Дитя конверсии

СВБР-100 – реактор на быстрых нейтронах со свинцово-висмутовым теплоносителем электрической мощностью 100 МВт,  или, если вдаваться в терминологию, ядерный реактор, в котором для поддержания цепной реакции используются нейтроны с энергией более 100 тысяч электрон-вольт, а в качестве теплоносителя первого контура – сплав свинца и висмута. Именно такую опытно-промышленную установку Росатом и «ЕвроСибЭнерго» хотят получить к 2017-2018 годам. Впрочем, сама технология, которую она будет использовать, была разработана гораздо раньше, ещё в 50-е годы прошлого века, когда СССР и США искали замену дизельным двигателям в качестве силовой установки подводных лодок. 

В 1952 году в Советском Союзе было принято решение о создании реактора с жидкометаллическим теплоносителем – сплавом висмута и свинца – для размещения на АПЛ (атомных подводных лодках). Его разработкой руководил Физико-энергетический институт (ФЭИ) под началом академика АН УССР Александра Лейпунского. Кстати, его преемник, профессор Борис Громов, ставший в 1972 году заместителем директора ФЭИ, ещё будучи выпускником Московского энергетического института, в 1951 году оценил характеристики атомных подводных лодок с реактором с жидкометаллическим теплоносителем. А первая опытная подлодка с такой силовой установкой – К-27 проекта 645 ЖМТ – была спущена на воду в 1962 году. Опыт её создания использовали при строительстве поистине уникальных субмарин по проектам 705 и 705К «Лира». Эти подлодки с титановым корпусом и однореакторной силовой установкой стали своеобразными подводными «истребителями-перехватчиками»: их скорость (41 узел, или 76 километров в час, которые достигались за минуту), манёвренность, низкая шумность и обводы корпуса позволяли незаметно сближаться с АПЛ противника и уходить от торпедной атаки. В 80-е годы одна из таких подлодок поставила среднесуточный рекорд скорости, 22 часа провисев «на хвосте», или, как сказали бы военные моряки, находясь в кормовом секторе, субмарины потенциального противника. Однако во время перестройки и последовавшего за ней распада СССР стало не до подобных рекордов: большую часть подлодок исключили из состава ВМФ в 1990 году, а последнюю «Лиру» (или «Альфу» по классификации НАТО) списали семь лет спустя. 

Реактор не на бумаге

Но о свинцово-висмутовом реакторе, который стоял на ней, не забыли. В конце девяностых инициативные люди, в числе которых были главный научный сотрудник – советник генерального директора Государственного научного центра РФ – Физико-энергетического института имени А.И. Лейпунского (ГНЦ ФЭИ) профессор Георгий Тошинский, главный конструктор ОКБ «Гидропресс» Владимир Степанов и другие, решили применить его «на гражданке». «Так появилась концепция интегрального реактора большей мощности, чем тот, что стоял на АПЛ, – рассказал корреспонденту «Сибирского энергетика» заместитель генерального директора – директор по программам модернизации активов и специальным проектам ОАО «ЕвроСибЭнерго» Владимир Петроченко. – С этой концепцией учёные обращались к разным инвесторам, и где-то мы встретились, так что реактор не остался на бумаге, как многие другие аналогичные установки». Так родился проект СВБР-100, который государ-ственная корпорация «Росатом» реализует совместно с «ЕвроСибЭнерго» при непосредственном участии  ОАО ОКБ «Гидропресс», ОАО «Атом-энергопроект» и ФГУП ГНЦ-РФ ФЭИ. Для его реализации инвесторы в конце 2009 года создали совместное предприятие – ОАО «АКМЭ-инжиниринг».

В 2010 году оно приступило к НИОКР по проекту, которые должны завершиться в 2014-м. А в 2017-2018 годах планируют запустить первую опытно-промышленную реакторную установку четвёртого поколения. «Мы второй год работаем, и средства выделяются в соответствии с нуждами проекта», – отметил Петроченко. Затраты на создание опытно-промышленной установки он оценивает в 14-16 миллиардов рублей. Цена для первого в мире гражданского свинцово-висмутового реактора на быстрых нейтронах (действующие в России и в мире аналоги в качестве теплоносителя используют натрий) невелика. Особенно если учесть его преимущества перед традиционными водо-водяными реакторами. 

Первое из них – интегральная компоновка первого контура, иными словами, размещение активной зоны, модулей парогенераторов, циркуляционных насосов и другого оборудования в едином корпусе безо всяких трубопроводов и арматуры. Второе – установка будет работать на оксидном топливе, но с развитием технологий в будущем её можно будет легко перевести на замкнутый ядерный топливный цикл, при котором топливо, выгруженное из реактора, впоследствии перерабатывается для извлечения невыгоревшего урана и наработанного плутония и повторного изготовления топлива. «Сегодня практически все АЭС в мире работают в открытом топливном цикле, так что у них накапливаются отходы разной степени активности. Что с ними делать? Лучшие умы нашей планеты пытаются решить в том числе и эту проблему, предлагают различные варианты. Быстрые реакторы более приспособлены для сохранения естественного баланса радиоактивности в мире, – пояснил заместитель гендиректора «ЕвроСибЭнерго». – Это только одна сторона медали, вторая заключается в том, что существующие и строящиеся тепловые реакторы к концу века будут испытывать дефицит урана-235, дешёвые запасы которого будут исчерпаны. Наш реактор этих проблем иметь не будет, поскольку, работая в перспективном замкнутом топливном ядерном цикле, он будет производить некоторое количество искусственного ядерного горючего – плутония-239, который образуется в реакторе из изотопа урана-238. Запасов же урана-238 и тория на нашей планете хватит не на одну тысячу лет».

Есть ещё одно крайне важное свойство, которому после аварии на японской АЭС «Фукусима» стали уделять очень большое внимание, – безопасность реактора. И тут СВБР вновь выгодно отличается от своих собратьев, использующих воду в качестве теплоносителя. В отличие от них, в нём невозможны  выбросы радиоактивных веществ, требующие эвакуации населения. «Если погрузиться в технические детали, то в отличие от воды, которая даже под давлением кипит при 200–300 градусах и, испаряясь, обнажает активную зону реактора, температура кипения сплава свинца и висмута составляет 1670 градусов, – подчеркнул Петроченко. – Так что у нас такой ситуации, как на Три-Майл-Айленде, Чернобыле или «Фукусиме», не то что совсем не может быть (гипотетическую возможность исключать нельзя, например, метеорит упадёт), но её вероятность с точки зрения постулированных аварий нулевая». Кроме того, в свинцово-висмутовом реакторе на быстрых нейтронах нет циркониевых топливных стержней, при контакте которых с паром или водой при высоких температурах выделяется водород, что приводит к появлению «гремучей смеси» и высокой вероятности взрыва. Плюс к тому в свинцово-висмутовом реакторе рабочее давление близко к атмосферному, тогда как в водо-водяных реакторах оно достигает 170 атмосфер, а в кипящих (как на «Фукусиме») – 70 атмосфер. Соответ-ственно, нет и высокой запасённой энергии самого технологического процесса, которая в случае нештатных ситуаций требует выхода. «Упрощённо говоря, у нас невозможны химические или термические взрывы, сопровождаемые утечкой радиации», – отметил наш собеседник из «ЕвроСибЭнерго». И тут же рассказал об ещё одном плюсе СВБР-100 – длительном периоде невмешательства. То есть без контроля со стороны сотрудников станции в случае нештатной ситуации системы защиты позволят ему проработать несколько сотен часов благодаря наличию так называемых пассивных систем безопасности, тогда как другие установки – только несколько десятков часов. При этом АЭС на базе СВБР-100 будет устойчива к подземным толчкам силой до семи баллов и выше. «Мы показываем, что наша установка после такого землетрясения будет работать в штатном режиме, но мы считаем, что его не нужно ставить в сейсмоопасных районах, лучше делать это там, где за историю наблюдений не было сильных толчков. Конечно, конструкторы тепловых и других реакторов прекрасно понимают те риски, которыми необходимо управлять, и имеют инструменты и возможности для максимального исключения тяжёлых аварий с выходом радиоактивности. Но физика процессов такова, что проблему отвода остаточного тепла нужно решать всем, неважно, какого типа реактор, а здесь начинают появляться тяжёлые вопросы экономики», – подчеркнул Петроченко. 

По цене угольной ТЭЦ

После такого рассказа экономические преимущества АЭС на базе свинцово-висмутового реактора отходят на второй план, хотя их тоже можно смело назвать выдающимися. Цель, которую перед собой ставят Росатом и «ЕвроСибЭнерго», – сделать его стоимость сопоставимой с ценой угольных энергоисточников. «Мы, конечно, не конкурируем с «большой» атомной энергетикой и не питаем иллюзий на тему конкуренции с парогазовыми установками – этого пока трудно достичь. Наша ниша – региональная энергетика. Другой плюс проекта в том, что мы можем успокоить нашего клиента гарантированным заводским качеством», – заметил наш собеседник. Собирать готовый реактор предполагается на одном заводе при высокой степени стандартизации и автоматизации всех процессов, что не только позволит повысить контроль качества, но и значительно снизит себестоимость его производства. Вдобавок готовая установка будет настолько компактной, что её можно будет транспортировать по железной дороге, автомобильным и морским транспортом. И срок возведения энергоблока будет относительно невелик – 42 месяца.

Серийное производство реакторов для подобных быстровозводимых АЭС в «ЕвроСибЭнерго» планируют активно настраивать начиная с производства первого реактора в 2014 году с выходом на серию в 2018–2020 годах. Зарубежные компании, большинство из которых также занимаются исследованиями в области реакторов на быстрых нейтронах, полагают, что спрос на них возникнет не ранее четвёртого, а то и пятого десятилетия 21 века. При этом МАГАТЭ оценивает спрос на реакторы малой и средней мощности (до 400 МВт) до 2040 года в 500–1000 энергоблоков, а его ёмкость – в 300–600 млрд. долларов. Петроченко полагает, что они будут востребованы в тех странах и регионах, где нет развитой инфраструктуры и сетей, где существуют проблемы с пресной водой (СВБР-100 может использоваться не только для выработки тепла и электричества, но и для опреснения морской воды) и где не требуются блоки большой единичной мощности. «В бедных странах очень тяжело найти 4-5 миллиардов евро на 1 ГВт мощности, 100–300 МВт с точки зрения абсолютных значений необходимых инвестиций представляются более привлекательными, – подчеркнул он. – Но для них нужно искать какие-то механизмы через соответствующие международные организации под эгидой ООН». Здесь немаловажным окажется модульная компоновка АЭС: Тошинский сравнивает 100-мегаваттный модуль с кубиками, из которых можно создать какой угодно облик АЭС. «Предела нет: чем больше в блоке будет модулей и чем выше будет его мощность, тем меньше окажутся удельные капитальные затраты», – сказал учёный.

Реактор геополитического значения

Говоря о перспективах сбыта СВБР-100 за рубежом, специалисты не забывают и про то, что он окажется востребованным внутри России. «Две трети нашей большой страны – это регионы без централизованного энергоснабжения и с очень слабой инфраструктурой, – рассуждает Петроченко. – На этих двух третях, которые на карте России находятся выше диагонали от Мурманска до Владивостока, сосредоточены огромные природные богатства, но там очень мало людей. И в последние десятилетия наметился очень опасный вектор депопуляции из этих мест, а геополитика, как говорят многие учёные и историки, пустоты не любит». Для того чтобы сломить эту тенденцию, российские специалисты предлагают создавать так называемые опорные нуклеополисы. То есть небольшие АЭС, снабжающие электроэнергией промышленные предприятия, вокруг которых можно развивать любую инфраструктуру. Создать нечто подобное можно, например, вблизи медно-порфирового месторождения Песчанка в Чукотском автономном округе или месторождений на сейсмобезопасном севере Иркутской области и Бурятии, в Якутии, Красноярском или Забайкальском краях. Модульные АЭС можно строить и на труднодоступных территориях, тем самым избавившись от проблемы северного завоза. «Есть идеи вплоть до возможности замены угольных ТЭЦ на атомные ТЭЦ, основанные на свинцово-висмутовых реакторах, что позволит избавиться от выбросов огромного количества углекислого газа, NOx, SOx  и золы», – приводит ещё один сценарий Петроченко. Причём совсем уж фантастическим он не выглядит, ведь то же МАГАТЭ весьма высоко оценивает перспективы проекта СВБР-100.