Новые технологии в атомной энергетике помогут миру в борьбе с изменением климата

Обнародованный в начале октября Межправительственной группой экспертов по изменению климата доклад о потеплении глобального климата на 1,5⁰С от доиндустриального уровня призывает к более активным действиям мирового сообщества по снижению выбросов парниковых газов. Энергетическая отрасль на сегодняшний день является одним из основных производителей выбросов C02 в атмосферу. При этом ожидается, что уже через 20 лет – к 2040 году – производство электроэнергии в мире увеличится на 50%. Эксперты, призывающие сократить негативное влияние человечества на окружающую среду, предлагают активнее развивать безуглеродную энергетику. И здесь атомная генерация может сыграть одну из решающих ролей. Атомные станции гарантируют надежность поставок (в то время как другие возобновляемые (безуглеродные) источники зависят от природных условий, например, солнца и ветра) и практически не производят выбросов CO2. Противники мирного атома настаивают на том, что опасность от радиационных аварий чрезвычайно высока, а проблема окончательного избавления от радиоактивных отходов еще не решена.

Впрочем, атомная энергетика не стоит на месте, требования к безопасности АЭС постоянно растут, а ученые-физики во всем мире ищут новые способы сделать атомную энергетику безотходной и снизить риски аварий. В России в рамках этого движения развивают проектное направление «Прорыв». Основными его задачами являются переход к замкнутому ядерному топливному циклу и создание двухкомпонентной ядерной энергетики. О том, что уже сделано и что еще предстоит сделать, шла речь на конференции «Замыкание топливного цикла ядерной энергетики на базе реакторов на быстрых нейтронах», которая прошла в Томске. Именно в Томской области начато строительство опытно-демонстрационного комплекса, объединяющего производство принципиально нового топлива, реактора со свинцовым теплоносителем БРЕСТ ОД-300, на котором планируется отработать технологии замкнутого ядерного топливного цикла.

Двухкомпонентность ядерной энергетики предусматривает сочетание АЭС с реакторами на тепловых нейтронах (реакторы ВВЭР) и реакторами на быстрых нейтронах и производства топливного цикла. Реакторы ВВЭР – это основа сегодняшней атомной энергетики России и экспортный продукт Росатома. Россия является на данный момент единственной страной, где эксплуатируются промышленные АЭС и быстрыми энергетическими реакторами (БН-600 и БН-800 на Белоярской АЭС). Таким образом, у нашей страны есть уникальная возможность для создания нового облика атомной энергетики.

Как напомнил руководитель проектного направления «Прорыв», специальный представитель ГК «Росатом» по международным и научно-техническим проектам Вячеслав Першуков, проект «Прорыв» фактически стартовал в 2012 году. К 2017 году была утверждена идеология двухкомпонентной и атомной энергетики, было начато строительство опытно-демонстрационного энергетического комплекса, состоящего из энергоблока с реактором БРЕСТ-ОД-300 со свинцовым теплоносителем и заводов по фабрикации ядерного топлива и переработке ОЯТ. К 2026 году должен быть запущен реактор БРЕСТ-ОД-300, а к 2030 году будет продемонстрировано замыкание ядерного топливного цикла. Начиная с 2026 года стоит задача экспорта идеологии и платформы двухкомпонентной атомной энергетики на весь мир, пояснил Першуков.

Строительство опытного демонстрационного реактора на площадке Сибирского химкомбината в Томской области предполагает проверку всех переделов замыкания ядерного топливного цикла. Первая часть средств из федеральной целевой программы была направлена на НИОКР в обоснование как РУ, так и производств топливного цикла, а также развитие технологий плотного нитридного топлива, которое будет использоваться в реакторе БРЕСТ ОД-300.

Как сообщил научный руководитель проектного направления «Прорыв» Евгений Адамов, во всем мире на сегодняшний день испытано около 150 твэлов (топливных элементов) с нитридным топливом. Коллективом российских специалистов из ВНИИНМ, НИИАР, СХК и других предприятий топливной компании Росатома «ТВЭЛ» было создано 18 топливных сборок, более 1000 твэлов с нитридным топливом прошли всю цепочку от изготовления, сборки в ТВС и до испытания в реакторе. Часть этих сборок прошла послереакторные исследования, и все твэлы остались герметичны.

На сегодняшний день на базе Сибирского химического комбината осуществляется первая часть проекта: строится модуль фабрикации (производства) и рефабрикации ядерного топлива. Практически всё оборудование для модуля уже изготовлено, часть поставлена на площадку, идет подготовка к монтажу, который начнется до конца этого года. Сейчас идет подготовка помещений для установки оборудования и проводятся мероприятия по подготовке к зиме, подаче тепла, чтобы монтаж оборудования можно было проводить в любое время.

Технология производства нового топлива отработана на стендовых испытаниях на комплексах экспериментальных установок КЭУ-1 и КЭУ-2. Как сообщил вице-президент по развитию технологий и созданию производств замкнутого ядерного топливного цикла АО «ТВЭЛ» Виталий Хадеев, испытания включали в себя полный цикл от порошка до изготовления кассеты с экспериментальным смешанным нитридным топливом, которое сейчас проходит испытания в быстром реакторе БН-600 (Белоярская АЭС, Свердловская область). «Уникальная и большая победа всего «Прорыва» была обеспечена на этих стендах: именно на них нашли технологические возможности, отработали технологию на комплексных экспериментальных установках», - отметил вице-президент АО «ТВЭЛ», добавив, что облучение нового топлива на БН-600 показало неплохие результаты, позволяющие ожидать даже большего, чем было запланировано.

Отдельная тема для обсуждения - подготовка персонала для нового комплекса. По словам Хадеева, для ТВЭЛ, без сомнения, проще подготовить кадры для работы на производстве топлива, так как именно на предприятиях Топливной компании, в том числе на СХК, сконцентрированы все необходимые компетенции. А вот для эксплуатации реакторной установки потребуются новые специалисты. На СХК есть программа по поиску и подготовке такого персонала, ведется работа с университетами, студентами, а также с концерном «Росэнергоатом», где сконцентрированы все специалисты, которые эксплуатируют атомные электростанции в нашей стране. В Росэнергоатоме выразили готовность провести полноценные стажировки на объектах концерна для тех операторов, которые будут проходить подготовку к работе на БРЕСТ-300. Таких специалистов потребуется как минимум 20-30 человек.

Примечательно, что почти всё оборудование на новом комплексе будет российского производства, из-за рубежа было осуществлено лишь две поставки. «Самой большой победой в области импортозамещения я считаю изготовление на ООО НПО «Группа компаний машиностроения и приборостроения» («ГКМП») в Брянске комплекса для карботермического синтеза. Оборудование прошло все необходимые испытания на площадке изготовителя, оно уникально», - подчеркнул Виталий Хадеев. Российская география поставок обширна: в частности, есть оборудование, произведенное СвердНИИхиммашем, оно будет использовано для изготовления и смешения порошка для топлива. Учитывая, что аппарат призван работать в автоматическом режиме, без участия оператора, к этому оборудованию предъявляются очень сложные требования с точки зрения работоспособности, гарантии невыхода из строя, автоматической наладки, всё это оборудование гораздо сложнее, нежели то, которое сегодня традиционно используется при производстве ядерного топлива. В поставках участвовало и предприятие из Ульяновской области - ООО НПФ «Сосны» (г. Димитровград) изготовило комплекс для прессования смешанного оксидного уран-плутониевого топлива.

В соответствии с утвержденным графиком, модуль фабрикации топлива должен быть запущен в 2021 году. С 2023 года должны быть получены промышленные наработки нитридного топлива для первой загрузки в реактор БРЕСТ. В 2026 году ожидается окончание строительства и физический, а потом энергетический пуск реактора БРЕСТ-300. Модуль переработки должен быть принят в эксплуатацию в 2028 году.

Таким образом, всего через десятилетие мы можем стать свидетелями реализации нового атомного проекта, который поможет решить глобальные проблемы не только энергетики, но и изменения климата, и устойчивого развития.