Атомная энергетика – одна из сфер, в которых у России есть шанс быть «впереди планеты всей». Строящаяся ПАТЭС «Академик Ломоносов» – первая в мире плавучая атомная теплоэлектростанция – вошла в составленный авторитетным французским еженедельником L'Usine Nouvelle список 30 важнейших инноваций 2010 года.
В этом рейтинге «Академик Ломоносов» соседствует с революционным планшетником iPad, американской гиперзвуковой крылатой ракетой X-51A Waverider, плавучей ветроэлектростанцией, которую строят в Норвегии, бактериальной клеткой, полностью синтезированной по компьютерной программе, а также с новейшими литиевыми батареями, позволившими автомобилю проехать 600 километров без подзарядки.
Бурные дискуссии на тему, не стоит ли человечеству вообще отказаться от атомной энергетики, – эмоциональная реакция на трагедию «Фукусимы», и не более того, считают ядерщики. У нас нет, и в ближайшее время не появится другого столь же мощного источника энергии. Пока «зеленые» митингуют, Международное агентство по атомной энергии уточняет планы дальнейшего строительства АЭС: к работающим сегодня в мире 430 энергоблокам через 10 лет добавится 120 новых. Доля ядерной генерации в мировом энергобалансе повысится на 30 процентов. Особое внимание в ближайшие годы будет уделяться созданию небольших мобильных АЭС.
Основа современной атомной энергетики – большие реакторы мощностью 1000–1500 мегаватт. Но для энергоснабжения автономных потребителей – небольших городов и предприятий, находящихся вдали от коммуникаций в районах с высокой стоимостью органического топлива, лучше всего подходят АСММ – атомные станции малой (50–100 мегаватт) мощности. Их сравнительно компактные энергоблоки не требуют многолетнего строительного цикла, могут доставляться к месту службы водным, железнодорожным и даже авиатранспортом, а период их автономной работы составляет многие годы.
Сегодня уже есть три образца АСММ: американский реактор HPM компании Hyperion Power Generation мощностью 25 мегаватт, 10-мегаваттный S4 японской Toshiba Corporation и наш «Академик Ломоносов», который претендует на звание самого удачного проекта.
Своей победой наши ядерщики обязаны огромному опыту, накопленному в стране.
Отечественные исследования в области атомной энергетики начались за год до успешного испытания советской ядерной бомбы, в 1948 году. Запущенная через шесть лет в Обнинске первая в мире АЭС по сегодняшним меркам была именно «малой»: ее электрическая мощность составляла всего 5 мегаватт (это 5 тысяч электрических чайников). Станция занимала большое капитальное здание и работала на водо-графитовом реакторе АМ-1. Изначально аббревиатура читалась как «атом морской», поскольку АМ-1 проектировался для судовой энергоустановки. Однако его размеры оказались слишком велики для судна, и расшифровку пришлось заменить на «атом мирный».
Следующий шаг был сделан очень быстро. В 1955 году в США, а три года спустя и в СССР были разработаны и построены атомные подводные лодки (SSN-571 Nautilus и К-3 «Ленинский комсомол»). При мощностях 10–15 мегаватт их реакторы были достаточно компактными и легкими. Такие показатели были достигнуты за счет перехода к новому типу реактора, так называемому водо-водяному, или ВВР.
По мере развития науки и техники работы по созданию АСММ продолжались. Мобильная атомная энергетика началась с американской Army Nuclear Power Program (ANPP), стартовавшей в 1954 году. Программа была направлена на исследование возможности энерго- и теплоснабжения удаленных и труднодоступных объектов с помощью опытных образцов стационарных и мобильных реакторов разных типов. В рамках ANPP сооружены восемь малых станций, в частности, арктическая Camp Century в Гренландии, антарктическая McMurdo. Она использовалась для выработки электроэнергии, тепла и опреснения воды. Sturgis была смонтирована на грузовом судне времен Второй мировой войны, в течение 10 лет работала в акватории Панамского канала, обеспечивая энергией и питьевой водой прибрежную военную базу. Мощность этих станций, как правило, не превышала 2 мегаватт. К 1966 году Американская энергетическая комиссия пришла к выводу о «недостаточном соответствии возможностей» тогдашних компактных АЭС «нуждам армии, за исключением случаев, когда строительство ведется для решения конкретных военных задач при поддержке Министерства обороны». Из-за войны во Вьетнаме финансирование исследований сокращалось, и к 1974 году программа была полностью свернута.
Работы по созданию малой атомной энергетики шли и в СССР. Первым мобильным реактором стала разработанная в обнинском Физико-энергетическом институте установка ТЭС-3 – транспортабельная электростанция на четырех вездеходах на базе тяжелого танка Т-10 с увеличенной шириной гусениц. Два самоходных шасси несли водо-водяной реактор мощностью 1,5 мегаватта, на двух других располагались турбины, генератор и аппаратура управления. Эту станцию можно было перевозить и по железной дороге. Пуск ТЭС-3 состоялся в октябре 1961 года, эксплуатация продолжалась до 1965 года.
Тогда же в Димитровграде заработала опытная блочно-транспортабельная АЭС «АРБУС» (Арктическая Реакторная Блочная УСтановка) с реактором на незамерзающем органическом теплоносителе. Направление активно развивалось, в планах было строительство промышленной установки, но проблемы с органическим теплоносителем оказались настолько сложны, что проект пришлось закрыть.
12 сентября 1959 года с верфи ленинградского Адмиралтейского судостроительного завода отправился на ходовые испытания атомный ледокол «Ленин» – первое в мире надводное судно с ядерной силовой установкой. На «Ленине» было три реактора суммарной мощностью 32,4 мегаватта.
В середине 60-х годов появился первый проект малогабаритного реактора, не требующего обслуживания при работе. Размещенной во внешней яйцеобразной гондоле атомной установкой ВАУ-6 мощностью 600 киловатт предполагалось оборудовать многочисленные дизельные подводные лодки. Это значительно увеличивало длительность плавания в подводном положении, притом без серьезных изменений в конструкции корабля и с минимальной переподготовкой экипажа. В честь автора идеи, академика Николая Доллежаля, конструкция получила на флоте шуточное название «яйцо Доллежаля».
В 1970-х годах флот пополнился новыми атомными ледоколами. 1977 год знаменателен мировым рекордом: впервые в истории надводный корабль – атомоход «Арктика» – в свободном плавании достиг Северного полюса. Через год атомоход «Сибирь» совершил рейсы по проводке из Мурманска в Магадан транспортного судна высокоширотным вариантом Северного морского пути и по организации дрейфующей станции «Северный полюс – 24». К середине 1980-х годов в эксплуатации находились уже семь атомных ледоколов и один атомный лихтеровоз-контейнеровоз.
В начале 80-х успешно испытан «Памир» – первая АЭС на автомобильном шасси. В ее разработке участвовали Институт ядерной энергетики АН Белорусской ССР, Минский автозавод и несколько десятков предприятий по всему Союзу. Реакторный и турбогенераторный блоки размещались на шасси двух тягачей МАЗ-537, предназначенных для транспортировки межконтинентальных ракет. Пульт управления и помещения для персонала располагались еще на двух машинах. Перевозить АЭС на большие расстояния можно было железнодорожным, морским и авиационным транспортом. «Памир» задумывался в первую очередь для обеспечения энергией мощных мобильных радаров. Заправки ядерным топливом хватало на 5 лет. После этого комплекс должен был прибыть в Минск для планового обслуживания. В 1986 году, после Чернобыльской аварии, оба изготовленных к тому моменту «Памира» были уничтожены.
Идея транспортабельных крупноблочных АСММ получила дальнейшее развитие в виде комплексов ТЭС-7 и ТЭС-8. Была разработана серия проектов небольших реакторных установок для военных, геологов и других потенциальных потребителей. Достаточно далеко продвинулись работы по АСММ с реакторными установками типа АБВ (Атомный Блочный Водяной). В начале 70-х был разработан советско-венгерский проект передвижной теплоэлектроцентрали «Север-2» с двумя реакторами АБВ-1.5. Станция собиралась на месте из 200 заводских транспортно-монтажных блоков, каждый весом не более 20 тонн.
В 1980-х годах советское военное ведомство заказало проект плавучей АЭС «Волнолом-3» с двумя реакторами АБВ-6 для использования на полигоне Министерства обороны на Новой Земле. К 1994 году проект был завершен, однако его судьба оказалась не самой завидной. Балтийский завод в Санкт-Петербурге был готов принять заказ на изготовление, но заказчик прекратил финансирование, и строительство пришлось отложить. В итоге руководство Минатома, понимавшее перспективность плавучих АЭС, приняло решение сделать ставку на петлевой моноблочный реактор ледокольного типа КЛТ-40, уже использовавшийся в морской транспортной энергетике. Для таких реакторов существовали испытанные годами прототипы, имелась производственная база и кооперация предприятий. Переход от реактора-движителя к энергетическому реактору потребовал изменений в конструкции установки. В результате доработки КЛТ-40 был создан станционный вариант – КЛТ-40С и разработан проект плавучего энергоблока.
Программа КЛТ-40С успешно, хотя и не без сложностей, продвигается вперед. В 2006 году Росатом подписал контракт на строительство ПАТЭС с северодвинским «Севмашем», специализирующимся на постройке атомных подводных лодок для ВМФ. 15 апреля 2007 года на стапелях завода в цехе № 50 состоялась торжественная закладка первой в мире плавучей атомной теплоэлектростанции (ПАТЭС) «Академик Ломоносов». Пуск был намечен на 2010 год. Однако уже через год после начала работ возник конфликт. «Севмаш», который к тому времени стал открытым акционерным обществом, настаивал на увеличении стоимости строительства с 9 до 12 млрд рублей. Росатом с этим не согласился. В результате госкорпорация поставила перед правительством вопрос о передаче заказа Балтийскому заводу в Петербурге, что и было сделано в 2008 году. Тогда же было принято решение, что головная ПАТЭС будет построена не для Северодвинска, как планировалось ранее, а для нужд Камчатки. 30 июня 2010 года плавучий энергоблок (ПЭБ) «Академика Ломоносова» был торжественно спущен на воду. Присутствовавший на спуске глава Росатома Сергей Кириенко выразил уверенность, что во II квартале 2012 года «изделие» будут провожать на Камчатку.
Сергей Кириенко неоднократно подчеркивал, что России интересна плавучая атомная станция за ту сумму, что на нее выделена – 5,5 млрд рублей (если будет дороже – она не нужна). Однако пилотный блок ПАТЭС обойдется бюджету в 16,5 миллиарда: 14,1 – сам энергоблок, еще два с лишним – возведение береговых и гидротехнических сооружений. Следующие за пилотным «Ломоносовым» энергоблоки станут, конечно, дешевле. Но даже эта цена намного ниже стоимости традиционного «большого» реактора.
«Ломоносов» представляет собой гладкопалубное несамоходное судно – попросту говоря, баржу – с двумя реакторами КЛТ-40С, каютами для персонала, техническими помещениями. Идея оснастить станцию двигателями рассматривалась, однако от нее пришлось отказаться: все же проект предназначен для стационарного базирования, хотя и на воде.
Россия не планирует продавать саму станцию – только электроэнергию. Таким образом, снимаются вопросы, связанные с распространением ядерных технологий. ПАТЭС приводится под флагом России к берегам государства, подписавшего контракт, бросает якоря в удобном месте и устанавливает контакт с местными техническими службами на берегу. Станция может обеспечить энергией 200-тысячный город и позволяет сохранить до 200 тыс. тонн угля и 100 тыс. тонн мазута в год, а также исключить расходы на перевозку и хранение этого топлива.
Преимущество ПАТЭС в том, что стоимость произведенной энергии в 2–3 раза ниже, чем у наземной АЭС, поскольку, кроме строительства береговой подстанции и пирса, не нужно нести никаких затрат. Для утилизации ПАТЭС уходит на специализированный завод – реализуется идея «зеленой лужайки». При разработке системы безопасности учтена и террористическая угроза. Предотвращение доступа к делящимся материалам организовано не хуже, чем в голливудских блокбастерах. Предусмотрена защита от террористов-аквалангистов. Основательно продуманы средства внешней защиты – даже упавший на станцию самолет не сможет разрушить реакторную установку. Российские атомные технологии обеспечивают устойчивость станции к любому уровню нагрузок. Это подтверждено практикой: реакторы подводного крейсера «Курск» не только выдержали мощный взрыв, приведший к гибели корабля, но и автономно обеспечили вывод реактора из работы и его поддержание в безопасном состоянии. Даже продолжительное пребывание разрушенной подлодки под водой не привело к выбросу радиоактивности.
В сочетании с опреснительной установкой плавучая станция может вырабатывать от 40 до 240 тыс. кубометров питьевой воды в сутки. До сих пор главным препятствием для развития этого рынка была высокая энергоемкость процесса, из-за чего опресненная вода оказывалась слишком дорогой для применения в промышленности и сельском хозяйстве. Если российским плавучим АЭС удастся обеспечить дешевизну продукции, страна станет лидером рынка и сможет укрепить позиции в мире. Способность выдавать не только тепло и энергию, но и опреснять морскую воду может стать главной причиной зарубежного спроса на ПАТЭС: интерес к проекту уже проявили более 20 государств.
Таковы перспективы перемещения атомных реакторов с берега на воду. Наблюдается обратная миграция – с воды на сушу. Более того, корабельные установки могут «зарыться»: в городе Кушва Свердловской области планируется построить подземную атомную теплоэлектростанцию малой мощности. В качестве реакторов будут использованы энергетические установки, снятые с судов.
Во Франции, стране, где доля АЭС составляет 80 процентов национальной генерации, над конструкцией ПАЭС работают уже несколько лет. Каждый модуль подводной станции Flexblue мощностью от 50 до 250 мегаватт планируется заключить в 100-метровый корпус диаметром 12–15 метров и весом 12 тыс. тонн. Предполагаемая стоимость модуля сопоставима с ценой «Академика Ломоносова» – несколько сот миллионов евро.
Доставлять модули к месту службы будут специализированные суда под охраной военных кораблей. Достигнув дна в нескольких километрах от берега, модуль ложится на глубине 60–100 метров и подключается к береговым электросетям через подводный кабель. Управление реакторами происходит с берега. А благодаря наличию балластных цистерн энергоблоки, наподобие подводных лодок, смогут всплывать для обслуживания и перегрузки топлива.
В зависимости от мощности станции и нужд местной промышленности, Flexblue сможет обеспечить энергией прибрежный район с населением от 100 тыс. до 1 млн человек. Разработчик проекта компания DCNS особо отмечает, что концепция основана на сорокалетнем опыте по созданию атомных подводных лодок. Из этого можно заключить, что на Flexblue, как и на французских подлодках, будут стоять водо-водяные реакторы под давлением производства французской AREVA S.A.
В планах DCNS – продать 200 энергоблоков в течение 20 лет. Первый экземпляр хотят установить на дне Ла-Манша у берегов Франции. Хотя проект не готов даже на бумаге, британские «зеленые» уже вовсю агитируют против «рискованного ядерного проекта в Шербуре». Назвать потенциальных покупателей трудно. Но в том, что они найдутся, сомнений нет. Так, еще до начала работ по Flexblue, в июне 2007 года, Морская академия Эстонии представила госконцерну Eesti Energia проект строительства 1000-мегаваттной подводной АЭС на дне Финского залива.
В мире интерес к малой атомной энергетике меняется волнообразно: подъемы чередуются со спадами. Но в России ситуация особая. Если мы наконец начнем обустраивать колоссальные территории за Уралом, придется задуматься, как обеспечить их энергией. И без малой атомной энергетики нам точно будет не обойтись.Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.
