Старший в атомной семье. «Новая безопасность» ВВЭР-1200 — самых мощных реакторов в России

АЭС не выбрасывают углекислый газ в атмосферу, что в сочетании с высокой мощностью, безопасностью и долговечностью делает их самым перспективным источником энергии. Рассказываем о флагмане отечественной энергетики — водо-водяном энергетическом реакторе ВВЭР-1200.

Современный ВВЭР-1200 обладает электрической мощностью в 1200 мегаватт (МВт) и тепловой мощностью в 3200 МВт. Около 70% действующих ядерных реакторов в мире относятся к типу ВВЭР (англ. PWR, pressurized water reactor).

Они обеспечивают свыше 50% всей атомной энергетики в России и на международной арене, где строятся российские АЭС, ВВЭР не имеют конкурентов в среднесрочной перспективе. Один блок с флагманским ВВЭР способен обеспечить электроэнергией небольшую страну.

При этом технологии делают атомную энергетику безопасной как для окружающей среды, так и для людей, живущих рядом с АЭС. Станции не представляют опасности для сельскохозяйственных угодий и водных ресурсов.

Мало того, присутствие АЭС в регионе, как бы это на первый взгляд противоречиво ни звучало, — точный маркер вменяемой, контролируемой экологической ситуации. Она всегда лучше по сравнению с другими регионами, так как за соблюдением экоповестки в этой локации 365×24×7 скрупулезно следят эксперты.

Общая установленная мощность атомных электростанций в мире достигает 397 ГВт. Если бы вся эта энергия производилась с использованием угля и газа, то ежегодно в атмосферу уходило бы примерно 2 млрд т CO₂-эквивалента.

Согласно оценкам экспертов по климатическим изменениям, бореальные леса, находящиеся в северном полушарии, поглощают около 1 млрд т CO₂ в год, а все леса планеты в сумме — 2,5 млрд т углекислоты. Это означает, что если рассматривать влияние на концентрацию углекислого газа в атмосфере, то атомная энергетика может сравниться с экологическим ресурсом всех лесных массивов нашей планеты.

Как работает ВВЭР

Система ВВЭР включает два контура. В первом располагаются реактор (использующий тепловые нейтроны), четыре основных циркуляционных петли и устройство для компенсации давления пара. Здесь вода циркулирует благодаря насосам.

Второй контур не содержит радиоактивных материалов и обеспечивает работу парогенератора, а также систем охлаждения и фильтрации.

Уникальность конструкции заключается в использовании воды и в качестве теплоносителя, и в качестве замедлителя.

Принцип работы реактора таков: при активации урановые ядра выбрасывают нейтроны, что запускает цепную реакцию деления ядер, сопровождающуюся выделением тепла. Тепло передается воде в первом контуре, которая затем через парогенератор передает часть своего тепла воде второго контура. Вода во втором контуре кипит, а полученный пар вращает турбину, генерируя электроэнергию. После этого пар конденсируется, превращаясь обратно в воду. За счет структуры из двух контуров вода во втором контуре остается нерадиоактивной.

СПРАВКА

Концепция реактора была выдвинута выдающимся советским физиком, дважды лауреатом Ленинской премии Савелием Фейнбергом в Курчатовском институте. Работа над проектом стартовала в 1954 году, а в 1955 году ОКБ «Гидропресс» приступило к его реализации. Первый советский ВВЭР (ВВЭР-210) был запущен в эксплуатацию в 1964 году на Нововоронежской атомной станции. В 1966 году АЭС Rheinsberg в ГДР стала первой зарубежной станцией, оснащенной реактором ВВЭР-70.

Безопасность ВВЭР

В проекте ВВЭР-1200 эффективно применены разные независимые системы безопасности — активные и пассивные. Стенки реакторного отделения предельно прочные: внутренний слой из 8 мм стали и 120 см бетона, внешний — 80 см бетона, способного выдержать масштабные природные катастрофы, мощный взрыв. Под реактором размещены емкости с борной кислотой, поглощающей нейтроны. 

Технические решения реактора ВВЭР-1200 включают такие элементы, как бассейн для хранения отработанного топлива внутри защитного контейнмента, системы фильтрации на выходе из вентилируемого пространства между оболочками, а также уникальная «ловушка расплава» с жертвенным материалом (предотвращает распространение расплавленного топлива на бетон, обеспечивает надежное охлаждение).

«Весомым дополнением явилось также установка так называемой ловушки расплава прямо под реактором. При отказе всех систем охлаждения реакторной установки, что в принципе маловероятно на ВВЭР, рост тепловыделений из-за остаточного энерговыделения приведет к медленному, но стабильному уничтожению активной зоны в виде образования так называемого кориума, то есть высокотемпературной расплавленной топливной массы со всеми конструкционными элементами. Фазовый переход диоксида урана из твердого состояния в жидкое начинается при температуре 2800 °С. Очевидно, по закону гравитации стремится эта масса будет только вниз, где и должна попасть в эту самую ловушку, выполненной из тугоплавкого материала с организацией внешнего охлаждения», — говорит Артем Байрамов, доктор технических наук, профессор кафедры «Тепловая и атомная энергетика» Саратовского государственного технического университета им. Гагарина.

Все эти решения, в том числе и пассивная система отведения тепла, не имеющая аналогов, позволяют классифицировать ВВЭР-1200 как установку поколения III+, причем первую в мире.

По удельным выбросам загрязняющих веществ за жизненный цикл (а, кроме CO₂, это и оксиды азота и серы, твердые частицы PM2.5 (ответственны за миллионы смертей в год, по данным ВОЗ) и канцерогенная органика типа бензола и формальдегидов) атомная энергетика сопоставима (а по ряду параметров и лучше) с ветровой и солнечной.

В плане образования химически опасных отходов и загрязнения водоемов (закисление, сброс соединений азота и фосфора) АЭС гораздо чище ветровой и солнечной энергетики, в меньшей степени влияют на экосистемы и биоразнообразие, чем солнечные и ветряные электростанции, так как требуют гораздо меньшего изменения земной поверхности. И речь не только о месте, занимаемом станциями сопоставимой мощности, но о всей цепочке добычи ресурсов и утилизации отходов.

«Атомная энергетика является экологически чистым производством, — говорит профессор Артем Байрамов. — Можно утверждать, что тоже самое относится и к вопросу транспортировки ядерных отходов, которые, по сути, представляют собой выгоревшее топливо. И если научились удерживать радиационный фон в норме вблизи действующих реакторов, то вблизи транспортируемых ядерных отходов это не представляет проблемы. В реакторах это достигается за счет специальной комплексной системы управления цепной ядерной реакцией: поглощающие стрежни системы управления и защиты или стержни СУЗ, специальный выгорающий поглотитель нейтронов, а также борная добавка в теплоноситель первого контура. Кроме этого, реактор обязательно имеет эффективную биологическую защиту, как внутри него самого, так и за его пределами. Таким образом, все это приводит к нормализации радиационного фона вблизи АЭС, не превышающий естественный природный фон. Тот же принцип и при транспортировке и утилизации ядерных отходов».

КСТАТИ

Для контроля экологической обстановки вокруг АЭС проводится постоянный мониторинг, включающий:

• гидрологические наблюдения;
• метеорологические;
• наблюдения за уровнем, температурой и химическим составом наземных и подземных вод;
• сейсмометрические;
• наблюдения за осадкой фундаментов и деформациями сооружений;
• наблюдения за современными движениями земной коры и гравитационным полем;
• радиационные наблюдения;
• мониторинг здоровья населения.

Преимущества ВВЭР-1200

Установки типа ВВЭР-1200 эксплуатируются более 1400 реакторо-лет, за весь этот период не зарегистрировано ни одной серьезной аварии.

Мощность реактора возросла на 20% по сравнению с моделью ВВЭР-1000, при этом габариты оборудования остались прежними. Время эксплуатации ВВЭР-1200 может достигать 60 лет с возможностью продления на 15 лет.

Реактор может работать с мощностью до 1200 МВт и способен функционировать в течение 18 месяцев без необходимости в замене топлива. В конструкции использованы высокопрочные стали и чистый цирконий.

Модель ВВЭР-1200 отличается высокой степенью безопасности благодаря внедрению новых пассивных систем безопасности. Энергоблоки данного поколения (III+) считаются одними из самых безопасных в мире.

Будущее экономики — АЭС

По оценкам Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), в мире должно строиться 40 ГВт установленной мощности ядерных технологий ежегодно, для того чтобы компенсировать последствия климатических изменений и восполнить прогрессирующий дефицит энергии.

Многие страны собираются увеличить атомный потенциал в ближайшие годы. Например, Китай планирует вводить в эксплуатацию по шесть-восемь энергоблоков каждый год до 2035 года. И ВВЭР — ключ развития АЭС в мире: реактор надежен, долговечен, его безопасность доказана временем.

Неистощимый ресурс

Делящийся материал (уран-235) не полностью сгорает в процессе реакций, и его можно повторно многократно использовать после переработки, чего нельзя сказать о золошлаковом остатке от органического топлива.

КСТАТИ

Угольная энергетика в России привела к образованию более 1,5 млрд т гидратированной золошлаковой смеси, занимающей 28 тыс. га, то есть 280 км2.

В атомной энергетике полное сгорание в одном цикле невозможно; топливо теряет лишь небольшую долю делящегося изотопа.

Килограмм урана производит 620 тыс. кВт∙ч энергии, а не 8 млн (полный ресурс изотопа). Поэтому «Росатом» стремится к максимальному рециклингу, позволяя отработанному топливу неоднократно проходить через реактор. Каждый цикл приводит к снижению массы топлива, так как часть его превращается в энергию.

В будущем возможен переход на замкнутый топливный цикл, который подразумевает отсутствие отходов.

«Возможно ли со временем отказаться от исчерпаемых источников энергии и настроить АЭС на полный рециклинг? Как минимум, это должно быть целью и начало уже положено в этом направлении. Я имею в виду, принятую стратегию развития атомной энергетики, согласно которой до 2050 года будут построены восемь новых АЭС с реакторами никогда ранее не строившиеся в России: ВВЭР-600, ВВЭР-1200, ВВЭР-ТОИ-1300, БН-800, БН-1200, БРЕСТ-ОД-300. Кроме того, стратегия предусматривает модернизацию действующих АЭС с целью продления рабочего ресурса основного оборудования. А одной из главных целей стратегии является экономия не возобновляемых природных ресурсов. И Россия единственная страна в мире, кто развивает технологию на быстрых нейтронах. Именно реакторы на быстрых нейтронах являются ключом к полному рециклингу. С учетом того, что БН-800 уже давно пущен в эксплуатацию можно утверждать о первоначальной отладке технологии в этом направлении. Полный рециклинг это вопрос времени», — отметил профессор Артем Байрамов.

Технологический суверенитет

Атомная энергетика способна обеспечить жизнеспособный уровень технологического суверенитета, отвечающий на вызовы бурного развития цивилизации, экономического кризиса, декарбонизации, климатической повестки.

Ядерная энергетика функционирует круглосуточно, невзирая на погодные условия, не подвержена резким колебаниям цен на сырье. Изменения в стоимости урана не оказывают  значительного влияния на цену электроэнергии.

Несмотря на признание атомной энергии экологически чистой, страх перед ней в западных странах остается. Италия полностью отказалась от ядерной энергетики, Бельгия, Германия и некоторые другие страны проводят политику по ее максимальному сокращению.

Протесты экологов против ядерных отходов в Германии имеют смысл: в этой стране отсутствуют реакторы, способные переработать отработанное топливо и обедненный гексафторид урана в новое топливо.

В России эти технологии активно развиваются. И материалы, которые рассматриваются за рубежом как «отходы», представляют собой ценнейшие ресурсы, способные обеспечить атомную отрасль на долгие десятилетия. В результате атомная энергия становится безопасным источником, обеспечивающим энергией на века, защищающим мир от экологической катастрофы, а ядерная энергетика при замкнутом цикле может рассматриваться как неистощимо возобновляемый ресурс.

#экология #экологические программы #экологическая политика #экологическая безопасность #экологические технологии