 |
||
|
Быстрый газовый вариант Smith, для AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 15.12.2017
Статья подготовлена на основании доклада Яноша Гадо из Института энергетических исследований венгерской академии наук (MTA Energiatudomanyi Kutatokozpont) на конференции, посвящёной актуальным вопросам развития ядерной науки и техники, которая прошла в Будапеште в середине ноября 2017 года. Плюсы и минусы Прежде всего, докладчик отметил, что, помимо практического решения задачи замыкания ЯТЦ, реакторы на быстрых нейтронах с газовым охлаждением (Gas-cooled Fast Reactor, GFR) теоретически обладают целым рядом преимуществ. Среди них можно выделить возможность выработки высокопотенциального тепла для промышленного применения и малое значение пустотного коэффициента реактивности. Помимо этого, гелиевый теплоноситель химически инертен и пассивен с точки зрения коррозионного воздействия на конструкционные материалы реакторной установки. Гелий прозрачен, что существенно упрощает процесс проведения ревизии внутриреакторного оборудования и различных ремонтных работ. В то же время, основными родовыми травмами всех когда-либо разработанных в мире концепций GFR традиционно являются: технические сложности обращения с газом под давлением и относительно низкая эффективность теплосъёма, проблематичность организации естественной циркуляции вследствие летучести гелия. Под лидерством Франции По инициативе французского комиссариата по атомной и альтернативным видам энергии (CEA) в 2010 году в Евросоюзе стартовал межнациональный проект по проработке перспектив сооружения и эксплуатации демонстрационной установки ALLEGRO, которая призвана стать прототипом будущих коммерческих энергоблоков с GFR. Для успешной реализации задуманного был создан так называемый Вышеградский центр передового опыта (Visegrad 4 for Generation 4 reactors Centre of Excellence, или V4G4CoE). V4G4CoE объединяет ведущие ядерные исследовательские институты стран Вышеградской группы, среди которых: чешский "UJV Rez", венгерский "MTA EK Budapest", словацкий "VUJE a.s. Trnava" и польский "NCBJ Swierk". Предполагается, что, помимо непосредственно демонстрации жизнеспособности технологии GFR, реализация проекта ALLEGRO будет способствовать развитию и отработке различных инновационных компонентов и систем и, в особенности, вопросов топливообеспечения реакторов будущего (освоение тугоплавкого карбидного уран-плутониевого топлива, силицидных оболочек твэлов и т.п.). Важно отметить, что принципиальная позиция Евросоюза заключается в том, что все три перспективные быстрые технологии (натрий, свинец и гелий) должны развиваться параллельно до того момента, пока одна из них не достигнет уровня промышленной зрелости и приемлемой экономической эффективности. Стратегия развития Согласно действующему стратегическому плану, развитие газовой технологии в Европе делится на два больших этапа: подготовительная фаза с 2015 до 2025 года, а после 2025 года - фаза реализации. В рамках первого подэтапа (по 2017 год включительно) планируется определиться с основными параметрами установки ALLEGRO в части безопасности, производительности и спецификаций, затем с 2018 по 2020 годы разработать предварительный концептуальный проект установки, а уже окончательный концептуальный проект должен быть разработан в период с 2021 по 2025 год. Этап реализации включает в себя детализированную проработку проекта, получение лицензии на размещение, непосредственно сооружение и эксплуатацию реактора ALLEGRO. Перечисленные мероприятия подготовительного этапа включены в дорожную карту (Safety and Design Roadmap), работы по которой финансируются как по линии Евросоюза, так и силами участвующих в проекте государств. В настоящий момент наблюдается определённый дефицит финансирования. Организация работ по проекту ALLEGRO осуществляется руководящим комитетом и координационной группой (Steering Committee и Project Coordination Team). Предполагается, что права на интеллектуальную собственность, оформленные по итогам реализации подготовительного этапа, будут капитализированы и внесены в качестве вклада в уставный капитал консорциума, который запланировано создать на этапе реализации, то есть, после 2025 года. Правовую форму и возможные варианты функционала подобного консорциума планируется до конца проработать в ближайшие годы, однако уже сейчас ясно, что он будет интернациональным и в его формировании примут участие как правительства заинтересованных стран, национальные регуляторы, так и компании, специализирующиеся на проектно-конструкторской деятельности и сооружении объектов использования атомной энергии. Эволюция ALLEGRO Несмотря на тот факт, что сама идея возможности создания быстрых реакторов с гелиевым охлаждением восходит к началу развития ядерной энергетики, первая жизнеспособная разработка в этом направлении появилась в Европе только в XXI веке. Проект экспериментального гелиевого быстрого реактора (Experimental Technology Demonstration Reactor, или ETDR), представленный отраслевой общественности в 2008 году, был разработан силами французского CEA. ETDR имел тепловую мощность 50 МВт(т), температуру теплоносителя на выходе из активной зоны около 560°С при давлении 7 МПа, одну петлю и водяное внешнее охлаждение. Обновленная концепция газового быстрого реактора разработки CEA была представлена уже в 2009 году и получила название "ALLEGRO CEA 2009". На этот раз тепловая мощность двухпетлевой установки с водяным внешним охлаждением была повышена на 50%, а температура теплоносителя в случае использования тугоплавкого уран-плутоний карбидного топлива достигала 850°C при давлении 7 МПа. Этот вариант стал отправной точкой дальнейшего развития проекта ALLEGRO, детали которого были дополнительно уточнены в процессе реализации 7-ой рамочной программы развития Евратома (подпрограмма "GoFastR"). В итоге в 2011 году CEA запатентовал концепцию под названием "ALLEGRO CEA 2011" с улучшенными системами безопасности, которые позволяют при необходимости осуществлять отвод остаточного тепловыделения от активной зоны в течение не менее 12 часов. Однако проект "ALLEGRO CEA 2011" не вполне удовлетворяет современным требованиям безопасности, и под эгидой V4G4CoE ведётся разработка нового концепт-проекта, который призван, в частности, дать окончательный ответ на вопрос о предпочтительной компоновке реакторного оборудования и применяемых материалах, вариантах организации теплоотвода от активной зоны и т.п. Рис.1. Принципиальная схема установки ALLEGRO.  Вопросы топливные Как уже упоминалось, в качестве базового варианта для быстрых реакторов с газовым теплоносителем рассматривается тугоплавкая композиция из уран-плутониевого карбидного топлива (UPuC) и твэлы с силицидными оболочками (SiC-SiCf). Однако к моменту предполагаемого пуска реактора ALLEGRO в эксплуатацию карбидное топливо и материалы на основе силицидов ещё не будут иметь должного экспериментального обоснования, так что на первых порах разработчики планируют использовать довольно хорошо известное уран-плутониевое окисное топливо и оболочки твэлов из нержавеющей стали. Известные проблемы нержавеющей стали, связанные с её низкой температурой плавления и теплопроводностью активной зоны, приводят на первом этапе эксплуатации к необходимости ограничения проектной мощности реактора ALLEGRO вплоть до момента перехода на более предпочтительное тугоплавкое топливо. Рис.2. Твэл ALLEGRO в сравнении с твэлом PHENIX.  Рис.3. Шестигранная ТВС ALLEGRO.  Рис.4. Компоновка стартовой активной зоны ALLEGRO.  При этом в активной зоне реактора будут зарезервированы ячейки для проведения натурных экспериментов по обоснованию карбидного топлива. Планируется, что в этих ячейках необходимая повышенная температура теплоносителя (800-850°С) будет достигаться за счёт снижения расхода гелия. В последние годы работы в направлении освоения уран-плутониевого карбидного топлива и силицидных оболочек твэлов несколько замедлились. Для карбида это связано с возникшими техническими трудностями в области химии (подробности в рассматриваемом докладе не приводятся). Процесс развития технологии вместо CEA возглавили американцы из "General Atomics", контакт с которыми у европейских специалистов несколько затруднён. В случае силицидных оболочек проблема заключается в чрезвычайной сложности холодной обработки подобных композитных материалов. Остаются вопросы также и по характеристикам взаимодействия топливной таблетки и оболочки твэла при высоких температурах в активной зоне реактора. Ещё одна топливная проблема, которую не упускают из виду разработчики ALLEGRO, касается потенциальной возможности поставки реакторов "Поколения IV" в страны-новички. Использование плутонийсодержащего топлива неизбежно упирается в проблему нераспространения, законодательные и нормативные ограничения. По этой причине прорабатывается вариант работы быстрого газового реактора на традиционном диоксиде обогащением менее 20% по урану-235. Вопросы технические С точки зрения непосредственно реакторной технологии, наиболее важной проблемой для разработчиков является организация эффективного отвода тепла от активной зоны газоохлаждаемого реактора. От этого напрямую зависит компоновка реакторного отделения и максимально возможная мощность проектируемой установки. В настоящий момент прорабатываются различные сценарии нейтрализации последствий аварии типа LOCA, упор делается на пассивные системы безопасности. В случае необходимости будет предусмотрена возможность изоляции одной из петель теплоотвода во избежание подпадания воды в первый контур. Также к первоочередным задачам проекта ALLEGRO можно отнести размещение внутри контейнмента ловушки расплава и выбор варианта обращения с ОЯТ (промежуточное мокрое хранение с последующим переводов на постоянное сухое или же выгрузка ОЯТ сразу во временное сухое хранилище). Кроме того, на текущей стадии исследований не до конца отработана необходимая система мер по ликвидации последствий возможных аварийных ситуаций, включая радиационную защиту. Рис.5. 3D-модель реактора ALLEGRO.  Ключевые слова: ALLEGRO, Европа, Статьи, Smith Другие новости: На новом энергоблоке №4 Ростовской АЭС началась сборка реактора Далее - гидравлические испытания. На площадку пускового блока №1 Ленинградской АЭС-2 доставлена первая партия ТВС Планируется, что операция по доставке топлива будет завершена в ближайшее время. На стройплощадку Белорусской АЭС доставлен транспортный шлюз Шлюз - один из основных крупногабаритных и тяжеловесных конструктивов реакторного отделения. |
Герой дня 
Владимир Асмолов: расчётчики должны говорить на одном языке На сегодняшний день, под моим руководством работает несколько групп, занимающихся разработкой общей стратегии развития атомной энергетики страны и, в частности, стратегии развития легководных аппаратов. Из многих возможных линий совершенствования технологии ВВЭР выбрана главная, а именно, переход на аппараты со спектральным регулированием. ИНТЕРВЬЮ
Ирина Московченко МНЕНИЕ
Smith 
|