К 2030 году в Чукотском автономном округе будет введена в опытно-промышленную эксплуатацию пилотная атомная станция малой мощности (АСММ) на базе реакторной установки ШЕЛЬФ-М. Об уникальном проекте «ЭПР» рассказал главный конструктор реакторных установок атомных станций малой мощности АО «НИКИЭТ» (предприятие ГК «Росатом») Денис Куликов.

Главное отличие – потенциальная мобильность

- В чем уникальность данной разработки?

- Первое и основное отличие реакторной установки (РУ) ШЕЛЬФ-М от аналогичных разработок в России и в мире – это ее потенциальная мобильность. Нам в НИКИЭТ (предприятие Госкорпорации «Росатом») удалось разместить основное оборудование реакторной установки в плотно-прочной капсуле диаметром около 8 и длиной до 10 метров. Это делает возможным обращение со всем основным оборудованием стации как с модулем заводского изготовления, то есть перемещение всего реактора в сборе со стапеля на площадку атомной станции. Относительная компактность модуля с реактором и малый размер площадки (все оборудование станции размещается на площадке 106х106 м) позволяет обеспечить и возможность размещения АСММ в практически любых географических регионах (включая ее размещение в сейсмически опасных районах или, например, на многолетнемерзлых грунтах), что делает ее оптимальным решением для различных государственных нужд и промышленных предприятий, а также для зарубежных заказчиков, зоны обеспечения энергетических интересов которых находятся на территориях, где строительство крупномасштабных АЭС невозможно или нерентабельно.

Разумеется, говоря об уникальных характеристиках разрабатываемого нами объекта, нельзя забывать и о чертах, присущих всей атомной генерации – это безопасность и энергоэффективность. Атомная энергетика по большому счету не зависит от переменчивых природно-климатических условий, графика доступности или завоза традиционного органического топлива.

- Насколько нам известно, речь идет о принципиально новой концепции использования ядерной энергетической установки, не имеющей аналогов в мире. В чем заключается эта концепция?

- Говоря про особенности реакторной установки, я уже упомянул про заводское изготовление модуля: размещение всей РУ в защитной капсуле, которая может быть транспортирована к месту эксплуатации напрямую с завода-изготовителя – это совершенно новый подход для гражданской атомной энергетики, который обеспечивает повышенный уровень безопасности. Капсула или защитная оболочка устойчива к ряду внешних воздействий, что позволяет значительно ускорить процесс монтажа оборудования АСММ. Это особенно важно для сокращения времени и затрат на строительство и развертывание, особенно в удаленных районах, где энергетическая и логистическая инфраструктура может быть ограничена.

АСММ с реакторной установкой ШЕЛЬФ-М – это инновационный подход и к обеспечению безопасности, и к удобству эксплуатации атомной станции малой мощности.

Впереди шесть лет работы

- На каком этапе сегодня находится разработка? Что уже сделано, что планируется?

- В 2023 году мы успешно завершили разработку материалов эскизного проекта РУ для пилотной АСММ. Специалистами НИКИЭТ разработаны эскизные проекты составных частей и основного оборудования будущей реакторной установки, а также отдельные элементы общестанционного и вспомогательного оборудования: информационные модели турбины и градирни, проект критической сборки (экспериментальный комплекс для изучения ядерно-физических процессов будущего реактора). Помимо этого, была разработана конструкторская документация на изделия длительного изготовления – это оборудование, изготовление которого наиболее трудоемко и его необходимо начинать заранее.

Прямо сейчас работаем над материалами технических проектов реакторной установки и основного оборудования, а завершить их разработку планируем в 2024 году.

Параллельно с выпуском конструкторской документации, проводим целый комплекс научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР), направленных на подтверждение принятых нами решений. В этот комплекс НИОКР входят как традиционные направления, связанные с подтверждением работоспособности и ресурсных показателей оборудования, так и принципиально новые направления, связанные, к примеру, с использованием новых материалов и аддитивных технологий или рассмотрением новых подходов к управлению атомной станцией. По существующим сегодня планам, весь комплекс НИОКР должен быть завершен до 2026 года, а сама пилотная (или головная) атомная станция с реакторной установкой ШЕЛЬФ-М построена и введена в опытно-промышленную эксплуатацию уже к 2030 году.

- Реактор ШЕЛЬФ-М может применяться только на АЭС малой мощности? С чем это связано?

- В целом, к малой мощности на сегодняшний день относятся все атомные станции, с установленной эквивалентной электрической мощностью менее 300 МВт (или 750 МВт тепловой).

Реактор ШЕЛЬФ-М был изначально задуман как компактная атомная энергоустановка, его применение ориентировано на АЭС малой мощности, то есть для использования в тех регионах, где создание крупномасштабной АЭС нерентабельно или невозможно.

При анализе состояния энергопотребления в различных регионах нашей страны была подтверждена обоснованность выбора мощностного диапазона от 5 до 20 МВт. Этот диапазон мощности достаточно востребован в целом ряде регионов с децентрализованным энергоснабжением, и в то же время, при такой единичной мощности еще можно говорить о конкурентоспособных экономических показателях атомной станции в сравнении с альтернативными источниками генерации энергии. Этот наш вывод подтверждается и независимыми исследованиями, проведенными коллегами из ИНЭИ РАН: они также видят достаточно большую потребность в установках такого класса – в количестве нескольких десятков штук.

С учетом всех этих особенностей и было сформулировано задание на разработку, а все ключевые технические и экономические требования к объекту сформулированы с учетом пожеланий потенциальных заказчиков, то есть совместно с АО «РАОС», коммерческим интегратором Госкорпорации «Росатом» по направлению «Атомные станции малой мощности».

Сможет конкурировать с ВИЭ

- В чем будут заключаться преимущества использования данной реакторной установки?

- Ключевое преимущество для потребителя – безопасное, надежное и качественное электро- и теплоснабжение. Сюда же можно добавить и энергоэффективность, экологию и экономику.

В основе разработки РУ ШЕЛЬФ-М лежит существующая технология, переработанная и переосмысленная нами с учетом опыта эксплуатации действующих объектов. Именно для обеспечения безопасности атомной станции малой мощности с реакторами серии ШЕЛЬФ-М применяются многоуровневые системы защиты и барьеры-оболочки.

Общие плановые технические показатели – это тепловая мощность 35 МВт, электрическая - до 10 МВт. Топливная композиция – это диоксид урана в матрице из силумина, а кампания активной зоны – восемь лет, то есть одной загрузки топлива хватает на 8 лет непрерывной работы. Масса полностью подготовленного модуля вместе с реакторной установкой – около 320 т. Проектный срок службы установки – 60 лет.

- Сможет ли данная установка по своим показателям составить конкуренцию ВИЭ, применяемым на труднодоступных, изолированных территориях?

- Этот вопрос мы слышим часто. В НИКИЭТ мы провели достаточно серьезный сравнительный анализ для различных видов генерации, и сегодня с уверенностью можем говорить о более низкой себестоимости электроэнергии, вырабатываемой АСММ, по сравнению с конкурирующими технологиями (дизельными, ветровыми и солнечными электростанциями) на технологически изолированных территориях с децентрализованным энергоснабжением. С дизель-электрическими станциями ситуация проще всего – здесь преимущество значительное и оно связано в первую очередь с логистической составляющей стоимости топлива. С возобновляемыми источниками энергии мы конкурируем в относительно неблагоприятных для них природно-климатических условиях: там, где они требуют резервирования и не способны обеспечить потребности в энергии без замещающих мощностей.

- Насколько затратным является реализуемый проект в части финансов и людских ресурсов?

- Существующие подходы к разработке и созданию новых продуктов, а также предъявляемые к ним в Росатоме требования обеспечивают экономическую эффективность даже для пилотных или головных объектов. То есть пилотная АСММ на базе РУ ШЕЛЬФ-М должна быть самоокупаемой. Понятно, что здесь мы не говорим о каких-то запредельных показателях доходности, но по актуальным оценкам срок окупаемости с момента начала строительства в несколько раз ниже проектного срока службы станции.

Работа по разработке и созданию пилотной АСММ на базе РУ ШЕЛЬФ-М является частью федерального проекта «Новая атомная энергетика, в том числе малые реакторы для удаленных территорий», входящего в состав Комплексной программы «Развитие техники, технологии и научных исследований в области использования атомной энергии в Российской Федерации».

Команда проекта формируется специально и с учетом реальных его потребностей, однако строится на базе существующей и хорошо отлаженной кооперации предприятий. Наш институт (АО «НИКИЭТ») выполняет сразу несколько ролей: мы – главная конструкторская организация, генеральный проектировщик, главный конструктор РУ и АСУ ТП и даже комплектный поставщик основного оборудования. Научное руководство разработкой реакторной установки осуществляет НИЦ «Курчатовский институт». Что касается самой команды, то на этапе разработки в ней собраны представители более чем 30 отраслевых, научных и производственных организаций, каждая из которых ведет и отвечает за свою часть общего проекта.

Перспективы значительные

- Каковы, по вашему мнению, перспективы развития атомной энергетики в РФ и в мире? Возможен ли отказ от атомной генерации в виду перехода на зеленые источники энергии?

- В ближайшем будущем развитие атомной энергетики в России будет продолжаться в соответствии с поручениями Президента, поставленными национальными задачами и стратегией развития атомной энергетики на период до 2050 года. Это огромный комплекс задач, который включает в том числе создание новой атомной энергетики, основанной на замыкании ядерного топливного цикла; ввод в эксплуатацию новых АЭС, как тепловых, так и быстрых, и даже малых; разработку принципиально новых технологий и повышение эффективности использования ядерной энергии. Россия уже сейчас является одним из мировых лидеров в области разработки и использования атомной энергетики, и мы планируем продолжать инновационные исследования и разработки для улучшения ядерных технологий и сохранения нашего лидерства.

В общемировом масштабе, на мой взгляд, перспективы также значительные: ядерная энергетика является одним из низкоуглеродных способов получения электричества, а не так давно и официально получила статус «зеленой», наряду с возобновляемыми источниками генерации. Согласно исследованию Европейской экономической комиссии ООН (UNECE) различных видов энергии, ядерная энергетика демонстрирует самые низкие выбросы углекислого газа на жизненный цикл. В мире атомная энергетика была и остается важным источником энергии, способствующим сокращению выбросов парниковых газов и достижению устойчивого развития.

- Какие разработки, идеи у вас в планах?

- Параллельно с разработкой систем и оборудования для пилотной или головной атомной станции с реактором ШЕЛЬФ-М, мы разрабатываем и ряд принципиально новых технологий и решений. Конечно, далеко не все из них будут применены сразу на головном объекте, но они совершенно точно будут востребованы для серийных изделий и для новых разработок малой атомной энергетики.

Например, серьезным шагом вперед станет широкое внедрение в эксплуатацию станции робототехнических комплексов. Этим для ШЕЛЬФа мы сегодня занимаемся. Разработана концепция роботизации реакторной установки, в соответствии с которой доступ персонала в защитную оболочку с реакторной установкой в процессе эксплуатации невозможен и практически все технологические операции выполняют специализированные роботы-манипуляторы. Уже в этом году запланировано изготовление отдельных макетов критических узлов робототехнических комплексов и начало их испытаний в условиях, приближенных к «боевым».