Технологии

Победа российских ученых

В конце 2006 г. Национальная электрическая компания Болгарии объявила результаты конкурса на сооружение в своей стране атомной электростанции "Белене": победителем стало российское производственное объединение "Атомстройэкспорт".

А до этого 200 экспертов из 8 государств 17 месяцев тщательно изучали представленные предложения, применяя современные методики их технической и экономической оценки, специализированную программу определения возможных рисков и критерии, разработанные Международным агентством по атомной энергии.

Основные разработчики проекта атомной электростанции "Белене" с двумя энергоблоками мощностью по 1000 МВт - Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и изыскательский институт "Атомэнергопроект" (Москва), Опытное конструкторское бюро "Гидропресс" (Подольск), а также наш Институт. К реализации замыслов ученых и конструкторов "Атомстройэкспорт" привлекает своих традиционных партнеров - лидеров отечественного атомного энергетического машиностроения, в частности ОАО "Ижорские заводы" (Санкт-Петербург), машиностроительный завод "ЗиО-Подольск". Планируемая доля участия болгарских организаций в сооружении объекта составит около 30%.

Схема АЭС "Белене".

Особое внимание российские специалисты уделили безопасности будущей АЭС. Этот важнейший показатель определяется применяемыми при создании таких предприятий конструкторскими решениями, характеристиками и параметрами используемого оборудования, зависящими в конечном счете от имеющейся базы знаний и научной проработанности избранных подходов.

Внедрять же "революционные" идеи в подобных случаях можно лишь при их всесторонней обоснованности, реальной подготовленности к использованию. И, разумеется, необходимо учитывать систему требований к этим объектам, сложившуюся по мере накопления во всем мире опыта их эксплуатации, отраженную в документах Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ). Кроме того, в 2003 г. участники Международного проекта по инновационным ядерным реакторам и топливным циклам (INPRO) сформулировали основные критерии, которым должны отвечать новые разработки в этой области. Соблюдение данных норм в первую очередь нацелено на предотвращение нарушений работы энергетических установок, включая аварии, а если они произойдут, - на минимизацию вредного воздействия на человека и окружающую среду.

Неотъемлемый элемент современной концепции ядерной безопасности - вынесение ключевых положений использования атомной энергии на уровень закона. Такие требования установлены в Болгарии применительно к "Белене". Они практически идентичны действующим в России и базируются на стратегии глубокоэшелонированной защиты, основанной на принятии соответствующих мер на каждом уровне функционирования станции. Первый из них - обоснованное территориальное размещение АЭС, второй - своевременное выявление и устранение отклонений от нормальной эксплуатации, третий - предотвращение и ослабление последствий аварий, рассмотренных при проектировании, четвертый - управление более тяжелыми и маловероятными событиями, пятый - противоаварийное планирование.

Чтобы достичь ядерной и радиационной безопасности подобного объекта, необходимо прежде всегообеспечить контролируемое управление цепной реакцией деления атомных ядер в активной зоне реактора, отвод выделяющегося в ее ходе тепла, бесперебойное функционирование важнейшего оборудования, защиту персонала и населения. Технические решения по реализации этих положений, заложенные в проекте АЭС "Белене", апробированы на аналогичных отечественных предприятиях предыдущих поколений, подтверждены комплексом испытаний и исследований на экспериментальных установках, полномасштабных стендах*.

Защитная оболочка реактора.

Кроме того, получило развитие использование свойств "внутренней безопасности", предусматривающих в первую очередь саморегулирование работы компонентов болгарской станции на основе природных физических процессов. В частности, выбраны топливные загрузки реактора, имеющие такие физические параметры, что при отклонениях от его нормальной эксплуатации цепная реакция прекратится, а остаточное тепло будет отводиться благодаря безнасосной (т.е. естественной) циркуляции охлаждающей воды.

Словом, главные преимущества предлагаемого проекта определяются усиленным вниманием к безопасности. Сюда следует отнести сочетание отвечающих за эту важную функцию пассивных и активных систем. Последние традиционно применяются на АЭС, однако оснащены насосами и задвижками с движущимися и вращающимися деталями, действующими за счет электроэнергии, а следовательно, в случае перебоев с ее подачей или из-за механического дефекта могут отказать, что понижает надежность оборудования в целом. Пассивные системы безопасности несут те же функции, но работают, как правило, на сжатом газе и снабжены предохранительными или обратными клапанами. И если, скажем, в реакторе начинается аварийное снижение давления и повышается температура, то из специальных емкостей, находящихся под давлением сжатого газа, быстро сливается борированная вода, охлаждающая активную зону и предотвращающая цепную реакцию.

Кроме того, для гарантии должной безопасности будущего объекта в основу работы обеспечивающих ее элементов заложили разные принципы, что позволяет исключить отказ по общей причине. Не менее важно и другое: защитные системы способны выполнять свою задачу даже при потере внешнего электроснабжения: если это произойдет, через несколько секунд автоматически запускаются специальные станционные дизель-генераторы. Подчеркнем: функционирование используемого оборудования базируется на хорошо изученных физических процессах и его прототипы работают на ныне действующих АЭС. Учли российские специалисты и немаловажный человеческий фактор: для блокирования неверных действий персонала предусмотрели автоматический запрет на вмешательство.

Особо остановимся на средствах предотвращения или ограничения выхода радиоактивных веществ и излучений (при постулируемых в проекте авариях) за установленную границу - в данном случае защитную оболочку реактора. Конструктивно она состоит из двух частей: внутренней (из предварительно напряженного железобетона со стальной облицовкой), предназначенной для удержания опасных выбросов, и внешней - для предохранения систем и элементов здания станции от катастрофических природных и техногенных воздействий. Причем обе обеспечивают биологическую защиту окружающего пространства от ионизирующего излучения.

Специальное оборудование поддерживает допустимые давление и температуру под оболочкой реактора, что предотвращает повреждение последней. А если при аварии в ее стальной облицовке или бетоне возникнут микротрещины, вступит в действие пассивная система фильтрации, предупреждающая проникновение в окружающую среду радиоактивности. Она сможет продолжительно функционировать даже при потере всех источников электроснабжения - за счет перепада давления, создаваемого при работе теплообменников горячего воздуха, омывающего вентиляционную трубу энергоблока.

Один из ключевых вопросов безопасности АЭС - недопущение образования взрывоопасных смесей, особенно при тяжелых авариях, для чего необходимо поддерживать количество водорода в воздухе ниже определенного уровня. Решит задачу система контроля содержания и аварийного удаления этого газа из-под защитной оболочки: в местах возможного скопления установят устройства, сжигающие некоторую его часть - пассивные каталитические рекомбинаторы. В помещениях реакторного отделения концентрацию водорода будут измерять автоматические газоанализаторы, установленные так, чтобы превышение допустимого значения обнаружить в кратчайший срок.

Добавим: проект атомной электростанции "Белене" рассчитан на преодоление самых исключительных гипотетических аварий. Например, вероятность одной из тяжелейших - расплавления активной зоны с выходом ее фрагментов за пределы корпуса реактора - оценивается здесь величиной менее одного раза в год при одновременной работе 10 млн. аналогичных установок. Однако, согласно концепции глубокоэшелонированной защиты, предусмотрены технические меры даже на случай такого экстраординарного события.

Речь идет прежде всего о системе удержания и охлаждения расплава - жидких и твердых компонентов разрушенной активной зоны, корпуса реактора и находившегося в нем оборудования. "Ловушка" - специальное устройство локализации, находящееся в бетонной шахте под установкой, - принимает их в свои емкости, обеспечивает ядерную безопасность (не позволяя начаться цепной реакции деления), минимизирует выброс радиоактивных веществ и водорода, не допускает превышение максимального напряжения расположенных в подреакторном помещении конструкций. Причем все это будет происходить при минимальном управляющем воздействии персонала. Отметим: "ловушка" способна работать неограниченное время, однако приводится в действие только в случае вышеуказанной тяжелой аварии. При нормальной же эксплуатации реактора или небольших отклонениях устройство осушено и находится в состоянии постоянной готовности.

Помимо повышенной безопасности, предлагаемому варианту АЭС "Белене" присущи высокие технико-экономические показатели. Достичь их позволит снижение продолжительности простоев, удлинение срока службы основного оборудования до 60 лет, увеличение коэффициента использования установленной мощности до 90%, возможность выработки тепла для коммунальных нужд. Кроме того, планируется применять топливо, позволяющее диспетчерам даже при его высоком выгорании маневрировать мощностью станции от 100 до 75%. В выбранном проекте удачно сочетаются новейшие конструкторские решения, современные отечественные и европейские технологии атомного машиностроения. Кстати, большое количество оборудования для будущего энергетического предприятия поставят зарубежные компании: международная AREVA NP и немецкая Siemens (в частности, последняя - современную цифровую автоматизированную систему управления технологическими процессами на АЭС). А контроль и диагностику работы реактора будут осуществлять усовершенствованные отечественные системы.

Победа на конкурсе в Болгарии укрепила ведущие позиции "Атомстройэкспорта" на мировом рынке сооружения атомных электростанций.

* См.: В. Субботин. Основы безопасности ядерной энергетики. Наука в России, 1999, N I

ВИКТОР СИДОРЕНКО, АЛЕКСАНДР ЖУРБЕНКО