AES miliardy Stacje i projekty. Historia powstania elektrowni jądrowej w Belojarsku

40 km od Jekaterynburga, w środku najpiękniejszych lasów Uralu, znajduje się miasto Zarechny. W 1964 roku uruchomiono tu pierwszą radziecką przemysłową elektrownię jądrową Biełojarskaja (z reaktorem AMB-100 o mocy 100 MW). Obecnie elektrownia jądrowa w Biełojarsku pozostaje jedyną na świecie, w której działa przemysłowy reaktor energetyczny na neutrony szybkie BN-600.

Wyobraźmy sobie kocioł, który odparowuje wodę, a powstająca para wprawia w ruch turbogenerator wytwarzający energię elektryczną. Tak ogólnie działa elektrownia jądrowa. Jedynie „kotłem” jest energia rozpadu atomowego. Konstrukcje reaktorów mocy mogą być różne, ale zgodnie z zasadą działania można je podzielić na dwie grupy - reaktory na neutrony termiczne i reaktory na neutrony szybkie.

Podstawą każdego reaktora jest rozszczepienie ciężkich jąder pod wpływem neutronów. To prawda, że istnieją znaczne różnice. W reaktorach termicznych uran-235 ulega rozszczepieniu pod wpływem niskoenergetycznych neutronów termicznych, w wyniku czego powstają fragmenty rozszczepienia i nowe neutrony, które mają wysokiej energii(tzw. szybkie neutrony). Prawdopodobieństwo zaabsorbowania neutronu termicznego przez jądro uranu-235 (z późniejszym rozszczepieniem) jest znacznie wyższe niż w przypadku neutronu szybkiego, dlatego neutrony należy spowolnić. Odbywa się to za pomocą moderatorów – substancji, które neutrony zderzając się z jądrami tracą energię. Paliwem do reaktorów termicznych jest zwykle nisko wzbogacony uran, grafit, lekka lub ciężka woda są stosowane jako moderator, a zwykła woda jest używana jako chłodziwo. Większość działających elektrowni jądrowych budowana jest według jednego z tych schematów.

Szybkie neutrony powstałe w wyniku wymuszonego rozszczepienia jądrowego można wykorzystywać bez żadnych umiarów. Schemat jest następujący: szybkie neutrony powstałe podczas rozszczepienia jąder uranu-235 lub plutonu-239 są absorbowane przez uran-238, tworząc (po dwóch rozpadach beta) pluton-239. Co więcej, na każde 100 rozszczepionych jąder uranu-235 lub plutonu-239 powstaje 120-140 jąder plutonu-239. To prawda, że ponieważ prawdopodobieństwo rozszczepienia jądrowego przez szybkie neutrony jest mniejsze niż w przypadku termicznych, paliwo musi być wzbogacane w większym stopniu niż w przypadku reaktorów termicznych. Poza tym nie ma tu możliwości odprowadzenia ciepła za pomocą wody (woda jest moderatorem), więc trzeba zastosować inne chłodziwa: najczęściej są to ciekłe metale i stopy, od bardzo egzotycznych odmian jak rtęć (taki czynnik chłodzący był używany w pierwszy amerykański eksperymentalny reaktor Clementine) lub stopy ołowiu i bizmutu (stosowane w niektórych reaktorach do łodzie podwodne- w szczególności radzieckie łodzie Projektu 705) na ciekły sód (najczęstsza opcja w przemysłowych reaktorach energetycznych). Reaktory działające według tego schematu nazywane są reaktorami na neutrony szybkie. Pomysł takiego reaktora zaproponował w 1942 roku Enrico Fermi. Oczywiście wojsko wykazało największe zainteresowanie tym schematem: szybkie reaktory podczas pracy wytwarzają nie tylko energię, ale także pluton do broni nuklearnej. Z tego powodu reaktory na prędkie neutrony nazywane są także hodowcami (od angielskiego hodowcy - producenta).

Co w nim siedzi

Strefa aktywna reaktora na neutrony prędkie ma strukturę cebuli, złożoną z warstw. 370 zespołów paliwowych tworzy trzy strefy o różnym wzbogaceniu uranu-235 - 17, 21 i 26% (początkowo istniały tylko dwie strefy, ale w celu wyrównania uwalniania energii utworzono trzy). Otoczone są bocznymi ekranami (kocami), czyli strefami hodowlanymi, w których znajdują się zespoły zawierające uran zubożony lub naturalny, składający się głównie z izotopu 238. Na końcach prętów paliwowych powyżej i poniżej rdzenia znajdują się także tabletki zubożonego uran, które tworzą ekrany końcowe (reprodukcja stref). Reaktor BN-600 jest powielaczem (hodowlą), czyli na 100 jąder uranu-235 rozdzielonych w rdzeniu powstaje 120-140 jąder plutonu w ekranach bocznych i końcowych, co umożliwia rozszerzoną reprodukcję paliwa jądrowego . Zespoły paliwowe (FA) to zespół elementów paliwowych (prętów paliwowych) zmontowanych w jednej obudowie - specjalnych stalowych rurkach wypełnionych granulkami tlenku uranu z różnymi dodatkami. Aby pręty paliwowe nie stykały się ze sobą i aby płyn chłodzący mógł krążyć między nimi, na rurki nawinięty jest cienki drut. Sód dostaje się do zespołu paliwowego przez dolne otwory dławiące i wychodzi przez okna w górnej części. W dolnej części zespołu paliwowego znajduje się trzpień wkładany w gniazdo komutatora, w górnej części znajduje się głowica, za którą chwyta się zespół podczas przeciążenia. Zespoły paliwowe o różnym wzbogaceniu mają różne miejsca montażu, więc montaż zespołu w niewłaściwym miejscu jest po prostu niemożliwy. Do sterowania reaktorem wykorzystuje się 19 prętów kompensacyjnych zawierających bor (pochłaniacz neutronów) kompensujących wypalenie paliwa, 2 pręty automatycznej regulacji (w celu utrzymania zadanej mocy) oraz 6 prętów czynnej ochrony. Ponieważ tło własne neutronów uranu jest niskie, do kontrolowanego rozruchu reaktora (i sterowania przy małych poziomach mocy) stosuje się „oświetlenie” – źródło fotoneutronów (emiter gamma plus beryl).

Zygzaki historii

Ciekawa jest historia świata energia nuklearna zaczęło się właśnie od reaktora na prędkie neutrony. 20 grudnia 1951 roku w Idaho uruchomiono pierwszy na świecie reaktor energetyczny na neutronach szybkich, EBR-I (Experimental Breeder Reactor) o mocy elektrycznej zaledwie 0,2 MW. Później, w 1963 roku, pod Detroit uruchomiono elektrownię jądrową z reaktorem na prędkich neutronach Fermiego – już o mocy około 100 MW (w 1966 r. poważny wypadek z stopieniem części rdzenia, ale bez żadnych konsekwencji środowisko lub ludzie).

W ZSRR od końca lat czterdziestych XX wieku nad tym tematem pracuje Aleksander Leypunski, pod którego kierownictwem w Obnińskim Instytucie Fizyki i Energii (FEI) opracowano podstawy teorii reaktorów prędkich oraz zbudowano kilka stanowisk doświadczalnych, które umożliwiło badanie fizyki procesu. W wyniku przeprowadzonych badań w 1972 roku w mieście Szewczenko (obecnie Aktau, Kazachstan) uruchomiono pierwszą radziecką elektrownię jądrową na prędkich neutronach, wyposażoną w reaktor BN-350 (pierwotnie oznaczony jako BN-250). Nie tylko wytwarzał energię elektryczną, ale także wykorzystywał ciepło do odsalania wody. Wkrótce uruchomiono francuską elektrownię jądrową z reaktorem prędkim Phenix (1973) i brytyjską z PFR (1974), obie o mocy 250 MW.

Jednak w latach 70. w energetyce jądrowej zaczęły dominować reaktory na neutronach termicznych. Wynikało to z różnych powodów. Na przykład fakt, że reaktory szybkie mogą wytwarzać pluton, co oznacza, że może to prowadzić do naruszenia prawa o nierozprzestrzenianiu broni jądrowej. Jednak najprawdopodobniej głównym czynnikiem było to, że reaktory termiczne były prostsze i tańsze, ich konstrukcja została opracowana na bazie reaktorów wojskowych dla łodzi podwodnych, a sam uran był bardzo tani. Przemysłowe reaktory energetyczne na neutronach szybkich, które uruchomiono na całym świecie po 1980 r., można policzyć na palcach jednej ręki: Superphenix (Francja, 1985-1997), Monju (Japonia, 1994-1995) i BN-600 (Białojarsk). NPP, 1980), który jest obecnie jedynym działającym przemysłowym reaktorem energetycznym na świecie.

Wracają

Jednak obecnie uwaga specjalistów i opinii publicznej ponownie skupiona jest na elektrowniach jądrowych wyposażonych w reaktory na neutronach szybkich. Według szacunków Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej (MAEA) w 2005 roku całkowite potwierdzone zasoby uranu, którego koszt wydobycia nie przekracza 130 dolarów za kilogram, wynoszą około 4,7 mln ton. Według szacunków MAEA rezerwy te wystarczą na 85 lat (w oparciu o zapotrzebowanie na uran do produkcji energii elektrycznej na poziomie z 2004 roku). Zawartość izotopu 235, który jest „spalany” w reaktorach termicznych, w uranie naturalnym wynosi tylko 0,72%, reszta to uran-238, „bezużyteczny” dla reaktorów termicznych. Jeśli jednak przejdziemy na reaktory na prędkie neutrony, zdolne do „spalania” uranu-238, te same rezerwy wystarczą na ponad 2500 lat!

Montażownia reaktorów, gdzie poszczególne części reaktora są montowane z pojedynczych części metodą SKD

Ponadto reaktory na neutronach szybkich umożliwiają realizację zamkniętego cyklu paliwowego (nie jest to obecnie realizowane w BN-600). Ponieważ po przetworzeniu (usunięcie produktów rozszczepienia i dodanie nowych porcji uranu-238) „spala się” jedynie uran-238), paliwo można ponownie załadować do reaktora. A ponieważ w cyklu uranowo-plutonowym powstaje więcej plutonu niż rozpadu, nadmiar paliwa można wykorzystać do budowy nowych reaktorów.

Ponadto metodą tą można przetwarzać nadwyżki plutonu do celów wojskowych, a także plutonu i drobnych aktynowców (neptun, ameryk, kiur) ekstrahowanych z wypalonego paliwa z konwencjonalnych reaktorów termicznych (drobne aktynowce stanowią obecnie bardzo niebezpieczną część odpadów radioaktywnych). . Jednocześnie ilość odpadów radioaktywnych w porównaniu z reaktorami termicznymi zostaje zmniejszona ponad dwudziestokrotnie.

Uruchom ponownie na ślepo

W odróżnieniu od reaktorów termicznych, w reaktorze BN-600 zespoły znajdują się pod warstwą ciekłego sodu, dlatego usuwanie zużytych zespołów i instalowanie na ich miejscu nowych (proces ten nazywany jest przeładowaniem) odbywa się w trybie całkowicie zamkniętym. W górnej części reaktora znajdują się duże i małe korki obrotowe (mimośrodowe względem siebie, czyli ich osie obrotu nie pokrywają się). Kolumna z układami sterowania i zabezpieczeń oraz mechanizmem przeciążeniowym z chwytakiem typu tulejowego, zamontowana jest na niewielkim obrotowym korku. Mechanizm obrotowy wyposażony jest w „uszczelkę hydrauliczną” wykonaną ze specjalnego, niskotopliwego stopu. W swoim normalnym stanie jest stały, ale przy ponownym uruchomieniu jest podgrzewany do temperatury topnienia, podczas gdy reaktor pozostaje całkowicie szczelny, dzięki czemu praktycznie eliminuje się uwalnianie gazów radioaktywnych. Proces ponownego ładowania zamyka wiele etapów. W pierwszej kolejności chwytak doprowadzany jest do jednego z zespołów znajdujących się w magazynie zużytych zespołów w reaktorze, usuwa go i przenosi do windy rozładowczej. Następnie jest on podnoszony do skrzyni rozdzielczej i umieszczany w bębnie zużytych zespołów, skąd po oczyszczeniu parą (z sodu) trafia do basenu wypalonego paliwa. W kolejnym etapie mechanizm usuwa jeden z zespołów rdzenia i przenosi go do magazynu wewnątrz reaktora. Następnie wymagany jest wyjmowany z bębna świeżego montażu (w którym fabrycznie zamontowane są zespoły paliwowe dostarczone z fabryki) i instalowany w windzie świeżego montażu, która dostarcza go do mechanizmu przeładowującego. Finałowy etap— montaż zespołów paliwowych w pustym ogniwie. Jednocześnie ze względów bezpieczeństwa nałożone są pewne ograniczenia na działanie mechanizmu: na przykład niemożliwe jest jednoczesne zwolnienie dwóch sąsiadujących ogniw, ponadto podczas przeciążenia wszystkie drążki sterujące i zabezpieczające muszą znajdować się w strefie aktywnej. Proces przeładunku jednego zespołu trwa do godziny, przeładowanie jednej trzeciej rdzenia (około 120 zespołów paliwowych) zajmuje około tygodnia (na trzy zmiany), zabieg ten wykonywany jest w każdej mikrokampanii (160 efektywnych dni w przeliczeniu na pełne moc). To prawda, że teraz spalanie paliwa wzrosło i tylko jedna czwarta rdzenia jest przeciążona (około 90 zespołów paliwowych). W tym przypadku operator nie ma bezpośredniego pola widzenia informacja zwrotna i kieruje się wyłącznie wskaźnikami czujników kąta obrotu kolumny i chwytaków (dokładność pozycjonowania – poniżej 0,01 stopnia), sił wyciągania i montażu.

Proces ponownego uruchomienia składa się z wielu etapów, odbywa się za pomocą specjalnego mechanizmu i przypomina grę „15”. Ostatecznym celem jest przeniesienie świeżych zespołów z odpowiedniego bębna do żądanej szczeliny, a zużytych do własnego bębna, skąd po oczyszczeniu parą (z sodu) wpadną do basenu chłodzącego.

Gładkie tylko na papierze

Dlaczego pomimo wszystkich swoich zalet reaktory na prędkie neutrony nie rozpowszechniły się? Wynika to przede wszystkim ze specyfiki ich konstrukcji. Jak wspomniano powyżej, wody nie można stosować jako chłodziwa, ponieważ jest moderatorem neutronów. Dlatego w reaktorach prędkich wykorzystuje się głównie metale w stanie ciekłym - od egzotycznych stopów ołowiu i bizmutu po ciekły sód (najczęstsza opcja w elektrowniach jądrowych).

„W reaktorach na neutrony prędkie obciążenia termiczne i radiacyjne są znacznie wyższe niż w reaktorach termicznych” – wyjaśnia PM Główny inżynier elektrownia jądrowa w Biełojarsku Michaił Bakanow. „Pociąga to za sobą konieczność zastosowania specjalnych materiałów konstrukcyjnych w zbiorniku reaktora i układach wewnątrz reaktora. Pręt paliwowy i zespoły paliwowe nie są wykonane ze stopów cyrkonu jak w reaktorach termicznych, ale ze specjalnych stali stopowych chromowych, które są mniej podatne na „pęcznienie” radiacyjne.Z drugiej strony np. zbiornik reaktora nie jest poddawany obciążenia związane z ciśnieniem wewnętrznym - jest ono tylko nieznacznie wyższe od atmosferycznego.

Według Michaiła Bakanowa w pierwszych latach eksploatacji główne trudności wiązały się z pęcznieniem radiacyjnym i pękaniem paliwa. Problemy te jednak szybko zostały rozwiązane, opracowano nowe materiały – zarówno na paliwo, jak i na obudowy prętów paliwowych. Ale nawet teraz kampanie są ograniczone nie tyle spalaniem paliwa (które w BN-600 sięga 11%), ale żywotnością materiałów, z których wykonane jest paliwo, pręty paliwowe i zespoły paliwowe. Dalsze problemy operacyjne wiązały się głównie z wyciekami sodu w obwodzie wtórnym, metalu chemicznie aktywnego i niebezpiecznego pożarowo, gwałtownie reagującego w kontakcie z powietrzem i wodą: „Tylko Rosja i Francja mają wieloletnie doświadczenie w eksploatacji przemysłowych reaktorów mocy na neutronach szybkich . Zarówno my, jak i francuscy specjaliści od początku borykaliśmy się z tymi samymi problemami. Udało nam się je rozwiązać, od samego początku zapewniając specjalne środki do monitorowania szczelności obwodów, lokalizując i eliminując wycieki sodu. Ale francuski projekt okazał się mniej przygotowany na takie kłopoty, w rezultacie reaktor Phenix został ostatecznie wyłączony w 2009 roku.”

„Problemy rzeczywiście były takie same” – dodaje Nikołaj Oszkanow, dyrektor elektrowni jądrowej w Belojarsku – „ale zostały rozwiązane tutaj i we Francji różne sposoby. Na przykład, kiedy szef jednego z montaży w Phenixie pochylił się, aby go chwycić i rozładować, francuscy specjaliści opracowali złożony i dość kosztowny system „przeglądania” przez warstwę sodu. A kiedy mieliśmy ten sam problem, jeden naszych inżynierów zasugerowało użycie kamery wideo umieszczonej w najprostszy projekt rodzaj dzwonu nurkowego, - rura otwarta od dołu, z której wydobywa się argon z góry. Po wyrzuceniu stopionego sodu operatorzy mogli uruchomić mechanizm za pośrednictwem łącza wideo, a wygięty zespół został pomyślnie usunięty”.

Szybka przyszłość

„Nie byłoby takiego zainteresowania technologią reaktorów prędkich na świecie, gdyby nie pomyślna, długoterminowa eksploatacja naszego BN-600” – mówi Nikołaj Oszkanow. „Rozwój energetyki jądrowej moim zdaniem wiąże się przede wszystkim z produkcja seryjna oraz działanie reaktorów prędkich. Tylko dzięki nim możliwe jest włączenie całego uranu naturalnego do cyklu paliwowego, a co za tym idzie zwiększenie efektywności, a także kilkudziesięciokrotne zmniejszenie ilości odpadów radioaktywnych. W tym przypadku przyszłość energetyki jądrowej będzie naprawdę jasna.”

Najnowszy blok energetyczny nr 4 elektrowni jądrowej w Biełojarsku z reaktorem na neutronach szybkich BN-800 został terminowo oddany do komercyjnej eksploatacji.

To jest jeden z najbardziej ważne wydarzenia rok w branży energetyki jądrowej w Rosji, informuje służba prasowa Elektrowni Jądrowej w Biełojarsku.

Zarządzenie w tej sprawie zostało podpisane 31 października 2016 roku przez dyrektora generalnego koncernu Rosenergoatom Andrieja Pietrowa na podstawie uzyskanego zezwolenia od Korporacji Państwowej Rosatom. Wcześniej organ regulacyjny Rostechnadzor przeprowadził wszystkie niezbędne kontrole i wydał wniosek dotyczący zgodności wprowadzonego obiektu dokumentacja projektu, przepisy techniczne i przepisami, w tym wymogami w zakresie efektywności energetycznej.

Blok energetyczny nr 4 elektrowni jądrowej w Biełojarsku z reaktorem BN-800 został po raz pierwszy włączony do jednolitego systemu energetycznego kraju i rozpoczął wytwarzanie energii elektrycznej 10 grudnia 2015 roku. W ciągu 2016 roku następował stopniowy rozwój mocy na etapach rozruchu mocy, a następnie na etapach eksploatacji pilotażowej prowadzono przeglądy i testy urządzeń i układów na różnych poziomach mocy i w różnych trybach pracy.

Testy zakończyły się w sierpniu 2016 roku 15-dniowym kompleksowym testem na poziomie 100% mocy, podczas którego blok napędowy potwierdził, że jest w stanie stabilnie przenosić obciążenie przy mocy znamionowej, zgodnie z parametrami projektowymi, bez odchyleń.

Do czasu oddania do komercyjnej eksploatacji czwarty blok energetyczny elektrowni jądrowej w Biełojarsku wygenerował ponad 2,8 miliarda kWh.

Powinien stać się prototypem potężniejszych komercyjnych bloków energetycznych BN-1200, których decyzja o możliwości budowy zostanie podjęta na podstawie doświadczeń eksploatacyjnych BN-800. Przetestuje także szereg technologii zamykania jądrowego cyklu paliwowego, niezbędnych dla rozwoju energetyki jądrowej przyszłości.

Rosja, jak zauważają eksperci, zajmuje pierwsze miejsce na świecie w technologiach budowy „szybkich” reaktorów.

Tym samym w Rosji działa jeszcze jeden blok elektrowni jądrowej. Obecnie w 10 elektrowniach jądrowych pracuje łącznie 35 bloków energetycznych (nie licząc bloku nr 6 KEJ, który znajduje się w fazie pilotażowej), łączna moc zainstalowana wszystkich bloków energetycznych 27,127 GW.

Elektrownia jądrowa w Biełojarsku (BNPP) oddany do użytku w kwietniu 1964 r. To pierwsza elektrownia jądrowa w energetyce jądrowej w kraju i jedyna posiadająca reaktory różne rodzaje w jednym miejscu. Pierwsze bloki energetyczne Elektrowni Jądrowej w Biełojarsku z reaktorami na neutrony termiczne AMB-100 i AMB-200 zostały zatrzymane ze względu na wyczerpanie. Działa jedyny na świecie blok energetyczny wyposażony w reaktor na neutronach szybkich o mocy przemysłowej BN-600. oraz BN-800, oddany do komercyjnej eksploatacji w październiku 2016 roku. Bloki energetyczne elektrowni jądrowych na prędkich neutronach mają za zadanie znacząco powiększyć i zminimalizować bazę paliwową energetyki jądrowej odpady radioaktywne poprzez organizację zamkniętego cyklu paliwa jądrowego.

Najstarszy amerykański magazyn energetyczny „POWER” jest jednym z najbardziej wpływowych i autorytatywnych międzynarodowych publikacje profesjonalne w tym obszarze przyznała nagrodę „Power Awards” za rok 2016 projektowi 4. bloku energetycznego rosyjskiej elektrowni jądrowej Biełojarsk (oddział koncernu Rosenergoatom, Zarechny, obwód swierdłowski) z unikalnym reaktorem na neutrony szybkie BN-800, który będzie wykorzystywane do przetwarzania szeregu technologii niezbędnych do rozwoju energetyki jądrowej. O tym poinformowała agencja informacyjna RIA Novosti.

Przypominamy, że w ostatnim czasie w elektrowni jądrowej w Biełojarsku miało miejsce jedno z najważniejszych wydarzeń roku w rosyjskiej energetyce jądrowej – blok energetyczny nr 4 (BN-800) został terminowo oddany do komercyjnej eksploatacji. Zarządzenie w tej sprawie zostało podpisane 31 października 2016 roku przez dyrektora generalnego koncernu Rosenergoatom Andrieja Pietrowa na podstawie uzyskanego zezwolenia od Korporacji Państwowej Rosatom.

Jak czytamy na stronie internetowej magazynu, w kategorii „Najlepsze Instalacje” zwyciężył blok energetyczny z reaktorem BN-800. Różni się ona od drugiej nominacji do nagrody „Fabryka roku” tym, że ta ostatnia zakłada, że elektrownia jądrowa zostanie oddana do komercyjnej eksploatacji w ciągu roku–dwóch lat przed przyznaniem nagrody. Z kolei w nominacji „Najlepsze stacje” najbardziej obiecujące i innowacyjne projekty, które wyznaczają wektor rozwoju całej branży.

Przy ustalaniu zwycięzcy brano pod uwagę możliwość wykorzystania bloku jądrowego do rozwiązania szeregu problemów, w szczególności wytwarzania energii i składowania odpadów radioaktywnych. Jury zwróciło także uwagę na szczególne znaczenie reaktora BN-800 w realizacji rosyjskiego podejścia do zamykania cyklu paliwa jądrowego.

To nie pierwszy raz, kiedy rosyjskie projekty nuklearne cieszą się uznaniem w Stanach Zjednoczonych. Ukończony pierwszy blok irańskiej elektrowni jądrowej Bushehr oraz blok nr 1 indyjskiej elektrowni jądrowej Kudankulam zostały już wcześniej uznane za projekty roku 2014, według innego autorytatywnego amerykańskiego magazynu Power Engineering. Bloki te obsługują rosyjskie reaktory neutronów termicznych WWER-1000.

Wielkie osiągnięcie Rosji

„Reaktory na neutronach szybkich mają ogromne znaczenie dla realizacji ambitnych planów Rosji w energetyce jądrowej. Udana budowa, włączenie do sieci i przetestowanie pierwszego w kraju reaktora BN-800 w elektrowni jądrowej w Biełojarsku to duże osiągnięcie zmierzające we właściwym kierunku”

– zauważa magazyn.

We wtorek do komercyjnej eksploatacji został oddany blok nr 4 elektrowni jądrowej w Biełojarsku, wyposażony w reaktor na neutronach szybkich z ciekłym metalem chłodzącym, sód BN-800 (z „szybkiego sodu”), o mocy zainstalowanej elektrycznej 880 MW. Jest to najpotężniejszy działający reaktor na prędkie neutrony na świecie.

Eksperci nazwali to wydarzenie historycznym nie tylko dla Rosji, ale także dla światowej energetyki jądrowej. Eksperci podkreślają, że doświadczenie w projektowaniu, budowie, uruchamianiu i eksploatacji reaktorów energetycznych na neutronach szybkich, które rosyjscy naukowcy nuklearni zdobędą na BN-800, będzie niezbędne dla rozwoju tego obszaru energetyki jądrowej w Rosji.

Uznane przywództwo

Uważa się, że reaktory na neutronach szybkich mają ogromne zalety dla rozwoju energetyki jądrowej, zapewniając zamknięcie jądrowego cyklu paliwowego (NFC). W zamkniętym jądrowym cyklu paliwowym, dzięki pełnemu wykorzystaniu surowców uranowych w reaktorach powielających neutrony szybkie (reaktory), znacząco wzrośnie baza paliwowa energetyki jądrowej, a także możliwe będzie znaczne ograniczenie ilości odpadów promieniotwórczych dzięki do „wypalenia” niebezpiecznych radionuklidów. Rosja, jak zauważają eksperci, zajmuje pierwsze miejsce na świecie w technologiach budowy „szybkich” reaktorów.

Związek Radziecki był liderem w budowie i eksploatacji „szybkich” reaktorów energetycznych na skalę przemysłową. Pierwszy na świecie taki blok z reaktorem BN-350 o mocy zainstalowanej elektrycznej 350 megawatów został uruchomiony w 1973 roku na wschodnim wybrzeżu Morza Kaspijskiego w mieście Szewczenko (obecnie Aktau w Kazachstanie). Część mocy cieplnej reaktora wykorzystano do wytworzenia energii elektrycznej, resztę wykorzystano do odsalania wody morskiej. Jednostka napędowa ta działała do 1998 roku, czyli o pięć lat dłużej niż przewidywano. Doświadczenie tworzenia i eksploatacji tej instalacji pozwoliło zrozumieć i rozwiązać wiele problemów z zakresu reaktorów typu BN.

Od 1980 r. w elektrowni jądrowej Biełojarsk działa trzeci blok energetyczny stacji z reaktorem BN-600 o mocy zainstalowanej elektrycznej 600 megawatów. Jednostka ta nie tylko wytwarza energię elektryczną, ale także stanowi unikalną bazę do testowania nowych materiałów konstrukcyjnych i paliwa jądrowego.

Historia BN-800

W 1983 r. podjęto decyzję o budowie w ZSRR jednocześnie czterech bloków jądrowych z reaktorem BN-800 - jednego w elektrowni jądrowej w Biełojarsku i trzech bloków w nowej elektrowni jądrowej Ural Południowy. Ale po Czarnobylu radziecka energetyka jądrowa zaczęła popadać w stagnację, a budowa nowych reaktorów, w tym „szybkich”, została wstrzymana. A po rozpadzie ZSRR sytuacja uległa dalszemu pogorszeniu, pojawiła się groźba utraty krajowych technologii energetyki jądrowej, w tym technologii reaktorów BN.

Próby wznowienia budowy co najmniej jednego bloku BN-800 podejmowano kilkukrotnie, jednak już w połowie XXI wieku stało się jasne, że same możliwości przemysłu nuklearnego mogą do tego nie wystarczyć. I tutaj decydującą rolę odegrało poparcie kierownictwa kraju, które zatwierdziło nowy program rozwój energetyki jądrowej w Rosji. Znalazło się w nim także miejsce dla BN-800 w czwartym bloku elektrowni jądrowej w Biełojarsku.

Ukończenie bloku nie było łatwe. Do sfinalizowania projektu z uwzględnieniem ulepszeń, których celem było zwiększenie jego efektywności i bezpieczeństwa, rzeczywista mobilizacja nauki, projektowania i organizacje projektowe przemysł nuklearny. Trudne zadania stanęły także przed producentami sprzętu, którzy musieli nie tylko odtworzyć technologie użyte do stworzenia wyposażenia reaktora BN-600, ale także opanować nowe technologie.

A jednak zbudowano jednostkę napędową. W lutym 2014 roku rozpoczął się załadunek paliwa jądrowego do reaktora BN-800. Reaktor został uruchomiony w czerwcu tego samego roku. Następnie należało unowocześnić konstrukcję zespołów paliwowych i pod koniec lipca 2015 roku ponownie uruchomiono reaktor BN-800, a specjaliści zaczęli stopniowo zwiększać jego moc do poziomu niezbędnego do rozpoczęcia wytwarzania energii elektrycznej. W dniu 10 grudnia 2015 roku blok został podłączony do sieci i przekazał pierwszy prąd do rosyjskiego systemu elektroenergetycznego.

Blok BN-800 powinien stać się prototypem potężniejszych komercyjnych bloków energetycznych BN-1200, decyzja o możliwości budowy zostanie podjęta na podstawie doświadczeń eksploatacyjnych BN-800. W elektrowni jądrowej w Biełojarsku planowana jest także budowa jednostki głównej BN-1200.

W elektrowni jądrowej Biełojarsk w mieście Zarechny przygotowują się do zainstalowania reaktora dla nowego bloku energetycznego. Obecnie w BNPP eksploatowany jest jedyny na świecie blok energetyczny wyposażony w reaktor na neutronach szybkich o mocy 600 MW (jest to najpotężniejszy na Środkowym Uralu), a obecnie trwa budowa nowego, jeszcze mocniejszego bloku. Korespondent Nakanune.RU patrzył, jak postępują te prace i jest gotowy opowiedzieć i pokazać, jak wygląda przyszłość reaktor jądrowy, budowanej w elektrowni jądrowej w Obwód Swierdłowska i na czym polega wyjątkowość technologii stosowanej w BNPP.

Energetyka jądrowa okazała się jedną z tych gałęzi przemysłu, która nie została dotknięta kryzysem w Rosji. Cóż, albo prawie go nie dotknąłem. Produkcja energii elektrycznej w krajowych elektrowniach jądrowych pozostanie na tym samym poziomie, nie będzie wielu problemów, z którymi trzeba było się zmierzyć w innych obszarach. Poza tym na stacje wrócili budowniczowie, którzy wcześniej niechętnie budowali nowe moce na zasadzie rotacyjnej, bo ich budowę finansuje państwo. Odwiedziliśmy jeden z takich placów budowy - budowę czwartego bloku energetycznego BN-800 elektrowni jądrowej w Biełojarsku.

Dyrektor BNPP Nikolay Oshkanov (jest także zastępcą dyrektor generalny Koncern OJSC Energoatom, który zrzesza dziesięć elektrowni jądrowych w kraju) zauważa: „W elektrowniach jądrowych w Rosji nie ma kryzysu - żadne ze zjawisk kryzysowych nas nie dotknęło i nie dotknie nas”. Przyznaje jednak, że ograniczenie zużycia energii dotknęło także energetykę jądrową – na niektórych stacjach koncernu bloki były w rezerwie, ale już 1 czerwca osiągnęły 100% mocy.

W BEJ trwają prace nad budową BN-800 (projekt realizowany jest w ramach Federalnego Programu Docelowego rozwoju energetyki jądrowej w Rosji). Obecnie na stacji pracuje jedyny na świecie blok energetyczny wyposażony w przemysłowy reaktor na neutronach szybkich BN-600 (jest to trzeci blok energetyczny BEJ, dwa pierwsze są w fazie likwidacji). Sam Nikołaj Oshkanov opowiada o tym, co jest wyjątkowego w technologii „szybkich” reaktorów:

„W programie (Federalny Program Docelowy Rozwoju Energii Jądrowej – przyp.) BNPP jest reprezentowana jako czwarty blok energetyczny jako Innowacyjna technologia- to nowy krok, którym śpieszył cały świat, i tutaj Rosja, korzystając z przykładu elektrowni jądrowej w Biełojarsku, okazała się liderem. Mogą sobie na to pozwolić tylko duże kraje – USA, Francja, Japonia, Rosja, Anglia – czyli te, które mają bombę. Nie KRLD, która ukradła technologię, ale właśnie ci, którzy mogą rozwijać ten kierunek. Dlaczego zbudowano „szybkie” reaktory? W „szybkim” reaktorze wytwarzany pluton jest czysty i nadaje się do broni.

W BEJ paliwo wykorzystywane jest do celów pokojowych, technologia pozwala na rozbudowę bazy paliwowo-energetycznej kraju i minimalizację ilości odpadów nuklearnych.

Cały uran dzieli się na dwie części: 0,7% to to, co można wykorzystać w reaktorach, 99,3% to tzw. „odpady”, nie można go stosować w reaktorach istniejących na całym świecie, łącznie z naszym krajem. „Szybki” reaktor przekształca niewykorzystany uran-238 pod wpływem szybkich neutronów w pluton-239” – wyjaśnia Nikołaj Oszkanow.

Zatem po załadowaniu do reaktora 10 ton plutonu usuwa się z niego 12 ton, ponieważ pluton był „otoczony” uranem – zauważa. W ten sposób „wysypisko” uranu staje się paliwem.

Technologia ta jest stosowana w BN-600 od 1980 r., a BN-800 ma na celu rozwiązanie problemu „zamkniętego” cyklu jądrowego, który zapewnia „cykl” paliwa pomiędzy reaktorami na neutrony szybkie i termiczne.

Tymczasem Nikołaj Oszkanow na konferencji prasowej w ubiegły piątek potwierdził, że terminy oddania do użytku zostają przesunięte z 2012 r. na 2014 r. Problemem nie jest kryzys, ale sprzęt – mówi.

W tym roku na budowę obiektu wydano 2 miliardy rubli, nie licząc kosztów wyposażenia. "W Federalnym Programie Celowym jesteśmy numerem trzy. Pierwszy to drugi blok energetyczny elektrowni jądrowej Wołgodońsk, a za nim czwarty blok elektrowni jądrowej Kalinin. W tym roku przeznaczono na nas prawie 13 miliardów rubli, choć pierwotnie planowano 15, ale te (bloki energetyczne) trzeba uruchomić w pierwszej kolejce, bo na Kaukazie nie ma prądu, a Obwód Leningradzki", - powiedział.

Głównym problemem opóźniającym wprowadzenie na rynek BN-800 jest problem z produkcją unikalnego sprzętu. "Problem tkwi w sprzęcie, jest unikatowy, od dawna nie jest produkowany, są to nowe technologie, materiały. Trzeba było ożywić całe fabryki na rzecz jednej jednostki. Całe wyposażenie pomocnicze zostało zrobione, ale nie ma reaktora z turbiną” – powiedział dyrektor BNPP.

Jeśli jednak budowa reaktora przebiega niemal zgodnie z harmonogramem (dostarczy go do stacji fabryka Podolsk im. Ordzhonikidze), to główną trudnością będzie wykonanie turbiny (prowadzi ją firma United Machine Rośliny).

Udało nam się zweryfikować, czy pracownicy dotrzymali harmonogramu budowy reaktora (w którym znajdować się będzie sprzęt radioaktywny) na statku montażowym reaktora.

Budynek montażu reaktora powstał jeszcze w latach 80-tych, jednak prace nad budową BN-800 przerwano i wznowiono dopiero trzy lata temu. Dopiero w 2008 roku rozpoczęła się rozbudowa reaktora – dociera on w częściach z elektrowni w Podolsku – wyjaśnia Aleksiej Czernikow, zastępca głównego inżyniera wydziału instalacji w Biełojarsku.

Przewiduje się, że montaż reaktora w kopalni rozpocznie się w sierpniu-wrześniu tego roku.

Tymczasem już 1 lipca branżę nuklearną mogą spotkać nie do końca przyjemne zmiany. Od tego dnia elektroenergetyka przejdzie na schemat funkcjonowania „50 na 50”: 50% energii będzie sprzedawane na wolnym rynku, a 50% według stałej taryfy. Obliczono już, że w efekcie wzrosną rachunki za prąd dla ludności. „Istnieje opcja, w której problem zostanie rozwiązany za pomocą energii jądrowej” – mówi Nikołaj Oszkanow. Ponieważ energia elektryczna wytwarzana przez pracowników elektrowni jądrowych jest tańsza, „kosztami” można obciążyć tę branżę.

Jednak ogólnie dyrektor BNPP z nadzieją patrzy na „nuklearną przyszłość”: „Na świecie trwa „renesans nuklearny” - rozpoczęła się budowa elektrowni jądrowych, podobnie jak za dawnych czasów Rosja się buduje Chiny, Indie, ale nie jest „wpuszczane” do Europy. W Rosji głównym problemem nie są zasoby, ale ich dostawa”.

„Jak społeczeństwo poprosi, tak będzie” – komentuje perspektywy branży, nie kryjąc się z dalszymi planami samej BEJ – już w 2020 roku zamierzają rozpocząć budowę piątego bloku energetycznego – BN-1200.

Unikalny rosyjski reaktor na neutrony szybkie, działający w elektrowni jądrowej w Biełojarsku, został doprowadzony do mocy 880 megawatów, podaje służba prasowa Rosatom.

Reaktor pracuje na bloku energetycznym nr 4 EJ Biełojarsk i obecnie przechodzi rutynowe testy urządzeń wytwórczych. Zgodnie z programem testów blok energetyczny zapewnia utrzymanie mocy elektrycznej na poziomie co najmniej 880 megawatów przez 8 godzin.

Moc reaktora jest zwiększana etapami, aby ostatecznie uzyskać certyfikację na projektowanym poziomie mocy wynoszącym 885 megawatów, na podstawie wyników testów. NA ten moment reaktor ma certyfikat na moc 874 megawatów.

Przypomnijmy, że w elektrowni jądrowej w Biełojarsku działają dwa reaktory na prędkie neutrony. Od 1980 roku pracuje tu reaktor BN-600 – przez długi czas był to jedyny tego typu reaktor na świecie. Jednak w 2015 roku rozpoczęło się etapowe uruchamianie drugiego reaktora BN-800.

Dlaczego jest to tak ważne i brane pod uwagę wydarzenie historyczne dla światowego przemysłu nuklearnego?

Reaktory na neutrony szybkie umożliwiają realizację zamkniętego cyklu paliwowego (nie jest to obecnie realizowane w BN-600). Ponieważ po przetworzeniu (usunięcie produktów rozszczepienia i dodanie nowych porcji uranu-238) „spala się” jedynie uran-238), paliwo można ponownie załadować do reaktora. A ponieważ w cyklu uranowo-plutonowym powstaje więcej plutonu niż rozpadu, nadmiar paliwa można wykorzystać do budowy nowych reaktorów.

„W reaktorach na neutrony prędkie obciążenia cieplne i radiacyjne są znacznie wyższe niż w reaktorach termicznych” – wyjaśnia premierowi Michaił Bakanow, główny inżynier elektrowni jądrowej w Biełojarsku. - Prowadzi to do konieczności stosowania specjalnych materiałów konstrukcyjnych w zbiorniku reaktora i układach wewnątrz reaktora. Obudowy prętów paliwowych i zespołów paliwowych nie są wykonane ze stopów cyrkonu, jak w reaktorach termicznych, ale ze specjalnych stali stopowych chromowych, które są mniej podatne na „pęcznienie” radiacyjne. Z drugiej strony naczynie reaktora nie jest natomiast poddawane obciążeniom związanym z ciśnieniem wewnętrznym – jest ono jedynie nieznacznie wyższe od ciśnienia atmosferycznego.”

„Problemy były w rzeczywistości takie same” – dodaje Nikołaj Oszkanow, dyrektor elektrowni jądrowej w Biełojarsku – „ale zostały rozwiązane tutaj i we Francji na różne sposoby. Na przykład, gdy głowica jednego z podzespołów na Phenixie pochyliła się, aby go chwycić i rozładować, francuscy specjaliści opracowali złożony i dość kosztowny system „przeglądania” przez warstwę sodu. A kiedy u nas pojawił się ten sam problem, jeden z naszych inżynierów zasugerował zastosowanie kamery wideo umieszczonej w prostej konstrukcji przypominającej dzwon nurkowy - rurę otwartą od dołu, do której wdmuchiwany jest argon z góry. Po wyrzuceniu stopionego sodu operatorzy mogli uruchomić mechanizm za pośrednictwem łącza wideo, a wygięty zespół został pomyślnie usunięty”.

Strefa aktywna reaktora na neutrony prędkie jest ułożona warstwami jak cebula

370 zespołów paliwowych tworzy trzy strefy o różnym wzbogaceniu uranu-235 - 17, 21 i 26% (początkowo istniały tylko dwie strefy, ale w celu wyrównania uwalniania energii utworzono trzy). Otoczone są bocznymi ekranami (kocami), czyli strefami hodowlanymi, w których znajdują się zespoły zawierające uran zubożony lub naturalny, składający się głównie z izotopu 238. Na końcach prętów paliwowych powyżej i poniżej rdzenia znajdują się także tabletki zubożonego uran, które tworzą ekrany końcowe (reprodukcja stref).

Zespoły paliwowe (FA) to zespół elementów paliwowych (elementów paliwowych) zmontowanych w jednej obudowie - specjalnych stalowych rurkach wypełnionych granulkami tlenku uranu z różnymi dodatkami. Aby elementy paliwowe nie stykały się ze sobą, a płyn chłodzący mógł krążyć między nimi, na rurki nawinięty jest cienki drut. Sód dostaje się do zespołu paliwowego przez dolne otwory dławiące i wychodzi przez okna w górnej części.

W dolnej części zespołu paliwowego znajduje się trzpień włożony w gniazdo komutatora, w górnej części znajduje się głowica, za którą chwyta się zespół podczas przeciążenia. Zespoły paliwowe o różnym wzbogaceniu mają różne miejsca montażu, więc montaż zespołu w niewłaściwym miejscu jest po prostu niemożliwy.

Do sterowania reaktorem wykorzystuje się 19 prętów kompensacyjnych zawierających bor (pochłaniacz neutronów) kompensujących wypalenie paliwa, 2 pręty automatycznej regulacji (w celu utrzymania zadanej mocy) oraz 6 prętów czynnej ochrony. Ponieważ tło własne neutronów uranu jest niskie, do kontrolowanego rozruchu reaktora (i sterowania przy małych poziomach mocy) stosuje się „oświetlenie” – źródło fotoneutronów (emiter gamma plus beryl).

Bloki energetyczne wyposażone w reaktory na prędkie neutrony mogą znacząco rozbudować bazę paliwową energetyki jądrowej i zminimalizować odpady radioaktywne poprzez organizację zamkniętego jądrowego cyklu paliwowego. Tylko kilka krajów dysponuje takimi technologiami, a zdaniem ekspertów Federacja Rosyjska jest światowym liderem w tej dziedzinie.

Reaktor BN-800 (z „szybkiego sodu” o mocy elektrycznej 880 megawatów) jest pilotażowym przemysłowym reaktorem na neutrony szybkie z chłodziwem ciekłym metalem, sodem. Powinien stać się prototypem komercyjnych, mocniejszych bloków energetycznych z reaktorami BN-1200.

źródła