АЭС малой мощности в Якутии
Дата: 18/03/2022
Тема: Малая энергетика


Муратов О.Э., к.т.н., Общественный совет ГК Росатом

Атомные станции малой мощности (АСММ) способны обеспечить электрической и тепловой энергией без выбросов парниковых газов и без подключения к магистральным электросетям. Они позволяют генерировать электроэнергию и тепло в течение длительного срока, вне зависимости от изменений в окружающей среде в отличие от  солнечных батарей и ветропарков, для которых пока не разработаны мощные системы хранения электроэнергии.



АЭС малой мощности способствуют развитию экономики и социальной сферы в целом.

Целевая аудитория АСММ — это владельцы крупных проектов в сфере недропользования, военные и администрации регионов с удаленными населенными пунктами, где тепло- и электроснабжение обеспечивают автономные источники. Снабжать дизельные или угольные электростанции дорого, поэтому строительство АСММ оправданно. АСММ позволяют предоставить дополнительные преимущества энергозатратным производствам, таким как горнодобывающие компании. 

Госкорпорация «Росатом» рассматривает три возможных варианта размещения АСММ с реакторной установкой РИТМ‑200. Все они ориентированы на крупных промышленных потребителей, которым важна стабильная генерация рядом с производством в течение нескольких десятков лет — для удовлетворения потребности в энергии добывающих и перерабатывающих комплексов. Проект станции предполагает возможность масштабирования от 50 до 300 МВт, так что мощность можно будет выбрать в зависимости от запроса потребителей.

Говоря об АСММ, напоминают о цене за киловатт-час, более высокой, чем у больших реакторов. Но в абсолютных цифрах АСММ дешевле, чем большие станции. Так, строительство наземной станции на Чукотке мощностью 342 МВт обойдется предположительно  в  200 млрд руб. 

 

Необходимость малой ядерной энергетики (<300 МВт)

Целевыми потребителями атомных станций малой мощности являются:

- развивающиеся страны с неразвитыми сетями и недостаточной инфраструктурой;

- автономные малые поселения и энергозатратные производственные комплексы; 

- централизованное теплоснабжение и опреснение морской воды;

- неэлектрические применения: производство водорода, газификация угля и т.д.; 

- отдаленные северные регионы со сложным доступом и высокой стоимостью энергии из ископаемого топлива;

- островные территории, горные районы и т. д.

 

Строительство АСММ в мире

Целый ряд небольших стран в мире обслуживается энергетическими системами, которым не требуются АЭС мощностью в 1000 МВт, но испытывают сложности с обеспечением стабильности своих энергосистем. Для ряда стран строительство АЭС большого масштаба дорого. В настоящее время в 26 странах уже работает 131 блок реакторов малой и средней мощности с суммарной электрической мощностью 59 ГВт. В 6 странах строятся еще 14 реакторов.

Разработанный аргентинскими специалистами модульный реактор малой мощности CAREM-25 (PWR) имеет электрическую мощность - 25 МВт(эл.), тепловую мощность - 100 МВт. Мощность китайскогореактора АСР-100 Линлун(PWR), составляет 100 МВт. Мини-АЭС будут использоваться для энергосбережения и отопления отдельных жилых районов. 

В сентябре на АЭС «Шидаовань» достиг критичности первый высокотемпературный газоохлаждаемый реактор четвертого поколения HTR‑PM с газообразным гелием в качестве теплоносителя электрической мощностью 210 МВт. Реактор способен вырабатывать тепло с температурой до 1000°С, что позволяет получать водород и другие полезные продукты без выбросов CO2. Генерация электричества в реакторе ВТГР осуществляется в одноконтурной турбине с гелием.

 

Необходимость АСММ в России

В целом ряде стран энергия необходима на удаленных островах, на территориях, где открыты месторождения полезных ископаемых, которые невозможно разрабатывать без электроэнергии, а строить стационарные электростанции невыгодно (из-за необходимости постоянно поставлять туда топливо).

В России с её арктическими просторами, населенными пунктами, которые обеспечиваются энергетическими ресурсами за счет «северного завоза», где ежегодного открывают новые месторождения полезных ископаемых, развивается Северный морской путь, диктующий развитие портов на побережье Северного Ледовитого океана, спрос на малые АЭС будет возрастать.

- Продолжительность отопительного сезона более 300 дней в году;

- Изоляция от единой энергосистемы;

- Дефицит собственной энерговыработки, основу которой составляют дизельные электростанции (стоимость электроэнергии 50-450 руб./кВт*ч);

- Техническая сложность и высокая стоимость доставки углеводородного топлива;

- Экологические проблемы использования углеводородного топлива.

- Необходимость создания надежной системы рационального энергообеспечения для устойчивого социально-экономического развития зон децентрализованного энергоснабжения, Арктических территорий.

Всё это диктует необходимость активизации строительства малых АЭС на российских территориях.

В ходе Восточного экономического форума (ВЭФ-2021) в сентябре 2021 г. «Росатом» подписал ряд документов, направленных на создание АЭС малой мощности (АСММ).

На данный момент «Росатом» реализует единственный проект - плавучую атомную теплоэлектростанцию «Академик Ломоносов» с реактором КЛТ-40 мощностью 70 МВт в г. Певек Чукотского автономного округа.

 

Технические характеристики действующей АСММ «Академик Ломоносов»

- Реактор КЛТ-40С, 2х35 МВт

- Мощность, МВт, тепл./эл. - 150/38

- Температура теплоносителя, оС, вх./вых. - 280/316

- Давление, МПа - 12,7

- Компания топлива, мес. – 28

Назначенный срок службы, лет – 40

Топливо - UO2, 18,5 %

В том же Чукотском автономном округе «Росатом» готовится к реализации проекта по электроснабжению Баимского горно-обогатительного комбината, для которого будет построено еще 4 плавучих энергоблока на базе модернизированных реакторов РИТМ-200
с установленной мощностью не менее 106 МВт каждый.

Также на форуме ВЭФ-2021 «Росатомом», Минвостокразвития РФ и правительством республики Саха (Якутия) было подписано соглашение по реализации проекта атомной генерации в Арктической зоне, которое позволит обеспечить стабильность энергоснабжения на территории Северо-Якутской арктической зоны.

Электрическая мощность наземной АСММ на базе реактора РИТМ-200Н составит 55 МВт, срок службы незаменяемого оборудования - до 60 лет.

Документ предусматривает совместную разработку плана комплексного социально-экономического развития арктических территорий Якутии - модернизацию энергетической инфраструктуры, обеспечения энергией максимального количества потребителей, совершенствование транспортной и социальной инфраструктуры пос. Усть-Куйга и Усть-Янского района.

Строительство АСММ планируется начать в 2024 г., окончание проекта намечено на 2028 г.
Реализация данных проектов позволит «Росатому» не только решить задачи по энергоснабжению удаленных территорий, но и сформировать привлекательные экспортные предложения.

По оценкам «Росатома», спрос на малые АЭС в мире будет расти, достигнув 23 ГВт в 2025-2040 гг.

Для обеспечения гибкости своей линейки предложений, помимо проектов на Чукотке и в Якутии, Росатом рассматривает возможность создания атомной генерации меньших и больших мощностей.

Так, «Росатом» разработает технический проект установки «Шельф М» мощностью до 10 МВт и эскизный проект «Елена АМ» до 400 кВт до конца 2024 г. Ввод обеих установок намечен на конец 2030 г.

Федеральный проект «Сооружение пилотной АСММ» утвержден Указом Президента РФ от 16.04.2020 г. №270

Целью проекта является  разработка технологического решения проблемы энергоснабжения потребителей в удаленных и изолированных энергорайонах с применением технологий  атомной энергетики. Поставлена задача создания АСММ на базе реакторной установки РИТМ-200Н мощностью 50 МВт для устойчивого снабжение электро- и тепловой энергией.

Обликовый проект АСММ с реакторной установкой РИТМ-200Нбылрассмотрен на совместном заседании НТС  ГК «Росатом» и Концерна «Росэнергоатом» в ноябре 2018 г.

Выбор площадки для АСММ в Усть-Янском районе Якутии был утвержден Соглашением от 5.09.2019 г. между ГК «Росатом» и Правительством Республики Саха (Якутия).

Выбор площадки для АСММ обоснован следующими доводами:

- энергообеспечение на основе многочисленных локальных ДЭС, их физический износ и дороговизна дизельного топлива, безальтернативным способом доставки которого являются водные пути при навигации в арктических реках от 20 суток до 4 месяцев;

- проблемы в коммунальном комплексе: утечка фекальных вод, высокий износ объектов коммунального комплекса, неразвитая инженерная инфраструктура;

- проблемы социальной сферы (жилье, образование детей, здоровье населения и др.) и реализация этнокультурного и демографического потенциала, экономических стимулов по развитию традиционных отраслей, необходимость сохранения их самобытной культуры и традиционного образа жизни коренных малочисленных народов;

-перспективные планы по освоению Кючусского золоторудного месторождения.

Для разрешения этих проблем и вопросов обеспечения экологической безопасности, необходимо создание надежной и эффективной энергетической инфраструктуры.

 

Реактор РИТМ-200

В основе проектов ГК «Росатом» в области малой мощности – реакторы серии РИТМ, разработанные с учетом многолетнего опыта эксплуатации малых реакторов на ледокольном флоте. Водо-водяной реактор РИТМ-200 был разработан в ОКБМ им. И. И. Африкантова для ледоколов и плавучих атомных электростанций.

АСММ с реактором РИТМ-200 обладают целым рядом преимуществ:

- повышенный уровень безопасности,

- модульный принцип компоновки в зависимости от потребности,

- масштабируемость,

заводское изготовление блоков, т.е. снижение объемов и стоимости сооружения и монтажа, 

- в проекте максимально использованы характеристики судовых РУ;

- мощность 55 МВт (э), серийно изготавливается для универсальных атомных ледоколов типа ЛК-60Я, адаптирован к условиям и требованиям наземной АСММ;

- выполнен по интегральной компоновке с сочетанием активных и пассивных систем безопасности;

- парогенераторы размещены в корпусе активной зоны;

- срок службы – 60 лет;

- габариты ЭБ позволяют транспортировку по железной дороге;

- обеспечивается регулирование мощности в диапазоне 100-10-100% Nном.

Реакторная установка РИТМ-200 выполнена по двухконтурной схеме. Интегральная компоновка уменьшает материалоёмкость и габариты установки, снижает риск утечек из первого контура реактора, облегчает монтаж и демонтаж установки. 4 главных циркуляционных насоса расположены вокруг корпуса реактора.

В целях соблюдения принципа нераспространения ядерного оружия, обогащение урана ограничено 20%. Перезагрузка топлива от 7 до 10 лет.

Обеспечение безопасности РУ РИТМ-200 базируется на:

- высокой тепло-аккумулирующей способности;

- естественной циркуляции теплоносителя 1-го контура, достаточной для расхолаживания реактора;

- минимальной протяжённости трубопроводов 1-го контура;

- применении ограничения истечения в малых патрубках;

- большим по сравнению с блочной схемой объёмом теплоносителя 1-го контура в корпусе реактора, что увеличивает резерв времени до осушения АЗ при аварии с течью теплоносителя 1-го контура.

- снижении плотности потока нейтронов на корпус, позволяющим увеличить радиационный ресурс ПГБ и снизить температуру при гидравлических испытаниях;

- введении систем безопасности, работающих по активному и пассивному принципу.

АСММ с РИТМ-200 позволяет управлять мощностью реакторной установки, чтобы производить энергию под необходимую нагрузку электросети (от 30 до 100% от установленной мощности). Диапазон изменения мощности составляет до 1% в секунду от максимальной проектной мощности, что позволяет быстро установить требуемые параметры нагрузки.

Атомные станции малой мощности ГК «Росатом» гарантируют безопасность и устойчивость к внешним воздействиям за счет применения активных и пассивных систем, а также реализации глубокоэшелонированной защиты корпуса реактора.

Наземная АСММ отличается возможностью транспортировки ее основных компонентов:

- ж/д транспортом при использовании специального вагона-платформы;

- автотранспортом при использовании транспортных средств большой грузоподъемности;

- водным транспортом.

 

Активная зона РУ РИТМ-200

 

Безопасность

Были проанализированы основные акторы, специфичные для АСММ. могущие влиять на радиационную безопасность персонала и населения. Рассмотрен широкий спектр проектных аварий, включающий аварии различных классов: ввод реактивности, потеря теплоотвода, аварии с разгерметизацией 1-го  контура и т.д.

Результаты анализа показали следующее:

- повреждение активной зоны в процессе аварий отсутствует;

- радиационные последствия для населения не превышают значений регламентированных НРБ-99/2009 (эффективная доза облучения населения не превышает 2 мЗв за первый год после аварии).

Анализ запроектных аварий, включая постулированную аварию с повреждением (плавлением) топлива, показал следующее:

- при тяжелой аварии размер зоны планирования защитных мероприятий по защите населения не превышает 1 км от АСММ,

- зона планирования мероприятий по обязательной эвакуации отсутствует.

Управление тяжелыми авариями

Воздействие на персонал при нормальной эксплуатации не превысит пределов доз, установленных нормами радиационной безопасности (т.е. не превышает риска от других видов деятельности человека, которые считаются безопасными). Воздействие на население при нормальной эксплуатации не превысит 10 мкЗв/год, что менее 1% от естественного радиационного фона. Санитарно-защитная зона совпадает с промплощадкой АСММ.

Все работы по обращению с РАО и временному хранению ОЯТ производятся в спецкорпусе.

Система обращения с РАО предполагает сбор, переработку, кондиционирование, временное хранение РАО на площадке АСММ и передачу Национальному оператору для захоронения;

 

Статус проекта АСММ на базе РУ РИТМ-200Н в Республике Саха (Якутия)

Дорожная карта реализации согласована с РС(Я), Локшиным А.М.

- ДОН утверждена ГК «Росатом» 24.12.2020 и (распоряжением Правительства РС(Я) и решением органов МСУ района) об одобрении ДОН в апреле 2021 г.

- Ведется разработка ОБИН и предварительных материалов ОВОС  и  МОЛ для подачи в ГЭЭ и Ростехнадзор.

- 14.04.21 проведен семинар по общественной приемлемости атомной энергии для жителей Усть-Янского района РС(Я)

- По ФНП проводится согласованная работа с Ростехнадзором.

- Ведется разработка технического проекта РУ в соответствии со всеми требованиями безопасности для наземных АЭС, включая требования МАГАТЭ.

- Проводится согласование ключевых подходов к формированию регулирования тарифообразования и концессионной финансово-экономической модели АСММ. 

Направление развития АСММ включено в стратегические документы Республики:

- Стратегию социально-экономического развития до 2032 г. с видением до 2050 г.;

- Программу «Социально-экономическое развитие РС(Я) на период до 2025 г. и основные направления до 2030 г.»;

- Энергетическую стратегию РС(Я) до 2032 г.а с видением до 2050 г.;

- Схему и программу электроэнергетики РС(Я) на период 2021-2025 гг.

 

Сравнение с зарубежными проектами

Преимущества АСММ перед ТЭС

- не использует органическое топливо,

- не загрязняет атмосферу выбросами золы, продуктами горения и сопутствующими газообразными веществами,

- не использует кислород воздуха,

- не выбрасывает парниковых газов,

- не засоряет земельные и водные ресурсы золошлаковыми отходами,

-не является источником распространения канцерогенных и радиоактивных веществ при нормальной эксплуатации,

- отсутствует пыление золоотвалов и засорение атмосферы продуктами горения золошлаковых отходов,

- отсутствует избыточное шумовое давление.

 

Преимущества АСММ перед ВИЭ

- Ветровая энергетика не может обеспечить стабильную базовую нагрузку, и связана с необходимостью создания буферных систем хранения энергии;

- Даже со схемами аккумулирования энергии ветровая энергетика отличается  нестабильностью, т.к. при длительных перерывах в метеоусловиях будет израсходована емкость накопителей и потребуется включение резервных дизель-генераторов;

- Для создания ветропарка мощностью 55 МВт потребуется семь самых мощных ветроустановок Enercon-126 (7,5 МВт), длина лопасти которой 64 м. Соответственно, площадь ветропарка составит 100 га, что на порядок превышает площадь АСММ с реакторной установкой РИТМ-200Н (10 га);

- Комбинация ветровой и традиционной дизельной энергетики связано с выбросами и сбросами парниковых газов, аэрозолей и твердых частиц, что негативно влияет на хрупкую северную природу.

 

Заключение

- Факторами промышленного применения ММР являются повышение спроса на электроэнергию, необходимую для экономического роста, и растущий запрос на энергетическую безопасность и низкоуглеродную энергетику в условиях борьбы с изменением климата;

- Малая ЯЭ устойчива в социально-экономическом плане, надежнее ВИЭ и технологий на органическом топливе, не чувствительна к метеорологическим условиям и ритмичности поставок топлива;

- АСММ с соответствующей инфраструктурой обеспечат жизнеспособность и экономическое развитие зон децентрализованного энергоснабжения.

 

Доклад представлен на XV Международном ядерном форуме «Безопасность ядерных технологий: транспортирование радиоактивных материалов» (АТОМТРАНС-2021), Санкт-Петербург, октябрь 2021 г.







Это статья PRoAtom
http://www.proatom.ru

URL этой статьи:
http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=10018