Малым не покажется

Атомные станции малой мощности и мобильные источники энергии — один из главных трендов развития ядерной энергетики. Исторически значимый вклад в развитие этого сегмента отрасли вносят нижегородские предприятия «Росатома» и вузы, участвующие в разработках для освоения Арктики и новейшего атомного флота России. «Ъ-Приволжье» разбирался, над какими техническими решениями в этой сфере нижегородские атомщики и вузы работают сегодня.

Нижегородские предприятия «Росатома» уже несколько лет работают в направлении мобильных источников атомной энергии, недорогих и быстровозводимых малых атомных станций. Ключевой структурой в разработках таких инженерных решений выступает опытное конструкторское бюро им. И. И. Африкантова, входящее в машиностроительный дивизион госкорпорации «Атомэнергомаш». Основные разработки ОКБМ — плавучая атомная электростанция (ПАТЭС) «Академик Ломоносов», модернизированные плавучие энергоблоки (МБЭП) с реакторными установками РИТМ-200 и модифицированные реакторы РИТМ-400, которыми будет оснащен новейший ледокольный флот России.

Самая северная АЭС

Единственная в России плавучая атомная электростанция «Академик Ломоносов» работает в порту Певек Чукотского автономного округа. Разработки подобных АЭС вместе с другими мобильными станциями велись в нижегородском опытном конструкторском бюро им. И. И. Африкантова («ОКБМ Африкантов») еще с 1970-х годов. Первую ПАТЭС строили с 2007 года сначала на заводе «Севмаш» в Северодвинске, затем на Балтийском заводе в Петербурге. В 2019 году «Академик Ломоносов» прибыл к месту своего назначения в Певек. «ПАТЭС создана так, что может работать совершенно автономно: давать электроэнергию и тепло, хранить отработанное ядерное топливо, а для экипажа обеспечены нормальные условия, включая маленький баскетбольный зал и прочие бытовые удобства», — рассказывал руководитель АО «Атомэнергомаш» Андрей Никипелов в интервью «Интерфаксу». «Академик Ломоносов» оснащен двумя реакторными установками КЛТ-40С тепловой мощностью 150 МВт и чистой электрической мощностью 32 МВт. Станция решает две задачи. С одной стороны, постепенно замещает местные АЭС и ТЭЦ, выработавшие ресурс, а с другой — обеспечивает энергией горнодобывающие компании на западной Чукотке.

Технология ПАТЭС давно известна, но развивается достаточно медленно, отмечает главный редактор отраслевого портала «Атоминфо» Александр Уваров. «Первую в мире плавучую АЭС построили США, фактически она использовалась для военных целей и обслуживала зоны Панамского канала во время Вьетнамской войны. “Академик Ломоносов” — вторая ПАТЭС, применяемая исключительно в гражданских целях. Эти станции мобильны, не требуют никаких работ по выводу из эксплуатации. Станция пришла в определенный регион, отработала и затем ушла на специализированный завод, где в спокойных условиях можно провести все необходимые работы. Вывод из эксплуатации наземных АЭС, а также их обслуживание представляют очень серьезную задачу. В этом ключе ПАТЭС выигрывают у наземных станций», — рассказывает эксперт. Еще одним плюсом ПАТЭС эксперт называет то, что такие станции не нуждаются в наземной площадке, требующей подготовки для размещения ядерного объекта: «ПАТЭС требует лишь обычные береговые сооружения, например линии электропередач. Это важно для стран, где есть проблемы с подбором площадок для размещения наземных объектов».

Еще компактнее

ПАТЭС — головной проект серии мобильных транспортабельных энергоблоков малой мощности. Сейчас ОКБМ и другие предприятия «Росатома» работают над модернизированными плавучими энергоблоками мощностью 320 МВт (МПЭБ) — новой версией ПАТЭС. Главное отличие — в другом реакторе: блоки оснащены установкой РИТМ-200, которые позволяют производить на 20–30% больше электроэнергии. Электрическая мощность новых плавэнергоблоков — порядка 100 МВт против 70 МВт у ПАТЭС.

В России законтрактованы четыре такие станции, они будут установлены на северо-востоке страны для обеспечения энергией горно-обогатительных комбинатов и других производств. В ОКБМ отмечают, что корпорация намерена создать линейку таких блоков, разных по мощности, в арктическом и тропическом вариантах для работы в разных точках земного шара. Технология позволяет разместить МПЭБ в любой прибрежной зоне.

«Одна из интересных функций — опреснение соленой воды. Такие станции можно поставлять в районы Африки, Средней Азии, которые испытывают дефицит пресной воды», — рассказывает директор образовательно-научного института ядерной энергетики и технической физики им. Академика Ф. М. Митенкова (ИЯЭиТФ) в структуре НГТУ им. Р. Е. Алексеева Максим Легчанов. Сегодня институт является опорным вузом ГК «Росатом» и профильным в подготовке специалистов для атомных станций малой мощности.

Малые реакторы в теории возводятся быстрее, что важно для заказчика, строящего объекты в кредит, отмечает Александр Уваров. Кроме того, такие реакторы в итоге обходятся дешевле. «Это снижение входного билета для стран-новичков. Например, в Африке есть два десятка государств, которые хотели бы заняться атомной энергетикой, но понимают, что нужно готовить сумму порядка $10 млрд для старта. Частные банки не любят кредитовать атом, поэтому можно надеяться либо на собственные доходы, либо просить межгосударственный кредит. Для атомных реакторов суммы колеблются в пределах сотен миллионов долларов», — объясняет эксперт.

«Росатом» дает установку

Атомные установки малой мощности используются не только в мобильных энергоблоках — ими оборудуют стратегический подводный военно-морской флот России и современные ледоколы нового поколения. В этом году в ОКБМ начали работы над оборудованием реакторной установки РИТМ-200 для четвертого серийного атомного ледокола «Чукотка», который должен быть готов в 2026 году.

РИТМ-200 — это двухреакторная установка с реакторами тепловой мощностью 175 МВт каждый. В ОКБМ изготавливают ключевое оборудование парогенерирующего блока: блок труб и устройств, внутрикорпусную шахту и крышку реактора.

Научно-исследовательскими разработками в этом направлении для ОКБМ занимается ИЯЭиТФ НГТУ. Исследования вуза, в частности, легли в обоснование надежности и эффективности эксплуатации, а также увеличения единичной мощности установок. «Как известно, у любого оборудования есть потенциал для модернизации. Например, ранее атомные ледоколы оборудовали ядерными установками КЛТ-40С, а следующим этапом эволюции стала установка РИТМ-200. Сейчас продолжается работа уже с РИТМ-400 для новейших ледоколов “Лидер”», — рассказывает Максим Легчанов.

К разработке установки РИТМ-400, которая в 1,8 раза мощнее предыдущей версии, ОКБМ приступило в 2021 году, до конца текущего года планируется выпустить элементную базу кассет парогенераторов для реакторной установки. Она позволит ледоколам пробивать лед толщиной до 4,3 м и обеспечивать круглогодичную навигацию по Северному морскому пути.

Будущее циклично

Среди перспективных проектов для ядерной энергетики ИЯЭиТФ НГТУ и ОКБМ — разработка высокотемпературных газовых реакторов (ВТГР). «В будущем году начнем изготавливать модели ВТГР для исследований и испытаний. Это потребует большого количества инженерных кадров. Акцент в образовательных программах для “Передовой инженерной школы” НГТУ будет сделан именно на этом типе реакторов», — рассказал Максим Легчанов.

Другим перспективным направлением ученые называют водородную атомную энергетику. «С применением ВТГР можно получить большее количество относительно дешевого водорода, и Россия способна занять лидирующие позиции в этой сфере. Водород можно использовать не только как топливо, но и для получения аммиака, который служит составляющей для производства удобрений, что тоже позволит достичь лидерства в их выпуске», — говорит глава ИЯЭиТФ.

Рассуждая о будущем атомной энергетики, директор института упомянул замкнутый ядерный топливный цикл (ЗЯТЦ): «Сегодня отработанное топливо в большинстве типов ядерных водо-водяных реакторов в конечном итоге отправляется на специальное хранение. ЗЯТЦ использует реакторы другого типа на быстрых нейтронах с другим видом теплоносителей (свинец, свинец-висмут и натрий). В них можно использовать топливо, отработанное в водо-водяных реакторах, вместо захоронения. Получается замкнутый цикл, благодаря которому мы получим максимальную эффективность энергетики с точки зрения топлива, его запасы будут почти безграничны».