Россия
и США совместно разрабатывают проект АЭС будущего. Она значительно
превзойдёт все прежние системы и по безопасности, и по экономичности, и
по многим другим параметрам. Атомная энергетика ещё не сказала своего
последнего слова. Несмотря на
рост использования солнечных батарей, энергии ветра и волн, прочих
альтернатив, от "классической" энергетики нам в ближайшие десятилетия
не уйти. А здесь, пожалуй, наиболее экологичной является, как ни
странно, энергетика атомная. Да, утилизация отработанного ядерного топлива – сложная проблема, но совсем не безнадёжная. Читайте о некоторых проектах: здесь реальный и уже идущий, а тут более фантастический. Об
опасности аварий на АЭС мы скажем ниже. Но если их нет – атомная
станция словно и не существует – её выбросы нулевые. А
вот тепловые станции отравляют атмосферу миллионами тонн ядов и
парниковых газов. И радиоактивными веществами тоже, кстати, которые
содержатся, скажем, в угле и попадают с выхлопом станции в трубу. Гидроэлектростанции,
кажется, чистые. Но их везде не поставишь, а водохранилища, кстати,
необратимо меняют природу на многие десятки километров вокруг,
затрагивают среду обитания тысяч видов, оказывают огромное давление на
земную кору (что не шибко здорово в сейсмоопасных зонах). Ядерный синтез? Да, есть интересные варианты
(не ITER), но это – на перспективу. А в ближайшие годы круг,
вроде, замыкается – будем "жечь" уран. Например, в супер-АЭС,
разработанной совместно Россией и США. С американской стороны главным участником проекта является компания General Atomics, а с российской – Опытное конструкторское бюро машиностроения имени И. И. Африкантова (ОКБМ) в Нижнем Новгороде, подчиняющееся Федеральному агентству по атомной энергии РФ. Минатом
и затеял сотрудничество с американцами по данному проекту ещё в 1993
году. А к настоящему моменту разработан и эскизный проект реактора (и
станции), да и куда более детальные разработки – давно идут
полным ходом. А поскольку в новом
типе АЭС специалисты видят будущее атомной энергетики –
познакомимся поближе, как же она будет работать. Называется эта система Gas Turbine — Modular Helium Reactor (GT-MHR), а по-русски — "Газовая турбина — модульный гелиевый реактор" — ГТ-МГР. В
создании этого чуда принимает участие большое количество американских и
российских институтов и организаций, а также – компании из
Франции и Японии (список фирм можно посмотреть на российской странице проекта). Основных
идей тут две. Ядерный реактор с охлаждением газообразным гелием и с
внутренне присущей безопасностью (то есть – чем сильнее нагрев
– тем слабее реакция, просто исходя из "физики" реактора, вплоть
до остановки естественным путём, без всякого участия системы
управления) и – кратчайшее преобразование энергии горячего гелия
в электричество – с помощью газовой турбины так называемого
замкнутого цикла Брайтона, с размещением турбогенератора и реактора в
закрытых капсулах под землёй. Никаких обширных труб, насосов, турбин, и массы других "железяк" над поверхностью. Устройство АЭС упрощается в разы. Десятки
систем исчезают по мановению волшебной палочки. Никаких промежуточных
теплоносителей, меняющих фазу (жидкость-пар), никаких громоздких
теплообменников, почти – никаких путей для возможной утечки
чего-нибудь радиоактивного. Всё
капсулировано. При этом даже отказ системы управления не ведёт к
расплавлению топлива. Всё автоматически затухает и медленно остывает за
счёт рассеивания тепла в грунт, окружающий станцию. Топливо
для станции – это оксид и карбид урана или оксид плутония,
выполненные в виде шариков диаметром всего 0,2 миллиметра и покрытые
несколькими слоями различной термостойкой керамики. Шарики "насыпаются"
в стержни, те формируют сборку и так далее. Физические
(масса конструкции, условия протекания реакции) и геометрические
параметры реактора таковы (сравнительно низкая плотность энергии,
например), что при любом развитии событий, даже полной потере
теплоносителя, эти шарики не расплавятся. Да
и вся активная зона выполнена из графита – никаких
металлоконструкций тут нет вообще, а жаропрочный сплав применён лишь в
самом внешнем корпусе — капсуле. Так
что даже если весь персонал станции дружно "уйдёт пить пиво", ничего
страшного для окружающей природы не случится – температура в
сердце АЭС подскочит максимум до 1600 градусов по Цельсию, но активная
зона при этом не расплавится. Реактор же сам начнёт охлаждаться,
отдавая тепло в окружающий грунт. Применение
же в качестве теплоносителя гелия сулит ряд преимуществ. Он химически
инертен и не вызывает коррозию узлов. Он не меняет своего агрегатного
состояния. Он не влияет на коэффициент размножения нейтронов. Наконец,
его удобно направлять в газовую турбину. Она
капсулирована вместе с насосами и теплообменниками и вращается
исключительно на осевых и радиальных электромагнитных подшипниках
– подшипники качения предусмотрены как аварийные. Про
теплообменники нужно сказать особо. Тот гелий, что охлаждает реактор,
делает в турбинной установке несколько "петель", максимально отдавая
свою энергию турбогенератору. Кроме того, там есть дополнительное
охлаждение гелия водой, но в случае какой-либо аварии – система
обойдётся вовсе без неё, реактор не расплавится. Результат
всех этих новаций – КПД станции – до 50%, против 32% у
существующих АЭС, плюс — намного более полная выработка
ядерного топлива (а значит – меньше облучённого урана и меньше
высокоактивных отходов на каждый мегаватт-час полученной энергии),
простота конструкции, а значит — меньше стоимость возведения
и проще контроль над работой. И,
конечно, безопасность. Американцы пишут, что ГТ-МГР – первая в
мире АЭС, которая будет соответствовать первому уровню безопасности. Всего
их 4, из них нулевой – это самый высокий. 0 — это
фантастика. Тут ничего никогда случиться не может и вообще – нет
опасных материалов. Первый уровень – самый высокий из реально
возможных. При нём АЭС, по идее, не требуются особые системы
безопасности, так как у самого реактора имеется внутренний,
конструктивно предопределённый "иммунитет" от любых ошибок операторов и
технических повреждений. Станция в
Чернобыле имела, по версии американцев, третий (худший) уровень
безопасности, что означает критичность системы к ошибкам людей или
неисправности оборудования. Сейчас многие действующие станции вышли на
уровень безопасности "2". ОКБМ
пишет, что "Стратегия развития атомной энергетики России
предусматривает сооружение головной АЭС ГТ-МГР и установки по
производству топлива для неё на Сибирском химическом комбинате
(Северск, Томской области) к 2010 году, а к 2012-2015
годам — создание и ввод в эксплуатацию первой
четырёхмодульной АЭС ГТ-МГР". Американцы
же, в свою очередь сообщают интересные подробности: поскольку ГТ-МГР
может потреблять не только уран, но и оружейный плутоний, такие АЭС
становятся идеальным устройством по его утилизации, не только
безопасной, но ещё и в определённом смысле выгодной. Например, Северск
будет (частично, конечно), обеспечивать себя электроэнергией за счёт
"сокращаемых" российских боеголовок. А
плутоний, который будут выгружать из реактора после "работы", по своим
параметрам — совершенно бесперспективен для гипотетического
применения в ядерном оружии, что для мировой безопасности тоже неплохо. Но
и США заинтересованы в проекте – высокий термический КПД связки
"гелиевый реактор – замкнутая газовая турбина" – это
колоссальная выгода, как в плане экономики, так и сохранности
окружающей среды. Нужно добавить, что тепловая мощность одной такой установки составит 600 мегаватт, а электрическая – 285 мегаватт. Расчётный
же срок службы ГТ-МГР – 60 лет. Успеют к тому времени разработать
промышленные реакторы синтеза, или альтернативная энергетика станет
действительно массовой?
Материал предоставлен интернет-журналом MEMBRANA (www.membrana.ru)
|