Инновационная реакторная установка ВБЭР-300 для региональной энергетики. Вбэр 300Инновационная реакторная установка ВБЭР-300 для региональной энергетикиВнедрение атомных станций средней мощности в региональные энергосистемы позволит уменьшить затраты регионов на закупки природного газа и топливного мазута, повысить системную надежность энергоснабжения, ограничить рост тарифов на электрическую и тепловую энергию, отпускаемую населению и промышленным предприятиям, улучшить экологическую обстановку в районе размещения. Главный эффект использования атомных энергоисточников – крупномасштабная экономия природного газа в сфере теплофикации и теплоснабжения крупных городов.Ключевым условием внедрения атомных станций в региональную энергетику является обеспечение экономических преимуществ по сравнению с традиционными углеводородными источниками энергии. Это обуславливает необходимость применения новых, инновационных для традиционной атомной энергетики решений, направленных на более короткие сроки сооружения и ввода в действие, снижение затрат на строительство и эксплуатацию блоков с выполнением требований по надежности и безопасности, предъявляемых к перспективным атомным энергоисточникам. Инновационный характер реакторной установки ВБЭР-300, разрабатываемой ОАО «Опытное конструкторское бюро машиностроения им. И.И. Африкантова (ОАО «ОКБМ Африкантов») заключается в применении атомной паропроизводящей установки (ППУ) судового типа с водой под давлением. Специфические требования использования ядерной энергии на атомных ледоколах сформировали особый облик реакторной установки, характерными чертами которой стали предельная компактность, необходимая для размещения установки в малом объеме реакторного отсека, герметичный контур первичного теплоносителя, повышенная надежность, высокая автоматизация и минимальная потребность в обслуживании при эксплуатации. В связи с этим применение ядерных реакторов и энергоустановок судового типа для энергоблоков малой и средней мощности представляется логичным, экономически оправданным и технологически подготовленным. ВБЭР-300 относится к наиболее освоенному в мировой практике классу корпусного водо-водяного реактора. За основу проекта принята компактная блочная конструкция ППУ, применяемая на атомных ледоколах. Учитывая опыт эксплуатации и существующую производственно-технологическую базу, для ВБЭР-300 не требуются масштабные научно-исследовательские работы, что является одним из факторов снижения временных и финансовых затрат на реализацию проекта. Проектная концепция ВБЭР-300 основана на сочетании технологий и опыта создания и эксплуатации судовых ядерно-энергетических установок с решениями по активной зоне и топливному циклу АЭС с реакторами ВВЭР.Технические решенияТепловая мощность ВБЭР-300 – 917 МВт. Реактор обеспечивает электрическую мощность энергоблока в конденсационном режиме до 325 МВт(э), в теплофикационном – около 215 МВт(э) c отпуском тепла в виде горячей воды до 460 Гкал/ч. Проектный срок службы – до 60 лет. Более высокая по сравнению с судовыми прототипами тепловая мощность ВБЭР достигается за счет соответствующего масштабирования компонентов при сохранении облика транспортного реактора и базовых конструкторских решений.  Блочное исполнение ВБЭР-300 (рис. 1) отличается от реакторных установок действующих АЭС отсутствием трубопроводов большого диаметра главного циркуляционного контура и, соответственно, аварий класса больших и средних течей. При этом все корпуса основного оборудования установки – реактора, парогенераторов, главных циркуляционных насосов – свариваются между собой, образуя единый интегрированный корпус реакторного блока. Циркуляция теплоносителя первого контура по соединительным патрубкам основного тракта осуществляется по схеме «труба в трубе». За счет этого реакторный блок обладает повышенной прочностью и работоспособностью в условиях совместного воздействия эксплуатационных и сейсмических нагрузок. Блочное решение также обеспечивает минимальные массогабаритные характеристики реакторного блока по сравнению с установками петлевого типа и позволяет сократить удельные строительные объемы реакторного отделения, материалоемкость и, соответственно, минимизировать удельные капитальные вложения, продолжительность и стоимость монтажных работ. В ВБЭР-300 используются бескожуховые ТВС каркасной конструкции – аналоги ТВС, разработанных в ОАО «ОКБМ Африкантов» для реакторов ВВЭР-1000, в которых сконцентрированы все инновационные решения по повышению надежности активной зоны и эффективности использования топлива. В настоящее время такие топливные сборки успешно эксплуатируются на 17 энергоблоках России, Украины и Болгарии. Для ВБЭР-300 предусматриваются топливные циклы частичных перегрузок с интервалом работы 1 год и 2 года при использовании традиционного для реакторов ВВЭР диоксидноуранового топлива. Использование ТВС с обогащением по 235U не более 20% соответствует требованиям МАГАТЭ по нераспространению. Контур первичного теплоносителя ВБЭР-300 выполнен в герметичном, традиционном для судовых реакторов исполнении – с применением сварных соединений, герметичных бессальниковых насосов и герметичной сильфонной арматуры. При этом используется замкнутая система очистки теплоносителя первого контура с исключением водообмена для изменения концентрации бора. Данное решение позволяет практически исключить выход радиоактивной среды за пределы реакторной установки. В реакторной установке применяется компактный и эффективный прямоточный модульный змеевиковый парогенератор, конструкция которого обеспечивает повышенную надежность (материал – титановый сплав) и высокий уровень ремонтопригодности. Оцененные дозозатраты на обслуживание и ремонт парогенератора в три-пять раз ниже, чем для парогенераторов ВВЭР-1000. Для обеспечения циркуляции в реакторном блоке и системе очистки первого контура применены бессальниковые насосы с герметичным электродвигателем на основе серийно изготавливаемых насосов судовых ядерных ППУ. Для обеспечения их работы не требуется ряд вспомогательных систем, присущих негерметичным насосам, а отсутствие протечек позволяет сократить объемы перерабатываемых радиоактивных сред. Обеспечение безопасностиВ реакторной установке ВБЭР-300 предусмотрены все основные системы безопасности: аварийной остановки реактора, аварийного отвода тепла, аварийного охлаждения активной зоны, локализации аварий. Инновационным решением для обеспечения безопасности является использование высоконадежных систем судовых реакторов и современных АЭС, в том числе пассивного принципа действия (рис. 2).  Для обеспечения аварийной остановки используются электромеханическая система управления и защиты (СУЗ), рабочие органы которой вводятся в активную зону электродвигателями по сигналам аварийной защиты, под действием собственного веса при обесточивании станции или от специальных устройств пассивного принципа действия, а также система ввода жидкого поглотителя с насосами подпитки и емкостями. В составе СУЗ действует усовершенствованный электромеханический привод, исключающий самопроизвольное перемещение рабочих органов вверх из активной зоны при внешних воздействиях (землетрясении, падении самолета и т.д.). Система аварийного отвода тепла включает пассивные каналы с баками запаса воды, рассчитанными на теплоотвод в течение 72 ч, и активные каналы с использованием теплообменника системы очистки первого контура и конденсатора турбоустановки. Прототипом пассивной системы являются устройства безбатарейного расхолаживания судовых ППУ, эффективность которых подтверждена как в стендовых условиях, так и при эксплуатации. В состав системы аварийного охлаждения активной зоны входят гидроаккумуляторы первой и второй ступеней с различными характеристиками по расходу воды, обеспечивающие аварийное охлаждение в течение 24 ч на основе пассивных принципов без подачи энергии извне, а также насосы подпитки и система рециркуляции.  Рис. 3 Защитная оболочка: 1 – внешняя железобетонная оболочка; 2 – внутренняя металлическая оболочка Реакторная установка размещается в двойной герметичной защитной оболочке (рис. 3). Внутренняя металлическая оболочка диаметром 30 м обеспечивает герметичность внутреннего объема при всех режимах работы АЭС и проектируется на аварийное давление 0,5 МПа. Наружная оболочка – из монолитного железобетона, без системы предварительного натяжения арматуры – состоит из цилиндрической части и полусферического купола с толщиной 1,5 м. Ее строительные конструкции рассчитаны на внешние аварийные воздействия, в том числе падение самолета массой 20 т и воздушную ударную волну. В соответствии с российскими требованиями не допускается размещать АЭС на площадках, сейсмичность которых характеризуется интенсивностью максимального расчетного землетрясения (МРЗ) более 9 баллов, площадки с МРЗ более 7 баллов по шкале MSK-64 являются неблагоприятными. Проектирование реакторной установки ВБЭР-300 и систем безопасности (включая аккумуляторные батареи и дизель-генераторы аварийного энергоснабжения) выполняется из условия сохранения работоспособности при проектном землетрясении 7 баллов по шкале MSK-64. При максимальном расчетном землетрясении, 8 баллов по шкале MSK-64, должна сохраняться работоспособность систем, которые обеспечивают безопасный вывод реакторной установки из действия. Результаты расчетов показали, что реакторный блок ВБЭР-300 по сейсмостойкости обладает более чем двукратным запасом прочности (максимальные напряжения в наиболее нагруженном узле корпуса при сейсмике не превышают 150 МПа при величине допускаемых напряжений 370 МПа). Расчет аварии падения самолета массой 20 т на атомную станцию показал, что перегрузка, действующая на узлы крепления РБ, меньше, чем при сейсмическом воздействии. Детерминистский анализ запроектных аварийных ситуаций полного обесточивания с отказом управляющих систем, одного-двух каналов системы аварийного отвода тепла, аварий разгерметизации первого контура при полном обесточивании показал, что безопасность реакторной установки обеспечивается без вмешательства персонала АС в течение не менее трех суток. Экологические преимуществаПо уровню безопасности энергоблок с реактором ВБЭР-300 соответствует требованиям к перспективным атомным станциям поколения 3+, санитарно-защитная зона совпадает с периметром промплощадки (рис. 4). Это позволяет размещать его вблизи крупных городов, что имеет очень важное значение, поскольку практически все региональные энергоисточники задействованы для обеспечения тепла.  Рис. 4 Радиационная безопасность атомной станции с ВБЭР-300 Кроме того, за счет меньшей мощности и применения технологий и решений, отработанных на транспортных ядерных установках, ВБЭР-300 производит гораздо меньше радиоактивных отходов, чем действующие АЭС. Основным экологическим преимуществом ВБЭР-300 перед региональными углеводородными ТЭС является отсутствие выбросов продуктов сгорания органического топлива, а также поглощения большого объема кислорода из воздуха в процессе сжигания углеводородов. При вытеснении угля атомной станцией с двумя блоками ВБЭР-300 годовой выброс в атмосферу окислов азота сократится на 8500 т, окислов серы – на 125 тыс. т, золы – на 3500 т, углекислого газа – на 5,4 млн т. При вытеснении газа выброс окислов азота сократится на 10500 т, углекислого газа – на 2,9 млн т; потребление кислорода из атмосферного воздуха уменьшится на 4,1-4,3 млн т. При эксплуатации такой атомной станции в топливном балансе соответствующего региона в год будет сэкономлено до 1,7 млн т мазута, или 1550 млн м3 природного газа, или 3,4 млн т угля. АвторыА.Е. Арефьев, А.В. Кураченков, Ю.П. Фадеев (ОАО «Опытное конструкторское бюро машиностроения им. И. И.Африкантова») www.atomic-energy.ru
www.okbm.nnov.ru Казахстан планирует построить АЭС с реактором средней мощности ВБЭР-300Реактор ВБЭР-300ВБЭР-300 рассматривается в качестве энергоисточника для планируемой к сооружению атомной электростанции в г.Актау Мангистауской области Республики Казахстан. ОАО «ОКБМ Африкантов» приняло участие в IV Казахстанской Международной выставке «Атомная энергетика и промышленность» (KazAtomExpo 2013), которая прошла в г. Астана. На экспозиции ОАО «ОКБМ Африкантов» (входит в машиностроительный дивизион Росатома – Атомэнергомаш) был представлен инновационный проект разрабатываемой предприятием реакторной установки средней мощности ВБЭР-300 для региональной энергетики. Установка, спроектированная на базе освоенных и проверенных эксплуатацией технологий судовых водо-водяных реакторов, предназначена для обеспечения тепловой и электрической энергией регионов, не имеющих централизованного энергоснабжения. ОАО «ОКБМ Африкантов» является главным конструктором реакторной установки и координатором работ российских предприятий – участников проекта. Экспозицию ОАО «ОКБМ Африкантов» посетил председатель Агентства Республики Казахстан по атомной энергии Тимур Жантикин, интересовавшийся реакторной установкой ВБЭР-300 с точки зрения эффективности, безопасности и защищенности от природных катаклизмов. В объединенной экспозиции приняли участие более 50 компаний, занятые в сфере энергетики и электротехники, производители оборудования и материалов для атомной промышленности; компании, оказывающие услуги по проектированию и строительству АЭС из Беларуси, Германии, Казахстана, России, Великобритании, Швейцарии, Гонконга и Южной Кореи. www.seogan.ru 10.2. Российско-Казахстанский проект с реактором ВБЭР-300Казахстан был готов и построить, и эксплуатировать атомную станцию. На словах… Не обсуждая политику, говорим о технических аспектах проекта. Исходя из технических требований энергосистемы страны, строительство АЭС большой мощности в 1000 мегаватт невозможно. Так как при перезагрузке топлива в атомный реактор пришлось бы резервировать мощность данной станции в 1000 мегаватт из источника, который расположен на удаленном расстоянии. А при протяженных энергосетях это экономически нецелесообразно – велики потери. Также стабильность энергосистемы требует, чтобы источники энергии были более-менее равномерно распределены по территории страны. То есть, для Казахстана экономически выгоднее не один источник в 1000 мегаватт, а три – по 300 мегаватт. При остановке одного для перезагрузки, работают два остальных. Так обеспечивается бесперебойное энергоснабжение.
Поэтому, было принято решение разработать совместно с Россией реактор средней мощности, на базе отработанной корабельной паропроизводящей установки блочного типа. С этой целью в рамках «Комплексной программы Российско-Казахстанского сотрудничества в области использования атомной энергии в мирных целях» 30 октября 2006 года создано акционерное общество «Казахстанско-Российская компания «Атомные станции» для разработки, строительства и продвижения на мировые рынки атомного реактора с энергоблоками нового типа. АО создано на паритетной основе при участии Казатомпрома и Атомстройэкспорта. Атомная станция нового поколения 3+ на базе реакторной установки средней мощности Водяного блочного энергетического реактора электрической мощностью 300 МВТ (ВБЭР-300). АЭС – сложный комплекс технических сооружений, предназначенных для выработки электрической энергии путем использования энергии, выделяемой при контролируемой ядерной реакции.
Достижение высокого уровня безопасности данного реактора обеспечивается за счет:
Использование реактора ВБЭР-300 делает работу АЭС экономичной и безопасной. Бомбовый удар, падение самолета, захват станции террористами и любая другая причина, угрожающая нормальной работе АЭС, мгновенно приводит в действие пассивные системы безопасности станции. Реактор моментально самозаглушается и прекращает свою работу переходя в режим длительного расхолаживания. (По материалам сайта КазАтомПром)
Замечания:
www.nucon.us Для строительства ВБЭР-300 в Актау необходимы гарантии российской стороныДля строительства в Актау АЭС с реактором ВБЭР-300 необходимо получить от российской стороны гарантии по цене электроэнергии и по техническим рискам. Об этом заявил министр энергетики и минеральных ресурсов Казахстана Сауат Мынбаев 15 января на расширенном заседании коллегии министерства по итогам 2009 года, говорится в сообщении МЭМР РК. «Если цена на электроэнергию от АЭС будет выше цены на электроэнергию от ТЭЦ на газе, то стоит ли строить атомную станцию, учитывая, что Мангыстау - газодобывающий регион», - сказал министр. По проекту, стоимость электроэнергии, вырабатываемой ВБЭР-300, составит 8 центов, а электроэнергии, произведенной с использованием природного газа, по мнению экспертов, к 2018 году будет на уровне 10 центов. Цены - вполне сопоставимы, отметил министр. «Ключевой вопрос - сможет ли российская сторона до начала строительства АЭС дать гарантии по цене электроэнергии, ведь иначе, «вбухнув» в инновационный проект более 2 млрд. долларов можно, в конце концов, получить электроэнергию по более высокой, неконкурентной цене», - сказал С. Мынбаев. По его словам, законченного, готового к реализации проекта АЭС с ВБЭР-300 пока нет. Его предполагается на совместных началах доработать. В имеющемся проекте договора с подрядчиком не предусмотрены никакие обязательства по стоимости электроэнергии. «Но без них нельзя начинать масштабное финансирование, тем более, что уже имеются отрицательные примеры в других инновационных проектах», - подчеркнул министр. Еще одним ключевым вопросом он назвал гарантии по техническим рискам, ответственность по которым не может возлагаться только на казахстанскую сторону. «Это ответственность поставщика», - считает С. Мынбаев. В имеющихся проектах соглашений такие гарантии тоже пока не предусмотрены. Вообще, по словам министра, сейчас на переговорах обсуждаются только «второстепенные вопросы». МЭМР же, считает, что «Казатомпром» обязан сосредоточиться на обсуждении «ключевых вопросов». «Если эти вопросы будут решены, то проект строительства АЭС надо будет форсировать», - подытожил С. Мынбаев. Проект реализуется в рамках Комплексной программы российско-казахстанского сотрудничества в области использования атомной энергии в мирных целях. При этом стороны планируют не только построить АЭС на основе энергоблоков типа ВБЭР-300 в Казахстане, но и начать экспорт таких реакторных установок в другие страны. Для этих целей в 2006 году было создано совместное предприятие. На доработку технической документации по проекту ВБЭР-300 были выделены средства из бюджета РК, однако в начале 2009 года Казахстан приостановил реализацию проекта и вернул выделенные средства в бюджет, ссылаясь на «отсутствие соглашения о передаче интеллектуальной собственности». Между тем, российская сторона («ОКБМ Африкантов») продолжала работу над проектом за счет собственных средств. В конце ноября 2009 года госкорпорация «Росатом» и НАК «Казатомпром» подписали «дорожную карту» дополнительных мер по реализации программы сотрудничества, в том числе, по строительству АЭС. www.atomic-energy.ru ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ АЭС384 5.4. ГЛАВНЫЙ ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ НАСОС РЕАКТОРНОГО БЛОКА ВБЭР-300 Главный циркуляционный насос предназначен для перекачивания те- плоносителя первого контура внутри реакторного блока. Это агрегат, со- стоящий из диагонального насоса и герметичного электродвигателя, вы- полненных в едином блоке. Общий вид насоса приведен на рис. 5.19. Ос- новные технические характеристики главного циркуляционного насоса приведены в табл. 5.4. Проточная часть насоса включает в себя направляющий фланец, кон- сольное рабочее колесо диагонального типа и направляющий аппарат. Ра- бочее колесо монтируется на нижнем конце ротора. Прототипом данного электродвигателя является статор и ротор изде- лия ТАУ-2 50МСП, имеющего аналогичную конструкцию, сопоставимую мощность, одинаковый класс по напряжению и изоляции, разработанного, изготовленного и испытанного ОКБМ. Результаты испытаний подтвердили все заявленные характеристики. Таблица 5.4 Технические характеристики ГЦН ВБЭР-300 Параметр Значение Подача номинальная, м 3 /ч 4607 Напор при номинальной подаче, м (не менее) 61 Температура перекачиваемой среды, о С (не более) 320 Давление на всасывании, МПа (не более) 15,7 Частота вращения ротора, синхронная, с -1 50 Время выбега до частоты вращения ротора 35 с -1 (не ме- нее) 1,4 Род тока переменный трехфазный Напряжение питающей сети, В 1000 Частота питающей сети, Гц 50 Сила тока, потребляемая из сети, А (не более) 730 Мощность, потребляемая из сети: активная, кВт (не более) полная, кВА (не более) 1050 1250 Масса электронасоса в сухом состоянии, кг (не более) 15700 Назначенный срок службы, лет 20 Назначенный ресурс, ч (не менее) 140000 Период непрерывной работы, ч (не менее) 16000 Ротор электродвигателя вращается в двух подшипниках скольжения. В качестве пары трения в подшипниковых узлах используется силицирован- cdot-nntu.ru Малые и средние АЭС Аналитический онлайн-журнал
geoenergetics.ru | ||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
Рынок региональных энергоблоков весьма значителен: только в России в настоящее время эксплуатируется около 470 блоков мощностью, в основном, на уровне 200 - 250 МВт на органическом топливе, главным образом, на природном газе. Более половины этих блоков уже выработали свой ресурс и требуют замены. Еще одной особенностью российской региональной энергетики является значительная доля ТЭЦ, вырабатывающих электроэнергию, промышленное и коммунально-бытовое тепло в теплофикационном режиме – их доля (по мощности) составляет 54%. Теплофикация – один из наиболее социально-значимых и топливоемких секторов российской энергетики.
При анализе мирового рынка реакторов выяснилось, что промышленного варианта станций на 300 мегаватт еще нет. Такие реакторы относятся к классу реакторов малой и средней мощности. Зарубежные компании, такие, как «Westinghouse», «Areva», «General Eleсtric» производят реакторы мощностью от 1000 МВт(Э). На сегодняшний день ниша реакторов малой и средней мощности пустует.
Проект реактора ВБЭР-300 разработан российским конструкторским бюро имени Африкантова на основе апробированных и зарекомендовавших себя реакторах, успешно эксплуатирующихся в России на атомных подводных лодках и ледоколах. Конструкция данного реактора имеет более 6000 реакторо-лет безаварийной работы. Данный реактор имеет международный класс безопасности «3+», самый высокий в мире.
