Мобилни атомни електроцентрали, създадени в СССР и Русия

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 15:58

Съветските мобилни атомни електроцентрали бяха предназначени предимно за работа в отдалечени райони на Далечния север, където няма железопътни линии и електропроводи.

В слабата светлина на полярния ден в заснежената тундра колона от верижни превозни средства пълзи в пунктирана линия: бронетранспортьори, вездеходни превозни средства с персонал, резервоари за гориво и … четири мистериозни машини с внушителни размери, подобни на могъщи железни ковчези. Вероятно това или почти така би изглеждало като пътуването на мобилна атомна електроцентрала до N-военното съоръжение, което пази страната от потенциален враг в самото сърце на ледената пустиня …

Корените на тази история, разбира се, отиват в ерата на атомната романтика - в средата на 1950-те. През 1955 г. Ефим Павлович Славски, една от водещите фигури на ядрената индустрия на СССР, бъдещият ръководител на Министерството на средното машиностроене, който служи на този пост от Никита Сергеевич до Михаил Сергеевич, посети завода в Ленинград Кировски. Това беше в разговор с директора на ЛКЗ И. М. Синев за първи път изрази предложение за разработване на мобилна атомна електроцентрала, която да захранва с електроенергия граждански и военни обекти, разположени в отдалечени райони на Далечния Север и Сибир.

Предложението на Славски се превърна в ръководство за действие и скоро LKZ, в сътрудничество с Ярославския завод за парни локомотиви, подготви проекти за ядрен влак - мобилна атомна електроцентрала (PAES) с малък капацитет за транспортиране по железопътен транспорт. Предвидени бяха два варианта - едноконтурна схема с газотурбинна инсталация и схема с използване на парна турбинна инсталация на самия локомотив. След това към развитието на идеята се включиха и други предприятия. След дискусията зелена светлина на проекта получи Ю. А. Сергеева и Д. Л. Бродер от Института по физика и енергетика в Обнинск (сега FSUE "SSC RF - IPPE"). Очевидно имайки предвид, че железопътната версия ще ограничи зоната на действие на AES само до териториите, обхванати от железопътната мрежа, учените предложиха да поставят електроцентралата си на коловози, което я прави почти всички терени.

Проектът на станцията се появява през 1957 г., а две години по-късно е произведено специално оборудване за изграждането на прототипи на ТЕЦ-3 (преносима електроцентрала).

В онези дни практически всичко в ядрената индустрия трябваше да се прави „от нулата“, но опитът от създаване на ядрени реактори за транспортни нужди (например за ледоразбивача „Ленин“) вече съществуваше и можеше да се разчита на него.

ТЕЦ-3 е транспортируема атомна електроцентрала, транспортирана на четири самоходни верижни шасита на базата на тежкия танк Т-10. ТЕЦ-3 влиза в пробна експлоатация през 1961 г. Впоследствие програмата беше съкратена. През 80-те години идеята за преносими атомни електроцентрали с голям блок с малък капацитет получава по-нататъшно развитие под формата на ТЕЦ-7 и ТЕЦ-8.

Един от основните фактори, които авторите на проекта трябваше да вземат предвид при избора на едно или друго инженерно решение, беше, разбира се, безопасността. От тази гледна точка схемата на малък двуконтурен воден реактор под налягане беше призната за оптимална. Топлината, генерирана от реактора, се отвежда от вода под налягане от 130 атм при температура на входа на реактора 275 ° C и на изхода от 300 ° C. Чрез топлообменника топлината се предава на работния флуид, който също служи като вода. Генерираната пара задвижва турбината на генератора.

Активната зона на реактора е проектирана под формата на цилиндър с височина 600 мм и диаметър 660 мм. Вътре са поставени 74 горивни касети. Беше решено да се използва интерметално съединение (химично съединение на метали) UAl3, напълнено със силимин (SiAl), като горивен състав. Комплектите се състоят от два коаксиални пръстена с този горивен състав. Подобна схема е разработена специално за ТЕЦ-3.

През 1960 г. създаденото енергийно оборудване е монтирано на верижно шаси, заимствано от последния съветски тежък танк Т-10, произвеждан от средата на 50-те до средата на 60-те години. Вярно е, че основата за атомната електроцентрала трябваше да бъде удължена, така че силовото самоходно оръдие (както започнаха да наричат вездеходните превозни средства, превозващи атомната електроцентрала) имаше десет валяка срещу седем за танка.

Но дори при такава модернизация беше невъзможно да се побере цялата електроцентрала на една машина. ТЕЦ-3 беше комплекс от четири самоходни машини.

Първото мощно самоходно оръдие носеше ядрен реактор с транспортируема биозащита и специален въздушен радиатор за отстраняване на остатъчното охлаждане. Втората машина е оборудвана с парогенератори, обемен компенсатор и циркулационни помпи за захранване на първи контур. Реалното производство на електроенергия беше функция на третата самоходна електроцентрала, където беше разположен турбогенераторът с оборудването на пътя за захранване на кондензата. Четвъртата кола играеше ролята на контролен център за AES, а също така имаше оборудване за резервно захранване. Имаше контролен панел и главна платка със средства за стартиране, стартов дизел генератор и акумулаторна батерия.

Лапидарността и прагматизмът изиграха първата цигулка в дизайна на моторни самоходни превозни средства. Тъй като ТЕЦ-3 трябваше да работи предимно в районите на Далечния север, оборудването беше поставено в изолирани тела от така наречения тип карета. В напречно сечение те представляваха неправилен шестоъгълник, който може да се опише като трапец, поставен върху правоъгълник, който неволно предизвиква асоциация с ковчег.

AES беше предназначен да работи само в стационарен режим, не можеше да работи "в движение". За да стартирате станцията, беше необходимо да се подредят самоходните електроцентрали в правилния ред и да се свържат с тръбопроводи за охлаждащата течност и работния флуид, както и електрически кабели. И именно за стационарния режим на работа е проектирана биологичната защита на PAES.

Системата за биосигурност се състои от две части: транспортируема и стационарна. Транспортираната биозащита беше транспортирана заедно с реактора. Активната зона на реактора беше поставена в един вид оловно "стъкло", което се намираше вътре в резервоара. Когато работеше ТЕЦ-3, резервоарът беше пълен с вода. Водният слой рязко намали неутронното активиране на стените на резервоара за биозащита, тялото, рамката и други метални части на силовото самоходно оръдие. След края на кампанията (периодът на работа на електроцентралата при едно зареждане) водата се източва и транспортирането се извършва с празен резервоар.

Стационарната биосигурност се разбираше като вид кутии, направени от пръст или бетон, които преди пускането на плаващата електроцентрала трябваше да бъдат издигнати около самоходни електроцентрали, носещи реактор и парогенератори.

Общ изглед на АЕЦ „ТЕЦ-3

През август 1960 г. сглобеният AES е доставен в Обнинск, на полигона на Физико-енергийния институт. По-малко от година по-късно, на 7 юни 1961 г., реакторът достига критичност и на 13 октомври електроцентралата е пусната. Тестовете продължават до 1965 г., когато реакторът работи за първата си кампания. Въпреки това, историята на съветската мобилна атомна електроцентрала всъщност приключи дотук. Факт е, че успоредно с това известният институт в Обнинск разработваше друг проект в областта на малката ядрена енергия. Това беше плаващата атомна електроцентрала "Север" с подобен реактор. Подобно на ТЕЦ-3, Северът е проектиран основно за нуждите на електрозахранването на военни обекти. И в началото на 1967 г. Министерството на отбраната на СССР решава да изостави плаващата атомна електроцентрала. В същото време работата по наземната мобилна електроцентрала беше спряна: APS беше поставен в режим на готовност. В края на 60-те години имаше надежда, че идеята на учените от Обнинск все още ще намери практическо приложение. Предполагаше се, че атомната електроцентрала може да се използва за добив на петрол в случаите, когато трябва да се изпомпва голямо количество гореща вода в нефтоносните слоеве, за да се издигнат изкопаемите суровини по-близо до повърхността. Разгледахме, например, възможността за такова използване на AES в кладенци в района на град Грозни. Но станцията не успя дори да служи като котел за нуждите на чеченските петролни работници. Икономическата експлоатация на ТЕЦ-3 е призната за нецелесъобразна и през 1969 г. централата е напълно законсервирана. Завинаги.

За екстремни условия

Изненадващо е, че историята на съветските мобилни атомни електроцентрали не спира с разпадането на АПС в Обнинск. Друг проект, за който несъмнено си струва да се говори, е много любопитен пример за съветско енергийно дългосрочно строителство. Той е започнат още в началото на 60-те години на миналия век, но донесе някакъв осезаем резултат едва в ерата на Горбачов и скоро беше „убит“от радиофобията, която рязко се засили след катастрофата в Чернобил. Говорим за беларуския проект "Памир 630D".

Комплексът от мобилна АЕЦ "Памир-630Д" се базираше на четири камиона, които представляваха комбинация от "ремарке-влекач"

В известен смисъл можем да кажем, че ТЕЦ-3 и Памир са свързани от семейни връзки. В крайна сметка един от основателите на беларуската ядрена енергетика беше A. K. Красин е бивш директор на IPPE, който е участвал пряко в проектирането на първата в света атомна електроцентрала в Обнинск, Белоярска АЕЦ и ТЕЦ-3. През 1960 г. той е поканен в Минск, където ученият скоро е избран за академик на Академията на науките на БССР и назначен за директор на отдела за атомна енергия на Енергийния институт на Беларуската академия на науките. През 1965 г. катедрата е преобразувана в Институт по ядрена енергетика (сега Обединен институт за енергетика и ядрени изследвания "Сосни" на Националната академия на науките).

По време на едно от пътуванията си до Москва Красин научи за съществуването на държавна поръчка за проектиране на мобилна атомна електроцентрала с мощност 500-800 kW. Военните проявиха най-голям интерес към този вид електроцентрала: имаха нужда от компактен и автономен източник на електроенергия за съоръжения, разположени в отдалечени и сурови райони на страната - където няма железопътни линии или електропроводи и където е доста трудно да се доставят голямо количество конвенционално гориво. Може да става дума за захранване на радарни станции или ракетни пускови установки.

Предвид предстоящото използване в екстремни климатични условия, към проекта бяха наложени специални изисквания. Станцията трябваше да работи при широк диапазон от температури (от –50 до + 35 ° С), както и при висока влажност. Клиентът поиска управлението на централата да бъде максимално автоматизирано. В същото време станцията трябваше да се вмести в железопътните размери на О-2Т и в размерите на товарните кабини на самолети и хеликоптери с размери 30x4, 4x4, 4 м. Продължителността на кампанията на АЕЦ беше определена при не по-малко от 10 000 часа с непрекъснато време на работа не повече от 2 000 часа. Времето за разгръщане на станцията трябваше да бъде не повече от шест часа, а демонтажът трябваше да се извърши за 30 часа.

Реактор "ТЕЦ-3"

Освен това дизайнерите трябваше да измислят как да намалят консумацията на вода, която в условията на тундрата не е много по-достъпна от дизеловото гориво. Именно това последно изискване, което на практика изключваше използването на воден реактор, до голяма степен определи съдбата на Памир-630D.

Портокалов дим

Генерален проектант и основен идеологически вдъхновител на проекта беше В. Б. Нестеренко, сега член-кореспондент на Беларуската национална академия на науките. Именно той дойде с идеята да се използва не вода или разтопен натрий в реактора Памир, а течен азотен тетроксид (N2O4) - и едновременно като охлаждаща течност и работен флуид, тъй като реакторът е замислен като реактор с един контур, без топлообменник.

Естествено, азотният тетраоксид не е избран случайно, тъй като това съединение има много интересни термодинамични свойства, като висока топлопроводимост и топлинен капацитет, както и ниска температура на изпаряване. Преходът му от течно към газообразно състояние се придружава от химическа реакция на дисоциация, когато молекула на азотен тетраоксид се разпада първо на две молекули азотен диоксид (2NO2), а след това на две молекули на азотен оксид и една молекула на кислород (2NO + O2). С увеличаване на броя на молекулите обемът на газа или неговото налягане се увеличават рязко.

По този начин в реактора стана възможно да се реализира затворен цикъл газ-течност, което даде на реактора предимства по отношение на ефективност и компактност.

През есента на 1963 г. белоруски учени представиха своя проект за мобилна атомна електроцентрала за разглеждане от научно-техническия съвет на Държавния комитет за използване на атомната енергия на СССР. В същото време подобни проекти на IPPE, IAE im. Курчатов и ОКБМ (Горки). Предпочитанието беше дадено на беларуския проект, но само десет години по-късно, през 1973 г., беше създадено специално конструкторско бюро с пилотно производство в Института по ядрена енергетика на Академията на науките на БССР, което започна проектирането и изпитването на стенд. на бъдещите реакторни блокове.

Един от най-важните инженерни проблеми, които създателите на Pamir-630D трябваше да решат, беше разработването на стабилен термодинамичен цикъл с участието на охлаждаща течност и работен флуид от нетрадиционен тип. За това използвахме например стойката "Вихр-2", която всъщност беше турбогенератор на бъдещата станция. В него азотният тетроксид се нагрява с помощта на турбореактивен авиационен двигател VK-1 с допълнител.

Отделен проблем беше високата корозивност на азотния тетроксид, особено в местата на фазови преходи - кипене и кондензация. Ако водата попадне във веригата на турбинния генератор, N2O4, след като реагира с нея, веднага ще даде азотна киселина с всичките й известни свойства. Противниците на проекта понякога казваха, че белоруските ядрени учени възнамеряват да разтворят активната зона на реактора в киселина. Проблемът с високата агресивност на азотния тетроксид беше частично решен чрез добавяне на 10% обикновен азотен оксид към охлаждащата течност. Този разтвор се нарича "нитрин".

Въпреки това, използването на азотен тетроксид увеличи опасността от използване на целия ядрен реактор, особено ако си спомним, че говорим за мобилна версия на ядрена електроцентрала. Това се потвърждава от смъртта на един от служителите на КБ. По време на експеримента оранжев облак избяга от спукания тръбопровод. Човек наблизо неволно вдишва отровен газ, който, реагирайки с вода в белите му дробове, се превръща в азотна киселина. Не беше възможно да се спаси нещастникът.

Плаваща електроцентрала Памир-630Д

Защо да премахнете колелата?

Въпреки това, конструкторите на "Памир-630D" внедриха редица дизайнерски решения в своя проект, които бяха предназначени да повишат безопасността на цялата система. Първо, всички процеси в съоръжението, като се започне от пускането на реактора, бяха контролирани и наблюдавани с помощта на бордови компютри. Два компютъра работеха паралелно, а третият беше в "горещ" режим на готовност. Второ, беше внедрена система за аварийно охлаждане на реактора поради пасивния поток на пара през реактора от частта с високо налягане към частта на кондензатора. Наличието на голямо количество течен охладител в технологичния цикъл направи възможно, например, прекъсване на захранването, ефективно отстраняване на топлината от реактора. На трето място, материалът на модератора, който беше избран като циркониев хидрид, се превърна във важен елемент за "безопасност" на дизайна. В случай на спешно повишаване на температурата, циркониевият хидрид се разлага и освободеният водород прехвърля реактора в дълбоко подкритично състояние. Реакцията на делене спира.

Минаха години с експерименти и тестове и тези, които замислиха Памир в началото на 60-те години, успяха да видят своето дете в метала едва през първата половина на 1980-те. Както и в случая с ТЕЦ-3, беларуските конструктори се нуждаеха от няколко превозни средства, за да настанят своя AES върху тях. Реакторният блок беше монтиран на триосно полуремарке MAZ-9994 с товароносимост 65 тона, за което MAZ-796 действаше като влекач. Освен реактора с биозащита, в този блок се помещава аварийно охлаждане, разпределителен шкаф за спомагателни нужди и два автономни дизелови генератора с мощност 16 kW всеки. Същата комбинация MAZ-767 - MAZ-994 носеше турбогенераторен агрегат с оборудване за електроцентрала.

Освен това елементи от автоматизираната система за управление на защита и контрол се преместват в каросерията на превозните средства KRAZ. Друг такъв камион превозваше спомагателен агрегат с двеста киловатови дизел генератори. Има общо пет коли.

Памир-630D, подобно на ТЕЦ-3, е проектиран за стационарна работа. При пристигането на мястото на разполагане монтажните екипи монтираха реакторните и турбогенераторните блокове един до друг и ги свързаха с тръбопроводи с уплътнени съединения. Контролните блокове и резервната електроцентрала бяха поставени на не по-близо от 150 м от реактора, за да се гарантира радиационната безопасност на персонала. Колелата бяха свалени от блоковете на реактора и турбогенератора (ремаркетата бяха монтирани на крикове) и отведени в безопасна зона. Всичко това, разбира се, е в проекта, защото реалността се оказа различна.

Модел на първата беларуска и в същото време единствената мобилна атомна електроцентрала в света "Памир", която е направена в Минск

Електрическият пуск на първия реактор се извършва на 24 ноември 1985 г., а пет месеца по-късно се случва Чернобил. Не, проектът не беше закрит веднага и като цяло експерименталният прототип на AES работи при различни условия на натоварване в продължение на 2975 часа. Когато обаче в резултат на радиофобията, която обхвана страната и света, внезапно стана известно, че на 6 км от Минск се намира ядрен реактор с експериментален проект, настъпи мащабен скандал. Министерският съвет на СССР незабавно създаде комисия, която трябваше да проучи възможността за по-нататъшна работа по Памир-630D. През същата 1986 г. Горбачов уволни легендарния ръководител на Средмаш, 88-годишният Е. П. Славски, който покровителства проектите на мобилни атомни електроцентрали. И няма нищо изненадващо във факта, че през февруари 1988 г., според решението на Министерския съвет на СССР и Академията на науките на БССР, проектът Памир-630D престана да съществува. Един от основните мотиви, както се посочва в документа, е „недостатъчната научна обосновка на избора на охлаждащата течност“.

Памир-630Д е мобилна атомна електроцентрала, разположена на автомобилно шаси. Той е разработен в Института по ядрена енергетика на Академията на науките на БССР

Реакторните и турбогенераторните агрегати бяха поставени на шасито на два влекача МАЗ-537. Контролният панел и помещенията за персонала са били разположени на още две превозни средства. Общо гарата се обслужва от 28 души. Инсталацията е проектирана да се транспортира по железопътен, морски и въздушен транспорт – най-тежкият компонент е реакторно превозно средство, тежащо 60 тона, което не надвишава товароносимостта на стандартен железопътен вагон.

През 1986 г., след аварията в Чернобил, безопасността на използването на тези комплекси беше критикувана. От съображения за сигурност и двата съществуващи по това време комплекта "Памир" са унищожени.

Но какво развитие получава тази тема сега.

АД Атоменергопром очаква да предложи на световния пазар индустриален дизайн на мобилна АЕЦ с ниска мощност от порядъка на 2,5 MW.

Руският "Атоменергопром" представи през 2009 г. на международното изложение "Атомекспо-Беларус" в Минск проект на модулна преносима ядрена инсталация с ниска мощност, чийто разработчик е NIKIET im. Доллежал.

Според главния конструктор на института Владимир Сметаников блок с мощност 2, 4-2, 6 MW може да работи 25 години без презареждане на горивото. Предполага се, че може да бъде доставен готов на обекта и пуснат в експлоатация в рамките на два дни. Необходими са не повече от 10 души за обслужване. Цената на един блок се оценява на около 755 милиона рубли, но оптималното разположение е два блока всеки. Индустриален дизайн може да бъде създаден за 5 години, но за извършване на научноизследователска и развойна дейност ще са необходими около 2,5 милиарда рубли

През 2009 г. в Санкт Петербург беше положена първата в света плаваща атомна електроцентрала. Росатом възлага големи надежди на този проект: ако той бъде успешно реализиран, очаква огромни чуждестранни поръчки.

Росатом планира активно да изнася плаващи атомни електроцентрали. Според ръководителя на държавната корпорация Сергей Кириенко вече има потенциални чуждестранни клиенти, но те искат да видят как ще се реализира пилотният проект.

Икономическата криза играе в ръцете на строителите на мобилни атомни електроцентрали, тя само увеличава търсенето на техните продукти, - каза Дмитрий Коновалов, анализатор в Unicredit Securities. „Търсене ще има именно защото мощността на тези станции е една от най-евтините. Атомните централи са по-близо до водноелектрическите централи на цена за киловатчас. И следователно търсенето ще бъде както в индустриалните региони, така и в развиващите се региони. А възможността за мобилност и движение на тези станции ги прави още по-ценни, тъй като нуждите от електроенергия в различните региони също са различни."

Русия беше първата, която реши да построи плаващи атомни електроцентрали, въпреки че в други страни тази идея също беше активно обсъждана, но те решиха да се откажат от нейното изпълнение. Анатолий Макеев, един от разработчиците на Централното конструкторско бюро на Айсберг, каза за BFM.ru следното: „По едно време имаше идея да се използват такива станции. Според мен американската компания го предложи - искаше да построи 8 плаващи атомни електроцентрали, но всичко се провали заради "зелените". Има и въпроси относно икономическата осъществимост. Плаващите електроцентрали са по-скъпи от стационарните, а капацитетът им е малък.

В Балтийската корабостроителница започна монтажът на първата в света плаваща атомна електроцентрала.

Плаващият енергоблок, построен в Санкт Петербург по поръчка на Концерн Енергоатом OJSC, ще се превърне в мощен източник на електроенергия, топлина и прясна вода за отдалечени региони на страната, които постоянно изпитват недостиг на енергия.

Станцията трябва да бъде доставена на клиента през 2012 г. След това заводът планира да сключи още договори за изграждане на още 7 от същите станции. Освен това чуждестранни клиенти вече се интересуват от проекта за плаваща атомна електроцентрала.

Плаващата атомна електроцентрала се състои от плоскопалубен несамоходен кораб с две реакторни централи. Може да се използва за генериране на електричество и топлина, както и за обезсоляване на морска вода. Може да произвежда от 100 до 400 хиляди тона прясна вода на ден.

Животът на централата ще бъде най-малко 36 години: три цикъла от по 12 години, между които е необходимо да се презареждат реакторните съоръжения.

Според проекта изграждането и експлоатацията на такава атомна електроцентрала е много по-изгодно от изграждането и експлоатацията на наземни атомни електроцентрали.

Екологичната безопасност на APEC е присъща и на последния етап от жизнения му цикъл - извеждане от експлоатация. Концепцията за извеждане от експлоатация предполага транспортиране на изтекла експлоатационна станция до мястото, където се изрязва за погребване и обезвреждане, което напълно изключва радиационното въздействие върху акваторията на района, където се експлоатира АПП.

Между другото: Работата на плаващата атомна електроцентрала ще се извършва на ротационен принцип с настаняване на обслужващия персонал в станцията. Продължителността на смяната е четири месеца, след което смяната на екипажа се сменя. Общият брой на основния оперативен производствен персонал на плаващата атомна електроцентрала, включително смяна и резервни екипи, ще бъде около 140 души.

За създаване на условия за живот, отговарящи на приетите стандарти, станцията осигурява трапезария, басейн, сауна, фитнес зала, стая за отдих, библиотека, телевизор и др. Станцията разполага с 64 единични и 10 двойни каюти за настаняване на персонал. Жилищният блок е възможно най-далеч от реакторните съоръжения и от помещенията на централата. Броят на привлечения постоянен непроизводствен персонал на административно-стопанската служба, който не е обхванат от ротационния метод на обслужване, ще бъде около 20 души.

Според ръководителя на Росатом Сергей Кириенко, ако руската ядрена енергетика не бъде развита, след двадесет години тя може да изчезне напълно. Според задачата, поставена от президента на Русия, до 2030 г. делът на ядрената енергия трябва да се увеличи до 25%. Изглежда, че плаващата атомна електроцентрала е предназначена да предотврати сбъдването на тъжните предположения на първата и да разреши поне отчасти проблемите, поставени от втората.