Инфантилизм высшего уровня

bigdrum — 03.08.2023

Немецкий энергоконцерн Uniper отказался от развития своих проектов в области атомной энергетики в Швеции. Ранее компания говорила о намерениях вложить в «зеленую» энергетику, но, по мнению Uniper, мирный атом к таковым не относится. В то же время Uniper не отказываться от управления крупнейшей в Швеции АЭС Оскарсхамн-3.

Вместо расширения атомной генерации концерн намерен сосредоточиться на электростанциях на метане и ВИЭ — это соответствует политике немецких властей, которые отказались от АЭС, заявили в компании.

Однако для шведского правительства эта новость стала неожиданностью. У Стокгольма на АЭС были большие планы, он собирался за счет мирного атома обеспечить энергетическую безопасность и «зеленый переход». Для этого в начале 2023 года были приняты соответствующие изменения в законодательстве, которые позволили бы начать активное строительство новых станций.

Теперь планы придется корректировать. Одним из вариантов является строительство небольших модульных АЭС, которые смогут хотя бы частично удовлетворить внутренний спрос.

Знаете, у детей маленьких есть такое убеждение, что большая бука - сильно страшная, а маленькая бука - страшная чуть-чуть. В общем, это является проявлением незрелости, точнее недифференцированности восприятия. Со временем это проходит. Вот и в области ядерной энергетики я наблюдаю точно такую же незрелость. Большие АЭС рассматриваются как угроза экологии, в то время как малые модульные АЭС представляются допустимыми...

Предполагаю, это является следствием иррациональности как радиофобии, так и зеленой повестки, но это гипотеза.

Давайте посмотрим на то, насколько бука маленькая.

Малый модульный ядерный реактор (ММР) отличается от больших реакторов АЭС прежде всего размерами. Он в несколько раз меньше. Например, американский ММР NuScale Power представляет собой стальной цилиндр высотой 23 метра и диаметром 5 метров. Как не сложно догадаться, такие реакторы производят меньше энергии — до 300 МВт, но, как правило, еще меньше.

А вот схема реактора ВВЭР-1200, который выдает 1200 МВт:



Как мы видим, размер реактора (физический) даже меньше, чем у малого реактора NuScale. Это определяется тем, что условия достижения критичности диктуют определенную массу и геометрию активной зоны. Теоретически, критичность можно достигать и в меньших объемах, особенно при увеличении степени обогащения топлива, однако скорость протекания переходных процессов при этом становится высокой - а это очень плохо с точки зрения управляемости и безопасности эксплуатации реактора.

Иными словами, большой ядерный реактор, спроектированный без ошибок и эксплуатирующийся со штатными материалами в штатных условиях в соответствии с техническими требованиями нормальной эксплуатации, в силу медленного протекания размеров, будет безопаснее малого реактора, который работает на высокообогащенном топливе и имеет активную зону меньшего размера. Просто потому, что переходные процессы в нем протекают медленнее, и следовательно, необходимая реакция на них имеет больший запас времени, чем при маленькой активной зоне.

Кроме того, стоимость топлива прямо пропорциональна степени обогащения. Высокообогащенное топливо для малого реактора стоит дороже, чем низкообогащенное для обычного.

Таким образом, пусть вас не смущает слово "малый" в словосочетании "малый модульный реактор" - геометрически это точно такая же дура, как и полноценный большой реактор.

Следующий момент - биологическая защита. Малый реактор тоже излучает, просто потому, что там идет ядерная реакция, и требует точно такой же радиационной защиты, как и большой реактор. Вопрос в ее количестве.

Дело в том, что процессы, происходящие в реакторах, зависят не от тепловых характеристик, а от ядерных. Для начала реакции требуются нейтроны определенной энергии. И эта энергия одинакова что для больших, что для малых реакторов. Разница заключается в количестве делящегося вещества (топлива), то есть в конечном счете - в количестве этих самых нейтронов. Возникающее в толще реактора при поглощении нейтронов тормозное излучение также определяется энергией нейтронов, и для обоих типов реакторов оно одинаково. Разница лишь в количестве этих самых нейтронов.

А дальше начинается мистика...

Дело в том, что тормозное излучение состоит из гама-квантов. А для гамма-квантов имеет значение длина трека. Именно она определяет толщину защиты, поглощающей эти самые кванты. Понятно, что интенсивность излучения тоже играет роль. Поскольку поглощение излучения происходит стохастически, какие-то кванты всегда проходят через биозащиту. И здесь у нас включается бухгалтерия.

Если гамма-квантов мало, то процент, проходящий через биозащиту, можно увеличить - в рамках норм допустимого излучения. А если гамма-квантов много, то тогда и пройдет много - и значит, толщину биозащиты требуется увеличивать, чтобы итоговая цифра прошедших сквозь нее квантов была в рамках допустимых норм.

Может показаться, что если в большом реакторе у нас обрадуется в десять раз больше квантов, например - то и толщина биозащиты должна быть в десять раз больше. Однако это не так. Поглощение происходит весьма эффективно, зависимость сильно нелинейная. И потому объем биозащиты для больших реакторов нелинейно больше, чем для малых. Также сказывается правило площадей - при увеличении размера конструкции ее наружная площадь возрастает, что также ослабляет параметры излучения.

В конструкции биозащиты используются свинец, полиэтилен, бетон - короче, относительно недорогие (по сравнению с конструкцией самого реактора) материалы. И логично, что увеличение биозащиты для больших реакторов не имеет такого финансового значения, как например, изменение размера активной зоны, с ее дорогущими конструкциями из циркониевых сплавов...

С точки зрения биологической защиты конструкция малого реактора является "бухгалтерской игрой) с допустимыми нормами облучения, и игра эта происходит с недорогими компонентами конструкции станции - отчего выигрыш получается достаточно скромным.

То есть мы с вами уже установили, что геометрически "малые реакторы" не сильно и малые (бука меньше не стала), требующиеся для обеспечения работы малых реакторов конструкции (биозащита) также не сильно меньше, и дешевле всего не намного. Что еще можно здесь сказать? А еще можно здесь сказать об остаточном тепловыделении...

Когда деление в реакторе прекращается (реактор останавливается), и критичность его уменьшается путем введения регулирующих стержней, и перестают генерироваться тепловые нейтроны в товарном количестве - у нас в реакторе продолжается деление наработанных изотопов. Продукты распада также радиоактивны. Некоторые из них (такие как плутоний) тоже участвуют в критичности, и зависят от потока нейтронов по линии цепного ядерного процесса, но многие другие - нет. И вот они при остановке реактора как делились во время его работы, так и продолжают выделять тепло.

И вот здесь, наконец, мы видим серьезную разницу между "малыми реакторами" и большими.

Остаточное тепловыделение больших реакторов в силу большого количества топлива и большого количества наработанных изотопов существенно выше, чем в малых реакторах.

В больших реакторах для охлаждения активной зоны в процессе работы требуется принудительная циркуляция теплоносителя. Многие малые реакторы разрабатываются с пассивным первым контуром. То есть объемы тепла в пересчете на массу теплоносителя в активной зоне таковы, что отвод тепла от горячего топлива возможен естественной циркуляцией. Теоретически, это позволяет устранить из конструкции насосы ГЦН, что конечно, удешевляет конструкцию. Кроме того, избыточная пропускная способность по теплу первого контура (если он сам по себе обеспечивает реактор в режиме работы, то уж с остаточным тепловыделением он ка-нибудь справится) делает такое решение надежным. И на первый взгляд кажется, что призрак Фукусимы - прекращение принудительной циркуляции первого контура в связи с прекращением питания ГЦН энергией - отступил...



Не все так просто.

В обычных (больших) АЭС в режиме останова происходит не только циркуляция первого контура. При этом отводимое остаточное тепло приводит к образованию пара в парогенераторе. И чтобы этот пар заместить, требуется подпитка второго контура (которая также происходит от насосов - только других). Если мы делаем "самотечную" циркуляцию первого контура - никто не отменяет необходимость циркуляции по второму контуру, она нужна, чтобы уносить тепло от реактора. И вот как раз второй контур у нас без электропитания не работает от слова "вообще"...

Ну то есть вроде бы "призрак Фукусимы" отступил - а на самом деле он просто пересел на соседний стул.

На самом деле вопрос тепловой безопасности реактора после останова не определяется только первым контуром (хотя от его конструкции зависит в первую очередь), он определяется всей цепочкой передачи тепла от "горячего" ТВЭЛа и до атмосферы, куда это самое тепло уходит... И если первый контур у нас автономен, он циркулирует естественным образом - то второй контур так уже не может, в силу фазового перехода и сложных процессов, связанных с обеспечением давления пара на входе в турбину...

Нет, я могу себе представить самотечную систему второго контура, которая будет работать и после отключения реактора, обеспечивая приемлемые экономические характеристики (намекаю инженерам - сообщающиеся сосуды), но она сама по себе будет просто платиновой...

Вопрос остаточного тепловыделения, выглядящий решенным в малых модульных реакторах с самотечным первым контуром, на самом деле не настолько очевиден. Что же касается больших реакторов, то в последних конструкциях предусмотрены меры пассивной безопасности, в дополнение к измененной идеологии безопасности реактора в общем. Ниже поговорим подробнее.

Однако у сторонников "самотечной" архитектуры есть и еще одно слабое место. Дело в том, что электропитание требуется не только для работы циркуляционных насосов - оно требуется и для работы фиксирующей аппаратуры. Датчики, которые измеряют параметры реактора - надо тоже запитывать электричеством. В норме после остановки работы реактора датчики продолжают работу, и в любой момент времени персонал может узнать температуру и радиационную обстановку в активной зоне, оценить тепловой поток, сделать заключение о целостности и функциональной готовности реактора. Потому что есть электричество. Если на малой модульной АЭС у нас отключится электричество, и мы, положившись на самотечный первый контур, будем сидеть без света - откуда мы узнаем, что происходит с реактором и другим связанным с ним оборудованием?

Да никак.



Авария на Фукусиме произошла не только из-за остаточного тепловыделения, но также потому, что прибывшие после цунами люди ничего не смогли сделать, и вот это вот "ничего не можем сделать" было изначально заложено конструкцию. В современных проектах больших реакторов ПРЕДУСМОТРЕНА возможность внешнего воздействия на реактор в определенных временных интервалах со стороны ремонтных бригад. Пока реактор разогревается (тепловая инерция) - есть временной зазор, чтобы его спасти. Если таковая возможность предусмотрена. На Фукусиме она не была предусмотрена. А в современных конструкциях она уже предусмотрена. Одни системы резервированы, другие обладают избыточной производительностью, предусмотрены и исполнены в металле технологические стыки, позволяющие внешнюю подачу холодной воды и отвод тепла, и так далее - и все это, заметим, ДО НАЧАЛА РАБОТЫ СИСТЕМ ПАССИВНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ, екоторые из которых "убивают" реактор...

Ничего этого в конструкциях "самотечных" малых модульных реакторов НЕТ.

Теперь возьмем вот что. Мы уже знаем, что геометрически западные проекты "малых" реакторов вовсе не такие малые. И фактически представляют из себя ослабленные по тепловым потокам конструкции больших реакторов. Ну сэкономили люди на проектировании, что делать? У нас встает вопрос о стоимости решений. Коммерческая стоимость реактора зависит от выработки энергии. Соответственно, большой реактор мы можем оснасить лучше, потому что энергии он вырабатывает больше, и стоимость дополнительных систем, весьма немаленькая - будет размазана тонким слоем по огромной выработке энергии. Рентабельность будет высокой. А в малом реакторе выработка маленькая, и потому вместо тонкого слоя мы можем получить те самые два метра, которые должны быть над, согласно установленным правилам...

Сама парадигма малых реакторов предполагает дешевые решения, а также отказ от ряда возможных и реализуемых решений в силу возрастающей дороговизны проекта...

Экономика малых реакторов ХУЖЕ, чем экономика больших - и это факт. И этот факт связан с тем, что системы безопасности для них также должны быть менее затратными. А вот это вот уже напрягает.

"Маленькая" бука оказалась ничуть не меньше, чем "большая" - а возможно, и еще поболе...

Давайте посмотрим на компанию-лидера в атомной области, которая тоже занимается малыми модульными атомными реакторами. На Росатом. Казалось бы, все это очевидно и для его специалистов. Как подходят к вопросу они?

А они к вопросу подходят весьма интересным образом...



Прежде всего, если "цивилизованный мир" пытается ЗАМЕНИТЬ большие реакторы маленькими - Росатом рассматривает малые АЭС не как замену, а как ДОПОЛНЕНИЕ к большой энергетике. Условно говоря, в рамках Германии малые АЭС ЛИШЕНЫ СМЫСЛА в силу высокой освоенности территории и развитой электросети, обилия потребителей и наличия кадров. Потому все что мы сказали выше нехорошего - для малых АЭС в Европе имеет смысл. А вот в Сибири, где нет такой развитой сети, территории не освоены, людей мало, и потребление низкое - там малые АЭС МОГУТ БЫТЬ РЕНТАБЕЛЬНЕЕ ДРУГИХ РЕШЕНИЙ.

С точки зрения Росатома, малые АЭС - это первопроходцы промышленного развития регионов. Где нет такой потребности в энергии, и откуда нельзя передать излишки энергии в общую сеть. Вот там такие АЭС хороши, они не имеют конкурентов. Потому что стоимость генерации на них там будет коммерчески выгодной, даже если сделать такие АЭС безопасными со всех точек зрения...

Росатом может делать БЕЗОПАСНЫЕ реакторы малой мощности, используя ПОЛНЫЙ СПЕКТР РЕШЕНИЙ, потому что они предназначены для регионов, в которых возросшая стоимость генерации все равно оказывается конкурентной.

В условиях Германии ММАЭС неэффективны и менее безопасны, чем большие, однако для Сибири можно сделать безопасные ММАЭС, и они будут весьма эффективны в коммерческом плане. А когда территории будут развиты, и когда система электроснабжения доберется до них - там будут построены уже нормальные станции...

Вот в чем разница.

Попытка удешевить "малый" "мирный атом", в условиях конкуренции с большим - ведет к ослаблению безопасности и снижению коммерческих показателей. И в этом есть огромная ошибка "цивилизованного мира". А вот создание малого мирного атома в условиях и местах, где он конкурентен, при соблюдении полного спектра мер безопасности реакторов - оно перспективно коммерчески, и оно перспективно технологически. Это РАЗНЫЕ парадигмы. Малые реакторы Европы и Америки и малые реакторы Росатома только выглядят похожими на первый взгляд. На самом деле это РАЗНЫЕ по идеологии конструкции, предназначенные для решения разных задач.

И эта разница происходит на уровне парадигмы.


.

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив