ВВЭР-1200 (на фото) до сих пор не строилась зарубежом. Теперь ей предстоит экспортная жизнь, причем начинать придется с Африки. Будет ли продолжение? / ©Росатом
Современная атомная индустрия в последние десятки лет напоминает известную детскую дразнилку про «купи слона». Все говорят, что СЭС и ВЭС принципиально не могут полностью заменить тепловую энергетику. Все говорят, что при этом тепловая энергетика убивает людей сотнями тысяч в год. Кажется, АЭС в такой ситуации — очевидный выбор: вот он слон, купи его. За всю их историю от происшествий, связанных с АЭС, погибло меньше людей, чем ТЭС убивают каждую неделю.
Но мало кто в развитом мире покупает себе атомные реакторы. Хотя, как Naked Science уже отмечал, те вполне могут полностью заместить тепловую генерацию и в плане смертности несопоставимо безопаснее ТЭС даже с учетом Чернобыля.
Почему никто не хочет покупать атомного слона на Западе — понять можно. Лучшие результаты в строительстве новых реакторов с нуля в XXI веке в ЕС и США — у Франции. Именно ее компании смогли построить с нуля и первыми довести до физического пуска хотя бы один реактор. Но и ее успехи не слишком впечатляют.
В декабре 2007 года во Франции начали строить реактор «Фламанвиль-3» — за 3,3 миллиарда евро, со сроком сдачи в 2012 году. Десять лет спустя реактор все еще не сдан, но его постройку уже оценивают в 19 миллиардов евро. Похожая ситуация с французским реактором-долгостроем в Финляндии (впрочем, там был хотя бы физический пуск), где в итоге местная пресса прогнозирует отключения света зимой (раньше не отключали, поскольку 10% электричества покупали в России).
О причинах утраты конкурентоспособности западными атомщиками мы уже писали. Какие-то реакторы западного проекта в этом веке удалось построить только в Китае — и то лишь потому, что и корпус, и остальные важнейшие компоненты делали там же, на Азиатском континенте, а не в США.
В третьем мире ситуация получше: эти страны могут заказывать реакторы России и Китаю, которые строят куда быстрее и как минимум вдвое дешевле западных компаний. Но и здесь действительно крупных проектов не так много.
Египетский пример — АЭС «Эль-Дабаа» — на этом фоне приятное исключение. Российский подрядчик в июле этого года начал строить станцию с четырьмя реакторами ВВЭР-1200, строительство будет завершено в нынешнем деятилетии. Причем первый реактор — уже через пять лет.
Отдельно отметим: этот тип реакторов настолько продвинутый, что за пределами России и союзного государства пока еще нигде не построены. Знаковый момент: возводить его будут в месте, которое подходит для солнечной энергетики куда больше, чем Евросоюз или Соединенные Штаты, где на солнечную энергию делают большую ставку.
Строительство станции «Эль-Дабаа» плюс обучение персонала, поставки топлива оценивают в 30 миллиардов долларов — примерно шесть тысяч долларов за киловатт мощности. Цифра неплохая: с ней конечное электричество должно быть не сильно дороже, чем от ТЭС.
Это первая АЭС, которую построят в Африке XXI века. На континенте, где большие проблемы со стабильным электроснабжением по доступной цене. Тот же Египет постоянно страдает от блэкаутов. И, кажется, это очень хороший пример для «Росатома». Глядя на четыре новейших реактора, возводимых не за 15 лет и не по 20 миллиардов евро за штуку, как на Западе, к нему потянутся и другие покупатели. Или не потянутся?
Самый совершенный в мире?
Реактор ВВЭР-1200 — плод длительной эволюции линейки реакторов еще советских времен (первый ВВЭР-210 запустили в 1964 году). «Водо-водяной энергетический реактор», как он расшифровывается, на первый взгляд, должен быть самым обычным. Ведь большинство реакторов сегодня в мире — водо-водяные. Само это странное словосочетание означает простую вещь: вода в нем используется и как замедлитель нейтронов (без замедлителя реакторы на тепловых нейтронах не работают), и как теплоноситель — то, что уносит тепло от активной зоны.В общем виде водо-водяной реактор — здоровенный вертикальный бак, в котором много трубок, с заложенными в них таблетками ядерного топлива. Чтобы реактор заработал, в него надо подать воду. Нейтроны, вылетающие из топливных таблеток, в воде замедляются в достаточной мере, чтобы не успевать покидать реактор до того, как расщепят атом урана в другой таблетке. В результате водяного замедления начинается самоподдерживающаяся цепная реакция, дающая много тепла. От тепла вода, поданная в реактор, нагревается до 330 градусов, причем под давлением в ~162 атмосферы (все цифры — для ВВЭР-1200).
А вот в мире АЭС ключевые параметры сводятся к главному — по какой цене они могут эффективно вырабатывать электричество. И вот здесь ВВЭР-1200 — самый серьезный кандидат в лидеры.
Все как раз потому, что он — продукт эволюции, а не революций. Его строительство довольно хорошо отработано и стоит не так много. Это же позволяет иметь расчетный срок службы 60 лет — и, как нам известно из опыта эксплуатации водо-водяных реакторов, его вполне можно продлить еще на 20 лет.
Стоит подчеркнуть: в отличие от ТЭС, АЭС за срок своей службы не меняет турбины, парогенераторы и реактор, то есть основную (по стоимости) часть оборудования. Причин много, одна из них — в более низкой рабочей температуре основных компонентов АЭС.
Если сравнить ВВЭР-1200 по живучести с ветряком, разница тоже будет кратной: те меняют через 25, а не 60 лет службы. В итоге за свою жизнь АЭС «Эль-Дабаа» выработает примерно 2,4 триллиона киловатт-часов. Легко посчитать, что из-за такого срока службы и постоянного режима работы затраты на строительство электростанции более чем окупятся.
Хотя идея «поднять пропускную способность активной зоны по воде» звучит просто, реализовать ее на практике сложно. Например, реакторы французской постройки неоптимально решили этот вопрос, и там часть трубок с топливом под напором быстро текущей воды деформировались. С неприятными последствиями для работы реактора.
Важная деталь: ВВЭР-1200 может менять мощность со скоростью 5% в минуту. Это намного больше, чем типовой атомный водо-водяной реактор. В России, с ее единой энергосистемой больших размеров, это не слишком актуально (разве что в случае ядерной войны). Однако в странах с меньшими энергосистемами все иначе.
Ночью в Египте потребление электричества резко сокращается, и тут часто может быть смысл в снижении выработки. Не будь ВВЭР-1200 таким маневренным, это создало бы заметные неудобства местным энергетикам.
Кроме чисто экономических параметров, у реактора есть еще параметр «безопасность». Причем он даже важнее, чем экономическая эффективность. Нет никакого смысла в дешевой энергии, если ваш реактор взорвался. И тут ВВЭР-1200 в неспешном эволюционном развитии тоже приобрел много таких преимуществ, которых лишены другие реакторы.
Чтобы ее избежать, ВВЭР-1200 оснащена специальным каталитическим рекомбинатором, способным окислять водород и кислород без пламени, не давая им накапливаться в верхней части реактора, даже если тот перегреется. В отличие от аварийных стержней, включение рекомбинатора не требуется даже от автоматики: как только концентрация водорода достигает 0,5 %, он начинает рекомбинировать сам — просто в силу неизбежных химических реакций.
Помимо этого, и само перегревание, порождающее водород в реакторе типа ВВЭР-1200, вряд ли произойдет. Конструкторы неплохо поработали над тем, чтобы оно не случилось. При снижении подвода воды в контуры охлаждения водяной пар от парогенераторов реактора отводится в специальную конструкцию — СПОТ. Там пар отдает свое тепло металлу СПОТ, а тот, в свою очередь, отдает его в атмосферу (так сделано на Нововоронежской АЭС).
Пар же, скондесировавшись в воду, в этом виде снова может охлаждать контур охлаждения реактора. Раскаленные внешние части системы СПОТ пассивно — без каких-либо насосов и воды — отдадут в атмосферу столько тепла, что за 800 градусов уйти так и не получится.
Наконец, если все это по каким-то неизвестным причинам не сработает (например, на Земле пропадет атмосфера или металлы внезапно перестанут проводить тепло), под реактором есть ловушка расплава — туда стечет расплавленная активная зона. Ее разбавят находящиеся в ловушке оксиды железа, алюминия и магния, при этом плотность делящихся веществ в ловушке станет слишком низкой, чтобы расплав мог проплавить бетон.
Суперлинкорный путь в мире атомной энергетики
Как бы ни был хорош эволюционный путь развития ВВЭР-1200, у него есть серьезные ограничения. Главное из них вот какое: на основе реакторов этого типа бывает сложно выстроить типичную энергосистему. Основных причин — две: размеры и, как ни странно, снова размеры.Четыре ВВЭР-1200 при мощности 4,8 гигаватта смогут производить до 40 миллиардов киловатт-часов в год. А ведь в прошлом году общее потребление Египта составило всего 188 миллиардов киловатт-часов. Получается, одна российская АЭС закроет больше 21% потребления большой стомиллионной страны. Безъядерная родина фараонов в считаные годы станет страной с долей атомного электричества на уровне России и США.
Слишком большие размеры ВВЭР-1200 означают, что экономический смысл в них есть только там, где существует высокая нагрузка. Причем круглые сутки. Дело в том, что АЭС при простое продолжает требовать практически столько же денег в единицу времени, сколько и при работе — что радикально отличает ее от ТЭС, 2/3 цены электричества которых приходится на топливо. Топливо на ТЭС при простое не горит — значит, ТЭС экономически втрое устойчивее к «безработице», чем АЭС.
Вот и выходит, что даже плотно населенный Египет может позволить себе только одну российскую АЭС. Потому что, если он построит две, то девать ее электричество ночью ему будет уже некуда. Придется «маневрировать мощностью» — снижать ее ночью. Но поскольку затраты АЭС при работе те же, что при простое, снижение рабочей мощности означает автоматический рост цены киловатт-часа.
Конечно, можно сказать, что даже при этом ВВЭР-1200 выглядит неплохим решением для крупных стран. Египет, Алжир и тем более менее солнечные государства нашей планеты не могут основывать свою энергетику на солнечной генерации, да и на ветровой тоже. Газовая генерация, доминирующая у египтян сегодня, при сегодняшних ценах на газ выглядит настоящей роскошью.
А как же альтернативы?
Можно возразить, что менее материалоемких (не водо-водяных) реакторов в мире потенциально куда больше. Ведь теплоноситель, более теплоемкий, чем вода, — это не только свинец-висмут, но и, например, натрий, как в российских реакторах БН-600 и БН-800 (или натрий-калий). Либо расплав жидких солей, о котором мы писали здесь. Вот и американский стартап, финансируемый Биллом Гейтсом, тоже нацелился на натриевую конструкцию — кстати, во многом похожую на уже построенные российские БН-аналоги.
А действительно полный переход на атомную энергетику потребует — это надо четко понимать — постройки сотни гигаваттных либо тысячи стомегаваттных атомных реакторов только для России. И многих тысяч — для всего мира. Рисковать утечками натрия в такой обстановке — не лучшая идея.
Совсем не то со свинцово-висмутовыми реакторами. Эти металлы не горят, их смесь кипит аж при 1670 градусах, что вдвое выше, чем точка кипения натрия. При работе в них накапливается небольшое количество полония-210, но, вопреки популярным мифам, это не признак их опасности.
Напомним: Александра Литвиненко в 2006 году отравили этим самым полонием, но тот, кто сыпал его в стакан, не пострадал. Все потому, что полоний-210 — альфа-излучатель, а альфа-частицы останавливаются даже кожей (кстати, как и умеренным слоем воздуха).
Так что, даже если в один из СВБР попадет серьезная ракета — а глядя на Запорожскую АЭС, недавно атакованную с воздуха, такие варианты исключить нельзя, — ничего сверхстрашного не произойдет. Такие тяжелые металлы не удастся ни испарить, ни разбросать дальше, чем на сотни метров от реактора. Там они застынут и будут лежать, пока не распадется полоний-210, но не причинят вреда жителям близких городов: к ним просто не будут подходить на нужную для этого дистанцию (=вплотную).
В чем-то похожая картина — с другой альтернативой, жидкосолевыми реакторами. Да, они тоже могут быть компактными. Но для этих конструкций, в силу все той же школьной химии, нужны сплавы, стойкие к коррозии. Свинец-висмут при наличии примесей кислорода тоже опасен в плане коррозии — однако разработчики таких реакторов давно решили вопрос контроля содержания кислорода в них. То, что для жидкосолевых реакторов пока еще дело будущего — создание гарантированно коррозионностойких конструкций, — у СВБР уже продемонстрированное прошлое.
Все это не означает, что стоит ожидать успешного развития подобных реакторов в ближайшем будущем. Дело в том, что успехи тех или иных конструкций в реальной жизни не всегда определяются их объективными преимуществами. Зачастую все решают преимущества субъективные.
Они совсем не похожи на своих циклопических водо-водяных предшественников. В мирной атомной энергетике их еще не использовали. А когда нет налаженного производства, то и стоимость первого реактора высока (у СВБР она оценивается в 38 миллиардов рублей). Ясно, что при серии она будет ниже. Но вот о серии-то как раз речь пока и не идет.
Самый важный момент тут такой: у СВБР нет и не было сторонников, умеющих выгодно подать своей проект. Это резко отличается от чисто свинцового реактора БРЕСТ, который во много раз более материалоемкий, чем СВБР. Зато его сумели правильно подать, поэтому теперь БРЕСТ строят, а СВБР-100 пока даже не планируют.
Реактор на чистом свинце (его температура плавления на пару сотен градусов выше, чем у свинца-висмута), который только прогревать перед пуском нужно более полугода, в силу огромной металлоемкости, вряд ли сможет дополнить ВВЭР-1200 на экспортных рынках — по чисто технико-экономическим причинам. Одного лишь металлического теплоносителя ему нужно в десяток с лишним раз больше, чем СВБР той же мощности.
А значит, суперлинкорная эра в мировой атомной энергетике продолжается. И может делать это неограниченно долго — пока в этой индустрии не появится кто-то, кто захочет изменить ее коренным образом. Однако подобные Илоны Маски — большая редкость. Это заметно хотя бы по затянувшемуся «безреакторью» в западной атомной отрасли.
Скорее всего, строительство атомных реакторов так и продолжит стагнировать, сохраняя свою нынешнюю долю в мировой энергетике. А экспортные реакторы «Росатома» не станут строить сильно чаще, чем в последний десяток лет
Источник - https://naked-science.ru/