«Формула Лихачева»: Ростовская АЭС
Конец этого, 2017 года, удивителен тем, что на фоне всевозможных новостей из мира политики, экономики, спорта, культуры едва ли не каждый день стали поступать новости от Росатома.
В декабре Росатом отмечает 10 лет со дня своего основания, но новости от него поступают не только праздничные, но и трудовые. На стройплощадке АЭС «Руппур» в Бангладеш залили первый бетон, на площадке «Аккую» в Турции начали строить первые объекты в рамках ограниченного разрешения, на строительстве второго блока АЭС «Бушер» в Иране начаты практические работы. За 10 лет пройдено столько этапов большого пути, что назвать Росатом «молодой компанией» язык не поворачивается, и это действительно так — ведь корпорация стала наследницей и продолжательницей советского атомного проекта, сумев не только сохранить лучшие традиции, научную и инженерную школу, но и на наших глазах приумножая их.
В конце года сразу на двух АЭС в самой России начался, почти одновременно, этап физического пуска двух реакторов — ВВЭР-1000 на блоке №4 Ростовской АЭС и ВВЭР-1200 на блоке №1 Ленинградской АЭС-2.
Официальные сообщения самого Росатома звучат по-деловому коротко:
«6 декабря 2017 года в 19:53 специалисты эксплуатационных служб Ростовской АЭС успешно загрузили в реактор энергоблока №4 первые тепловыделяющие сборки (ТВС). На площадке Ленинградской АЭС начались пусковые операции на новейшем энергоблоке №1. 8 декабря 2017 г. в 10:33 (мск) специалисты эксплуатационных служб ЛАЭС успешно загрузили в активную зону реактора первую из 163-х тепловыделяющих сборок со свежим ядерным топливом (ТВС), начав тем самым так называемый физический пуск реактора».
Информационные агентства приводят слова главы Росатома Алексея Лихачева, сказанные им в связи с этим событием:
«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».
Это действительно именно так, вот только, уважаемые читатели, если положить руку на сердце — всё ли вы понимаете из этих сообщений? «Физический пуск», «пусковые операции», «первые сборки ТВС», ВВЭР-1000, ВВЭР-1200, «поколение III+», «технологические поколения в атомной энергетике»…
На наш взгляд, есть всего два варианта, причем первый из них был бы самым простым:
«В России запускают сразу два реактора АЭС, и это здорово! Один из них сделан по совсем новому проекту, второй по более раннему, но тот и другой сделаны по плану, никаких проблем нет, давайте просто радоваться».
Так это должно звучать в том случае, если извещающее об этом событии СМИ не желает вдаваться ни в какие подробности, а хочет порадовать своих читателей самим фактом — две АЭС за одну неделю Российская Федерация еще не поднимала, это отличный повод встречать Новый год в отличном настроении.
Но мы точно знаем, что есть и совсем другие читатели — те, которые хотят понять, что стоит за этими скупыми, но очень емкими словами. Попробуем справиться с этой задачей, заранее предупредив — торопиться никуда не будем, сказанное Алексеем Лихачевым емко настолько, что одной статьи для их полной «расшифровки» не будет достаточно. Время впереди новогоднее, у Росатома юбилей, реакторы весьма разные, Ростов от Санкт-Петербурга не близко — дорога дальняя. По порядку, шаг за шагом — думаем, что скучно не будет.
Физический пуск
Активная зона атомного реактора — то самое место, где и протекает реакция деления ядер урана-235. Изотоп урана-235 находится в таблетках, которые содержатся внутри топливных элементов, твэлах.
Раньше мы эту тонкую трубку подробно не рассматривали, а ведь именно в твэлах и содержится тот самый уран, атомное топливо, которое и «дает жизнь» всей атомной электростанции. Цифра 4 — таблетки диоксида урана, обогащенного по содержанию изотопа-235 до 5%. Это именно тут, внутри трубки из сплава Н-1 (цирконий и 1% ниобия), происходит управляемая цепная реакция деления, именно здесь в результате реакции выделяется тепло, которое уносит теплоноситель. Сплав Н-1 весьма технологичен, удачно сочетает ядерные и физические характеристики, устойчив к коррозии. Оболочка трубки имеет толщину менее 0,7 мм, она отделяет сердечник, то есть таблетки топлива от теплоносителя. Но таблетки топлива не занимают весь объем трубки — около 25% приходится на гелий, отделяющий уран от внутренней поверхности трубки. При обычной температуре давление гелия составляет 20−25 атмосфер, во время работы реактора оно вырастает до 100 атмосфер. Гелий хорошо проводит тепло, зазор между топливом и цирконием необходим, поскольку у урана и циркония совершенно разные коэффициенты теплового расширения. Гелий аккуратно переносит тепло к стенкам трубки, с внешней стороны температуру снимает вода первого контура. На рисунке цифры 1,2 и 6,7 — верхняя заглушка и сварной шов, нижняя заглушка с нижним швом, под цифрой 3 скрывается фиксатор топлива, пружина. Пружина нужна, поскольку во время работы реактора на проектной мощности длина сердечника увеличивается на 30 мм. Да, на чертеже не указаны длина твэла — 3'800 мм, внешний диаметр — 9,1 мм, внутренний — 7,72 мм.
312 твэлов собирают в ТВС — тепловыделяющую сборку. Чтобы вода могла свободно обтекать каждый твэл, в ТВС встроены дистанцирующие решетки, в которых и закрепляют твэлы. Жесткий каркас ТВС формирует его шестигранное сечение, в чем и заключается основное отличие ТВС советско-российского дизайна от ТВС западного дизайна с их квадратным сечением. Головка и хвостовик ТВС соединены с чехлом, являющийся несущим элементом конструкции и служат для фиксации в установочных гнездах активной зоны. Конечно, про конструкцию ТВС, про то, как их модернизировали для того, чтобы повысить главный экономический параметр АЭС — глубину выгорания уранового топлива, можно рассказать намного больше, но оставим это до следующего раза, сегодняшней информации вполне достаточно для того, чтобы понять, что же скрывается под термином «физический пуск».
Ядерная реакция не включается какой-то кнопкой или рубильником, потому, если у кого-то сложилось впечатление, что атомщики аккуратно закрепляют ТВС в активной зоне, а потом просто щелкают неким «выключателем», то спешим разочаровать — это вовсе не так. Для того, чтобы реакция деления могла стартовать, единственное, что нужно — критическая масса делящегося материала. Как только в определенном объеме собрана определенная масса урана, обогащенного по изотопу-235 — реакция деления начнется сама по себе, без всякого участия человека. При этом необходимо, чтобы реакция изначально, с первого мгновения была управляемой, контролируемой. Мало того — реакция деления должна идти не в каком-то «уголке» установки, а по всему объему активной зоны. Этих простых соображений достаточно, чтобы понять, что физический пуск — непростая процедура. Физический пуск — это достижение реактором критического состояния, он включает в себя загрузку активной зоны ТВС-ами и проведение физических экспериментов на малом, безопасном уровне мощности.
Надо аккуратно загрузить в реактор штатным количеством ТВС и стержнями системы управления и защиты (СУЗ), чтобы вывести реактор на минимальный контролируемый уровень (МКУ). На МКУ экспериментально проверяют ядерно-физические характеристики реактора, определяют эффективность действия аварийной защиты энергоблока и его биологической защиты. Этап совершенно необходимый, поскольку одна из основных задач атомной энергетики — обеспечение гарантированной безопасности. Проверки и перепроверки — традиция, отступать от которой не приходится ни при каких обстоятельствах. В процессе производства элементов активной зоны, твэлов, ТВС, поглотителей существуют технологические отклонения размеров от расчетных значений — допуски. Проверки оборудования на МКУ необходимы для того, чтобы точно определить, каким именно образом сочетаются эти допуски в данном конкретном комплекте оборудования.
Физический пуск идет в два этапа — холодный и горячий. Холодный пуск происходит при таком уровне мощности, который позволяет пренебречь нагревом теплоносителя. Расставляют по штатным местам стержни СУЗ, затем опускают один ТВС за другим, постепенно уменьшая подкритичность реактора. В это время по всему реактору размещают дополнительные счетчики нейтронов, которые обеспечивают максимальную тщательность измерений. При приближении к критической массе ТВС вводят в активную зону медленно, чтобы не допустить резкого увеличения реактивности (слишком большого количества вторичных и запаздывающих нейтронов). Когда до критической загрузки остается 1−2 ТВС, в реактор опускают еще один комплект стержней СУЗ. Если после загрузки последней ТВС цепная реакция не начинается, то реактор выводят на МКУ медленными, ступенчатыми подъемами регулирующей сборки. После этого начинается расчет необходимой концентрации борной кислоты в теплоносителе, перепроверяется эффективность СУЗ, надежность функционирования защит, блокировок и всей системы контроля и безопасности реакторной установки.
Вот, в самых общих чертах, «расшифровка» всего-то нескольких слов из формулы Алексея Лихачева:
«Мы пускаем сразу два новых атомных энергоблока».
Пока мы с вами читаем эти слова, персонал сразу двух АЭС с максимальной скрупулезностью, не обращая внимания на время суток, по миллиметрам манипулирует трехметровыми сборками, по миллиграммам отмеряют борную кислоту — более ответственный момент в «биографии» реактора представить сложно. Конечно, впереди еще и энергетический пуск, но к моменту его начала все характеристики реакторной установки уже известны, надежность функционирования всех перепроверена. Так что все верно — 6-го и 8-го декабря действительно наступил «волнующий момент для всех российских атомщиков». Для персонала Ленинградской АЭС-2 и Ростовской АЭС — по причинам, которые мы только что изложили, для всех остальных атомщиков — потому, что они прекрасно знают, какая ответственность, какая нагрузка легла на плечи их коллег.
Волгодонская АЭС
Продолжаем разгадывать «формулу Лихачева».
«Новый атомный энергоблок Ростовской АЭС запущен в соответствии с установленными сроками».
Ох, сколько всего за этими словами! Все ли из читателей, к примеру, помнят, когда началось строительство Ростовской АЭС и когда, собственно говоря, она стала именно «Ростовской»? До 2010 года ее частенько называли «Волгодонской» — ведь АЭС расположена всего в 13,5 км от этого города.
Проект Волгодонской АЭС из шести блоков ВВЭР-1000 начали создавать в 1977 году — 40 лет тому назад, строительство блока №1 началось 1 сентября 1981 года, второго — 1 мая 1983-го. Вот теперь еще раз перечитаем часть «формулы Лихачева»:
«По сути, сегодня на наших глазах происходит смена технологического поколения в атомной энергетике».
40 лет — огромный пласт жизни нашей страны, от эпохи позднего Брежнева через кутерьму перестройки, жутковатых 90-х к ядерному ренессансу наших дней. Блок №1 включен в энергосистему России в 2001-м году, блок №2 сдали в эксплуатацию в 2012 — нет в истории нашего атомного проекта такого длительного строительства и, мы уверены, что и не будет.
Самое занимательное, что такая продолжительность стройки — это не следствие безденежья 90-х, это реальное доказательство того, что искусственно раздуваемые антиядерные настроения могут остановить развитие целого региона. После Чернобыльской катастрофы этих настроений в стране хватало, но происходившее в Волгодонске было чем-то уникальным. Протесты, митинги, пикеты, сборы подписей — без остановок, с невероятной поддержкой во всех СМИ. Власти города, области, страны сдавались под напором общественного мнения, в результате стройка была официально заморожена в 1990 году, когда первый блок был готов на 90−95%. Хронически энергодефицитный регион добровольно и с песнями, причем в буквальном смысле этих слов, отказался от решения этой проблемы. Чтобы понять, кого именно это тогда коснулось, посмотрим, куда поступает электроэнергия трех действующих реакторов Ростовской АЭС. Ростовская область, Краснодарский край, Чечня, Дагестан, Северная Осетия, Ингушетия, Карачаево-Черкессия. Регион с миллионным населением оказался в заложниках «экологических активистов».
Руководство строящейся Волгодонской АЭС реагировало достаточно быстро — в 1993 году был организован Информационный центр, в 2007 ИЦ уже не только выпускал газеты, но даже организовал собственную телестудию. Активисты «Гринписа», поддерживаемые не только местными депутатами, и даже депутатами Госдумы, постепенно сдавали позиции, переходя от организации митингов к откровенно подрывным акциям — перекрывали автомобильные и железные дороги, кто-то куда-то приковывался металлическими цепями. Но это были уже последние всхлипы — медленно, но верно жители Волгодонска стали понимать, что сама технология ВВЭР отсекает возможность аварий, подобных Чернобыльской, что жить в темноте в XXI веке — не признак разумного поведения. В середине 90-х Нижегородский филиал «Атомэнергопроекта» разработал проект отчета о воздействии на окружающую среду (ОВОС), предоставил его в Минприроды, этот орган создал научно-экологическую комиссию, которая и перепроверила ОВОС. ИЦ Ростовской АЭС доводил до городского населения все этапы работы экологической комиссии, регулярно проводились общественные слушания — хорошая, большая работа, которую, как нам кажется, стоит проводить постоянно и в масштабе всей страны. Не будет такой просветительской работы — всегда будет оставаться риск, что опять возникнет «Гринпис», который под предлогом «борьбы за экологию» попытается остановить перспективные, развивающие Россию проекты. Работа атомщиков не быстро, но дала свои результаты — спустя 7 лет после событий 1990-го года сначала Волгодонский городской совет, а затем и областной направили в правительство России свои решения о том, что энергоблоки №1 и 2 нужно снимать с консервации и продолжать строительство.
21 июля 1998 года постановлением Правительства РФ №815 была утверждена «Федеральная Программа развития атомной энергетики России на 1998−2005 годы и на период до 2010». В ней, в числе прочего, предусматривалось:
«завершение начатого строительства 3-го энергоблока Калининской АЭС, 5-го энергоблока Курской АЭС, 1-го и 2-го энергоблоков Ростовской АЭС, продолжение строительства Южно-Уральской АЭС с реактором БН-800».
Постановление подписал премьер-министр России — Сергей Кириенко. Конечно, это не было чем-то большим, чем просто совпадением — Минатом достаточно долго вел серьезную работу по налаживанию сотрудничества с высшим руководством России, а Сергей Владиленович был лишь одним из «технических премьеров», последних лет правления Ельцина. Но, согласитесь — в наше время это совпадение выглядит знаковым.
Ростовская АЭС. Энергоблоки № 1 и 2
С момента принятия решения о продолжении строительства Ростовской АЭС события развивались достаточно быстро. В силу того, что первый блок был готов на 90%, уже в декабре 2001 он был введен в эксплуатацию, став первым реактором в России, построенным после Чернобыля. Вот так и запишем: блок №1 Ростовской АЭС — воплощенное в железе и бетоне свидетельство преодоления постчернобыльского синдрома и начало возрождения нашего атомного проекта.
Ростовская АЭС примечательна тем, что каждый ее реактор становился для России знаковым явлением, некой вехой сначала в восстановлении, а теперь уже и развитии нашего атомного проекта. Блок № 2 начали достраивать в 2002 году — для того, чтобы вести одновременно два блока на одной площадке, нужно было вырасти в организационном плане, затишье в атомном строительстве в 90-х не могло не сказаться. Эта перестройка касалась не только Ростовской АЭС — начиналась реорганизация всего Минатома. Чехарда разрыва межреспубликанских связей, приватизация того, что приватизировать было нельзя, что пришлось возвращать под контроль государства, пустота бюджета, добыча денег за счет ВОУ-НОУ, за счет контракта с Китаем по первой очереди АЭС «Тяньвань» — руководству Минатома было не просто сложно, а очень сложно.
В 2004 году Минатом был преобразован в Федеральное агентство по атомной энергетике, руководство которым продолжил глава Минатома Александр Румянцев, принявший министерство у Евгения Адамова. Профессиональный физик-ядерщик, доктор наук, действительный член АН, Александр Румянцев за три года своего руководства сумел выполнить важнейшую задачу — при нем были существенно усилены все подразделения, связанные с ядерным оборонительным комплексом.
Авторитет Румянцева, его переговоры с высшим руководством страны помогли решить и существенную организационную проблему Агентства Росатом. Первоначально Агентство находилось в подчинении одновременно и министерства обороны, и министерства промышленности, но усилиями Румянцева Росатом сумел выйти из такой вычурной конструкции. 20 мая 2004 года указом президента Агентство Росатом было переведено в прямое подчинение правительству, с момента создания государственной корпорации Росатом действует в соответствии с Законом РФ «О государственных корпорациях». 15 ноября 2005 года главой Агентства Росатом был назначен Сергей Кириенко, под руководством которого Агентство и было реорганизовано в государственную корпорацию.
Именно Ростовская АЭС, ее энергоблок №2 стали «пробой пера» для агентства и его нового руководителя. В 2006 году был принят план очередности строительства новых атомных реакторов на ближайшие 5 лет, первым номером в этом списке значился именно блок №2 Ростовской АЭС. Около года СМИ пестрели заголовками «Кириенко не удовлетворен ходом строительных работ на втором блоке Волгодонской АЭС», «На Ростовской АЭС принимают меры по ликвидации отставания от графика строительства энергоблока №2», затем тональность стала меняться.
«На Волгодонской АЭС отрабатывается модель, которая будет использована на других блоках», «Создана новая структура для ускорения строительства Ростова-2», «На строительстве второго блока Волгодонской АЭС решают проблему смены квалифицированных кадров». В 2008 и в 2009 все начало вставать на свои места: «Работы по строительству второго блока Волгодонской АЭС идут по плану», «Волгодонская АЭС: план октября выполнен на 106,7%», «На втором энергоблоке Ростовской АЭС сданы пусковые объекты», «Волгодонская АЭС: план января перевыполнен», «Волгодонская АЭС досрочно выполнила план марта», «План мая перевыполнен в два раза», «Волгодонская АЭС: инспекция Ростехнадзора подтвердила соответствие организации работ всем установленным требованиям».
Эволюция строительства в заголовках прессы — такая, какая есть, другой она и не могла быть. На объекте работало до семи тысяч человек, график строительства нужно было согласовывать с графиками работы машиностроительных предприятий, с проведением монтажных и пуско-наладочных работ, с проведением проверок и экспертиз. То, что сейчас стало для Росатома отлаженным механизмом, в те годы только отлаживалось, совершенствовалось, изменялось — именно так шла смена технологического поколения в нашей атомной энергетике. В декабре 2009 года, во время рабочей встречи с Владимиром Путиным Сергей Кириенко подвел черту под этим организационным периодом:
«Российские атомщики возвращаются к серийному строительству АЭС, причем уже не на бумаге или в рассказах, а по факту».
19 декабря 2009 начался физический пуск второго блока Ростовской АЭС, 26-го он был впервые выведен на МКУ, 18 марта 2010 года реактор дал ток в единую энергосистему России.
Ростовская АЭС. Блок № 3
Летом 2009 года Ростехнадзор выдал лицензию на размещение блоков №3 и 4 Ростовской АЭС, при этом предусматривалось, что строиться будут реакторы ВВЭР-1200. Тем не менее, Росатом принял решение о том, что на АЭС будут построены блоки проекта ВВЭР-1000/320, вызвав массу вопросов. Почему возникло такое осторожное решение, не было ли это ошибкой, зачем нужно было приостанавливать переход к поколению III+? Тех, кто придерживается именно такого мнения, просим обратить внимание на «блистательный» опыт компании Westinghouse, которая начала строительство своих АР-1000 одновременно на нескольких площадках. Проект был, как известно, уточнен 19 раз — и все эти изменения американским атомщикам приходилось внедрять на каждом строящемся блоке, всякий раз увеличивая смету, всякий раз срывая предусмотренные сроки. Чем это закончилось, известно — с марта этого года бывший гигант атомной индустрии находится в состоянии контролируемого банкротства. Осторожность Росатома по отношению к блокам 3 и 4 Ростовской АЭС помогла избежать атомному проекту проблем подобного рода.
В 2007 году был утвержден проект ВВЭР-1200 и начато строительство энергоблока №1 на Нововоронежской АЭС-2, в феврале 2009 — энергоблока №1 на Ленинградской АЭС-2, в обоих случаях запланировано и уже активно ведется строительство вторых блоков. На вопрос: «А зачем осторожный и аккуратный Росатом начал сооружать сразу четыре блока поколения III+?» ответ тоже есть, хотя, как нам кажется, он прозвучит несколько неожиданно. ВВЭР-1200 в Нововоронеже и ВВЭР-1200 в Сосновом Бору — это … разные реакторы, их проектировали разные компании, входящие в структуру инжинирингового дивизиона Росатома. Но рассказ об этом не входит в эту статью, в этот раз остановимся на Ростовской АЭС.
«Фукусима-1»
Активное строительство блока №3 Ростовской АЭС началось в 2009 году, блока №4 — в 2010 году. Полагаете, что дальше должна идти фраза с датами окончания строительства? Но ведь это Ростовская АЭС, тут каждый блок имеет собственную историю, каждый блок — веха в развитии атомного проекта России, откуда тут может появиться скороговорка «Начали строить, построили, запустили»! Строить начали, все шло в штатном режиме, но ровно до весны 2011 года, до катастрофы на АЭС «Фукусима-1». Да, в Японии работали не ВВЭР, а «кипящие реакторы» поколения II, но строительство реакторов было остановлено во всем мире — необходимо было перепроверить все системы безопасности на основании анализа причин происшедшего. Разумеется, это касалось и Ростовской АЭС. Собственно говоря, Росатом и не собирался дожидаться реакции МАГАТЭ — наши атомщики сами выступили с инициативой проведения проверок, чтобы учесть все замечания на всех строившихся в тот момент АЭС, чтобы составить план работы модернизации систем безопасности на действующих. Ростовскую АЭС дважды проверяли специалисты ВАО — всемирной ассоциации операторов АЭС.
Поэтому давайте сразу перейдем к тому, что было обнаружено коллегами-атомщиками непосредственно на Ростовской АЭС. Анализ геологических структур в регионе показал, что максимально возможное землетрясение в районе АЭС — до 5 баллов раз в сто лет и до 6 баллов — раз в тысячу лет, при этом конструкции станции рассчитаны на 7-балльное землетрясение. Угроза цунами не наблюдается, угроза наводнения исключена в силу того, что АЭС расположена значительно выше уровня Цимлянского водохранилища. Все пожелания ВАО по поводу необходимости размещения дополнительных источников автономного питания были учтены, после чего стройка продолжилась. Кроме дополнительных работ на Ростовской АЭС, концерн Росэнергоатом предпринял меры, распространившиеся на все АЭС России. Были созданы Кризисный центр Росэнергоатома, передвижные пункты управления и связи, систематическими стали комплексные противоаварийные учения. Большую работу провел Ростехнадзор, который после фукусимских событий пересмотрел многие федеральные нормы и правила, касающиеся деятельности АЭС, постоянным стало присутствие специалистов этого ведомства на каждой действующей в России АЭС.
Блок 4 свидетельствует об окончательном переходе атомной энергетики России к новому технологическому укладу. При его строительстве уже не было никаких неприятных последствий чернобыльской катастрофы, уже были заранее учтены все постфукусимские требования по безопасности, не возникло необходимости наращивать темпы работы, вся работа прошла в штатном режиме. Кроме того, этот блок стал последним в нашей стране ВВЭР-1000 — Россия и Росатом доросли до уровня развития, который позволяет перейти к новому этапу. Атомщики определились, какой из проектов ВВЭР-1200 оказался наиболее удачным, на экспертизе научно-технического совета Росатома находится проект реактора на быстрых нейтронах БН-1200. В Россию пришла новая атомная эра, стоящая на прочном фундаменте нашей научной и инженерной школы. Мы уверены, что Росатом справится с новой задачей — сделает серийным строительство АЭС новых технологических поколений.