Кольская АЭС: Как внедряют инновации в консервативной атомной отрасли
Москва, 30 марта, 2018, 23:06 — ИА Регнум. Атомная энергетика — одна из высокотехнологичных отраслей, где Россия занимает ведущее место в мире. Отечественными предприятиями в отрасли накоплен огромный опыт и собственные технологии изготовления оборудования для АЭС, их высокое качество и эффективность доказана десятилетиями безаварийной работы на атомных станциях. Несмотря на то, что атомная энергетика имеет огромное значение для развития национальной экономики в целом, выступая локомотивом для развития других отраслей, сама по себе атомная отрасль остаётся очень консервативной — революционных нововведений здесь практически не бывает, технологические эксперименты несут большой риск, а потому предпочтение отдаётся в первую очередь надёжности и безопасности.
Тем не менее, технологические новации происходят и здесь, но связаны они, в первую очередь, с повышением безопасности объектов атомной энергетики, а также новыми методами утилизации или переработки радиоактивных отходов. Полностью оправдывая статус передовой ядерной державы, Россия не только не отстаёт от других мировых конкурентов, но и сама активно разрабатывает и внедряет новые технологии в отрасли. Кольская атомная электростанция стала тем «модельным» объектом, на котором в промышленном масштабе была испытана принципиально новая российская технология по переработке жидких радиоактивных отходов (ЖРО). Как рассказали корреспонденту ИА REGNUM на объекте, уникальный комплекс прошёл успешное испытание и теперь его аналоги будут внедряться на других атомных электростанциях России.
Очистка и утилизация отходов
Производство электроэнергии на Кольской АЭС составляет порядка 60% выработки электроэнергии по всей Мурманской области, она поставляется в энергосистемы «Колэнерго» Мурманской области и «Карелэнерго» Республики Карелия. В 2018 году станция отмечает юбилей — 45 лет с момента ввода в эксплуатацию первого энергоблока, который состоялся в 1973 году. На любой атомной станции образование отходов неизбежно, однако в силу своего возраста для Кольской атомной электростанции эта проблема особенно актуальна.
«Нам приходится решать на станции те задачи, которые сегодня насущны. Комплекс по переработке жидких радиоактивных отходов мы ввели в эксплуатацию в 2006 году — пока нигде такого комплекса в мире больше нет. С вводом в эксплуатацию нового комплекса у нас снята проблема переработки жидких радиоактивных отходов. У нас её нет. И наши последующие поколения не будут озабочены этим», — заявил директор Кольской АЭС Василий Омельчук.
Помимо отработанного топлива, в процессе производства электроэнергии на АЭС остаётся много и других побочных отходов. Делятся они на две основные группы — твёрдые радиоактивные отходы и жидкие. С твёрдыми отходами всё просто — их надо упаковать, уменьшать объём и затем захоронить. На Кольской АЭС, в частности, применяется сжигание радиоактивных твёрдых отходов, измельчение и прессование. С жидкими отходами всё гораздо сложнее — из-за их сложного химического состава.
До ввода нового комплекса основным методом обработки ЖРО был достаточно дешёвый способ смешивания отходов с цементным раствором. Готовый продукт прост и дёшев, но у него есть большой недостаток — в результате образуется слишком большой объём отходов. В связи с тем, что постепенно происходило накопление, которые необходимо было измельчать и захоранивать — при том за весьма внушительные деньги, — российские научные организации начали разрабатывать другие методы очистки жидких отходов от радиоактивных ионов цезия и кобальта.
Сконцентрировать радиоактивные отходы в минимальном объёме удалось в середине 90-х — тогда была разработана технология ионоселективной очистки, заключающаяся в последовательной очистке ЖРО от содержащихся в них радионуклидов.
Технология прошла лабораторные, стендовые испытания (в том числе и на Кольской АЭС), испытания на пилотной установке в Обнинске. Кольская АЭС активно включилась в работу по реализации новой технологии, и в 2006 году комплекс был введён в эксплуатацию: технология ионоселективной очистки впервые в отрасли была реализована в промышленном масштабе.
КП ЖРО работает уже более 11 лет. Опыт эксплуатации показал состоятельность и эффективность применяемой технологии. За это время было переработано несколько тысяч вёдер ЖРО. В результате на АЭС образовалось 40 кубометров кодиционированных ТРО, а всё остальное осталось в так называемом соляном плаве конечной переработки, который уже к радиоактивным отходам не относится — это совокупность всех очищенных от радиации солей и растворённых веществ, которые так или иначе находят применение или образуются на электростанции.
Поскольку отходы копились на электростанции более 40 лет, перерабатывать их здесь будут ещё целую четверть века.
«Мы вывели 2500 тонн солей из радиоактивных отходов, и теперь в результате запуска этого комплекса жизнь станции продлили на десятилетия. Мы достаточно рано озаботились проблемой. Ёмкости для отходов постепенно заполнялись, и рано или поздно наступил бы момент, когда копить дальше уже некуда. Когда мы ввели комплекс, проблема практически тут же была снята, и сегодня мы живём уже по-другому. У нас отходы, конечно, образуются, но мы перерабатываем гораздо больше, чем их образуется — и поэтому у нас реально идёт снижение отходов», — пояснил начальник цеха по обращению с радиоактивными отходами Кольской АЭС Слава Авезниязов.
Он рассказал, что плав на АЭС расфасовывают в стандартные 200-литровые бочки и хранят в специально выделенном хранилище. Это ценнейший продукт, который содержит в себе бораты, сульфаты, нитраты и прочие соли. В 2016 году здесь инициировали научно-исследовательскую работу, по итогам которой была разработана технология выделения из этого продукта борной кислоты.
«С момента получения первой тонны солевого плава мы считали, что такой продукт является потенциально пригодным для выделения химических компонентов, пригодных для повторного использования», — сообщил начальник ЦОРО Кольской АЭС Слава Авезниязов.
«Результаты научно-исследовательских работ позволили нам приступить к реализации проекта выделения борной кислоты товарного качества», — добавил он.
В России борная кислота — дефицитный продукт, который производится на одном (уже истощающемся) месторождении на Дальнем Востоке, а потому она в основном импортируется из других стран. Однако борная кислота находит важное применение на самой АЭС, позволяя регулировать интенсивность работы двухконтурного водо-водяного ядерного реактора, в связи с чем новая технология может заметно повлиять на себестоимость производства электроэнергии. Борная кислота также находит широкое применение на других предприятиях химической и металлургической промышленности, используется в регулировании кислотности растворов, в производстве некоторых стёкол, в том числе используемых опять же на АЭС.
«Борная кислота применяется на АЭС, в металлургии, химической промышленности. Поэтому мы не сомневаемся, что этот продукт найдет в будущем свое применение. Следует добавить, что реализация технологии позволит также возвратить в цикл переработки ЖРО растворы кислот и щелочей, что приведёт к отсутствию необходимости их закупки. Мы считаем, что реализация технологии выделения борной кислоты будет являться технологическим прорывом и позволит создать действительно завершенный цикл переработки ЖРО», — подчеркнул Авезниязов.
Теперь по пути Кольской АЭС пойдут и другие российские станции. Полтора года назад Смоленская АЭС реализовала практически аналогичный комплекс, их уже проектируют и на других атомных объектах. В разных реализациях будут различные нюансы в технологиях, однако в каждой из них за основу взято направление селективной очистки, которое получило своё первое воплощение именно на Кольском полуострове.
Реакторы
Десятилетия эксплуатации Кольской АЭС поставили вопрос о решении проблемы переработки ЖРО в промышленных масштабах. Однако накопление отходов, как ни странно, оказалось практически единственной крупной производственной проблемой для электростанции в длительной перспективе — сами энергоблоки Кольской АЭС 1970-х и 80-х годов практически ничем не уступают с точки зрения безопасности новейшим реакторам на той же Ленинградской АЭС.
Кольская АЭС состоит из четырёх энергоблоков: первой очереди (№1, №2) и второй (№3, №4) в зависимости от конструкции реакторных установок ВВЭР-440 (первого поколения водо-водяных реакторов) проекта В-230 и В-213 соответственно. Для всех четырёх энергоблоков комплекты корпусного оборудования первого контура изготавливали Ижорские заводы. Блоки были пущены в эксплуатацию, соответственно, в 1973, 1974, 1981 и 1984 годах.
Конечно, энергоблоки требуют периодического планово-предупредительного ремонта — один раз в год они последовательно останавливаются, после чего происходят плановые осмотры и ремонты оборудования. Под действием радиации и под большим давлением металл постепенно охрупчивается, а потому необходимо контролировать его состояние.
Текущее состояние металла корпуса оценивается различными способами, которые предполагают использование специальных образцов-свидетелей, аналогичных по химическому составу и физическим свойствам материалу самого реактора — они находятся в реакторе в течение всего времени его эксплуатации, а потом изымаются для изучения состояния.
Поскольку реакторное оборудование изготовлено на «Ижорских заводах», то и заменяемые части этого оборудования тоже поставляет это предприятие.
По словам главного инженера «Ижорских заводов» Антона Лебедева, изготовление ЗИП для АЭС — отнюдь не самая тривиальная задача, хотя и новейшие технологии изготовления позволяют произвести те же самые детали заметно быстрее.
«Изготавливать ЗИП нужно по тем же рабочим чертежам, по которым конструкции были изготовлены изначально. Но за годы, прошедшие с момента изготовления оборудования для Кольской АЭС, ужесточились требования надзорных органов. Время идёт, опыт накапливается, анализируется и становится основой для изменения требований нормативной документации. Эта документация совершенствуется, соответственно, все современные поставки должны соответствовать требованиям регулирующих органов», — пояснил Лебедев.
Первоначально срок эксплуатации действующих на Кольской АЭС реакторов был определен в 30 лет (в отличие от современных реакторов, у которых он в два раза больше). Если оборудование энергоблоков неизбежно постепенно изнашивается и заменяется, то некоторые крупные элементы, включая корпуса реакторов, не подвергаются замене, однако их хорошее состояние позволяет безопасно продлевать срок эксплуатации.
В течение всего срока эксплуатации энергоблоков сотрудники АЭС проверяют функциональность всего оборудования и производят необходимый ремонт и замену. При подготовке к продлению проводятся дополнительные обследования корпусов, проверяются все сварные соединения и прочие «узкие места» конструкции. Масштабная модернизация выполняется с целью повышения уровня безопасности при продлении срока эксплуатации — её последовательно проходят все четыре энергоблока станции. Уже был продлён до 45 лет срок эксплуатации первых двух энергоблоков, а теперь расчёты и исследования доказали возможность работы этого оборудования ещё 15 лет, 3-й и 4-й блоки тоже уже продлены на 25 лет.
2 марта 2018 года на Кольской АЭС приступили к ремонту и модернизации энергоблока №3.
«Сейчас в ремонте третий блок. Мы должны один раз в год остановить блок для проведения планово-предупредительного ремонта, всё посмотреть, проверить, замерить — такая система была в Советском Союзе принята, и у нас осталось хорошее наследие. Кроме того, как правило, ежегодно мы проводим перегрузку части ядерного топлива из реакторов, заменяя часть выгоревшего топлива свежим», — рассказывает директор Кольской АЭС Василий Омельчук.
Ремонт длится в течение 30 суток. 15 апреля третий энергоблок вновь запустят, а затем на Кольской АЭС возьмутся за капитальный ремонт и реконструкцию для продления срока эксплуатации до 60 лет блока №1. Он будет остановлен в середине апреля на 195 суток.
«Идёт работа по получению лицензии на эксплуатацию двух блоков — первого и второго до шестидесяти лет. Процедура заявлений и получения лицензий довольно длительная, как минимум это всё занимает где-то полтора года. Мы будем выполнять очень большой комплекс строительно-монтажных, пуско-наладочных, электротехнических, тепломеханических работ — колоссальный объём. И параллельно мы готовим заявления и документацию для лицензирования. В этом году у нас главная задача — проведение работы и получение лицензии на эксплуатацию блока №1», — заявил директор АЭС.
Производство энергоблоков
Все компоненты корпусного оборудования первого контура для четырех энергоблоков — включая сам реактор ВВЭР-440, парогенераторы, главный циркуляционный насос, трубопровод, гидроемкости, компенсатор давления и прочее оборудование, — поступили на Кольскую АЭС от «Ижорских заводов», которые в то время были, по сути, единственным изготовителем подобного оборудования в России.
«С самого начала, с задумки строительства и создания Кольской АЭС, «Ижорские заводы» были головным предприятием по изготовлению корпусного оборудования для атомной электростанции. Тогда были два предприятия, которые нам поставляли всё, что касается оборудования —это «Ижорские заводы» и Кировский завод. Оба из Санкт-Петербурга. С тех времён у нас сложилось полное взаимопонимание и очень конструктивные производственные отношения. Тогда мы всем нашим атомным сообществом создавали все атомные станции СССР и ближнего зарубежья», — рассказал директор Кольской АЭС.
Как и в советские времена, сегодня «Ижорские заводы»остаются одним из лидеров в производстве оборудования для атомной индустрии, отметил главный инженер «Ижорских заводов» Антон Лебедев.
«На сегодняшний день подавляющее большинство действующих атомных станций России с энергоблоками типа ВВЭР работают на оборудовании, изготовленном на Ижорских заводах. Огромный опыт производства этого оборудования позволяет нам успешно работать с нашим заказчиком — ГК «Росатом», — отметил Антон Лебедев.
Изготовление компонентов для АЭС — это всегда контракт государственного масштаба. Поскольку атомная промышленность — отрасль специфическая, в которой первостепенное значение отдаётся высокой безопасности и надёжности, то для заказчика ключевыми требованиями остаются качество оборудования и контрактные сроки его изготовления. «Ижорские заводы» уже более полувека неизменно соблюдают эти требования.
Предприятие стабильно работает и сегодня, в не самое благоприятные с точки зрения экономики и конъюнктуры время. Заказы оборудования для атомной энергетики составляют сейчас более 50% всего портфеля заказов предприятия. В последние годы это оборудование для отечественных АЭС: Ленинградской, Балтийской, Ростовской, для зарубежных: Куданкулам (Индия), Тяньвань (Китай), Руппур (Бангладеш), Аккую (Турция), и многих других станций. И впереди — работа над новыми перспективными атомными проектами.
Перспективы на будущее
В 2018 году Кольская АЭС планирует выработать электроэнергии на уровне прошлого года — это зависит от многих факторов, однако возможности электростанции определённо намного превышают реальные потребности региона. Станция сегодня может вырабатывать 14 млрд кВтч электроэнергии, однако промышленность Мурманской области и Карелии не в состоянии потребить весь этот объём, в то время как экспорт в другие районы пока что затруднён. В результате один из главных интересов Кольской АЭС заключается в привлечении в Мурманскую область и северную Карелию инвесторов, которые бы построили предприятия, которые потребили бы пока что свободную энергию.
«Мы вырабатываем в районе 10−10,5 млрд кВтч в год. В целом по Мурманской области есть ежегодный прирост и генерации, и потребления. Сейчас в Мурманской области реализуется уже несколько инвестиционных проектов, которые приведут к тому, что понадобится больше энергии», — отметил директор Кольской АЭС Василий Омельчук.
Заметную роль в жизни электростанции сыграло и сотрудничество со иностранными коллегами — в Финляндии и Норвегии традиционно беспокоятся за безопасность Ленинградской и Кольской АЭС как о станциях, которые находятся в непосредственной близости от этих государств.
«Международное сотрудничество началось в 90-е годы, благодаря технической помощи скандинавских стран на Кольской АЭС реализован ряд проектов по повышению безопасности. Цель сотрудничества — обмен опытом и информацией о состоянии безопасности, получение новейшего оборудования. Нам понравилось сотрудничать, и наши зарубежные коллеги убедились, что мы никакой опасности не представляем. Это сотрудничество нас во многом продвинуло в то состояние, в котором мы сейчас находимся. Наши работники и сейчас посещают другие атомные объекты, в том числе по всему миру. И я скажу, что я не вижу на нашей станции отклонений в худшую сторону, сравнивая Кольскую АЭС с другими объектами атомной энергетики. А по ряду параметров мы даже лучше», — заключил директор.