Как удержать расплавленную активную зону внутри корпуса реактора

Новые способы удержать расплав

«Гидропресс» вернулся к разработкам 1990-х годов, позволяющим управлять запроектными и тяжелыми авариями. Они рассматриваются как хорошее решение для действующих блоков с реакторами ВВЭР, а в перспективе могут стать альтернативой ловушке расплава. О том, что это за проекты и каковы перспективы их внедрения, нам рассказал начальник группы ОКБ «Гидропресс» Станислав Пантюшин.

Текст: Александр Южанин   http://atomicexpert.com/page776731.html

ОКБ «Гидропресс» разработало два проекта, позволяющих существенно повысить безопасность действующих АЭС и в случае возникновения тяжелой аварии не допустить развития ситуации, подобного тому, что произошло на АЭС «Фукусима-1».

Это устройство наружного охлаждения корпуса реактора (УНОКР), предназначенное для энергоблоков ВВЭР-440, а также система удержания расплава и охлаждения корпуса реактора (СУРОК) — для более мощных и современных ВВЭР-1000.

Задача этих конструкций — удержание расплава топлива внутри корпуса реактора в случае возникновения тяжелой аварии. Впервые о разработке подобных устройств российские атомщики задумались после чернобыльской аварии, послужившей причиной для пересмотра нормативов безопасности и осознания необходимости управления тяжелыми авариями. В результате анализа конструкций действующих энергоблоков специалисты констатировали, что в случае подобной аварии расплав прожжет корпус реактора, затем — защитную оболочку и уйдет в грунт.

Тогда и родилась идея локализовать расплавившуюся активную зону в пределах корпуса реактора, играющего роль естественного защитного барьера. Предполагалось создать систему циркуляции воды, заливающей корпус реактора снаружи для его охлаждения и предотвращения проплавления, рассказывает С. Пантюшин. В свое время, эта идея нашла отражение и в проекте ВВЭР-640, предусматривавшем наличие подобного механизма. Вопрос локализации расплава активной зоны применительно к действующим АЭС с РУ ВВЭР обострился после аварии на АЭС «Фукусима-1».

Концерн «Росэнергоатом», эксплуатирующий российские АЭС, предложил «Гидропрессу» оценить возможность оборудования устройствами локализации расплава в корпусе реактора действующих энергоблоков ВВЭР-440 и ВВЭР-1000.

«Мы провели проектные и исследовательские работы, подтвердившие возможность установки подобных систем. Сейчас настала очередь подготовки технического проекта, финансирование которого мы активно обсуждаем с „Росэнергоатомом". Предполагается, что пилотными для нас станут 3-й и 4-й блоки ВВЭР-440 Кольской станции. После этого можно приступить к модернизации оставшихся 440-х, а закончив с ними, перейти к оборудованию системами локализации расплава действующих ВВЭР-1000», — рассказывает собеседник «Атомного эксперта».

УНОКР и СУРОК

Сегодня в России эксплуатируются пять энергоблоков ВВЭР-440: четыре на Кольской и один — на Нововоронежской АЭС; а также 12 энергоблоков ВВЭР-1000, не имеющих ловушки расплава: на Балаковской, Калининской, Ростовской и Нововоронежской станциях.

«Гидропресс» предлагает модернизировать эти блоки, оборудовав их устройствами и системами охлаждения корпуса реактора. Идея довольно проста. В пределах реакторного отделения устанавливаются емкости (или используются имеющиеся в проекте) с запасом воды, соединенные через вентиляционные каналы с бетонной шахтой, в которой находится корпус реактора. В случае аварии открывается вентиль, вода затопляет корпус, и расплавленная активная зона через корпус отдает тепло воде. Нагреваясь, вода выкипает, пар поднимается вверх, попадает на специальную конденсатную поверхность, снова превращается в воду, возвращаемую обратно к корпусу ректора, объясняет С. Пантюшин.

Принцип работы УНОКР и СУРОК идентичен; проекты различаются из-за разницы в конструкциях энергоблоков: источники воды находятся в разных местах, по-разному устроена система вентиляции, а главное — мощность ВВЭР-1000 более чем в два раза выше. «Поэтому наши технологи назвали для 440-го это „устройством", так как оно технически проще, а для тысячника — „системой", требующей решения ряда дополнительных задач, в частности, интенсификации отдачи тепла воде из-за более высокой мощности тысячника», — продолжает эксперт.

Схема охлаждения корпуса ректора для ВВЭР-ТОИ и ВВЭР-600 (СУРОК)

Цена вопроса
Для подготовки технического проекта и разработки проектно-сметной документации — это следующий этап реализации проекта — необходимо финансирование.

И сейчас «Росэнергоатом» пытается изыскать требуемые средства, отмечает С. Пантюшин. Помимо этого, необходимо провести ряд дополнительных экспериментов, так как некоторые данные, полученные в 1990-х годах, потеряли свою актуальность. «На технический проект и дополнительные исследования требуется порядка 150–200 миллионов рублей; это не такие уж большие деньги с учетом невысокой стоимости последующих работ по модернизации, — считает сотрудник «Гидропресса». — Если начать прямо сейчас, то разработка техпроекта и проведение экспериментов займут 1,5–2 года, после чего необходимо будет получить разрешение надзорного органа сначала на монтаж, а потом — на промышленную эксплуатацию системы». Работы по модернизации будут проводиться последовательно. Сначала устройством удержания расплава предполагается оборудовать энергоблоки ВВЭР-440, так как для них технические решения проще и требуют меньших затрат. Затем настанет очередь модернизации ВВЭР-1000.

Разная степень сложности в реализации этих проектов — одна из причин того, что НТС Росатома одобрил УНОКР и рекомендовал доработать СУРОК, проведя ряд дополнительных исследований и расчетов, объясняет С. Пантюшин. Поэтому сначала предполагается подготовить техпроект модернизации ВВЭР-440 и параллельно проводить эксперименты, подтверждающие возможность применения подобных решений на ВВЭР-1000.

Альтернатива ловушке

Для действующих реакторов альтернативы УНОКР и СУРОК нет, так как конструкция уже построенных АЭС не позволяет оборудовать их ловушкой расплава, применяемой на новых и строящихся энергоблоках, для нее просто нет места, продолжает собеседник «Атомного эксперта».

Более того, по мнению специалиста «Гидропресса», после доработки СУРОК и ее внедрения на действующих ВВЭР-1000 систему можно будет использовать как альтернативу ловушке расплава на новых энергоблоках-тысячниках.

Метод локализации расплава внутри корпуса реактора более безопасен и экономически эффективен, чем использование ловушки, уверен наш собеседник. Ловушка — это устройство для локализации расплава, позволяющее сохранить целостность защитной оболочки, но не задействующая третий барьер безопасности — корпус реактора. Минус ловушки в том, что продукты деления оказываются за пределами реактора, гермообъем в пределах 3-го контура безопасности загрязняется, и зайти в него становится уже невозможно.

Тогда как в случае удержания расплава в корпусе все опасные вещества, продукты деления, активность остаются в пределах реактора, что дает возможность провести утилизацию опасных веществ. Если расплав все же выйдет из корпуса реактора, он поступит в воду, которая будет его охлаждать. Тут тоже есть свои проблемы — попадание горячего расплава в холодную воду может привести к паровому взрыву; но эти потенциальные угрозы просчитываются и обосновываются в рамках технического проекта, проводится анализ отказа или неуспешного функционирования и просчитывается на математических моделях, подчеркивает специалист «Гидропресса».

Еще один минус ловушки — ее более высокая стоимость. «Во-первых, строительство ловушки занимает довольно длительное время; ее поставка и размещение — это не дни, не недели — это месяцы! — говорит собеседник «Атомного эксперта». — Во-вторых, убрав ловушку, мы сможем сделать меньше защитную оболочку, снизив ее высоту на 4–5 метров, это значительная экономия денег. Бетон, время монтажа, время изготовления оборудования — это хорошая экономика».

ВВЭР-ТОИ и ВВЭР-600

Специалисты «Гидропресса» убеждены, что СУРОК можно использовать и в проекте ВВЭР-ТОИ.

«Мы предлагали такое решение на стадии концептуального проекта ВВЭР-ТОИ, и оно до сих пор идет как опция проекта, — рассказывает С. Пантюшин. — В чем смысл проекта ТОИ? Управляющий комитет решил не вкладываться в новые разработки, а пойти по пути оптимизации имеющихся решений. При выходе на международный рынок проекта ТОИ заказчикам будет предлагаться: либо ставить ловушку, либо наружное охлаждение». Это делается с учетом того, что система наружного охлаждения — не новое решение в мировом масштабе, она используется зарубежными коллегами в новых проектах: АР-600, АР-1000 — американские аналоги, APR-1400 — корейский проект. Есть еще один новый проект, где система СУРОК рассматривается уже как базовая, — это энергоблок ВВЭР-600. Такие блоки планируется строить как замещающие мощности на Кольской станции, а затем предлагать их зарубежным заказчикам, продолжает собеседник «Атомного эксперта».

Окупить и заработать

Стоимость внедрения системы наружного охлаждения корпуса реактора для действующих российских энергоблоков представитель «Гидропресса» оценивать не берется, так как она зависит от ряда еще не определенных факторов, к тому же первый проект всегда обходится дороже, чем его последующее тиражирование.

Тем не менее можно провести аналогию с опытом европейцев, оборудовавших несколько энергоблоков ВВЭР-440, построенных в свое время советскими специалистами, внутрикорпусными системами удержания расплава. Впервые подобная система была внедрена на АЭС «Ловииса», работы обошлись порядка ­$25–50 млн, рассказывает С. Пантюшин. После этого решение тиражировалось на АЭС «Пакш», «Моховце», «Дукованы» и обошлось в значительно меньшие суммы, так как отпала необходимость в экспериментальном обосновании и ряде других, ранее проведенных работ.

«Естественно, тиражировать что-то гораздо дешевле, чем делать в первый раз, и, думаю, в случае с модернизацией энергоблоков в России порядок цифр будет соизмеримым, — прогнозирует эксперт. — Я не могу сейчас назвать конкретную цифру, потому что надо учесть много параметров: оборудование, монтаж, убыток от простоя блока; все это просчитывается при подготовке технического проекта». В то же время, когда технология будет отлажена и появится референтность, проект окупится и начнет приносить прибыль, уверен С. Пантюшин. «Мы сможем вместе с „Русатом Сервис" поставить эту систему на зарубежные тысячники: на Украину, в Болгарию, в Чехию — везде, где есть наши ВВЭР-1000, даже на АЭС „Бушер", где также нет ловушки. Но никто не хочет ждать, все хотят получить прибыль немедленно», — с грустью констатирует эксперт.

Догнать европейцев

Тем временем европейские коллеги активно ведут работу по внедрению систем удержания расплава в корпусе реактора на АЭС «Козлодуй» и «Темелин».

Европейский аналог нашего «Ростехнадзора» предъявил владельцам этих станций жесткое требование, обязующее их оборудовать энергоблоки подобными системами. Сейчас в Чехии активно проводятся эксперименты по обоснованию эффективности системы охлаждения реактора для тысячников.

«По предварительной информации, они уже получили первые положительные результаты, что позволит в недалеком будущем установить такую систему на энергоблоке ВВЭР-1000 АЭС „Темелин", а затем тиражировать ее на других энергоблоках. И нам придется их догонять, ведь мы даже не начинали работу над техническим проектом для ВВЭР-440, — обеспокоен представитель «Гидропресса». — Тем не менее мы сотрудничаем с чешскими коллегами в научно-технической сфере, обмениваемся опытом и, так сказать, держим руку на пульсе.

Команда, ведущая проект, достаточно молодая, у нас время еще есть, но, несмотря на отсутствие достаточного финансирования, мы не стоим на месте, а движемся вперед, постоянно напоминаем на всех уровнях о работе, которую ведем, отправляем запросы, готовим обоснования, оценки, справки, иными словами, не даем забыть о том, что существует проблема обеспечения безопасности действующих реакторов и для ее решения ведется работа, требующая поддержки, в первую очередь владельца российских энергоблоков — концерна „Росэнергоатом", — не теряет оптимизма С. Пантюшин. — Нам приходится набирать большой интеграл информации и наработок, который позволил бы убедить руководство принять положительное решение по вопросу финансирования, что в свою очередь позволит нам приступить непосредственно к реализации следующей стадии этого проекта».