоблок(блоки), распределив пар с котла по соседним турбинам. Также и ГЦН (насосы) разных (однотипных) блоков могут, на некоторых станциях, подстраховывать друг-друга.

      У одной большой турбины КПД всё-таки выше чем у трёх маленьких. Да и управлять системой турбина-генератор, морока ещё та.

      Отредактировано: Ivan Popov~01:45 21.03.16
    • 1
      Дмитрий Тёмный Дмитрий Тёмный
      21.03.1608:35:09

      с тремя турбинами работали только потому что не было турбины нужной мощности на момент строительства.

    • 0
      MagiRus MagiRus
      23.03.1623:22:12

      Для этого как раз есть система аварийного расхолаживания — даже в статье упомянули про трубы на фотографии, которые являются частью этой системы.

  • 9
    Илья Смирнов Илья Смирнов
    20.03.1620:09:53

    На настоящий день, в промышленном варианте — только Россия владеет технологиями РУ на быстрых нейтронах. БН-1200 выведет технологию в коммерческое исполнение. Как верно сказано, переход к ЗЯТЦ возможен только при совместном использовании с ВВЭР.

    • 6
      Нет аватара WJ
      20.03.1620:49:49

      Это БН только с ВВЭР, Маяком и Железногороском. ЗЯТЦ на Прорыве замкнут внутри одной АЭС, собственно почему он и «Прорыв».

      • 0
        Нет аватара Cinik
        20.03.1622:37:42

        Замыкать внутри одной АЭС хорошо лишь при экспорте этой технологии в страны, где совсем нет ядерной энергетики. А там, где она есть, БН выгодны в качестве утилизатора отходов существующих АЭС.

        • 3
          Иван Попов
          21.03.1600:48:48

          Выгодно БН, а тем более «Прорыв» вообще не экспортировать, а строить только у себя. Экспортировать же только «обычные» реакторы, а потом, за их оплату разумеется, принимать использованное топливо на переработку.

          • 2
            Нет аватара Cinik
            21.03.1601:04:28

            Россия и так принимает на себя все обязательства по вывозу и утилизации отработанного топлива с построенных ею реакторов. Мы — ответственная страна.

            Однако, надо высокие технологии за деньги экспортировать, а не радиоактивный мусор к себе тащить. Одна только его перевозка уже связана с определённым риском.

            Свои реакторы БН мы и так топливом обеспечим, но надо их распространять по всему миру, чтобы мировая энергетика больше зависела не от российских углеводородов, а от российских атомных технологий. Чтобы без российских технологий ничто в этой сфере не работало.

            • 0
              Alexander Zorin Alexander Zorin
              21.03.1609:10:20

              Чтобы без российских технологий ничто в этой сфере не работало.
              Зачем? Как-то напоминает цитату из Кин-дза-за -«купим воздух на планете и будем его продавать, на всех сверху плевать, удовольствие получать»    

  • 0
    Нет аватара Евгений Медвежонков
    21.03.1600:02:17

    Совершенно не желательно «таскать» отработанное ядерное топливо по стране. Не могу знать наверняка, как будут обрабатывать «выгорающие» сборки с ВВРов, но после выгрузки они очень «горячие» во всех смыслах. Возможно, что реакторы БН позволят загружать «в себя» эти отработанные сборки и «дожигать» в них изотопы в поле быстрых нейтронов. Видимо, это и подразумевается, под названием «Единый топливный цикл». Не знаю точно, так ли это, но если везти отработанное ядерное топливо на комбинат, перерабатывать его там, а потом вести «горячие», с большим количеством изотопов сборки «дожигать» в БН — как-то «слишком».

    • 1
      Иван Попов
      21.03.1601:03:26

      ИМХО, внедрение подобной технологии, т. е. прямое использование на БН отработанных ТВЭЛов, потребовало бы изменения их конструкции, а это нереально, так что без переработки не обойтись. Но это всё равно гораздо лучше нежели захоронение.

    • 1
      Нет аватара Cinik
      21.03.1601:06:15

      Скорее всего в итоге на каждой уже существующей АЭС построят блок БН.

      • 0
        Дмитрий Тёмный Дмитрий Тёмный
        21.03.1608:43:26

        никто такой ерундой заниматься не будет — крайне неудобно с точки зрения эксплуатации (материалы, технологическое оборудование, навыки персонала) иметь разные блоки на одной площадке. Будут строить станциями. Вон южноуральскую хотели на БНах построить

        • 0
          Нет аватара Cinik
          21.03.1609:26:58

          Основная задача — чтобы радиоактивные отходы не покидали станции. Проще, дешевле и безопаснее в крайнем случае перебросить персонал, чем возить отходы через полстраны.

          Это один из больших экономических бонусов БН.

          Кстати, значительная часть оборудования энергоблока не зависит от типа реактора.

          А Южноуральскую планируют, видимо, как раз там, где уже вся радиоактивная хрень на месте.

          • 1
            Дмитрий Тёмный Дмитрий Тёмный
            21.03.1609:30:22

            Вы серьезно или стебётесь ?

            Отходы — это отходы, их в любом случае надо тащить на специализированный химкомбинат, типа «Маяк"а для переработки

            • 0
              Alexander Zorin Alexander Zorin
              21.03.1615:49:19

              Отходы — это отходы, их в любом случае надо тащить на специализированный химкомбинат, типа «Маяк"а для переработки

              Нет. Отходы-это не отходы, а разные виды «отходов». Большую часть например в проекте Прорыв будут перерабатывать на месте, отделяя плутоний и уран. Меньшую часть будут да, вывозить для переработки и захоронения в спец комбинатах.

              Отредактировано: Alexander Zorin~16:50 21.03.16
    • 1
      Нет аватара rs
      21.03.1619:46:06

      Горячие сборки никуда не возят, они остывают в бассейнах прямо на территории АЭС, после чего вполне безопасно транспортируются на переработку. «Отходы» в могильниках это сырье которое лет через 50 будет стоить много денег. Грузить топливо из реактора в реактор это фантастика, все равно требуется переработка. Так как ОЯТ это не только ценный мех топливо, но и источник крайне нужных и дорогостоящих изотопов, производить их умеет 2,5 страны в мире.

      Кстати «гринписы» которые требуют не возвращать в Россиюшку богомерзкое ОЯТ, «не помнят» что так обожаемая ими электроника требует редкоземов, производство оных засирает природу гораздо продуктивнее чем переработка ОЯТ.

    • 0
      MagiRus MagiRus
      23.03.1623:27:35

      но после выгрузки они очень «горячие» во всех смыслах

      И поэтому они еще долгие годы охлаждаются в пристанционных мокрых хранилищах, дабы потом их можно было беспрепятственно и с исчезающе малым риском куда-то перевести либо на переработку, либо на последующее сухое хранение.

      Возможно, что реакторы БН позволят загружать «в себя» эти отработанные сборки и «дожигать» в них изотопы в поле быстрых нейтронов.

      Нет, в таком виде это нереально. Только переработка, только хардкор.

      "Единый топливный цикл"

      Вообще-то это звучит как «Закрытый ядерный топливный цикл».

  • 0
    Нет аватара Rash
    21.03.1611:12:38

    Так и не понял, замыкать топливо будут в пределах станции или страны?

    • 0
      Иван Попов
      21.03.1612:49:32

      В пределах отрасли (атомной энергетики).

      Ну, а в идеале, в будущих проектах (когда-то), и в пределах одной станции. Вот только уже построенные станции никуда не денутся.

    • 0
      Alexander Zorin Alexander Zorin
      21.03.1615:54:25

      Так и не понял, замыкать топливо будут в пределах станции или страны?
      Это одно и то же, станция не в вакууме находится, а в стране. Если бридер размножитель- популярное название для реакторов БН, то логично что избыточное топливо надо куда то девать.

  • 1
    Александр Иванов Александр Иванов
    21.03.1611:17:01

    Приятно слышать хорошие новости. Атомная промышленность у нас переживает серьезный и мощный подъем, результат показывает лучше, чем пока что любая другая отрасль.

  • 0
    Денис Ко Денис Ко
    21.03.1611:41:00

    рентабельным если я помню они становятся при мощности от 1100, поэтому и построили 1200, а 800 эт для отработки.

    • 0
      Alexander Zorin Alexander Zorin
      21.03.1615:50:37

      Что такое рентабельно?

      • 0
        Нет аватара WJ
        24.03.1613:41:39

        Стоимость на уровне ВВЭР с плутониевым топливом по цене уранового.

Написать комментарий
Отмена
Для комментирования вам необходимо зарегистрироваться и войти на сайт, или вы можете воспользоваться вашим аккаунтом в LiveJournal, или в других социальных сетях: OpenId OpenID Вконтакте Twitter Yandex facebook Google Mail.ru