На безлюдном «Шельфе»: в перспективе новым микрореактором смогут управлять роботы

Эскизный проект «Шельфа-М» будет готов к концу лета. Одновременно специалисты разрабатывают концепцию роботизации и системы удаленного управления станцией. С подробностями — ​главный конструктор реакторных установок атомных станций малой мощности Научно-исследовательского и конструкторского института энерготехники им. Доллежаля (НИКИЭТ) Денис Куликов.

— Каковы основные параметры «Шельфа-М»?

— Тепловая мощность — ​35 МВт, электрическая — ​10 МВт. Реакторная установка интегрального типа с водо-водяным реактором. Топливная кампания — ​восемь лет. Длина «Шельфа-­М» — ​11 м, диаметр — ​8 м, вес полностью подготовленного модуля вместе с реакторной установкой — ​370 т. Срок службы — ​60 лет. Модуль можно перевозить с площадки на площадку — ​например, на барже.

— Каким будет топливо?

— Топливом будет диоксид урана в матрице из силумина — ​сплава алюминия с кремнием. Активная зона выполнена по канальной схеме. Компоновка активной зоны и топливная композиция подобны тем, что применяют на атомных ледоколах.

Тепловыделяющий элемент для головной станции имеет поэлементную референтность. Поясню: материал оболочки — ​хорошо показавший себя хромникелевый сплав 42ХНМ, а геометрические характеристики крестообразного твэла — ​как у твэлов исследовательских реакторов СМ‑3 и ПИК. Главный конструктор и технолог базового варианта твэла — ​Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов им. Бочвара.

— Площадку для сооружения первой установки уже выбрали?

— Рабочие группы, сформированные «Росатомом» и администрациями целевых северных регионов России, определили возможные площадки. Мы прорабатываем предварительные проектные решения по атомной станции в целом в привязке к одной из площадок.

Эскизный проект реакторной установки должны закончить летом. Затем приступим к разработке материалов для технических проектов основных систем и оборудования энергоблока.

— Вы ведете работы для экспериментального обоснования технических решений. Расскажите об этих НИОКР.

— Интересное направление — ​анализ применимости в реакторной установке элементов оборудования, созданных аддитивными методами или выполненных из композитных материалов. Так, мы ищем возможность заменить конструкционный материал массивной внешней плотно-прочной защитной оболочки композитом. Это должно снизить вес поставочного модуля с реакторной установкой на несколько десятков тонн при сохранении механических и прочностных характеристик капсулы.

В рамках еще одного направления совместно с контрагентами мы разрабатываем концепцию роботизации реакторной установки. Доступ персонала в защитную оболочку с реакторной установкой в процессе эксплуатации невозможен, поэтому многие технологические операции должны выполнять роботы-манипуляторы. Запланировано изготовление макетов критических узлов робототехнических комплексов и начало их испытаний в рабочей среде.

Также наш институт выполняет НИОКР по твэлам нового типа для серийных блоков. Это биметаллический тепловыделяющий элемент разработки НПО «Луч». Структура активной зоны, тип тепловыделяющих сборок и даже геометрические характеристики твэла останутся прежними, а в качестве топливной композиции рассматриваются нити металлического урана, размещенные в ниобиевом сплаве. Из твэлов, изготовленных по аналогичной технологии, только циркониевых, набрана активная зона казахстанского исследовательского реактора ИВГ1.М.

И самое интересное, на мой взгляд, — ​удаленное операторско-диспетчерское управление. Мы не сможем реализовать эту систему в полном объеме на головной атомной станции, там оперативный персонал будет работать как обычно. Но после тестирования системы в дублирующем режиме на головном блоке и подтверждения ее надежности и безопасности надеемся на серийных сделать процедурное управление удаленным.

— Как регулировать мощность, если станция будет безлюдной, а управление — удаленным?

— Технических или технологических препятствий для реализации режима, когда АЭС автоматически корректирует выдаваемую мощность вслед за изменениями нагрузки в сети потребителя, на мой взгляд, нет. Но мы говорим только о процедурном удаленном управлении. То есть пока не предусмотрена возможность удаленно управлять каждым клапаном или задвижкой. Команды передаются в виде, например, задания на снижение мощности, а автоматика станции выполняет его в соответствии с регламентом.

— Уже в несколько проектов атомных станций малой мощности закладывается естественная циркуляция…

— «Шельф-М» способен работать в режиме естественной циркуляции теплоносителя первого контура примерно на 30 % максимального уровня мощности. Полностью обеспечить циркуляцию только за счет естественных процессов мы не можем, так как установка должна транспортироваться в сборе, а реактор — ​иметь разумные с этой точки зрения габаритные характеристики. Но часть систем безопасности организована с естественной циркуляцией: и аварийное охлаждение реактора, и расхолаживание не требуют систем подачи питания или насосов.

— Какова рыночная ниша микрореакторов вообще и «Шельфа-М» в частности?

— Вопрос лучше переадресовать коммерческому интегратору работ по малой мощности в «Росатоме» — ​компании «Русатом Оверсиз». Она анализирует рынки и транслирует нам пожелания потенциальных заказчиков в виде технических требований.

Судя по перечню площадок для атомных энергоисточников единичной мощностью до 10 МВт, потребность существует, и она довольно велика. Их роль в среднесрочной перспективе — ​замена исчерпавших ресурс мощностей, как атомных, так и на органическом топливе, создание локальных центров генерации для новых промышленных объектов в удаленных районах с децентрализованным энергоснабжением.

— Дата пуска станции с вашим реактором примерно определена?

— В следующем году мы завершаем разработку технического проекта реакторной установки и основного оборудования энергоблока. До 2026 года должны пройти ресурсные испытания основных узлов и элементов конструкции, а к 2027‑му планируется начать поставку оборудования на площадку. Работы там должны стартовать заранее — возможно, уже в следующем году. Физический пуск и ввод в промышленную эксплуатацию головной АСММ на базе «Шельфа-М» планируется на 2030 год. По результатам опытной эксплуатации головной станции мы рассчитываем приступить к созданию второго и последующих энергоблоков уже с 2032 года.