Формула атомного ренессанса: Ленинградская АЭС-2

Темп работы, который набрала государственная корпорация по атомной энергетике Росатом в этом году, позволяет с уверенностью говорить о том, что атомный ренессанс в России продолжается. Внутри страны одновременно строятся шесть атомных энергоблоков, готовится к пуску плавучая АЭС «Ломоносов», идут работы по созданию атомных двигателей ледоколов нового поколения.

Время в атомной энергетике то идет, то бежит — совсем недавно мы прочитали новость о том, что на первом реакторе ВВЭР-1200 Ленинградской АЭС-2 атомщики готовы начать физический пуск. 4 декабря комиссия федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор) в соответствии с требованиями всех норм и правил в области использования атомной энергетики проверила готовность технологических систем, оборудования и персонала к проведению этого этапа. 5 декабря по результатам этой проверки Ростехнадзор выдал лицензию на эксплуатацию ядерной установки энергоблока №1 Ленинградской АЭС-2.

В предыдущей статье мы уже касались темы физического пуска, теперь у нас есть возможность рассказать о том, что происходило сначала на площадке ЛАЭС-2, а теперь уже внутри здания реактора, значительно подробнее. Из хранилища свежего топлива, где ранее был проведен входной контроль топлива, началась перегрузка ТВС (тепловыделяющих сборок) в специальные транспортные чехлы, и уже в них ТВС перемещали в центральный зал здания реактора. Затем перегрузочная машина перегружала одну за другой ТВС в активную зону реактора. Все эти работы велись по графикам и картограммам, разработанным в программном средстве «ЯСТРЕБ», позволившим повысить уровень автоматизации и сократить время проведения работ. Операции прошли в штатном режиме, механизмы и системы отработали без замечаний, в соответствии с проектом. Загрузка всех 163 ТВС практически завершена. Остается только заметить, что все эти работы и проверка «ЯСТРЕБА» уже были проверены на имитаторах ТВС — для обеспечения безопасности на АЭС поколения III+ делается всё необходимое. Специалисты в таких ситуациях считают, что лучше позже, но надежней. Точные сроки выхода реактора на минимально контролируемый уровень пока не называются. Сейчас идет этап уточнения нейтронно-физических характеристик реакторной установки. После этого пойдет подготовка к толчку турбогенератора — последний этап перед выходом на энергетический пуск. Мы будем стараться внимательно следить за этапами физического пуска и знакомить с ними вас, уважаемые читатели.

А теперь мы снова возвращаемся к «формуле Лихачева», чтобы понять слова, сказанные им в том числе и о Ленинградской АЭС-2:

«Впервые в новейшей истории России в течение одной недели мы пускаем сразу два новых атомных энергоблока — на Ленинградской и Ростовской АЭС. И важно отметить, что делаем мы это в четком соответствии с утвержденными сроками и стоимостью. Блок №1 Ленинградской АЭС-2 поколения «III+» с реактором ВВЭР-1200 — это совсем другая история. Это инновационный проект, созданный на базе технологии, которая, с одной стороны, опирается на проверенные временем технические решения, а с другой — на все самые новые наработки в области эффективной эксплуатации и безопасности, и это, конечно, волнующий момент для всех российских атомщиков».

«Проверенные временем технические решения» — это, разумеется, реактор ВВЭР-1000. Напомним, что в настоящее время в России, на Украине, в Китае, в Индии, в Иране, в Болгарии действуют 28 реакторов этого проекта, наработавших тысячи реакторо-лет. Все эти годы специалисты внимательно наблюдали за «характером» реакторов, за тем, как ведет себя оборудование как самой реакторной установки, так и всех остальных составляющих каждой из АЭС. В силу того, что безопасность АЭС является основополагающей, главной характеристикой, каждая станция, даже если она строится по типовому проекту, всегда индивидуальна. Учитываются особенности грунта, климат, вероятности землетрясений, наводнений, ветровые и снежные нагрузки, многие другие параметры. Все данные копились, обрабатывались — постепенно складывалась база данных для дальнейшего совершенствования водно-водяных реакторов.

Экономика электростанций

Если говорить о генерирующих энергию мощностях не с точки зрения физики, а с точки зрения экономики, то очевидно, что эти мощности условно можно разделить на два «класса». Атомные и гидроэнергетические электростанции требуют очень серьезных капиталовложений, но по окончании строительства вырабатывают самую дешевую по себестоимости электроэнергию. При этом ГЭС с момента ввода в эксплуатацию не требуют никакого сырья, зависимость «атомной» электроэнергии от стоимости урановой руды составляет не более 10%. Газовые, угольные, мазутные электростанции требуют значительно меньше средств и времени для строительства, но себестоимость вырабатываемой ими электроэнергии на 70% зависит от стоимости используемых энергетических ресурсов. «Золотой середины» не существует, поскольку законы физики и химии незыблемы: или серьезные вложения и стабильно дешевая энергия, либо быстро и менее затратно, зато с налетом «романтики» в виде необходимости следить за биржевыми котировками нефти и газа.

В отличие от ГЭС, атомные электростанции меньше влияют на изменение ландшафта и климата — для АЭС не нужны гигантские водохранилища, не требуется изменения течения рек. В отличие от электростанций, работающих на углеводородных ресурсах, АЭС не вырабатывают никакого углекислого газа — как и гидроэлектростанции, атомная энергетика исключительно «зеленая». Но, несмотря на эти преимущества, в общем мировом объеме генерации электроэнергии на долю АЭС приходится чуть более 10%. И дело не только в стоимости и времени, требующемся на их строительство. В истории мировой атомной энергетики было три крупных катастрофы (в США на «Тримайл Айлэнд», на Чернобыльской АЭС в СССР и на АЭС «Фукусима-1» в Японии), которые не только показали, насколько может быть опасна эта технология при отступлении от правил безопасной эксплуатации, но и дали повод для искусственного раздувания антиядерной истерии во многих странах мира. Совершенно логичным стал вывод о том, что атомной энергетике нужна такая технология, которая будет максимально надежной, безопасной, при этом режим безаварийности должен как можно меньше зависеть от человеческого фактора.

Данные, накопленные за время эксплуатации водно-водяных реакторов, позволяли приступить к проектированию нового реактора, учитывающего весь имеющийся опыт. Одно из первых стратегических решений, принятое государственной корпорацией Росатом вскоре после того, как закончились организационные вопросы, было сформулировано как конкретное задание ОКБ «Гидропресс» о необходимости создания проекта реактора, отвечающего всем новым требованиям к системе безопасности, учитывающего все накопленные знания.

«Гидропресс» — «главный» по водно-водяным реакторам

«Гидропресс» — опытно-конструкторское бюро, созданное на заре отечественного атомного проекта. В 1946 году это было совершенно секретное КБ-10, имевшее и менее секретное название «Особое КБ по конструкциям гидропаропрессового оборудования при машиностроительном заводе имени Серго Орджоникидзе». На наш вкус, вот это полное название было замечательным способом борьбы со всеми шпионами сразу — к тому времени, когда гипотетический вражеский агент заканчивал читать название, он входил в состояние легкого ступора. Начав с разработки проекта парогенератора Обнинской АЭС, «Гидропресс» наращивал свои компетенции, став генеральным проектировщиком всех водно-водяных реакторов наших АЭС, при этом не оставляя, а развивая разработку проектов парогенераторов ВВЭР и теплообменников для реакторов на быстрых нейтронах. Сооруженные по проектам «Гидропресса» 23 энергоблока ВВЭР-440 и 20 ВВЭР-1000 работают на 18 АЭС как в России, так и за рубежом. Конструкторское бюро с такой колоссальной научной школой приняло задание Росатома с максимальной ответственностью — ведь в новом реакторе предстояло не только воплотить весь опыт по развитию системы безопасности, но и справиться с «экономикой проекта».

В атомной энергетике одним из ключевых показателей является стоимость одного установленного киловатта — сумма денег, приходящихся на 1 киловатт установленной мощности АЭС. Чем меньше эта сумма — тем легче получать заказы на строительство, чем выше — тем больше риск того, что потенциальный заказчик предпочтет строить тепловые электростанции. А любая дополнительная система безопасности ведет к дополнительным капитальным затратам. Безопасность в атомной энергетике превыше всего, но на пример проекта реактора EPR-1600 французской AREVA мы можем видеть, к каким последствиям может привести недостаточная внимательность к экономической части проекта.

Кроме параметра киловатт/капитальные затраты, экономику проекта можно улучшить за счет ряда других параметров. Если увеличить срок службы несменяемого оборудования, то АЭС за время своей работы выработает большее количество электроэнергии. Если поднять коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) и глубину выгорания топлива, то каждый день работы реактора будет давать большее количество электроэнергии. Глубина выгорания топлива — это количество энергии, которое можно получить в течение суток работы реактора с 1 кг уранового топлива. КИУМ — это отношение полезной мощности к мощности проектной, один из важнейших параметров электростанции любого типа. Наконец, если добиться того, чтобы увеличились временной промежуток между проведением планово-предупредительных ремонтов (ППР) и продолжительность топливной компании (время, в течение которого ядерное топливо находится в активной зоне реактора) — увеличится количество дней работы реактора в штатном режиме, что позволяет выработать большее количество электроэнергии на протяжении каждого года работы. Те же соображения относятся и к периоду времени между капитальными ремонтами реакторной установки — если проектировщики смогут создать оборудование, способное выдерживать тепловые и радиационные нагрузки как можно более длительный период, уменьшится время простоя АЭС.

На сухом языке технического задания все это выглядит компактнее, чем предыдущие два абзаца, но без «расшифровки» понять текст ТЗ было бы не очень просто. Основные целевые показатели для проекта ВВЭР-1200, полученные и реализованные «Гидропрессом», выглядят следующим образом:

Атомная энергетика имеет еще одну особенность — часть оборудования АЭС имеет весьма продолжительный период изготовления. Корпус реактора, крышка реактора, парогенератор, турбина, генератор — достаточно вспомнить их размеры, чтобы понять, что такое оборудование проектировать тоже нужно заранее, чтобы их производство шло синхронно с графиком строительства АЭС. Следовательно, одновременно с разработкой проекта самого ВВЭР-1200 «Гидропрессу» пришлось разрабатывать технический проект и для машиностроительного дивизиона Росатома. Но все эти трудности не были в новинку ОКБ, все проекты были выполнены в запланированные сроки. Сравнивать полученные показатели уместно с проектом ВВЭР-1000, логическим и технологическим продолжением развития которого является проект ВВЭР-1200. Электрическая мощность реактора увеличилась на 200 МВт, что в процентах означает прибавку в 19,8%; годовая выработка увеличилась с 7,5 до 9,1 млрд кВт*часов, или на 21,3%; срок службы с 30 лет для ВВЭР-1000 до 60 лет для ВВЭР-1200 — в два раза или на 100%. Что удивительно, «Гидропресс» сумел улучшить все эти показатели, лишь незначительно увеличив размеры корпуса реактора — на 10 см стал больше его диаметр, на 30 см подросла длина.

АЭС — это не только реактор

Но АЭС — это не только сама реакторная установка, у станции есть несколько «островов» — ядерный, турбинный, электрический, важными составляющими является система безопасности, автоматизированная система управления технологическими процессами, бассейн выдержки отработавшего ядерного топлива. Эти «острова» физически находятся в разных зданиях, архитектура и расположение которых на площадке АЭС тоже являются серьезными задачами для проектировщиков.

Любая АЭС требует разработки интегрированного проекта, который должен совмещать в единое целое все эти «острова», и традиционно во времена Министерства среднего машиностроения эти проекты выполнял Всесоюзный государственный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и изыскательский институт «Атомэнергопроект». У этого института была своя история, отражающая этапы становления отечественной школы атомной энергетики. Всесоюзный Государственный трест по проектированию и изысканиям тепловых электрических станций и электрических сетей «Теплоэлектропроект» был создан 20 октября 1918 года, в разгар Гражданской войны, его работы стали одной из основ плана ГОЭЛРО. Работы институту хватало во все времена, а в 50-х годах «Теплоэнергопроект» получил новое задание — проектирование турбинного отделения и электрической части первой в мире АЭС в Обнинске.

Московское отделение с этой работой справилось весьма уверенно, поэтому именно ему была поручено и проектирование Нововоронежской АЭС с реакторами ВВЭР — первой в мире промышленной атомной станции. В 1966 году было создано Специальное проектное бюро по проектированию АЭС, основу которого составлял отдел комплексного проектирования №1 московского отделения «Теплоэлектропроекта». К началу 70-х к его работе присоединились отделения института в Харькове, Горьком и Киеве, в 1982 институт реорганизовали в институт «Атомтеплоэлектропроект», в 1986 из его состава был выделен в отдельную структуру «Атомэнергопроект». В его состав были переданы Ленинградское, Горьковское, Харьковское и Киевское отделения, а также Ереванский научно-исследовательский отдел по сейсмологии и сейсмостойкому строительству. В таком виде институт и дожил до конца 1991 года.

В 1992 из состава «Атомэнергопроекта» вышли Харьковское, Киевское и Ереванское отделения, в 1993 решением Минатома из института были исключены и стали самостоятельными Санкт-Петербургское и Нижегородское отделения. В 2001 году московский «Атомэнергопроект» был преобразован в ФГУП (федеральное государственное унитарное предприятие), в 2007 получил статус инжиниринговой компании, с 2008 вошел в состав АО «Атомэнергопром». Санкт-Петербургское отделение «Атомэнергопроекта», которое с 1993 работало как ОАО «СПбАЭП», в 2008 году также вошло в состав «Атомэнергопрома», но при этом сохранило самостоятельность как научно-проектный институт.

Конкуренция внутри Росатома

Довольно запутанная история двух «Атомэнергопроектов» постсоветского времени — отражение 90-х годов, самой непростой поры для современной России. Конечно, руководство Росатома имело возможность «волевым решением» объединить оба института в единое целое, но предпочтение было отдано именно сохранению самостоятельности. Это позволило в 2007 году передать разработку проекта ВВЭР нового поколения сразу двум проектным организациям — для того, чтобы оценить результаты и либо выбрать лучший из них, либо объединить два проекта в единое целое, собрав в нем наиболее удачные технологические решения. Московский «Атомэнергопроект» стал генеральным проектировщиком и генеральным подрядчиком двух энергоблоков на базе ВВЭР-1200 Нововоронежской АЭС-2, петербургский «Атомэнергопроект» — генеральным конструктором и генеральным подрядчиком двух энергоблоков на базе ВВЭР-1200 Ленинградской АЭС-2. Московский проект получил название АЭС-2006 В-392М, петербургский — АЭС-2006 В-491. Два проектных института вели самую настоящую конкурентную борьбу, борясь за возможность добиться для своего проекта статуса серийного — того, который будет воплощаться в новых АЭС, которые Росатом строит в разных странах мира.

Если не уходить в описание всех технических нюансов, отличающих В-392М от В-491, то основное — несколько различный подход к системе безопасности. Основой для ее разработки стал не только проект реакторной установки «Гидропресса», но и постфукусимские требования МАГАТЭ, которые оба проектных института полностью учли при создании проектов. ОКБ, а вслед за ним и обоим «Атомэнергопроектам» пришлось внести изменения в свои проекты после анализа событий на АЭС «Фукусима-1», но стоит отметить, что изменения и дополнения не имели критического, принципиального характера. Наши проектировщики, ученые, инженеры, как убедилось в этом МАГАТЭ, сумели предусмотреть почти 100% тех проблем, с которыми оказалась не готова бороться технология «кипящих» реакторов. Тем не менее время на необходимые корректировки было потрачено, что стало одной из причин того, что превышены проектные сроки строительства энергетических блоков как на Нововоронежской, так и на Ленинградской АЭС-2.

Конечно, нам бы очень хотелось подробнее описать систему безопасности (СБ) АЭС проектов В-392М и В-491, но такое описание в рамки одной статьи поместить невозможно. СБ включает 28 составляющих подсистем, даже краткое их описание займет немало страниц. Большинство компонент СБ совпадает в обоих проектах — двойной контайнмент (внешняя оболочка корпуса реактора), способная выдерживать внешние взрывы и падения самолетов, ловушка расплава, предназначенная для гипотетической запроектной аварии, при которой в корпусе реактора может возникнуть температура, вызывающая расплав корпусов твэлов, ТВС и самого уранового топлива, система улавливания водорода, система пассивного отвода тепла и еще 17 компонент СБ совпадают.

Отличны только семь подсистем — в В-392М превалируют пассивные СБ, а в В-491 упор сделан на активные. Активные СБ — это те, для функционирования которых необходимо электрическое питание, пассивные — те, которые будут работать при полном блэкауте, обесточивании АЭС. А общее у них то, что не требуют участия персонала — активные СБ начнут действовать по командам автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП), которая способна в случаях проектных и запроектных аварий взять командование на себя. При этом оба решения по соотношению активных и пассивных барьеров безопасности гарантируют уровень надежности, соответствующий поколению III+, этот вердикт сделан не только Росатомом и Ростехнадзором, с этим согласны МАГАТЭ и надзорные органы тех государств, в которых планируется строительство наших ВВЭР-1200.

ВВЭР-1200 — выбор сделан

«Блок №1 Ленинградской АЭС-2 поколения «III+» с реактором ВВЭР-1200 — это совсем другая история» — так звучит часть «формулы Лихачева», относящаяся к проекту В-491, и мы уже подобрались к тому, чтобы раскрыть ее значение полностью. Пройдет совсем немного времени, и первый энергоблок ЛАЭС-2 будет принят в промышленную эксплуатацию, при этом блок станет референтным именно для этого проекта. Это чрезвычайно важно не только для санкт-петербургского «Атомэнергопроекта», но и для всей корпорации Росатом, да и — что уж тут скрывать — для России.

ВВЭР-1200 проекта В-491 уже строится в Белоруссии, именно по этому проекту будут сооружаться АЭС в Турции, в Бангладеш, в Египте, в Венгрии и в Финляндии. «Совсем другая история» — это слова о том, что в технологии АЭС поколения III+ выбор сделан: серийным станут станции проекта В-491. Конечно, как мы уже говорили, каждая АЭС будет строиться по индивидуальному проекту — к примеру, геологические условия в Бангладеш и в Финляндии резко отличаются друг от друга, проектировщикам, несмотря на унификацию проекта, предстоит большой объем работы. Но при этом унифицированы реакторные установки, конструкции всего оборудования и трубопроводов, парогенераторов и турбин. Машиностроительный дивизион Росатома получил возможность серийного производства, и мы прекрасно понимаем, что это обеспечит еще одно конкурентное преимущество за счет снижения себестоимости. И это действительно «совсем другая история».

На рынке реакторостроения конкурентам Росатома остановить проект В-491 будет непросто. Конечно, нельзя исключать того, что через пару лет французские EDF и AREVA смогут достроить референтный блок у себя дома или в Финляндии, но новостные агентства продолжают время от времени сообщать новости с характерными заголовками вроде «EDF пересмотрела в сторону увеличения стоимость двух блоков на АЭС Hinkley Point С». Проектируют свои АЭС поколения III+ Китай и Южная Корея, но и это — «совсем другая история», поскольку в обоих случаях борьба будет идти за референтные блоки в то время, когда Росатом обеспечил себе возможность перехода на серийное строительство.

Аналитический онлайн-журнал Геоэнергетика.ru, само собой, не претендует на истину в последней инстанции, но мы считаем, что остановить экспансию проекта В-491 сможет только проект ВВЭР-ТОИ, но это уж точно совсем другая история, поскольку на площадке Курской АЭС 25 декабря только-только приступили к армированию фундаментной плиты реакторного здания. Конечно, в планах нашего журнала есть и рассказ об этой «другой истории», вот только для этого нам потребуется значительно подробнее рассказать о проекте В-392М, и это, очевидно, тоже станет «другой историей».

И только теперь мы с вами, уважаемые читатели, смогли почти полностью раскрыть все тайны «формулы Лихачева» — как видите, на это потребовалось две статьи. Но от слова «почти» уйти пока не удается, мы не успели коснуться еще одного аспекта. Ленинградская АЭС-2 не просто так имеет номер — это станция замещения, реакторы ВВЭР-1200 приходят на замену работающим на Ленинградской АЭС уран-графитовым реакторам РБМК-1000. Технология РБМК уходит в прошлое — мировое атомное сообщество пришло к окончательному выводу, что она не способна обеспечить такой уровень безопасности, который достижим для водно-водяных реакторов. Однако это не значит, что наши атомщики «махнули рукой» на технологию уран-графитовых реакторов — их стараниями создана технология, позволившая значительно продлить срок их эксплуатации, и это еще одна «другая история». Вспомним мы и о решении Евратома и ЕС о закрытии Игналинской АЭС, на которой работали РБМК-1500 — остановка и работы по утилизации станции тоже «отдельная история», в которой не обошлось без Росатома.