Наш старый сайт

На перепутье-3

На перепутье-3

№41 (1234) от 12.10.202115.10.2021

В каких случаях АЭС большой мощности выгоднее малых, и при чем здесь Украина

Окончание. Начало см. в №39 и №40 "ЭнергоБизнеса"

Очевидных преимуществ на сегодня для выбора ММР вместо крупных реакторов нет, скорее, напротив. В настоящее время отсутствуют и требования (нормы) по безопасности на этапах ввода в эксплуатацию, во время эксплуатации SMR, которые необходимо разрабатывать, а лучше всего это делается для референтных установок.

Георгий ГАВРИЛЕНКО, Олег РОГОЖНИКОВ

Возможно, со временем, по мере накопления опыта эксплуатации модульных реакторов малой мощности, будут раскрыты дополнительные преимущества, но это может произойти после 2030 г., а к тому времени Украина должна не только определиться, но и проводить обновление источников генерации электроэнергии.

Что касается реакторов большой мощности, то в настоящее время существует нормативная документация, включая нормы МАГАТЭ (Международное Агентство по Атомной Энергии), которая регламентирует объем испытаний, представляет типовой перечень испытаний, критерии приемлемости результатов испытаний на этапе ввода блока в эксплуатацию.

Данные нормы разработаны на основе многолетней практики ввода в эксплуатацию традиционных реакторных установок с первым контуром, который включает, собственно, реактор и выносные парогенераторы. В первом контуре осуществляется принудительная циркуляция теплоносителя с помощью главных циркуляционных насосов (ГЦН).

Особое внимание при вводе атомных энергоблоков в эксплуатацию уделяется измерениям фактических напряжений, смещений, вибраций во внутрикорпусных устройствах реактора, включая ТВС (тепловыделяющие сборки). Эти работы вызваны тем, что при конструировании реактора расчет ведется по предполагаемым (заданным) смещениям, вибрациям внутрикорпусных устройств. Практика показала, что даже допустимые отклонения в геометрии этих устройств при изготовлении могут повлиять на смещения и вибрационные характеристики.

Поэтому на этапе ввода блока в эксплуатацию в каждом реакторе на внутрикорпусных устройствах монтируются десятки датчиков временной системы пусконаладочных измерений (СПНИ) фактических напряжений, смещений, вибраций (частота, амплитуда). Измерения проводятся на всех режимах эксплуатации по мере повышения параметров теплоносителя первого контура от холодного состояния до номинальных значений. По результатам измерений конструкторская организация проводит поверочный расчет внутрикорпусных устройств на вибропрочность. С учетом международных норм и сложившейся практики разработаны национальные нормы Украины, регламентирующие ввод АЭС в эксплуатацию и их безопасную эксплуатацию.

Что касается SMR, то в дальнейшем предстоит дополнение существующих норм и требований, включая изменение национальных норм по безопасности, по определению объема испытаний, последовательности работ, критериев приемлемости результатов испытаний и др., что потребует значительного времени.

Развитие SMR-технологий в мире

Модульные реакторы Китая

Китай планирует завершить строительство на Хайнане малого модульного реактора Лянлун-1 (также известен как ACP-100) в начале 2026 г. "Строительство малого модульного реактора будет завершено за 58 месяцев", — приводит портал Наньхайван слова заместителя государственной ядерной корпорации CNNC Ли Чженьюня.

Модульные реакторы фирмы Ролс-Ройс

Реакторная установка представляет собой трехпетлевую конструкцию с тремя главными циркуляционными насосами и тремя вертикальными парогенераторами.

Электрическая мощность — около 450 МВт. Реактор модульного типа. Согласно расчетам, стоимость первой модульной установки составит $3.014 млрд. Соответственно, удельная стоимость установленной мощности первого модуля равна 6977 $/кВт. Для пятого сооружаемого на одной площадке блока стоимость составит $2.47 млрд. Соответственно, удельная стоимость установленной мощности составит 5488 $/кВт. Срок сооружения со сборкой реактора составит 500 дней, то есть 1.4 года.

Модульные реакторы компании NuScale Power

Удельная стоимость установленной мощности первого модуля мощностью 77 МВт(э) на площадке по расчету составит 3600 $/кВт, если на площадке будет установлено 12 модулей, то удельная стоимость установленной мощности 12-го модуля составит 2850 $/кВт.

Эксперты о развитии SMR

Компания Skoda JS

Генеральный директор Skoda JS Франтишек Крчек заявил, что откладывать или блокировать строительство блоков АЭС большой мощности из соображений быстрой доступности малых модульных реакторов крайне безответственно. Через десять лет мы не продвинемся намного дальше, только энергобаланс будет более напряженным, а потребность в новых источниках — более острой, — полагает глава чешской компании.

Сказано, как бы специально для Украины, учитывая ситуацию в энергосистеме к 2035 г. с источниками генерации.

Министерство энергетики США

Помощник по атомной энергии министра энергетики США Рита Баранвал заявила, что перспективная атомная энергетика стала на шаг ближе к коммерциализации. Но нынешний парк АЭС нам все еще нужен, считает Баранвал.

Нет никаких технических причин, из-за которых наши (действующие) блоки не смогли бы проработать на высоком уровне (безопасности и эффективности) на протяжении 80 лет или более, и мы должны как можно дольше выжимать из них все электроны, которые только сможем. Мысль госпожи Баранвал можно интерпретировать так: мы не будем торопиться с реализацией технологии SMR - поживем, увидим.

Как видим, богатая страна США планирует выжать "все электроны" из действующих АЭС большой мощности, в то время как Украина использует свои АЭС с КИУМ на уровне 63%.

Компания Babcock & Wilcox

Babcock &Wilcox получила от Министерства энергетики США более $100 млн на разработку mPower, но отказалась от проекта в 2017 г. из-за отсутствия клиентов.

EWG (Environment Working Group) — влиятельное общественное объединение в США, которое работает в области экологии посредством изменения отраслевых стандартов.

В начальный период развития атомной энергетики в США был построен ряд АЭС сравнительно малой мощности. Со временем эти станции были выведены из работы до выработки их проектного ресурса.

Причинами досрочной остановки многих малых реакторов, построенных в США в 1950-х и 1960-х гг., стали большие издержки в эксплуатации по сравнению с реакторами большой мощности, то есть реакторы малой мощности стали неконкурентными.

Министерство энергетики занимается SMR с прошлого века. В 2001 г. Управление ядерной энергии Министерства энергетики США прогнозировало, что существует около 10 проектов SMR, которые "могут быть экономичными и могут быть доступны для развертывания до конца десятилетия, при условии решения определенных технических и лицензионных вопросов".

Спустя почти два десятилетия после этого самая ранняя официальная предполагаемая дата развертывания перешла на 2029 г. или на 2030 г. для ведущего проекта NuScale. Консультативный комитет Комиссии по ядерному регулированию указал на проблемы, которые необходимо будет решить, прежде чем какое-либо предприятие обратится за разрешением на строительство SMR. Важно отметить, что в центре внимания находится парогенератор, который, как отмечалось выше, находится внутри корпуса реактора и является потенциальным источником проблем надежности и экономической эффективности.

И в заключение

Выше были приведены пути обновления источников генерации ОЭС с перечислением преимуществ и недостатков каждого из них.

Сопоставив все "за" и "против", можно прийти к следующему:

Первое. На данном этапе с учетом отсутствия опыта сооружения и эксплуатации модульных реакторов малой мощности предпочтение следовало бы отдать энергоблокам с реакторами типа ВВЭР большой мощности потому, что:

  • в Украине имеется два недостроенных энергоблока на Хмельницкой АЭС, уточнение проекта и окончание строительства которых будут стоить дешевле, чем строительство двух новых блоков с нуля, опыт по такому виду работ имеется на примере АЭС "Бушер" в Иране, строительство которой начинала компания KWU (Крафтверк Юнион, ФРГ), а заканчивал АСЭ (Атомстройэкспорт, РФ), более того, блок был подвергнут в значительной мере разрушению в войне с Ираком;
  • проблема маневренности атомных энергоблоков решается посредством принятия организационно-технических мероприятий по усовершенствованию эксплуатации энергоблоков и энергосистемы, в том числе за счет частичного отвода пара из парогенераторов по байпасу турбины в конденсаторы;
  • в Украине имеется положительный опыт эксплуатации реакторов большой мощности, подтвердивших безопасность, стабильность работы, и их работа не ведет к образованию парниковых газов;
  • удельная стоимость установленной мощности составляет не более 3000 $/кВт, что значительно меньше удельной стоимости установленной мощности других источников генерации, включая ВЭС, СЭС и SMR;
  • практика строительства тридцатилетней давности показала, что длительность сооружения первого блока на площадке АЭС составляет не более 4 лет, последующие блоки можно вводить в эксплуатацию с интервалом один год, но при нынешних строительных материалах и технологиях строительства срок сооружения может быть сокращен;
  • опыт эксплуатации показал, что стоимость электроэнергии атомных энергоблоков наименьшая по сравнению с иными источниками генерации, что позволит улучшить конкурентноспособность украинской продукции за счет снижения расходов на производство;
  • украинская промышленность может изготавливать практически все оборудование АЭС с ВВЭР большой мощности, кроме корпусов и внутрикорпусных устройств реакторов, что удешевило бы сооружение энергоблоков;
  • срок службы корпуса реактора нового поколения - 60 лет и более;
  • сроки строительства и стоимость сооружения могут быть уменьшены, если строительство новых блоков вести на действующих площадках АЭС.

Может поэтому, в том числе, путь развития атомной энергетики в Украине на ближайшее время определен — в присутствии президента страны подписан Меморандум с американской компанией "Вестингауз электрик" о строительстве в Украине пяти блоков большой мощности.

Второе. Использование модульных реакторов малой мощности для замены крупных реакторов нецелесообразно в связи с тем, что:

  • практически по всем техническим показателям, как приведено выше, модульные реакторы для условий Украины не обладают преимуществом перед реакторами большой мощности;
  • отсутствует практика сооружения, эксплуатации не только в Украине, но и в других странах. Согласно экспертным оценкам, этот опыт может быть получен только к середине или концу 2030-х годов при благоприятном стечении обстоятельств при получении лицензий на строительство, что для Украины поздно, если речь идет о замене действующих энергоблоков АЭС;
  • действующая нормативная международная и национальная документация Украины не содержит требований к конструкции SMR по радиационной, ядерной безопасности с учетом их особенностей, и для их выработки потребуется время.

ММР могут стать более конкурентоспособными, если будут недорогими, сроки их заводского изготовления будут около 1 года, они будут обладать более маневренными характеристиками, сопоставимыми с тепловой генерацией, и топливная кампания их будет многократно длиннее, чем у действующих промышленных реакторов, что требует топлива, очевидно, более высокого обогащения. Это уже поле контроля МАГАТЭ, которое может потребовать нового совершенствования конструкций реакторных установок, чтобы одномоментно загружалось и выгружалось все топливо, своего рода "картриджная загрузка/выгрузка", и решения где этот "картридж" должен храниться под соответствующим контролем. Т.е. новые требования могут постоянно появляться, и сроки создания апробированных, серийных промышленных ММР уходить за 2030 г.

После 2030 г., после улучшений по вышеперечисленным проблемным аспектам и подтверждения высоких маневренных характеристик, ММР могли бы постепенно замещать угольные блоки мощностью 60-300 ГВт с ориентацией на лучшие апробированные образцы, производство которых возможно локализовать в Украине для укрепления энергонезависимости и перспектив успешного развития до 2050 года.

Сооружение АЭС на базе SMR может представлять первоочередной интерес и на территории или вблизи крупных потребителей электроэнергии, не допускающих перерывов в энергопитании, в качестве блок-станций, например, металлургические комбинаты или установки производства водорода.

Третье. Использование ВЭС и СЭС, как основных источников генерации, ведет к дестабилизации в работе энергосистемы и потере энергонезависимости, что обусловлено следующим:

  • средняя скорость ветра в прибрежной зоне Азовского и Черного морей на высоте 70 метров в 1.4 раза меньше проектной скорости, которая требуется для работы ветротурбины с выдачей номинальной мощности, а это значит, что мощность турбины будет в 2.7 раза меньше проектной, а в остальной части Украины скорость ветра еще меньше;
  • наличие ветра характеризуется непостоянством, в первом полугодии 2021 г., по данным "Укрэнерго", имело место 67 ночей, когда генерация ВЭС отсутствовала или была менее 0.1 ГВт;
  • график потребления электроэнергии в Украине таков, что максимальное потребление выпадает на вечерние часы с 19:00 до 22:00, то есть на время, когда инсоляция незначительная или отсутствует полностью;
  • слишком высокая стоимость сооружения, если, допустим, требуется источник мощностью 1 ГВт, то стоимость атомного энергоблока составит $2.95 млрд, если вместо атомного блока построить СЭС с условием выработки такого же количества электроэнергии, как и на атомном блоке, то с учетом, что КИУМ солнечной электростанции равен 16%, стоимость СЭС составит $6.9 млрд, что в 2.4 раза дороже сооружения атомного энергоблока;
  • интерес представляет сооружение ВЭС и/или СЭС с накопителями энергии в качестве источников генерации в составе автозаправочных станций электромобилей, предприятий торговли, небольшого бизнеса, работающих в дневное время.

Читать также: 

- На перепутье

- На перепутье-2