Выбор основного оборудования электростанции Расчёт пароводяного подогревателя. Реакторы на быстрых нейтронах и их роль в становлении «большой» атомной энергетики


МАГАТЭ ведет учет запасов и добычи урана в мире. Эти данные по состоянию на 2005 г. и послужили основой для приведенной оценки. За последние 5 лет в мире добыто около 200 тыс. т. урана. Поэтому по состоянию на 2010 г. накопленная добыча его составит около 2,5 млн. т. В связи с отсутствием открытий новых крупных месторождений урана в мире в последние 30 лет, прирост его запасов, в основном, происходит за счет разведки и переоценки известных объектов.

В современном проекте реактора БН-800, в котором использованы основные инженерные решения БН-600, реализованы дополнительные конструктивные решения, обеспечивающие сохранение герметичности реактора и исключение недопустимого воздействия на окружающую среду, даже при постулированной маловероятной аварии с расплавлением активной зоны реактора.

Многолетняя эксплуатация быстрых реакторов подтвердила достаточность и эффективность предусмотренных мер обеспечения безопасности. За 25 лет эксплуатации реактора БН-600 не было аварий со сверхнормативными выбросами радиоактивности, переоблучением персонала и, тем более, местного населения. Быстрые реакторы продемонстрировали высокую устойчивость в работе, они легко управляются. Освоена технология натриевого теплоносителя, которая эффективно нейтрализует такой его недостаток, как пожароопасность. Утечки и горение натрия уверенно обнаруживаются, а их последствия надежно локализуются. В последние годы все более широкое применение в проектах быстрых реакторов находят системы и устройства пассивного принципа действия, способные перевести реактор в безопасное состояние без вмешательства персонала и подвода энергии извне.

Технико-экономические показатели быстрых реакторов. Особенности натриевой технологии, дополнительные меры безопасности, консервативный выбор проектных решений первых реакторов БН-350 и БН-600 стали причинами повышенной их стоимости по сравнению с реакторами, охлаждаемыми водой. Однако главной задачей создания первых быстрых реакторов было представительное подтверждение их работоспособности, безопасности и надежности. Эта задача и была решена созданием и успешной эксплуатацией указанных реакторов. При создании следующей реакторной установки БН-800 для энергоблока, рассматривавшегося в качестве серийного для массового использования в атомной энергетике, ее технико-экономическим характеристикам было уделено более пристальное внимание. В результате удалось существенно сблизиться по удельным капитальным затратам с основным типом реакторов, используемых в современной атомной энергетике России, – ВВЭР-1000.

Проблема достижения конкурентоспособности быстрых реакторов в современных условиях выходит на первый план. К настоящему времени можно считать установленным, что быстрые реакторы с натриевым теплоносителем имеют большой потенциал технико-экономического совершенствования. Определены основные направления улучшения их экономических характеристик при одновременном повышении уровня безопасности. К их числу относятся:

повышение единичной мощности реактора и основных компонентов энергоблока;

совершенствование конструкции основного оборудования;

переход на закритические параметры пара с целью увеличения термодинамического КПД цикла преобразования тепловой энергии;

оптимизация системы обращения со свежим и отработавшим топливом;

увеличение глубины выгорания ядерного топлива;

создание активной зоны с высоким внутренним коэффициентом воспроизводства (до КВ≈1);

увеличение срока службы до 60 и более лет.

Совершенствование отдельных видов оборудования, как показали конструкторские проработки, выполненные в ОКБМ, может оказать весьма существенное влияние на улучшение технико-экономических показателей и реакторной установки, и энергоблока в целом. Например, проработки по совершенствованию системы перегрузки реактора БН-1800 показали возможность значительного уменьшения металлоемкости этой системы. Замена модульных парогенераторов на корпусные оригинальной конструкции позволяет значительно уменьшить площадь, объем и материалоемкость парогенераторного отделения энергоблока.

Влияние мощности реактора и технологического совершенствования оборудования на металлоемкость и уровень капитальных затрат можно видеть из табл.2.

Таблица 2. Эволюция удельных экономических показателей реакторных установок типа БН

Параметр

БН-600 (эксплуати-руется)

БН-800 (строится)

БН-1800 (концептуальный проект)

Мощность реактора, МВт:

тепловая

электрическая

1470

600

2100

880

4000

1780

Удельные затраты металла по реакторной установке, отн.ед.

1

0,7

0,33

Удельные кап.вложения в сооружение одноблочной АЭС, отн.ед.

1

0,9

0,48

Реализация потенциала технико-экономического совершенствования быстрых реакторов, естественно, потребует определенных усилий со стороны научных и проектных организаций и промышленных предприятий. Так, для увеличения глубины выгорания ядерного топлива потребуется разработка и освоение производства более радиационно-стойких конструкционных материалов активной зоны реактора. Работы в этом направлении в настоящее время ведутся.

Избыток нейтронов в быстрых реакторах и их энергетический спектр, в котором делятся все трансурановые элементы (актиноиды), образующиеся в ядерном топливе, позволяют осуществить в них эффективное «сжигание» наиболее опасных и долгоживущих радионуклидов из отходов топливного цикла. Это имеет принципиальное значение для решения проблемы обращения с радиоактивными отходами атомной энергетики. Дело в том, что период полураспада актиноидов далеко выходит за рамки имеющихся научных данных, используемых для обоснования сроков стабильности геологических формаций, рассматриваемых в настоящее время в качестве мест окончательного захоронения радиоактивных отходов. Поэтому замкнутый топливный цикл с выжиганием актиноидов и трансмутацией долгоживущих продуктов деления в короткоживущие открывает возможность радикального решения проблемы захоронения радиоактивных отходов атомной энергетики. Кроме этого, переработка облученного ядерного топлива в таком цикле позволяет многократно уменьшить физический объем радиоактивных отходов, подлежащих захоронению.

Таким образом, формирование структуры атомной энергетики, включающей, наряду с «тепловыми», быстрые реакторы-бридеры, работающие в замкнутом топливном цикле, позволит создать безопасную энерготехнологию, в полной мере отвечающую требованиям устойчивого развития человеческого общества.

Существует образное выражение, что мы живем в эпоху трех «Э»: экономика, энергетика, экология. При этом экология как наука и образ мышления привлекает все более и более пристальное внимание человечества. Экологию рассматривают как науку и учебную дисциплину, которая призвана изучать взаимоотношения организмов и среды во всем их разнообразии. При этом под средой понимается не только мир неживой природы, а и воздействие одних организмов или их сообществ на другие организмы и сообщества. В настоящее время термин «экология» существенно трансформировался. Она стала больше ориентированной на человека в связи с его исключительно масштабным и специфическим влиянием на среду. Сказанное позволяет дополнить определение «экологии» и назвать задачи, которые она призвана решать в настоящее время. Современную экологию можно рассматривать как науку, занимающуюся изучением взаимоотношений организмов, в том числе и человека, со средой, определением масштабов и допустимых пределов воздействия человеческого общества на среду, возможностей уменьшения этих воздействий или их полной нейтрализации. В стратегическом плане - это наука о выживании человечества и выходе из экологического кризиса, который приобрел глобальные масштабы - в пределах всей планеты Земля. Становится все более ясным, что человек очень мало знает о среде, в которой он живет, особенно о механизмах, которые формируют и сохраняют среду. Раскрытие этих механизмов - одна из важнейших задач современной экологии.

За последние 20 лет человечество использовало больше природных энергетических ресурсов, чем за всю его историю и теперь ежегодно потребляет >15 млрд. т у т . Ядерная энергия "ворвалась" в современную историю для решения военных проблем. К счастью достаточно быстро - за 50 лет, прошедших со времени создания первых промышленных энергетических установок, она неуклонно увеличивала свою долю в балансе. Она почти вдвое превышает суммарную долю гидроэнергии, геотермальной, ветровой, энергии биомассы и других. С ее более широким использованием связаны новейшие инновационные энергетические проекты.
Теплотехника