Ядерные реакторы на быстрых нейтронах
В структуре крупномасштабной атомной энергетики будущего доминирующая роль отводится реакторам на быстрых нейтронах с замкнутым топливным циклом. Они позволяют почти в 100 раз повысить эффективность использования естественного урана и тем самым снять ограничения на развитие атомной энергетики со стороны природных ресурсов ядерного топлива.
География размещения быстрых реакторов в мире
Работы АО "ОКБМ Африкантов" в области быстрых реакторов были начаты в 1960 г. проектированием первого опытно-промышленного энергетического реактора БН-350 в г. Шевченко (ныне г. Актау, Республика Казахстан). Энергопуск реактора состоялся в 1973 г., завершение эксплуатации - 1999 г.
Разработка реактора БН-350 велась на основе опыта создания и эксплуатации экспериментального реактора БР-5, сооружённого в 1959 г. на территории Физико-энергетического институте (ФЭИ, г. Обнинск Калужской обл.), и опыта разработки исследовательского реактора БОР-60, введённого в строй в НИИАР (г. Мелекесс, ныне г. Димитровград Ульяновской обл.). Разработки всех энергетических реакторов проводились под научным руководством ФЭИ.
Эксплуатация энергоблока БН-350 подтвердила надёжность и безопасность быстрых натриевых реакторов большой мощности. Длительная работа реактора позволила собрать обширную информацию по работоспособности активной зоны, оборудования и систем безопасности, что обеспечило надёжную базу для разработки последующих проектов быстрых натриевых реакторов.
Ключевой установкой, демонстрирующей достигнутые результаты и возможности дальнейшего усовершенствования реакторов на быстрых нейтронах, является энергоблок с реактором БН-600 электрической мощностью 600 МВт (энергоблок №3 Белоярской АЭС, г. Заречный Свердловской обл.).
В этом проекте было принято принципиальное решение по переходу от петлевой компоновки первого контура к интегральной, в которой всё оборудование первого контура размещается внутри корпуса реактора, что позволило повысить его безопасность и надёжность работы. Энергопуск энергоблока №3 состоялся в апреле 1980 г.
БН-600 единственный в мире быстрый реактор промышленного уровня мощности, который успешно эксплуатируется длительное время в коммерческом режиме.
Центральный зал БН-600 на Белоярской АЭС
В течение длительного периода эксплуатации коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) энергоблока поддерживается на стабильно высоком уровне – в диапазоне 75 – 80%. Внеплановые потери составляют менее 2,2%. Выход долгоживущих газоаэрозольных радионуклидов в окружающую среду отсутствует. Выход инертных радиоактивных газов в настоящее время пренебрежимо мал и составляет <1% от допустимого по санитарным нормам.
В процессе эксплуатации энергоблок №3 демонстрирует высокие эксплуатационные показатели и тем самым успешно решает поставленную задачу — обоснование надежности и безопасности быстрых реакторов с натриевым теплоносителем на промышленном уровне. БН-600 трижды признавался лучшим среди энергоблоков страны по показателям надежности и безопасности.
В апреле 2010 г. реактор полностью отработал проектный срок службы 30 лет. Конструкция РУ сохранила достаточную работоспособность, что позволило получить лицензию на продление срока эксплуатации на 10 лет с перспективой дальнейшего увеличения.
АО «ОКБМ Африкантов», являясь главным конструктором реактора БН-600, сопровождает его эксплуатацию на Белоярской АЭС, решая совместно с БАЭС и другими организациями вопросы обеспечения его надежной и безопасной работы на протяжении всего жизненного цикла.
Основываясь на опыте проектирования реактора БН-600, в 1983 г. предприятием был подготовлен проект усовершенствованного реактора БН-800 для энергоблока электрической мощностью 880 МВт. В 1984 г. были начаты работы по сооружению двух реакторов БН-800 на Белоярской и новой Южно-Уральской АЭС. Последующая задержка сооружения этих реакторов была использована для доработки проекта с целью улучшения технико-экономических показателей и дальнейшего повышения уровня безопасности. Так, практически в тех же габаритах корпуса реактора БН-600, тепловая мощность увеличена на 42% и, соответственно, электрическая мощность доведена до 880 МВт.
В проекте БН-800 принят ряд новых технических решений, обеспечивающих повышение уровня безопасности реакторной установки. Введённые усовершенствования позволили довести проект БН-800 по уровню безопасности до требований, предъявляемых к перспективным ядерным энергоблокам поколения 3+.
Значительно улучшены и экономические показатели энергоблока по сравнению с БН-600. Это достигнуто за счёт того, что мощность реактора увеличена в 1,4 раза без изменения диаметра корпуса, а также в связи с применением в проекте одной турбомашины вместо трёх в БН-600. Переход на одну турбоустановку, наряду со снижением удельной стоимости энергоблока, обеспечивает также повышение КИУМ, ориентировочно до 85%.
Работы по сооружению БН-800 были возобновлены в 2006 г., а в 2015 г. состоялся его энергопуск. АО «ОКБМ Африкантов», благодаря накопленному опыту и созданной производственной базе, обеспечивало организацию изготовления и поставки всего оборудования при сооружении энергоблока, выполняя функцию комплектного поставщика, при этом значительная часть оборудования была изготовлена на самом предприятии.
Этапы строительства БН-800
БН-800 призван обеспечить окончательную отработку элементов замкнутого ядерно-топливного цикла для перехода к новой технологической платформе. Это позволит:
вовлечь в полезный производственный цикл неиспользуемый сегодня изотоп U-238, составляющий основную часть природного урана, и таким образом многократно увеличить топливную базу атомной энергетики;
повторно использовать отработавшее ядерное топливо других АЭС с реакторами на тепловых нейтронах;
минимизировать радиоактивные отходы, «дожигая» из них долгоживущие изотопы.
В 2016 году энергоблок достиг проектной мощности и переведен на промышленную эксплуатацию. С этого момента БН-800 стал самым мощным в мире действующим энергетическим реактором на быстрых нейтронах.
Разработка и реализация проектов БН-350, БН-600 и БН-800 позволили создать эффективную проектно-конструкторскую и производственную инфраструктуру, которая явилась базой для дальнейшего развития технологии БН.