Реакторы не любят погорячее

Électricité de France (EDF) в конце июля снизила на нескольких АЭС мощность блоков, а некоторые даже отключила. Причина — 40-градусная жара. Это уже не первый случай, когда погода влияет на выработку электроэнергии на АЭС во Франции. И по-видимому, не последний.

Вода на разогреве

Первый блок на АЭС «Гольфеш» был отключен с 23 до 29 июля, второй — с 23 до 28 июля. На АЭС «Трикастен» второй блок не работал 26 июля, а четвертый — 25-го. Кроме того, в тот же период EDF снизила мощность девяти реакторов: одного на «Бюже», двух на «Сент-Альбане», двух на «Блайе», одного на «Бельвиле», двух на «Дампьере» и одного на «Трикастене». Температура воды в естественных водоемах, в частности реках Гаронна и Рона, повысилась, и ее нельзя было использовать в открытых системах охлаждения второго контура.

Речная вода охлаждает конденсаторы турбин и, проходя по второму контуру, сама нагревается. «На энергоблоке мощностью 1 тыс. МВт подогрев составляет 10–12 °C. Если температура циркуляционной воды на входе в конденсатор, например, 24 °C, то на выходе — уже 34–36 °C», — объяснил «СР» директор Москов­ского центра Всемирной ассоциации операторов АЭС Василий Аксенов. А мощность каждого из остановленных блоков на «Гольфеше», например, — 1,3 тыс. МВт, максимальная разрешенная регулятором температура воды на входе — 28 °C.

Потребление электро­энергии в жару растет из-за постоянной работы кондиционеров. По данным RTE (системный оператор, оператор и собственник магистральных электросетей Франции), пик потребления был зарегистрирован 24 июля, используемая мощность всех типов электрогенерации составила 59 715 МВт. Для сравнения: месяцем раньше, 24 июня, было 54 930 МВт, 24 мая — 53 030 МВт. При этом используемая мощность на АЭС снижалась. Так, 24 июля она составила лишь 38 241 МВт, тогда как 24 июня и 24 мая — 43 897 и 44 170 МВт соответственно. Также обращает на себя внимание изменение перетоков электроэнергии между Францией и другими европейскими странами. На пике жары, 24 и 25 июля, Франция стала нетто-импортером (см. график). Эти данные свидетельствуют о том, что собственных мощностей при отключении и снижении выработки на АЭС Франции не хватает, чтобы справиться с летним пиком потребления. Впрочем, для устойчивости энергосистемы такие пики угрозы не несут. Да и буквально за два дня импорт упал до нуля.

В EDF на вопрос «СР» об убытках ответить отказались, сообщив лишь, что с 2000 года сокращение производства на атомных станциях из-за высокой температуры или низкой скорости течения реки составляло в среднем 0,3 % годовой выработки.

Холодный душ

За последние 16 лет EDF не раз сталкивалась с необходимостью корректировать работу реакторов из-за жары. Впервые — в 2003 году, потом — в 2006, 2015 и 2018-м. Так, пишет интернет-издание Journal de l’énergie, в 2003 и 2006 годы EDF вынуждена была остановить несколько реакторов и импортировать электро­энергию. На первом блоке АЭС «Фессенхайм» в 2003-м даже установили разбрызгиватели, чтобы избежать нагрева корпуса реактора свыше 50 °C.

Чтобы поддержать работу атомных станций, правительство Франции 3 ноября 2007 года издало указ, позволяющий компетентному органу в сфере регулирования в исключительных случаях и при наличии общественной необходимости менять среди прочего требование не использовать воду температурой выше 28 °C. В 2015 году EDF попросила временно изменить эту норму. В этом году, отмечают СМИ, компания за таким разрешением не обращалась.

В 2014 году EDF распространила внутренний документ, где говорилось, что около половины принадлежащих ей реакторов спроектированы для работы при более низкой температуре, чем та, что была зафиксирована в 2002, 2003 и 2006 годы.

Технологии жароустойчивости

После жары 2003 года EDF приняла ряд мер. По информации журнала L’Express, были улучшены рабочие характеристики теплообменников и систем охлаждения, установлены кондиционеры, добавлены охлаждающие модули в системы вентиляции, установлены резервные системы охлаждения, работающие на дизельном топливе. «Мы считаем, что изменения, инициированные EDF, достаточны для урегулирования ситуации, если эпизоды жары повторятся», — сообщил L’Express Оливье Дюбуа, помощник директора экспертизы безопасности IRSN (Institute for Radiological Protection and Nuclear Safety — национальная экспертная организация по рискам в сфере атомной энергетики и радиологии).

Системы охлаждения воды, которые позволили бы использовать речную воду при жаре, по-видимому, установлены не были. Но, заверили нас в EDF, работа компании нацелена на улучшение безопасности и усиление линий защиты на объектах. Технологические улучшения — реакция на важные события и изменения в природе внешних рисков. «Чтобы противостоять внешним рискам, связанным с климатическими изменениями и периодами жаркой погоды, мы повышаем стойкость оборудования, — говорят в EDF. — Регулярно работаем над градирнями, чтобы гарантировать их производительность и обеспечить эффективное охлаждение до сброса воды».

«Энергоблоки, остановленные во Франции этим летом из-за жары, не новые, они построены в 1970-е годы. Уже близится дата вывода их из эксплуатации, поэтому менять что-либо в системе охлаждения, я думаю, не будут», — говорит Василий Аксенов.

Есть два решения, которые исключают зависимость работы блока от температурных аномалий. Первое — блок строится возле моря и использует для охлаждения морскую воду. Как пояснил Василий Аксенов, вода забирается не с поверхности, а с глубины. Сбрасывается тоже на глубину. Эта схема эффективна даже в жарких районах Индии, Китая и США. Если АЭС вдали от моря, для охлаждения используются замкнутые системы: мокрые или сухие градирни (правда, эффективность вторых гораздо ниже), технические водоемы или брызгальные бассейны.

Туман вокруг зноя

Основной причиной небывалой жары в Европе главный специалист Московского метеобюро Татьяна Позднякова называет изменение движения воздуха в тропосфере с широтного на преимущественно меридиональный. Жара в Европу пришла из ­Африки. Что вызывает это явление, пока неизвестно. Неизвестно и то, с какой частотой оно будет повторяться. «Ситуация довольно редка, и даже синоптическая статистика не может вывести закономерности возникновения этих ситуаций», — комментирует заведующий отделом мониторинга и вероятностного прогноза климата Института глобального климата и экологии ­Михаил Бардин. Более того, добавляет он, статистический анализ синоптических ситуаций находится в зачаточном состоянии. Лишь недавно появились компьютерные методы идентификации крупных атмосферных вихрей — циклонов и антициклонов, а также массивы данных, позволяющие вести статистику. Сложная синоптическая обстановка, в которой задействовано сразу несколько барических систем, практически не изучена. «Сейчас «статистика» — это память опытного синоптика, встречающегося с такими явлениями в повседневной работе. Однако статистика эта в значительной мере субъективна: разные синоптики могут видеть ситуацию по-разному. Да и память — штука коварная», — заключил ученый.

Логика существования и исчезновения меридиональной циркуляции также пока не вполне изучена. Эти процессы в Северном и Южном полушариях совершенно разные, до 1980-х годов мониторинг велся почти исключительно по Северному полушарию, и только потом появилась типизация для Южного. Как объединять данные, неясно. Часто и надолго ли будет появляться меридиональная циркуляция — прогнозировать сложно. Выводы, по мнению Михаила Бардина, надо делать с осторожностью. «Хотя есть некоторые указания на то, что субтропический пояс высокого давления в период глобального потепления смещается к северу, так что выходы жаркого воздуха из Африки на юг Европы вполне могут участиться», — все же признал он.

Охладить по-российски

На наших АЭС ситуация, подобная французской, принципиально невозможна. Во-первых, большинство российских станций расположены в регионах, где жара наступает нечасто. Во-вторых, система охлаждения замкнутая. Но и в ней температура воды — важный параметр. Известны случаи использования воды даже температурой 36 °C, но практика показала, что при этом вакуум в конденсаторе турбины ухудшается. Как следствие, растет давление и температура пара, а тепло отводится хуже, падает КПД установки, мощность турбины, а с ней и всего энергоблока. Температура охлаждающей воды также важна для смазки подшипников турбогенераторов и главных циркуляционных насосов: перегретое масло теряет вязкость. Водой охлаждается и водород, которым, в свою очередь, охлаждается ротор генератора. Если температура чрезмерно высокая, быстро старятся изоляционные материалы.

ИСКУССТВЕННЫЙ ВОДОЕМ-ОХЛАДИТЕЛЬ

Такой водоем есть, например, на Балаковской АЭС. Он отсечен двумя дамбами от Саратовского водохранилища. Для разделения потоков воды и увеличения пути прохождения от водосброса к водозабору построена струенаправляющая дамба длиной 6,6 км. Проходя вдоль нее, вода охлаждается. Из водоема вода по открытому каналу поступает к насосным станциям четырех энергоблоков.

БАШЕННАЯ ГРАДИРНЯ

Благодаря гиперболической форме в градирне образуется естественная тяга для поступления и направления потоков воздуха. Охлаждение происходит в результате теплообмена между водой и воздухом, который движется в направлении, противоположном падающей охлаждаемой воде.

БРЫЗГАЛЬНЫЙ БАССЕЙН

Используется, например, в системе охлаждения блока № 1 Ленинградской АЭС. Представляет собой открытый резервуар глубиной 1,2–1,8 м с системой напорных трубопроводов, распределяющих охлаждаемую воду между разбрызгивающими соплами. Охлаждение достигается за счет отдачи тепла при соприкосновении с воздухом. Степень охлаждения воды и влажность воздуха зависят от силы и направления ветра, эффективности разбрызгивающих устройств, условий размещения бассейна и его конструктивных особенностей. Иногда разбрызгивающие сопла устанавливаются над зеркалом водохранилищ-охладителей для дополнительного охлаждения воды в жаркий период. В этом случае распределительные трубопроводы при небольших глубинах водохранилищ укладываются на сваях, а при больших — на понтонах.

ВЕНТИЛЯТОРНАЯ ГРАДИРНЯ

Для того чтобы у самой южной российской АЭС, Ростовской, была возможность снизить температуру охлаждающей воды на пике жары, «Росэнергоатом» в декабре 2017 года решил соорудить на третьем энергоблоке 12 дополнительных вентиляторных испарительных градирен. Они охлаждают воду за счет принудительной подачи воздуха в оросительное пространство с помощью вентиляторов. Количество работающих секций вентиляторных градирен будут определять, исходя из температуры окружающей среды. Проект прошел общественные слушания и обсуждения. Предполагается, что градирни будут запущены в 2021 году.