Да будет СВЕТ-М: «Гидропресс» разрабатывает реактор четвертого поколения для АЭС малой мощности

Чем новая разработка отличается от российских и зарубежных аналогов, где она будет востребована и на какой стадии проект? Рассказывает заместитель начальника отделения конструкционной целостности, начальник отдела прочности реакторных установок на быстрых нейтронах «Гидропресса» Сергей Лякишев.

— Как давно идет работа над реактором СВЕТ-М?

— Это совершенно новый проект. В начале 2021 года генеральный директор «Гидропресса» Виктор Джангобегов поручил разработать установку естественной циркуляции. Мы это сделали.

— Каковы ее технические характеристики, в чем особенности?

— Мы сейчас разрабатываем варианты реакторных установок СВЕТ-М в широком диапазоне электрической мощности, от 1 до 50 МВт. Наиболее проработана конструкция на 10 МВт. Подобрали стандартную турбину от тепловой электростанции, чтобы не разрабатывать новую. Она позволяет выдавать либо 10 МВт электроэнергии, либо 8 МВт электроэнергии и тепло для населенного пункта. Высота реактора — около 5 м, то есть его можно доставить на площадку практически любым видом транспорта.

Теплоноситель представляет собой эвтектический сплав свинца с висмутом. Мы выбрали моноблочную конструкцию, когда в одном корпусе расположены и активная зона, и парогенераторы. По сути, в корпус поступает вода, а выходит перегретый пар. Главная особенность реактора — он работает на естественной циркуляции, нет насосов в первом контуре. Корпус не нагружен давлением и имеет полностью пассивное охлаждение активной зоны. Сплав свинец-висмут находится в корпусе реактора при атмосферном давлении, он химически не взаимодействует ни с атмосферным воздухом, ни с водой. СВЕТ-М относится к реакторам четвертого поколения безопасности.

— Почему выбрали именно естественную циркуляцию? Достаточно ли ее будет?

— Основная причина выбора в том, что при длительном топливном цикле на первое место выходят вопросы надежности движущихся элементов в расплавленном растворе свинца с висмутом, то есть в агрессивной среде. В условиях естественной циркуляции нет необходимости проводить серьезные длительные и дорогостоящие работы по обоснованию материалов.

«Гидропресс» уже разработал для перекачки теплоносителя магнитогидродинамический насос, который не имеет движущихся частей. Но подобные насосы еще не эксплуатировались в действующих реакторных установках, ресурс их недостаточно подтвержден, поэтому мы выбрали естественную циркуляцию. Так что все основное оборудование для СВЕТ-М есть.

— Сколько лет будет работать эта установка, какой у нее будет топливный цикл?

— Срок службы — 50 лет. Топливный цикл большой — от 15 до 20 лет на одной загрузке благодаря тому, что активная зона низконапряженная. СВЕТ-М работает в быстром спектре нейтронов и имеет достаточно высокий коэффициент воспроизводства топлива.

— На каком топливе будет работать реактор?

— Мы рассматриваем несколько вариантов: и оксидное (МОКС), и нитридное (СНУП). Были просчитаны различные варианты активной зоны, реактор может работать на любом. Один из главных плюсов — возможность использовать отвальный уран-238, уменьшая его запасы и замыкая ядерный топливный цикл. По сути, реактор может сам себя обеспечивать топливом, при этом нарабатывая плутоний-239 для изготовления топлива для тепловых реакторов.

— В чем преимущества СВЕТ-М по сравнению с зарубежными аналогами — аргентинским CAREM и реакторами американской NuScale?

— Их реакторы поколения 3+, у СВЕТ-М параметры пара выше в 1,5 раза — значит, выше КПД. Наш реактор будет выдавать перегретый пар температурой 450 °C. Кроме того, корпус реактора в пять раз тоньше корпуса западного реактора PWR — всего 40 мм, изготавливается из листовой нержавеющей стали, поковки большого размера не нужны. Высокий температурный напор в парогенераторе позволяет уменьшить его размер — при этом и стоимость уменьшится на 40%.

— Где в перспективе может быть установлен такой реактор?

— Мы рассматриваем Крайний Север — территории без централизованного энергоснабжения, которым необходимо и электричество, и тепло.

— СВЕТ-М может также производить водород. По какой технологии?

— В 1970-е годы была разработана технология прямоконтактной генерации пара, когда вода подается в горячий расплав свинца с висмутом. Планировалось изготавливать на ее основе компактные парогенераторы. В дальнейшем от идеи отказались, но при отработке технологии заметили, что побочным продуктом является производство водорода.

Когда вода контактирует с нагретым до высокой температуры свинцом-висмутом, она разлагается на кислород и водород. Чем выше температура, тем больше водорода выделяется. Такие эксперименты проводились в ФЭИ. Если потребуется, можно возобновить и развить эту технологию производства.

— На какой стадии проект?

— В декабре завершается разработка эскизного проекта — сокращенного, так как мы были ограничены по времени. В нем не рассматривались второстепенные системы и оборудование, например пассивный отвод тепла, аварийный сброс пароводяной смеси в сосуды. Сейчас завершаем работу по переходным режимам, связанным с обеспечением безопасности: когда при полном обесточивании в течение 72 часов температура оболочек твэлов не достигает предельных значений.

В 2023 году будем обращаться в «Росатом» за финансированием необходимых НИОКР. Ожидаем принятия инвестиционного решения. НИОКР рассчитываем провести с 2024 по 2026 год. Подготовлен трехлетний план, в рамках которого будет создан облик уже не реакторной установки, а атомной станции малой мощности.

СПРАВКА

Свинцово-висмутовые установки выходят в лидеры отечественного микрореакторостроения на фоне развития низкоуглеродной энергетики и роста популярности АЭС малой мощности. Помимо СВЕТ-М в отрасли разрабатываются проекты и других быстрых реакторов на свинцово-висмутовом теплоносителе — СВБР-100 и СВГТ-1.

Над СВБР-100 мощностью 100 МВт с 2009 года работает «АКМЭ-инжиниринг» — совместное предприятие «Росатома» и En+ Group. В 2014-м проект был заморожен, но в 2021-м его возобновили. Двухконтурная реакторная установка модульного типа может работать как в открытом, так и в замкнутом топливном цикле с полным воспроизводством собственного плутония.

СВГТ-1 — разработка ФЭИ. Мощность установки — 1 МВт. В этом проекте, как и в СВЕТ-М, отсутствуют насосы. Теплоотвод происходит за счет естественной циркуляции теплоносителя.