Сколько стоит плавающая атомная электростанция. "росатом" запустил реактор первой отечественной плавучей аэс

«Академик Ломоносов» — это первая в мире плавучая атомная теплоэлектростанция (ПАТЭС) серийного производства, которая строится на Балтийском заводе в Санкт Петербурге. Планируемый срок ввода проекта в эксплуатацию — 2019 год. Плавучая АЭС строится в условиях судостроительного завода, а затем транспортируется на постоянное место пребывания.

В настоящее время на заводе проходят комплексные швартовые испытания плавучего атомного энергоблока (ПЭБ) «Академик Ломоносов». В ходе работ будут проверены основные характеристики судна и их соответствие заявленным при проектировании параметрам.

Для чего нужны ПАТЭС и где их будут применять?

Плавучий атомный энергоблок — это уникальный проект мобильного транспортабельного энергоблока малой мощности. Он предназначен для эксплуатации в районах Крайнего Севера и Дальнего Востока, его основная цель — обеспечить энергией удаленные промышленные предприятия, портовые города, а также газовые и нефтяные платформы, расположенные в открытом море.

ПЭБ «Академик Ломоносов» станет частью плавучей атомной электростанции (ПАТЭС) в городе Певек Чукотского автономного округа. После ввода в эксплуатацию ПАТЭС станет самой северной в мире атомной станцией. В настоящее время статус самой северной АЭС России и мира принадлежит Билибинской АЭС, также расположенной на Чукотке, в зоне вечной мерзлоты.

Как рассказал глава Чукотского автономного округа Роман Копин , ПАТЭС «Академик Ломоносов» имеет большое значение для города Певек и региона в целом и решает две задачи.

«Первая — это замещение Билибинской атомной станции, поскольку город Билибино и Певек работают в едином энергоузле, поэтому сроки остановки 1-го блока Билибинской АЭС в 2019 году будут синхронизированы с вводом ПАТЭС в Певеке. Также одна из основных задач, которую будет решать плавучая станция — обеспечение энергией основных горнодобывающих компаний, расположенных на западной Чукотке в Чаун-Билибинском энергоузле: это большой рудно-металлический кластер, в том числе, золотодобывающие компании и проекты, связанные с развитием Баимской рудной зоны», — рассказал губернатор ЧАО.

Технические характеристики и сроки сдачи

Плавучая атомная электростанция состоит из гладкопалубного несамоходного судна длиной 144 метра, шириной 30 метров, водоизмещением 21,5 тысячи тонн.

Как сообщают в «Росатоме», готовность плавучего энергоблока «Академик Ломоносов» к транспортировке должна быть достигнута уже к концу текущего года. После этого ПАТЭС как готовый объект будет доставлена по Северному морскому пути к месту работы, раскреплена у мола-причала и подключена к береговой инфраструктуре, сооружаемой в городе Певеке.

4 октября 2016 года в Певеке состоялась торжественная церемония забивки первого (лидерного) шпунта в основание береговой инфраструктуры для «Академика Ломоносова».

В сентябре 2019 года «Росэнергоатом» планирует приступить к установке энергоблока на штатное место, а осенью 2019 г. провести испытания ПАТЭС и ввести ее в эксплуатацию.

Планируется, что к 2021 ПАТЭС выйдет на полную мощность, заменив Билибинскую АЭС, которую к этому сроку уже выведут из эксплуатации.

Сколько людей будут работать на ПАТЭС?

Предполагается, что для эксплуатации «Академика Ломоносова» потребуется 304 человека. Из них 42 будут работать на постоянной основе (с проживанием в Певеке), остальной персонал — эксплуатационный, ремонтный и судовая команда — вахтовым методом.

Я не особенно то верил, что такой амбициозный и необычный проект получится довести до изделия в металле. Еще в 1950-х годах появились на колесах, на гусеницах и на плаву. С того времени в реальные образцы ничего не перешло.

И вот атомный плавучий энергетический блок (ПЭБ) "Академик Ломоносов" 28 апреля покинул территорию "Балтийского завода" в Санкт-Петербурге, где с 2009 года велось его сооружение, и направился к месту своего базирования - на Чукотку.

Буксировку ПЭБ в Певек (Чукотка) планируется осуществить в два этапа: из Санкт-Петербурга - в Мурманск, без ядерного топлива на борту, а затем из Мурманска - в Певек - ориентировочно летом 2019 года с уже загруженным ядерным топливом.

Весь комплекс буксировочных и маневровых услуг, связанных с перегоном плавучего энергоблока (ПЭБ) по маршруту Санкт-Петербург - Мурманск - Певек окажет ФБУ "Морская спасательная служба Росморречфлота".

В самом Певеке, где расположится плавучая атомная теплоэлектростанция (ПАТЭС), продолжаются строительные работы, включая сооружение мола-причала, гидротехнических сооружений (ГТС) и береговой площадки, призванных обеспечить безопасную стоянку энергоблока и приемку с него энергомоста.

Осенью текущего года в Мурманске состоится загрузка ядерного топлива в реактор и его физический пуск, а готовый к работе ПЭБ доставят по Северному морскому пути в Певек и подключат к береговой инфраструктуре. "После ввода в эксплуатацию, который запланирован на 2019 год, ПАТЭС заменит Билибинскую атомную станцию и Чаунскую ТЭЦ, которые уже технологически устарели, и станет самой северной атомной станцией в мире", - отмечается в сообщении.

"Установка ПАТЭС в труднодоступных районах России - очень перспективное направление развития российской инженерной мысли", - говорит первый вице-президент Российского союза инженеров Иван Андриевский. Он напоминает, что о важности освоения Крайнего Севера неоднократно говорил президент страны. Кроме того, заявил Андриевский Центру энергетической экспертизы, "проект отвечает всем требованиям МАГАТЭ, это снимает всевозможные претензии к нему на международном уровне. Учитывая растущий интерес к Арктике со стороны ряда стран, и тот факт, что удовлетворение энергопотребностей в этом регионе связано с рядом понятных трудностей, которые эти страны пока в полной мере не решили, появление ПАТЭС наверняка вызовет научный и деловой интерес у ряда партнеров России […]".

В свою очередь, советник президента ГК "ФИНАМ" Ярослав Кабаков напомнил, что к проекту еще на стадии строительства проявляли интерес многие государства и "особенно активен в этом направлении Китай". По мнению эксперта, "с выходом на эксплуатацию первой ПАТЭС в случае ее успешной работы можно ожидать, что проект захотят реализовать страны, которые раньше и мечтать не могли о развитии у себя атомной энергетики".

Плавучий энергетический блок (ПЭБ) "Академик Ломоносов" проекта 20 870 - это головной проект серии мобильных транспортабельных энергоблоков малой мощности. Он предназначен для работы в составе плавучей атомной теплоэлектростанции (ПАТЭС) и представляет собой новый класс мобильных энергоисточников на базе российских технологий атомного судостроения. Станция оснащена двумя реакторными установками КЛТ-40С, которые способны вырабатывать до 70 МВт электроэнергии и 50 Гкал/ч тепловой энергии в номинальном рабочем режиме, что достаточно для поддержания жизнедеятельности города с населением около 100 тыс. человек. ПЭБ - это уникальный и первый в мире проект мобильного транспортабельного энергоблока малой мощности. Он предназначен для эксплуатации в районах Крайнего Севера и Дальнего Востока.

Плавучие АЭС в России - проект отечественных конструкторов по созданию мобильных установок малой мощности. В разработке участвуют госкорпорация "Росатом", предприятия "Балтийский завод", и ряд других организаций.

Историческая справка

На начальных этапах развития индустрии атомную энергию рассматривали главным образом применительно к военной промышленности. Однако в течение нескольких последних десятилетий все более очевидными стали преимущества мобильных источников, пригодных для эксплуатации в отдаленных и неосвоенных местностях. В большей степени смена приоритетов была обусловлена развитием атомных технологий гражданского назначения, установкой реакторов на военных судах, ледоколах, подводных лодках.

Впервые мобильные установки стали использовать США. Они обеспечивали энергией и американскую исследовательскую базу в Антарктике.

Относительно недавно в СМИ задавался вопрос о том, будет ли установлена плавучая АЭС в Крыму. Мнения на этот счет различны. Однако заявлений от госкорпорации, координирующей программу, относительно этого вопроса не поступало. Некоторые специалисты говорят о том, что плавучая АЭС в Крыму не нужна. Объясняют свою позицию они тем, что такие установки конструируются для эксплуатации в удаленных, труднодоступных районах. Снабжение полуострова может осуществляться и другими способами. Например, строится энергомост от материковой части страны.

Отечественная индустрия

По федеральной целевой программе "Энергоэффективная экономика" 2002-2005 гг. и на перспективу до 2010-го был проведен тендер на создание маломощной ПАЭС. В середине мая 2006-го победителем стало предприятие "Севмаш". В следующем, 2007 году, ректорат Нижегородского гостехуниверситета и Федеральное агентство по атомной энергетике достигли договоренности о том, что институт будет выступать в качестве базового вуза по подготовке соответствующих специалистов. В 2008 году координаторы проекта объявили, что часть заказов на агрегаты и узлы будет передана Балтийскому заводу. Однако завод "Севмаш" чуть позже объявил, что плавучая АЭС будет сдана на 5 месяцев позже запланированного срока. В этой связи Балтийскому заводу был передан заказ полностью.

Начало строительства

Как заявлял в 2010 году замглавы "Росэнергоатом" Сергей Завьялов, первая плавучая АЭС создавалась в соответствии с графиком. Готовность установки планировалась на конец 2012 г., а вывод в эксплуатацию предполагался в 2013-м. В июне 2010-го был спущен на воду первый энергоблок. Это произошло на Балтийском заводе. Но в то время турбогенератор и реактор не были установлены. Монтажные работы предполагалось осуществлять на плавающем энергоблоке. В сентябре 2011 г. положительное заключение экологической экспертизы получил проект в Певеке. В настоящее время он находится на стадии обоснования инвестиций. В конце сентября - начале октября 2013 г. парогенерирующие блоки массой по 220 т, выпущенные по проектам ОКБМ им. Африкантова, были перевезены к достроечной набережной из эллинга шестого цеха Балтийского завода. Там в присутствии представителей "Росэнергоатома" плавкраном они были погружены в реакторные отсеки. В соответствии с условиями контракта, петербургский завод должен сдать ПЭБ, подготовленный к транспортировке к месту эксплуатации, 9 сентября 2016 г. Последние новости о плавучей АЭС указывают на то, что она должна быть полностью введена в эксплуатацию в 2018 году.

Ключевой проект

В серии мобильных транспортабельных установок малой мощности основной считается плавучая АЭС "Академик Ломоносов". Максимальная мощность ее составляет больше 70 МВт. Установка включает в себя два реактора КЛТ-40С. Главным конструктором выступает АО "ОКБМ им. Африкантова". Это же предприятие является основным изготовителем и поставщиком оборудования реакторных установок. В него, в частности, включены насосы, агрегаты обращения с топливом, ИМ СУЗ, вспомогательные машины и проч. Плавучая АЭС "Академик Ломоносов" создана на базе серийной установки, используемой в ледоколах, проверенной на протяжении продолжительной эксплуатации в арктических условиях.

Назначение

Выполненные предприятиями и исследовательскими институтами "Росатома" проектные мероприятия показали возможность строительства на базе уже освоенных судовых реакторов источников энергии качественно нового класса. Они будут использоваться для производства опресненной воды, электричества, бытового и промышленного тепла. Предполагается распространение плавучих АЭС мощностью от 3,5 до 70 и более МВт. Они предназначаются для обеспечения портовых городов, крупных предприятий промышленности, добывающих газовых и нефтяных комплексов, расположенных в шельфовой зоне.

Специфика

Передвижные АЭС представляют собой автономные объекты. Они полностью создаются на судостроительном заводе в качестве несамоходного судна. Готовые установки транспортируются речным либо морским путем к участку эксплуатации. Заказчик получает объект в рабочем состоянии. Плавучие АЭС включают в себя комплекс жилых помещений и полной инфраструктуры, обеспечивающей проживание персонала, осуществляющего эксплуатацию, а также техобслуживание установки. Таким образом, изготовитель и поставщик выполняет заказ "под ключ". Сооружение в заводских условиях обеспечивает максимальное сокращение сроков строительства. Вместе с этим российская плавучая АЭС соответствует всем международным требованиям, предъявляемым к качеству и безопасности.

Преимущества

Плавучая АЭС наилучшим образом приспособлена для эксплуатации в труднодоступных местностях по берегам рек или морей, отдаленных от центральных систем снабжения. В РФ это в первую очередь районы Дальнего Востока и Крайнего Севера. В этих регионах нет единой энергосистемы. Здесь необходимы экономически приемлемые и надежные источники снабжения. В настоящее время потребность в нескольких десятках маломощных станций стоит в этих регионах очень остро. установок позволит стимулировать экономическую активность и обеспечить надлежащий уровень жизни населению.

Безопасность

Плавучая АЭС соответствует всем международным экологическим требованиям. Обогащение топлива не превышает предельного уровня для соблюдения режима по нераспространению ядерного оружия. Поскольку эксплуатация предполагается в прибрежной зоне мирового океана, достаточно актуальным является вопрос об устойчивости установки к воздействию экстремальных природных факторов (смерчи, цунами и проч.).

"ОКМБ Африкантов" располагает комплексом инновационных технологий, за счет которых плавучая АЭС будет выдерживать любой уровень динамической нагрузки, заданный в проекте. Схема будущей установки создается с определенным "запасом прочности". Он превышает предельно возможные нагрузки в районе эксплуатации. Например, предусматривается вероятность удара волны цунами, столкновение с береговым сооружением или иным судном. Спустя 40 лет эксплуатации головной энергоблок плавучей атомной установки будет заменяться новым. При этом старый будет возвращен на технологическое предприятие на утилизацию. Во время эксплуатации и по ее окончании на участке, где была установлена плавучая не будет никаких экологически опасных отходов. Ремонт и перезагрузка топлива будут осуществляться в условиях действующих отечественных специализированных предприятий. На них присутствует все необходимое оборудование, а также задействован квалифицированный персонал.

Атомный эксперт: плавучие АЭС. Хороший улов

В настоящее время выпускается множество статей по рассматриваемой теме. Во многих из них представлены некоторые разработки ряда ведущих исследовательских и конструкторских институтов. Например, в 2015 году освещалась концепция ученых из технологического института Массачусетса. Считается, что плавучая АЭС (фото установки можно увидеть в статье) является одним из наиболее перспективных вариантов снабжения населенных пунктов, в которых недостаточно ресурсов прибрежной зоны. В концепции института сочетается две достаточно известные технологии. В частности рассматривается конструирование и глубоководной нефтяной платформы.

Плавучая АЭС "Академик Ломоносов" представляет собой проект мобильных транспортных энергоблоков небольшой мощности. Это всего лишь первый энергоблок, который войдет в состав полной плавучей АЭС. Уже в 2019 году он должен прибыть в северный порт Певек. Основная цель этого блока - замена Билибинской атомной станции и Чаунской ТЭЦ.

Предназначение

Плавучая АЭС в Певеке должна обеспечить жителей Чукотки теплом и электричеством. Работающая Билибинская атомная станция и Чаунская ТЭЦ должны быть выведены из эксплуатации, поскольку их срок службы подходит к концу в силу устаревшего оборудования. Конечно, на Чукотке можно было бы построить новую АЭС, однако из-за сильных морозов сделать это дорого и сложно. Вместо этого по заказу российской компании "Росатом" идет строительство плавучей АЭС. Эта идея лежала на поверхности, ведь построить энергоблок в нормальных условиях проще, чем в вечной мерзлоте. Уже готовые блоки можно переправлять по воде к дальним городам, пришвартовывать их там и обеспечивать местных жителей электричеством. Также от этих энергоблоков можно запитать нефтяные и газовые платформы, предприятия.

Кроме того, плавучая атомная электростанция способна обеспечивать жителей и предприятия тепловой энергией, а также производить опреснение морской воды. В сутки возможно переработать от 40 до 240 кубометров морской воды, после чего она становится пресной и пригодной для употребления. Все это позволяет поднять промышленный потенциал регионов и даже привлекать инвестиции за счет удешевления электроэнергии.

Судно как город

Плавучая АЭС "Академик Ломоносов" - это огромный корабль с размером в 12-этажный дом и длиной в 144 метра. Его можно сравнивать с небольшим городом. На корабле вместо запутанных улиц есть лабиринты коридоров, вместо мэрии здесь находится центральный пост - именно с него осуществляется управления технологическими процессами. Вместо домов на корабле есть удобные одноместные каюты для персонала. Для руководящего состава еще предусмотрены кабинеты.

Также на этой плавучей АЭС находятся социальные объекты: библиотека, спортивный и тренажерный зал, сауна, а также специальный пресс-рум для общения с представителями прессы.

Всего на судне 96 членов экипажа, которые работают вахтовым методом по три месяца. Такая схема работы является стандартной и применяется на многих крупных судах, которые долгие месяцы находятся в море.

Стоимость и участники проекта

Стоимость первого блока плавучей АЭС обошлась в 16.5 миллиардов рублей. Сюда входит все: строительство, оборудование, реакторная установка, создание специальных береговых сооружений для швартовки судна. Если от этой суммы отбросить все лишнее, то цена "чистой" плавучей энергоустановки составит 14.1 миллиарда рублей. Следовательно, 2.4 миллиарда рублей ушло на возведение гидротехнических и береговых сооружений, которые также необходимы для обеспечения работы судна.

Участниками проекта выступают следующие предприятия:

Компания "Росатом" является заказчиком.
"Атомэнерго" - проектировщик плавучей атомной электростанции.
ОАО "Балтийский завод" - изготовитель.
Изготовление турбин взял на себя Калужский турбинный завод.
За поставку реакторных установок отвечал "ОКБМ им. И.И. Африкантова".

Планы на будущее

Стоит отметить, что проект плавучей АЭС в Санкт-Петербурге в случае успеха становится весьма перспективным. Многие страны ждут начала работы данной станции с целью определения ее эффективности и целесообразности использовать у себя. Еще в 2002 году компания "Росатом" подписала декларации о строительстве плавучих АЭС для использования в Вилючинске (Камчатка), Дудинке (Таймыр), Певеке. Также эти "плавучки" должны появиться в Якутии и Красноярском крае.

Безопасность

Учитывая то, какой "груз" на борту такой плавучей станции, вопрос безопасности является одним из самых острых. Начать, пожалуй, стоит с того, что обогащение топлива, которое используется в плавучем энергоблоке, не превышает установленного МАГАТЭ уровня. Следовательно, все станции создаются в узких рамках международного законодательства.

Второй актуальный вопрос - это устойчивость плавучей установки к природным воздействиям. Смерч, цунами, сильные ветра - все это плавучая АЭС должна выдерживать. О "ОКБМ им Африкантова" располагают технологиями изготовления атомных установок, которые будут выдерживать любые природные динамические нагрузки. Эти технологии были применены при создании плавучей атомной станции. Косвенным подтверждением тому являются атомные реакторные установки крейсера "Курск". Они выдержали мощный взрыв, а после этого обеспечили вывод реактора и поддерживали его в безопасном состоянии, из-за чего радиоактивные вещества не вышли в окружающую среду.

Как и любая другая станция, плавучий энергоблок также проектируется с запасом прочности, превышающим возможные нагрузки в местности, где планируется эксплуатация блока. Также в расчет берутся и нагрузки, которые предположительно могут возникнуть в результате столкновения с другим судном или береговым сооружением.

А вообще, сотни судов с энергетическими атомными установками используются в составе флотов России, США, Китая, Франции, Англии. Ледоколы, авианосцы, крейсера, подводные лодки - на многих из этих судов установлены атомные силовые установки, и базируются они в портах, которые находятся вблизи крупных городов.

Обслуживание

Что касается ремонта и перезагрузки топлива, то все эти операции выполняются в России с привлечением специализированных предприятий, занимающихся технологическим обслуживанием атомных судов. В их состав входят квалифицированные специалисты, а сами компании обладают необходимым оборудованием для обслуживания судов.

После того, как энергоблок отслужит 40 лет, он будет заменен на новый. Старый же блок возвращается на специализированное предприятие, где утилизируется. В результате от него не останется никаких опасных материалов и веществ, которые могли бы навредить окружающей среде и человеку.

Кто против плавучей АЭС?

Как и многие другие амбициозные проекты, идея создания "плавучего Чернобыля" была плохо воспринята экологами. Они не просто не приветствуют подобную идею, они считают, что нахождение на плаву столь мощной реакторной установки является опасным. Специалисты, принимающие участие в этом проекте, утверждают, что опасности нет, так как уже много лет атомные суда находятся на плаву, и никаких катастроф не происходит. Но активисты настаивают на своем, приводя в качестве аргумента тот факт, что параметры реакторов плавучей установки изменены по сравнению с параметрами реакторов, использующихся на ледоколах, крейсерах и т.д. В частности, реакторы плавучих АЭС обладают большей активной зоной, да и работать они будут в более жестких условиях, а заявленный 40-летний срок службы превышает допустимый срок работы подобных реакторов. Поэтому многие экологи допускают, что в Поморье готовится большой ядерный эксперимент, который может закончиться пагубно не только для данных регионов, но и для всей России.

Также и "Гринпис" присоединился к протесту, опубликовав на своем сайте огромный список аварий на судах с реакторными установками. Список был внушительный, а составлен он на основе доступных общественных источников. В этот список вошло более чем 100 аварий, произошедших на судах, включая и аварии с выбросом радиоактивных веществ в окружающую среду.

Отходы

Экологи уверены, что Россия прикрывается проблемами энергоснабжения отдаленных регионов для постройки плавучих ядерных реакторов, которые в дальнейшем будут сдаваться в лизинг за границу. При этом есть большая вероятность, что обслуживание, в том числе и захоронение отработанного ядерного топлива, будет брать на себя также Россия. Уплывшая из Северодвинска баржа с ядерным топливом, вернется обратно через 40 лет в качестве большой мусорной ядерной свалки. Если поставить на поток производство таких АЭС, то очень скоро возникнет проблема с утилизаций отработанного топлива, а хоронить его будет сложнее, чем обычное топливо из наземных АЭС.

Дороговизна

Заместитель гендиректора "Росатома" Сергей Крысов заявлял ранее, что стоимость одного произведенного на плавучей АЭС кВт*ч составляет 1.5 рубля. Это намного дешевле, чем стоимость кВт*ч, полученного при сжигании газа или угля в условиях Крайнего Севера, ведь цена за электричество формируется в первую очередь транспортной составляющей.

Генеральный директор фирмы "Малая энергетика" признается, что по сравнению с наземными АЭС стоимость производства одного кВт*ч на плавучей станции обходится намного дороже, но в любом случае это дешевле, чем использование ископаемого топлива в условиях Крайнего Севера. Стоит отметить, что в стоимости строительства плавучей АЭС не учитывались расходы на утилизацию отработанного топлива, которое нужно будет хоронить через 40 лет. С учетом этих расходов, возможно, цена за производство одного кВт*ч электричества могла оказаться намного выше, чем стоимость одного кВт*ч при использовании газа или угля.

Однако сейчас никто платить и учитывать расходы на утилизацию не собирается. Вполне возможно, что в течение 40 лет будут изобретены дешевые технологии утилизации. Также могут быть изобретены способы повторного использования отработанного ядерного топлива.

В заключение

В мире плавучих АЭС всего две. Первую планировали построить в 1961 году американцы, однако уже 1976 года она была выведена из эксплуатации из-за экономической неэффективности и небезопасности применения. "Академик Ломоносов" - это единственная на сегодняшний день рабочая плавучая атомная электростанция, которая является весьма неплохим решением для энергоснабжения отдаленных северных регионов России. Со временем использование этих "мобильных батареек" позволит развивать промышленность и увеличивать мощности существующих предприятий в отдаленных регионах, где ранее этого нельзя было сделать из-за дороговизны или отсутствия электроэнергии.

Атомная электроэнергетика – современный и быстро развивающийся способ добычи электричества. А вы знаете, как устроены атомные станции? Каков принцип работы АЭС? Какие типы ядерных реакторов сегодня существуют? Постараемся детально рассмотреть схему работы АЭС, вникнуть в устройство ядерного реактора и узнать о том, насколько безопасен атомный способ добычи электроэнергии.

Как устроена АЭС?

Любая станция – это закрытая зона вдалеке от жилого массива. На ее территории находятся несколько зданий. Самое главное сооружение – здание реактора, рядом с ним расположен машинный зал, из которого реактором управляют, и здание безопасности.

Схема невозможна без ядерного реактора. Атомный (ядерный) реактор – это устройство АЭС, которое призвано организовать цепную реакцию деления нейтронов с обязательным выделением энергии при этом процессе. Но каков принцип работы АЭС?

Вся реакторная установка помещается в здание реактора, большую бетонную башню, которая скрывает реактор и в случае аварии удержит в себе все продукты ядерной реакции. Эту большую башню называют контейнтмент, герметичная оболочка или гермозона.

Гермозона в новых реакторах имеет 2 толстые бетонные стенки – оболочки.
Внешняя оболочка толщиной в 80 см обеспечивает защиту гермозоны от внешних воздействий.

Внутренняя оболочка толщиной в 1 метр 20 см имеет в своем устройстве специальные стальные тросы, которые увеличивают прочность бетона почти в три раза и не дадут конструкции рассыпаться. С внутренней стороны она выложена тонким листом специальной стали, которая призвана служить дополнительной защитой контейнтмента и в случае аварии не выпустить содержимое реактора за пределы гермозоны.

Такое устройство атомной станции позволяет выдержать падение самолета весом до 200 тонн, 8 бальное землетрясение, торнадо и цунами.

Впервые герметичная оболочка была сооружена на американской АЭС Коннектикут Янки в 1968 году.

Полная высота гермозоны – 50-60 метров.

Из чего состоит атомный реактор?

Чтобы понять принцип работы ядерного реактора, а значит и принцип работы АЭС, нужно разобраться в составляющих реактора.

Активная зона. Это зона, куда помещается ядерное топливо (тепловыделитель) и замедлитель. Атомы топлива (чаще всего топливом выступает уран) совершают цепную реакцию деления. Замедлитель призван контролировать процесс деления, и позволяет провести нужную по скорости и силе реакцию.
Отражатель нейтронов. Отражатель окружает активную зону. Состоит он из того же материала, что и замедлитель. По сути это короб, главное назначение которого – не дать нейтронам выйти из активной зоны и попасть в окружающую среду.
Теплоноситель. Теплоноситель должен вобрать в себя тепло, которое выделилось при делении атомов топлива, и передать его другим веществам. Теплоноситель во многом определяет то, как устроена АЭС. Самый популярный теплоноситель на сегодня – вода.
Система управления реактором. Датчики и механизмы, которые приводят реактор АЭС в действие.

Топливо для АЭС

На чем работает АЭС? Топливо для АЭС – это химические элементы, обладающие радиоактивными свойствами. На всех атомных станциях таким элементом выступает уран.

Устройство станций подразумевает, что АЭС работают на сложном составном топливе, а не на чистом химическом элементе. И чтобы из природного урана добыть урановое топливо, которое загружается в ядерный реактор, нужно провести множество манипуляций.

Обогащенный уран

Уран состоит из двух изотопов, то есть в его составе есть ядра с разной массой. Назвали их по количеству протонов и нейтронов изотоп -235 и изотоп-238. Исследователи 20 века начали добывать из руды 235й уран, т.к. его легче было разлагать и преобразовывать. Выяснилось, что такого урана в природе всего 0,7 % (остальные проценты достались 238му изотопу).

Что делать в этом случае? Уран решили обогащать. Обогащение урана это процесс, когда в нем остается много нужных 235х изотопов и мало ненужных 238х. Задача обогатителей урана – из 0.7% сделать почти 100% урана-235.

Обогатить уран можно с помощью двух технологий – газодиффузионной или газоцентрифужной. Для их использования уран, добытый из руды, переводят в газообразное состояние. В виде газа его и обогащают.

Урановый порошок

Обогащенный урановый газ переводят в твердое состояние – диоксид урана. Такой чистый твердый 235й уран выглядит как большие белые кристаллы, которые позже дробят в урановый порошок.

Урановые таблетки

Урановые таблетки – это твердые металлические шайбы, длиной в пару сантиметров. Чтобы из уранового порошка слепить такие таблетки, его перемешивают с веществом – пластификатором, он улучшает качество прессования таблеток.

Прессованные шайбы запекают при температуре 1200 градусов по Цельсию более суток, чтобы придать таблеткам особую прочность и устойчивость к высоким температурам. То, как работает АЭС, напрямую зависит от того, насколько хорошо спрессовали и запекли урановое топливо.

Запекают таблетки в молибденовых ящиках, т.к. только этот металл способен не расплавиться при «адских» температурах свыше полутора тысяч градусов. После этого урановое топливо для АЭС считается готовым.

Что такое ТВЭЛ и ТВС?

Активная зона реактора внешне выглядит как огромный диск или труба с дырками в стенках (в зависимости от типа реактора), раз в 5 больше человеческого тела. В этих дырках находится урановое топливо, атомы которого и проводят нужную реакцию.

Просто так закинуть топливо в реактор невозможно, ну, если вы не хотите получить взрыв всей станции и аварию с последствиями на пару близлежащих государств. Поэтому урановое топливо помещается в ТВЭЛы, а потом собирается в ТВС. Что значат эти аббревиатуры?

ТВЭЛ – тепловыделяющий элемент (не путать с одноименным названием российской компании, которая их производит). По сути это тонкая и длинная циркониевая трубка, сделанная из сплавов циркония, в которую помещаются урановые таблетки. Именно в ТВЭЛах атомы урана начинают взаимодействовать друг с другом, выделяя тепло при реакции.

Цирконий выбран материалом для производства ТВЭЛов благодаря его тугоплавкости и антикоррозийности.

Тип ТВЭЛов зависит от типа и строения реактора. Как правило, строение и назначение ТВЭЛов не меняется, разными могут быть длина и ширина трубки.

В одну циркониевую трубку автомат загружает более 200 урановых таблеток. Всего в реакторе одновременно работают около 10 миллионов урановых таблеток.
ТВС – тепловыделяющая сборка. Работники АЭС называют ТВС пучками.

По сути это несколько ТВЭЛов, скрепленных между собой. ТВС – это готовое атомное топливо, то, на чем работает АЭС. Именно ТВС загружаются в ядерный реактор. В один реактор помещаются около 150 – 400 ТВС.
В зависимости от того, в каком реакторе ТВС будет работать, они бывают разной формы. Иногда пучки складываются в кубическую, иногда в цилиндрическую, иногда в шестиугольную форму.

Одна ТВС за 4 года эксплуатации вырабатывает столько же энергии как при сжигании 670 вагонов угля, 730 цистерн с природным газом или 900 цистерн, груженных нефтью.
Сегодня ТВС производят в основном на заводах России, Франции, США и Японии.

Чтобы доставить топливо для АЭС в другие страны, ТВС запечатывают в длинные и широкие металлические трубы, из труб выкачивают воздух и специальными машинами доставляют на борта грузовых самолетов.

Весит ядерное топливо для АЭС запредельно много, т.к. уран – один из самых тяжелых металлов на планете. Его удельный вес в 2,5 раза больше, чем у стали.

Атомная электростанция: принцип работы

Каков принцип работы АЭС? Принцип работы АЭС базируется на цепной реакции деления атомов радиоактивного вещества – урана. Эта реакция происходит в активной зоне ядерного реактора.

Если не вдаваться в тонкости ядерной физики, принцип работы АЭС выглядит так:
После пуска ядерного реактора из ТВЭЛов извлекаются поглощающие стержни, которые не дают урану вступить в реакцию.

Как только стрежни извлечены, нейтроны урана начинают взаимодействовать друг с другом.

Когда нейтроны сталкиваются, происходит мини-взрыв на атомном уровне, выделяется энергия и рождаются новые нейтроны, начинает происходить цепная реакция. Этот процесс выделяет тепло.

Тепло отдается теплоносителю. В зависимости от типа теплоносителя оно превращается в пар или газ, которые вращают турбину.

Турбина приводит в движение электрогенератор. Именно он по факту и вырабатывает электрический ток.

Если не следить за процессом, нейтроны урана могут сталкиваться друг с другом до тех пор, пока не взорвут реактор и не разнесут всю АЭС в пух и прах. Контролируют процесс компьютерные датчики. Они фиксируют повышение температуры или изменение давления в реакторе и могут автоматически остановить реакции.

Чем отличается принцип работы АЭС от ТЭС (теплоэлектростанций)?

Различия в работе есть только на первых этапах. В АЭС теплоноситель получает тепло от деления атомов уранового топлива, в ТЭС теплоноситель получает тепло от сгорания органического топлива (угля, газа или нефти). После того, как или атомы урана, или газ с углём выделили тепло, схемы работы АЭС и ТЭС одинаковы.

Типы ядерных реакторов

То, как работает АЭС, зависит от того, как именно работает ее атомный реактор. Сегодня есть два основных типа реакторов, которые классифицируются по спектру нейронов:
Реактор на медленных нейтронах, его также называют тепловым.

Для его работы используется 235й уран, который проходит стадии обогащения, создания урановых таблеток и т.д. Сегодня реакторов на медленных нейтронах подавляющее большинство.
Реактор на быстрых нейтронах.

За этими реакторами будущее, т.к. работают они на уране-238, которого в природе пруд пруди и обогащать этот элемент не нужно. Минус таких реакторов только в очень больших затратах на проектирование, строительство и запуск. Сегодня реакторы на быстрых нейтронах работают только в России.

Теплоносителем в реакторах на быстрых нейтронах выступает ртуть, газ, натрий или свинец.

Реакторы на медленных нейтронах, которыми сегодня пользуются все АЭС мира, тоже бывают нескольких типов.

Организация МАГАТЭ (международное агентство по атомной энергетике) создало свою классификацию, которой пользуются в мировой атомной энергетике чаще всего. Так как принцип работы атомной станции во многом зависит от выбора теплоносителя и замедлителя, МАГАТЭ базировали свою классификацию на этих различиях.

С химической точки зрения оксид дейтерия идеальный замедлитель и теплоноситель, т.к. ее атомы наиболее эффективно взаимодействуют с нейтронами урана по сравнению с другими веществами. Попросту говоря, свою задачу тяжелая вода выполняет с минимальными потерями и максимальным результатом. Однако ее производство стоит денег, в то время как обычную «легкую» и привычную для нас воду использовать куда проще.

Несколько фактов об атомных реакторах…

Интересно, что один реактор АЭС строят не менее 3х лет!
Для постройки реактора необходимо оборудование, которое работает на электрическом токе в 210 кило Ампер, что в миллион раз превышает силу тока, которая способна убить человека.

Одна обечайка (элемент конструкции) ядерного реактора весит 150 тонн. В одном реакторе таких элементов 6.

Водо-водяной реактор

Как работает АЭС в целом, мы уже выяснили, чтобы все «разложить по полочкам» посмотрим, как работает наиболее популярный водо-водяной ядерный реактор.
Во всем мире сегодня используют водо-водяные реакторы поколения 3+. Они считаются самыми надежными и безопасными.

Все водо-водяные реакторы в мире за все годы их эксплуатации в сумме уже успели набрать более 1000 лет безаварийной работы и ни разу не давали серьезных отклонений.

Структура АЭС на водо-водяных реакторах, подразумевает, что между ТВЭЛами циркулирует дистиллированная вода, нагретая до 320 градусов. Чтобы не дать ей перейти в парообразное состояние ее держат под давлением в 160 атмосфер. Схема АЭС называет ее водой первого контура.

Нагретая вода попадает в парогенератор и отдает свое тепло воде второго контура, после чего снова «возвращается» в реактор. Внешне это выглядит так, что трубки воды первого контура соприкасаются с другими трубками – воды второго контура, они передают тепло друг другу, но воды не контактируют. Контактируют трубки.

Таким образом, исключена возможность попадания радиации в воду второго контура, которая будет далее участвовать в процессе добычи электричества.

Безопасность работы АЭС

Узнав принцип работы АЭС мы должны понимать как же устроена безопасность. Устройство АЭС сегодня требует повышенного внимания к правилам безопасности.
Затраты на безопасность АЭС составляют примерно 40% от общей стоимости самой станции.

В схему АЭС закладываются 4 физических барьера, которые препятствуют выходу радиоактивных веществ. Что должны делать эти барьеры? В нужный момент суметь прекратить ядерную реакцию, обеспечивать постоянный отвод тепла от активной зоны и самого реактора, предотвращать выход радионуклеидов за пределы контайнмента (гермозоны).

Первый барьер – прочность урановых таблеток. Важно, чтобы они не разрушались под воздействием высоких температур в ядерном реакторе. Во многом то, как работает атомная станция, зависит от того, как «испекли» таблетки из урана на начальной стадии изготовления. Если таблетки с урановым топливом запечь неверно, то реакции атомов урана в реакторе будут непредсказуемыми.
Второй барьер – герметичность ТВЭЛов. Циркониевые трубки должны быть плотно запечатаны, если герметичность будет нарушена, то в лучшем случае реактор будет поврежден и работа остановлена, в худшем – все взлетит на воздух.
Третий барьер – прочный стальной корпус реактор а, (та самая большая башня – гермозона) который «удерживает» в себе все радиоактивные процессы. Повредится корпус – радиация выйдет в атмосферу.
Четвертый барьер – стержни аварийной защиты. Над активной зоной на магниты подвешиваются стержни с замедлителями, которые могут за 2 секунды поглотить все нейтроны и остановить цепную реакцию.

Если, несмотря на устройство АЭС с множеством степеней защиты, охладить активную зону реактора в нужный момент не удастся, и температура топлива возрастет до 2600 градусов, то в дело вступает последняя надежда системы безопасности – так называемая ловушка расплава.

Дело в том, что при такой температуре дно корпуса реактора расплавится, и все остатки ядерного топлива и расплавленных конструкций стекут в специальный подвешенный над активной зоной реактора «стакан».

Ловушка расплава охлаждаема и огнеупорна. Она наполнена так называемым «жертвенным материалом», который постепенно останавливает цепную реакцию деления.

Таким образом, схема АЭС подразумевает несколько степеней защиты, которые практически полностью исключают любую возможность аварии.