Белоярская АЭС. Российская промышленность
Следи за успехами России в Телеграм @sdelanounas_ruВсего в России 11 атомных электростанций, у каждой из них свой характер и начинка. Хотя многие между собой похожи, но есть особенная, которая точно отличается от всех, причём не только от своих, российских, но и зарубежных коллег. Белоярская АЭС — это первенец большой ядерной энергетики СССР, а получила она мировую известность в связи с многолетней успешной эксплуатацией реакторов на быстрых нейтронах. Благодаря чему Россия удерживает мировое лидерство в этой сфере, ведь будущее ядерной энергетики — это и есть замкнутый топливный цикл. Белоярская АЭС носит имя Игоря Васильевича Курчатова, а расположена она в Свердловской области в 3,5 км от города Заречный и 45 км от Екатеринбурга. Между прочим, каждая шестая лампочка на Среднем Урале горит благодаря БАЭС.
© live.staticflickr.com
Свой рассказ я начну, как всегда, с истории. В 1946 году в СССР был создан первый в Европе уран-графитовый реактор, позволивший контролировать цепную реакцию деления ядра. Спустя три года была испытана первая советская атомная бомба.
И всё же наши учёные мечтали найти применение атому в мирных целях. Тогда Игорь Курчатов говорил: «Атом должен быть рабочим, а не солдатом». Как известно, первой атомной электростанцией в мире стала Обнинская АЭС, которая заработала в июне 1954 года в Обнинске, недалеко от Москвы. Её мощность была всего 5 МВт. Первая АЭС проработала почти 48 лет, дала много знаний и позволила подготовить большое количество специалистов. Она была остановлена в 2002 году.
Далее можно упомянуть ещё о двух АЭС, но они уже не в строю, да и работали они исключительно на нужды своих предприятий, причём особого назначения. Это Сибирская АЭС, которая находилась на площадке Сибирского химического комбината (СХК) в городе Северск Томской области и на Горно-химическом комбинате, в Железногорске, с 1964 по 2010 год работал двухцелевой реактор АДЭ-2. Хотя, если честно, отдельной АЭС его местные не называли, но всё же для порядка его стоит упомянуть. Кстати, первая была одной из мощнейших АЭС мира. Её первый энергоблок имел мощность 100 МВт. В дальнейшем на ней работали 4 реактора, а суммарная мощность достигала до 600 МВт. В 2008 году был остановлен последний её реактор.
Здание первого энергоблока, а на первом фото — четвёртый энергоблок.
© live.staticflickr.com
А вот сейчас мы как раз переходим к нашей героине, Белоярской АЭС, которая дважды первая. Во-первых, это была первая крупная гражданская АЭС, то есть не двойного назначения и не на территории ядерного комбината. Она была построена именно для выработки электроэнергии и тепла.
Второй фишкой является тот факт, что эта станция единственная в мире, где установлены энергетические реакторы на быстрых нейтронах (БН). С 1980 года на Белоярской АЭС работает реактор БН-600, а с 2015 года — БН-800. Цифры 600 и 800 — это проектная электрическая мощность этих реакторов, хотя по факту она больше почти на 10%. Быстрые реакторы позволяют вовлекать в топливный цикл не только уран-235, которого в природном уране всего 0,7%, но и основной изотоп уран-238, которого там более 99%. И ещё более важный момент: благодаря им появляется возможность замкнуть топливный цикл, по сути безотходное производство становится реальностью. И получается, что в этом вопросе Россия впереди планеты всей!
Первым делом нам показали учебно-тренировочный центр, где есть и Блочный щит управления, на котором отрабатываются навыки работы на станции. Он является точной копией настоящего БЩУ, который работает на четвёртом энергоблоке. А ещё нам показали небольшую тренировку по ликвидации нештатной ситуации.
© live.staticflickr.com
9 июня 1954 года Министерством электростанций СССР было утверждено задание на строительство в 50 км к востоку от Свердловска тепловой электростанции (ГРЭС), которая должна была работать на угле. Первые строители прибыли 9 сентября 1955 года по оргнабору из Житомирской, Полтавской и Днепропетровской областей. Их расселили по деревням Белоярского района в радиусе 30 км от площадки строительства, в частных домах и банях. К концу 1957 года на стройке трудились уже более двух тысяч комсомольцев.
В 1957 году решили строить не тепловую, а атомную электростанцию. Для работы станции река Пышма была перекрыта плотиной, в результате чего появилось Белоярское водохранилище. Оно самое крупное в Свердловской области, его площадь — почти 40 км2, максимальная глубина — 22 метра, а объем воды — 265 млн м3.
Техпроект Белоярской АЭС был разработан на основе проектного задания, выполненного Ленинградским отделением «Теплоэлектропроекта» при участии Ленинградского политехнического института. Проект был утверждён 15 июля 1957 года коллегией Министерства электростанций. Проектная мощность составляла 400 МВт. В 1963 году было закончено сооружение первого реактора мощностью 100 МВт. Технический проект 2-го энергоблока мощностью 200 МВт был разработан на основе проектного задания, созданного «Уралтеплоэнергопроектом» в 1960 году. За корпус реактора отвечал Подольский машиностроительный завод. Все металлоконструкции поставлял Ленинградский металлический завод (ЛМЗ).
© live.staticflickr.com
Белоярская АЭС заработала в апреле 1964 года. 27 декабря 1967 года состоялся пуск энергоблока № 2. Суммарная мощность двух реакторов первой очереди станции составила 300 МВт. Этим реакторам дали название АМБ, что расшифровывается как «Атом Мирный Большой». Из себя они представляли канальные уран-графитовые реакторы, но уже улучшенной конструкции. Первый энергоблок мощностью 100 МВт работал по двухконтурной схеме. Второй энергоблок работал уже по упрощенной одноконтурной схеме, где пар вырабатывался прямо в первом контуре реактора, затем еще раз подогревался в реакторе и затем шел на турбину, его мощность была уже 200 МВт. В дальнейшем такая одноконтурная схема, пусть и без перегрева пара, ляжет в основу мощных реакторов РБМК. Кстати, КПД первой очереди Белоярской АЭС достигал 37%, а это, между прочим, на несколько процентов больше, чем у многих современных АЭС. Реакторы первой очереди выработали свой ресурс и были остановлены к 1989 году.
© live.staticflickr.com
Впервые идея реактора на быстрых, а не тепловых (медленных) нейтронах была предложена в 1942 году итальянским физиком Энрико Ферми. Независимо эта же идея была высказана советским учёным А.И. Лейпунским. В СССР исследования возможности работы реакторов на быстрых нейтронах с конца 40-х годов XX века начались в Обнинском ФЭИ, где были построены экспериментальные стенды, позволившие изучить всю физику процесса. В результате в 1972 году вступила в строй первая советская атомная электростанция на быстрых нейтронах в Актау (Казахстан) с реактором БН350 (он проработал по 1999 год), которая не только вырабатывала электроэнергию, но и использовала тепло для опреснения воды. Однако большие удельные капиталовложения, потраченные на БН-350, говорили не в пользу быстрых реакторов. Именно Лейпунский предложил, оставаясь в рамках прежних габаритов активной зоны и при сохранении всего проекта БН-350 в целом, увеличить мощность той же установки до 600 МВт, что снижало удельные капиталовложения в два раза и делало реактор экономически выгодным. Привлекательность данного направления в ядерной энергетике была очевидна — «быстрые» реакторы резко увеличивали коэффициент использования ядерного топлива и практически решали одновременно две проблемы: утилизации отходов и снабжения урановой рудой. Проект реактора БН-600 был разработан в 1967 году.
Для справки. Экспериментальные реакторы на быстрых нейтронах создавались помимо России в США, Великобритании, Франции, однако успех к ним так и не пришёл. Интерес к этому направлению проявляют и азиатские страны (Индия, Япония, Китай, Южная Корея). Строительство блока с PFBR в Индии стартовало 23 октября 2004 года, первоначально его пуск был запланирован на 2014 год, но до сих пор сроки пуска постоянно сдвигаются. 8 мая 2010 года в Японии, после четырнадцатилетнего перерыва в работе, вызванного пожаром в 1995 году, когда произошла утечка 640 килограммов металлического натрия, впервые вывели в критическое состояние реактор «Мондзю». В декабре 2016 правительство Японии приняло решение и вовсе полностью вывести из эксплуатации АЭС «Мондзю». Есть аналогичный проект и у китайцев — это ядерный реактор на быстрых нейтронах бассейнового типа с натриевым теплоносителем, который строится в округе Сяпу, провинция Фуцзянь — CFR-600 (China Fast Reactor 600). Строительство реактора началось в конце 2017 года, и когда он будет веден в строй тоже большой вопрос.
В 1968 году приступили к строительству энергоблока № 3 с реактором мощностью 600 МВт. 8 апреля 1980 года состоялся пуск энергоблока № 3 с реактором на быстрых нейтронах БН-600. Белоярская АЭС долгое время была единственной станцией в нашей стране, на которой работали реакторы разных типов — канальные уран-графитовые АМБ и быстрые натриевые БН. Сейчас к такой станции можно отнести Ленинградскую АЭС, т.к. там одновременно работают и РБМК и ВВЭР. В 1981 году энергоблок № 1 в связи с выработкой ресурса отправляется на пенсию, а в 1989 году в аналогичном направлении отправляется и энергоблок № 2. За время своей работы энергоблок № 1 произвёл 8,73 млрд кВт*ч электроэнергии, а энергоблок № 2 — 22,24 млрд кВт*ч. А энергоблок № 3 надёжно и безаварийно проработал 30 лет, после глобальной модернизации в 2010 году срок его эксплуатации был продлён до апреля 2020 года с правом последующего продления до 2025-2030 гг. Также в ходе модернизации энергоблока лопатки турбин были заменены на современные более длинные аналоги, в результате чего электрическая мощность энергоблока возросла с изначальных 600 до 625 МВт. Но и этой мощности оказалось мало.
Кстати, Борис Ельцин, будучи руководителем Свердловской области, помог ускорить строительство уникального энергоблока Белоярской АЭС, распорядившись послать на площадку атомной станции колхозников в качестве подсобных рабочих. Просто в какой-то момент проект затормозился на стадии строительно-монтажных работ. Тогда руководители стройки обратились за помощью к первому секретарю Свердловского обкома КПСС, а им тогда был Ельцин. Он внимательно выслушал атомщиков и тут же отдал необходимые распоряжения.
© live.staticflickr.com
В 1989 году начинается строительство энергоблока № 4 с реактором БН-800, но получилось всё не сразу. Лишь 27 июня 2014 года состоялся физический пуск реактора БН-800. 10 декабря 2015 года в 21:21 по местному времени (19:21 мск) был включен в сеть и выработал первую электроэнергию в энергосистему Урала энергоблок № 4 Белоярской АЭС. 17 августа 2016 года его вывели на 100% мощности. Главным конструктором и комплектным поставщиком оборудования реакторных установок на быстрых нейтронах стало «Опытное конструкторское бюро машиностроения им. И.И. Африкантова». Изначально заявленная (сметная) стоимость блока была равна $1,2 млрд, фактически же затрачено — не менее 135 млрд рублей.
Вот и получается, что сейчас на Белоярской АЭС сооружено 4 энергоблока. Энергоблоки № 1 и № 2 с реакторами на тепловых нейтронах АМБ-100 и АМБ-200 остановлены и находятся в процессе подготовки к выводу из эксплуатации. А энергоблоки № 3 и № 4 с реакторами на быстрых нейтронах БН-600 и БН-800 находятся в стадии текущей эксплуатации. Установленная мощность двух действующих энергоблоков составляет 1 480 МВт.
© live.staticflickr.com
Энергоблок № 4 состоит из реакторной установки с реактором типа БН-800, турбины К800-130/3000 и турбогенератора ТЗВ-890-2УЗ мощностью 890 МВт. Сам энергоблок выполнен по трехконтурной схеме. Теплоносителем является жидкий натрий, циркулирующий по первому и второму контуру. Самое главное отличие быстрого реактора от реакторов предыдущего поколения — это используемое топливо. Сейчас все АЭС работают на уране-235, но в природном сырье его менее 1%. Быстрый же реактор может использовать уран-238 — это самая распространенная разновидность элемента, так как природный уран на 99% состоит из неё.
Илья Филин, главный инженер четвертого энергоблока:
© live.staticflickr.com
Макет ядерного реактора БН-800. Весьма символично, первые мегаватты энергии реактор выдал на ЛЭП ровно в 21 час 21 минуту и 21 секунду. Совпадение? На БАЭС так не думают. На данный момент «БН-800 — это самый современный, самый инновационный трехконтурный реактор, который работает по натриевой технологии. То есть в первом контуре все топливо омывается натрием, таким образом, передавая тепло ему. Во втором контуре содержится натрий, а уже в третьем стандартная схема тепловой станции: вода перерабатывается в пар. Топливом для БН-800 служат уран-238 и плутоний.
© live.staticflickr.com
Новый реактор не только мощный и современный, но и самый безопасный. При любом отклонении от нормы он сам останавливает ядерную реакцию. При его строительстве использованы лучшие наработки в этой области. Неслучайно теплоносителем на БАЭС выбрали натрий, а не воду, как на других станциях. Большая теплоемкость натрия не позволяет реактору перегреться, даже если он на несколько дней останется без охлаждения. А сам натрий никогда не закипит. Так вот, в постоянно движущемся жидком натрии плавают, как поплавки, специальные стержни. Если движение натрия остановилось, они буквально тонут, ведь закон всемирного тяготения никто не отменял. В результате стержни поглощают свободные нейтроны, а без них ядерная реакция останавливается. Внутри реактора нет высокого давления, а значит, и дополнительной нагрузки на оборудование. Для отвода тепла используется трехконтурная схема: между основными контурами — внутриреакторным и пароводяным — есть промежуточный, он позволяет исключить радиационное воздействие на третий контур. Помимо автоматических систем безопасности на БН-800 имеются системы «пассивного принципа», то есть действующие за счет гравитации или естественной конвекции, которые невозможно отключить. Также над днищем реактора установлена ловушка расплава топлива, способная в случае необходимости удержать топливо, предотвращая появление вторичных критических масс.
© live.staticflickr.com
Белоярская АЭС — это единственная в России «именная» АЭС. 11 февраля 1960 года, через четыре дня после смерти Игоря Васильевича Курчатова, основоположника отечественной атомной отрасли, ЦК КПСС и Совет Министров СССР присвоили БАЭС его имя. 20 апреля 1969 года на здании главного корпуса 1-й очереди БАЭС был открыт барельеф с портретом Курчатова и цитатой «Я счастлив, что родился в России и посвятил свою жизнь атомной науке страны Советов». А ещё это единственная в России АЭС, имеющая «именную» турбину. В знак признательности за активное информационное сопровождение строительства и пуска энергоблока № 3 одной из трёх турбин (станционный номер ТГ-4) присвоено имя газеты «Уральский рабочий».
Всего на станции работают более 2 600 человек.
© live.staticflickr.com
А это мозг реактора — Блочный щит управления БН-800. Правда, похож на тот, где тренируются новички? Отсюда же сотрудники управляют, например, автоматической загрузкой и выгрузкой топлива в реактор. На каждого специалиста приходится по 4 компьютера. У всех есть напарник, который в любой момент может заменит коллегу. Максимальный контроль за всеми процессами.
© live.staticflickr.com
Управление всеми процессами происходит на БАЭС автоматически, а контролируется — из единого пункта. Этим постоянно занимаются пять специалистов во главе с начальником смены. А весь оперативный персонал смены энергоблока — 55 человек.
© live.staticflickr.com
Чтобы попасть в реакторный зал, нас полностью раздели, переодели и переобули:
© live.staticflickr.com
Плюс дали индивидуальные дозиметры:
© live.staticflickr.com
Ещё хочу похвастаться, что российская промышленность самая-самая в мире. Вот с виду обычная телогрейка, а нет, она сделана из уникальной ткани. Такие костюмы, выдерживающие температуру в тысячу градусов Цельсия, изготовлены по спецзаказу Белоярской АЭС и не имеют аналогов в мире. Их работники станции надевают во время ремонтных работ на оборудовании натриевых контуров. Если раскалённый жидкий натрий попадёт на ткань этого костюма, то она начнёт выделять газ. Образуется газовая подушка, по которой натрий просто стечёт с ткани.
© live.staticflickr.com
Из серии «интересный факт». Такая АЭС, конечно, вызывала большой интерес во всём мире. Так вот в 1959 году, после торжественной церемонии открытия «Американской национальной промышленной выставки» в Москве, вице-президент и будущий президент США Ричард Никсон решил заехать на Средний Урал. Американский гость посетил ряд промышленных предприятий и не удержался, заехал и на стройку Белоярской АЭС. По воспоминаниям ветеранов-первостроителей, навстречу иностранной делегации выехала повозка, запряжённая лошадью и перевозившая строительный инвентарь. Это дало повод для шуток сопровождавших Никсона зарубежных корреспондентов насчёт «атомной станции на лошадиной тяге».
© live.staticflickr.com
Реакторный зал энергоблока № 4:
© live.staticflickr.com
Вот он, красавец реактор БН-800, где и происходят скрытые от наших глаз ядерные процессы выделения энергии. Если точнее, это герметичный «бак в баке» — там и происходит реакция активных нейтронов, а полученное тепло уходит в парогенератор и затем в виде воды и пара поступает в турбины. Далее сгенерированная энергия уже отправляется на линии электропередач. Сам корпус реактора — это огромный цилиндр высотой 16 метров. Для безопасности его сделали по принципу матрешки: основной корпус вложен в страховочный. Оба изготовлены из нержавеющей стали. Это дополнительная защита от протечки теплоносителя. В самом центре корпуса реактора — активная зона. Туда помещают тепловыделяющие сборки — трехметровые «пучки» стержней из нержавеющей стали. Внутри топливо реактора — уран и плутоний. Сборки герметично запаяны. Каждая помещается в реактор на полтора года:
© live.staticflickr.com
Этот колпак реактора, который защищает корпус от внешних воздействий, способен выдержать даже падение самолёта. Работники БАЭС ласково называют реактор БН-800 «осьминогом». А БН-600 в соседнем, третьем энергоблоке, носит прозвище — «Ромашка». Вокруг реактора расположены циркуляционные насосы и промежуточные теплообменники:
© live.staticflickr.com
Ядерная реакция происходит внутри тепловыделяющих сборок: при попадании нейтрона в ядро урана оно делится на осколки с образованием новых нейтронов. Происходит высвобождение огромного количества энергии. В этом и заключается контролируемая ядерная реакция. Полученная энергия нагревает топливо до 1500 градусов. Энергия тепловых нейтронов «гасится» в замедлителе — воде, которая от этого нагревается. Энергия же быстрых нейтронов «гасится» при столкновении с ядрами урана в других теплосборках и поглощается внутри реактора. В любом реакторе есть так называемый теплоноситель, здесь, как я сказал уже выше, это жидкий натрий. Так вот нужное количество вещества окружает активную зону реактора, принимает тепло и передает его дальше — на теплоноситель следующего контура. После чего нагретый до 500 градусов теплоноситель попадает в парогенератор.
© live.staticflickr.com
© live.staticflickr.com
Энергоблок с реактором БН-800 является не только важным энергетическим объектом для Свердловской области, но и крупнейшим безуглеродным энергоисточником региона. А это же самая мода сейчас. Он предотвращает выбросы вредных веществ в атмосферу.
© live.staticflickr.com
Машинный зал энергоблока № 4:
© live.staticflickr.com
Вот здесь энергию пара и превращают в электричество. Практически весь зал занимает огромная турбина, сделанная на Ленинградском металлическом заводе. Ее мощность — 885 мегаватт. Для примера, Екатеринбург при пиковых нагрузках потребляет до 1100 мегаватт. Ротор турбины длиной 40 метров и весом 270 тонн вращается со скоростью 3000 оборотов в минуту. К турбине ведут трубы от парогенератора. Через нее каждый час проходит более 3000 тонн пара температурой около 500 °C. Пар вращает турбину. Она, в свою очередь, вращает ротор генератора, а вокруг него создается электромагнитное поле. Так и получается электричество. На станции вырабатывается около 7 миллиардов киловатт-часов электроэнергии за год.
Объем вырабатываемой Белоярской АЭС электроэнергии составляет порядка 16% от общего объема электроэнергии Свердловской энергосистемы.
© live.staticflickr.com
А какие тут цепи великие, сразу чувствуется мощь во всём:
© live.staticflickr.com
Вроде БН-800 и так всем хорош, тем не менее работа здесь продолжается. Сейчас думают над совершенствованием топлива. Первые 18 серийных тепловыделяющих сборок с МОКС-топливом (от английского Mixed-Oxide fuel — смесь оксидов урана и плутония) были загружены в реактор в январе 2020 года, сейчас к ним добавили ещё 160 ТВС. Таким образом, активная зона БН-800 теперь на треть заполнена инновационным топливом. Более того сейчас в реактор будет загружаться только МОКС. Ведь использование МОКС-топлива позволит вовлечь в производство не используемый сейчас изотоп урана, а это то в десятки раз увеличит топливную базу нашей атомной энергетики. Важно отметить, что в реакторе БН-800 можно повторно использовать отработавшее ядерное топливо с других АЭС и минимизировать радиоактивные отходы, «дожигая» из них долгоживущие изотопы. Новые топливные сборки были изготовлены на Горно-химическом комбинате (ФГУП «ГХК», Железногорск, Красноярский край. В отличие от традиционного для атомной энергетики обогащенного урана, сырьём для производства таблеток МОКС-топлива выступают оксид плутония, наработанного в энергетических реакторах, и оксид обедненного урана (получается путем обесфторивания гексафторида обедненного урана — ОГФУ, так называемых вторичных «хвостов» обогатительного производства). Промышленная же фабрикация МОКС-топлива началась в конце 2018 года на площадке ФГУП «ГХК». Для создания этого уникального производства была организована широкая отраслевая кооперация. Кстати, в январе этого года всё тот же американский журнал «Power» назвал загрузку серийного MOКС-топлива на Белоярской АЭС одним из главных событий 2020 года в мировой энергетике.
И самое главное: в ближайших планах на Белоярской АЭС строительство пятого энергоблока БН-1200, причём оно может начаться уже в 2030 году. Это будет типовой проект, который в дальнейшем можно будет масштабировать на другие станции, как в России, так и за рубежом. Да, единственный признанный недостаток быстрых реакторов — это их дороговизна. Новый реактор уже не будет таким дорогим, как первые БН: его стоимость будет сопоставима с расходами на строительство серийных реакторов других типов, но при этом БН-1200 станет столь же чистым, надежным и безопасным, как и другие «быстрые» реакторы. Вот так вот на наших глазах творится история большой энергетики!
© live.staticflickr.com
Кстати, а вы знали, что на «Сделано у нас» статьи публикуют посетители, такие же как и вы? И никакой премодерации, согласований и разрешений! Любой может добавить новость. А лучшие попадут в телеграмм @sdelanounas_ru. Подробнее о том как работает наш сайт здесь👈
07.01.2215:41:06
07.01.2215:46:43
07.01.2220:57:14