Обзор всех АЭС России
Давно хотел и вот наконец сделал - обзор всех атомных станций России. Это популярный обзор станций глазами реакторщика, как минимум по образованию. Так что я постарался показать в чем технические и исторические особенности каждой из наших АЭС, какие реакторы на них работают или работали раньше, какие важные для отрасли технологии там осваивались. На многих из этих АЭС я был, поэтому иногда тут встречаются и личные впечатления и фотографии.
Помимо действующих АЭС, я упомянул и те станции, которые уже остановлены, и те, что планировались, но так и не были реализованы, и те, которые могут появиться в ближайшие годы.
К сожалению, ЖЖ ограничивает размер поста, поэтому исходная моя статья, написанная для блога компании Itsoft, целиком сюда не влезает. Полностью она доступна у меня на Хабре (ссылка). Под катом выложу лишь описание первых нескольких станций.
Ну или вы можете посмотреть подробную видеоверсию, которую я традиционно сделал для своего youtube-канала про атомную энергетику (подписывайтесь на него, кстати!). Вилеоверсия получилась даже более наглядной чем статья, т.к. в ней на порядок больше визуального материала. И это видео уже стало один из самых популярных на канале, так что рекомендую)
Click to viewНу а под катом - первые несколько АЭС.
01. Обнинская АЭС. Первая АЭС
Начнем с самой первой АЭС в мире. Она заработала в июне 1954 г в Обнинске, недалеко от Москвы. Ее мощность была всего 5 МВт, что по современным меркам даже не мини, а микро-АЭС. Это в 200-250 раз меньше, чем мощность современного энергоблока АЭС. Тем не менее, это была первая полноценная атомная станция, которая выдавала электроэнергию в сеть. В США за несколько лет до этого уже получали электроэнергию от экспериментального реактора, но в еще меньшем количестве и она шла на собственные нужды этой установки, а не в общую сеть. Подробнее я про это писал в отдельной статье. Так что для желающих померяться кто был первым в тех или иных достижениях, вопрос атомного электричества дает почву для дискуссий, но мы не из их числа. Все же первая крупная АЭС, выдающая электричество в сеть, была построена именно в Обнинске.
Пульт управления Первой АЭС. Фото автора.
Сам реактор Первой АЭС был спроектирован на основе промышленных реакторов для наработки оружейного плутония - начинки для ядерного оружия. Это тоже канальный водо-графитовый реактор. Т.е. его активная зона состоит из графитовой кладки, в которой сооружены каналы, в эти каналы установлено топливо и по ним же прокачивается вода для отвода тепла. Графит выступает как замедлитель нейтронов, что необходимо для протекания цепной реакции деления, а вода как теплоноситель.
Схема первой АЭС
Энергетический реактор для АЭС и промышленный реактор для наработки плутония на самом деле серьезно отличаются. Во-первых, важное отличие в тепловой схеме - в энергетическом реакторе вода в каналах должна нагреваться до более высокой температуры, чтобы в итоге создавать пар высокого давления, который сможет крутить турбину. Первая АЭС работала по двухконтурной схеме, т.е. вода первого контура нагревалась, передавала тепло воде второго контура, которая уже кипела и этот пар шел на турбину. При этом все таки турбину на первую АЭС поставили не очень мощную, а КПД станции был менее 20%, что примерно в полтора-два раза ниже, чем у современных АЭС.
Второе важное отличие энергетического реактора от промышленного - топливо. В реакторе для наработки плутония топливо находится в активной зоне всего несколько недель, чтобы образовалось нужное соотношение новых изотопов плутония. По сути через реактор прогоняется огромное количество топлива, выступающего как сырье. В энергетическом же реакторе топливо должно работать как можно дольше - в современных реакторах оно находится в активной зоне реактора по 4-5 лет. И в нем должно делиться как можно больше атомов, чтобы вырабатывать как можно больше энергии, т.е. у него должна быть большая глубина выгорания.
Все это нужно для улучшения экономических показателей электростанции. При этом топливо не должно разрушаться. Так что создание топлива именно для АЭС отличается от топлива промышленных реакторов - это отдельная сложная задача, которую приходилось решать для Первой АЭС.
Интересно, что внешне Обнинская АЭС совершенно не похожа на современные АЭС. С виду это простое трехэтажное административное здание, ну разве что труба на заднем фоне выдает его промышленное назначение. Здание, в котором располагается реактор и турбина вообще расположены через дорогу друг от друга. С одной стороны, это было сделано из соображений секретности, хотя объект в итоге стал статусным и его потом посещали многие делегации, в том числе иностранные. С другой стороны, конечно, современные АЭС строятся совсем по другим правилам и требованиям, и там гораздо больше мощных защитных сооружений, призванных защитить как саму АЭС от внешних воздействий, так и окружающую среду от последствий возможных аварий.
Первая АЭС проработала почти 48 лет, дала много новых знаний и позволила обучить огромное количество специалистов. Она была остановлена в 2002 году. Ядерного топлива и радиоактивных материалов на ней уже нет. Сейчас она признана объектом культурного наследия России, на ее базе создан музей. Я был в этом музее и рекомендую его посетить всем, кто интересуется историей науки и техники, особенно атомной. Она находится на территории Физико-энергетического института и там можно узнать не только про первую АЭС, но и про другие работы ФЭИ.
02. Сибирская АЭС. Даже две
Сибирская АЭС
Следующая АЭС на территории России, которая уже тоже не работает - это малоизвестная широкой публике Сибирская АЭС. Сейчас практически все АЭС в Росси находятся в Европейской части, но был период в 60-е, когда основное атомное электричество в СССР вырабатывалось в Сибири. Сибирская АЭС находилась на площадке Сибирского химического комбината (СХК) в г. Северск Томской области. Это был закрытый комбинат по наработке оружейного плутония, он и сейчас работает, но занимается уже другими задачами. Несмотря на секретность, фильм о Сибирской АЭС показали в 1958 году на Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии.
Заголовок в New York Times в 1958 году о показе в Женеве фильма о Сибирской АЭС
На тот момент она была одной из мощнейших АЭС мира - первый энергоблок имел мощность 100 МВт. В дальнейшем на ней работали 4 реактора, а суммарная мощность выросла до 600 МВт.
Промышленные реакторы СХК были двойного и даже тройного назначения. Т.е. они нарабатывали плутоний, но их спроектировали уже так, что они позволяли вырабатывать электроэнергию и давать тепло для отопления Северска и Томска. С окончанием программы наработки плутония был остановлен и последний реактор станции, в 2008 году.
Один из реакторов СХК. Фото: Страна Росатом
На другом сибирском комбинате по наработке оружейного плутония, Горно-химическом комбинате, в Железногорске, с 1964 по 2010 год тоже работал двухцелевой реактор АДЭ-2. Хотя, как таковой отдельной АЭС его не называли. Но по сути это была третья атомная станция тепло- и электроснабжения в СССР, причем единственная - подземная, т.к. сам комбинат ГХК размещался в горной выработке под землей. Подробнее про отечественные промышленные реакторы я писал отдельную статью.
Кстати, АЭС двойного назначения - это не чисто советская выдумка. Первая такая "двойная" АЭС заработала в Великобритании на два года раньше Сибирской АЭС. Это АЭС Колдер Холл - первая АЭС в Великобритании и на Западе вообще, работавшая на атомном комбинате Селлафилд, где производили оружейный плутоний. В далеком 1956 году ее открывала молодая Елизавета II.
Елизавета II на открытии первой АЭС Великобритании - Колдер Холл (двойного назначения)
1. Белоярская АЭС. Дважды первопроходец
Итак, теперь давайте перейдем к действующим АЭС. Первая из них - это Белоярская АЭС, в 20 км от которой я живу. Это моя любимая АЭС, на которой я бывал уже много раз. После Обнинской, это была первая крупная гражданская АЭС, т.е. не двойного назначения и не на территории ядерного комбината. Она построена именно для выработки электроэнергии и тепла и не применялась для наработки плутония. Ее топливо даже не перерабатывали, о чем у меня, как ни странно, тоже есть отдельная статья.
АЭС заработала в 1964 году. Суммарная мощность двух реакторов первой очереди станции составила 300 МВт. Эти реакторы назывались АМБ, что расшифровывается как «Атом Мирный Большой», что и отражает их назначение. Это тоже канальные уран-графитовые реакторы, но уже улучшенной конструкции. На них пытались повысить КПД за счет дополнительного перегрева пара. Те. кроме каналов с топливом и водой, которая отводила тепло от активной зоны, по некоторым каналам через реактор дополнительно заново пропускали пар перед его отправкой на турбину для повышения его давления, чтобы улучшить КПД всей установки. Первый энергоблок мощностью 100 МВт работал по двухконтурной схеме. Второй энергоблок работал уже по упрощенной одноконтурной схеме, где пар вырабатывался прямо в первом контуре реактора, затем еще раз подогревался в реакторе и затем шел на турбину, его мощность была уже 200 МВт. В дальнейшем такая одноконтурная схема, пусть и без перегрева пара, ляжет в основу мощных реакторов РБМК. КПД первой очереди Белоярской АЭС достигал 37%, и это на несколько процентов больше, чем у многих современных АЭС.
Реакторы первой очереди выработали свой ресурс и были остановлены к 1989 году. Сейчас на АЭС работают два новых реактора с совершенно иной конструкцией - это реакторы на быстрых нейтронах.
Энергоблоки Белоярской АЭС. Инфографика автора
С 1980 года на Белоярской АЭС работает реактор БН-600, а с 2015 года - БН-800. 600 и 800 - это проектная электрическая мощность этих реакторов, хотя по факту она увеличена почти на 10%. Это единственные в мире на текущий момент энергетические реакторы АЭС на быстрых нейтронах. Благодаря им, хотя были и другие меньшей мощности, у нашей страны накоплен самый большой опыт эксплуатации быстрых реакторов, которые могут составить основу или существенную долю атомной энергетики в будущем. Им, конечно, надо посвятить отдельные статьи и видео.
Скажу лишь о главной особенности. Это реакторы, в которых основное деление тяжелых ядер идет быстрыми нейтронами, частично о том что это такое я рассказывал в прошлой статье про реакторы со спектральным регулированием. Быстрые реакторы позволяют вовлекать в топливный цикл не только уран-235, которого в природном уране всего 0,7%, но и основной изотоп уран-238, которого там более 99%. Они же позволяют замыкать топливный цикл, используя в качестве топлива то, что выгружается из других реакторов. БН-800 уже переводится на полную загрузку МОКС-топливом, не требующем добычи природного урана. Оно изготавливается из плутония, выделенного из отработавшего топлива других реакторов, и из запасов отвального обедненного урана.
Про обедненный отвальный уран и МОКС-топливо у меня тоже есть отдельная статья, и даже целый цикл статей, если говорить в целом о проблеме обедненного гексафторида урана, который к нам периодически завозят из-за границы под шум антиядерных экологических активистов.
Реактор БН-800
Белоярская АЭС долгое время была единственной станцией в нашей стране, на которой работали реакторы разных типов - канальные уран-графитовые АМБ и быстрые натриевые БН. Сейчас к такой станции можно отнести Ленинградскую АЭС, т.к. там одновременно работают и РБМК и ВВЭР, но мы до этого дойдем.
2. Нововоронежская АЭС. Сухопутная колыбель ВВЭР
Нововоронежская АЭС - вид с пруда-охладителя ночью
Как и Белоярская АЭС, это одна из старейших АЭС страны. Первый ее энергоблок заработал в том же 1964 году, всего через полгода после пуска АМБ-1. Но в отличии Белоярской АЭС, где отрабатывали технологию канальных уран-графитовых реакторов с ядерным перегревом пара, а затем технологии быстрых реакторов, в Нововоронеже занимались и занимаются освоением другого направления - водо-водяных реакторов. Здесь были построены все первые, головные блоки энергетических реакторов ВВЭР мощностью от 210 МВт, 440, 1000 и сейчас 1200. Всего на этой АЭС построено 7 энергоблоков - максимальное количество на российских АЭС.
Первый в мире энергоблок с ВВЭР-1000 на Нововоронежской АЭС
В настоящее время из них работают 4. Это один ВВЭР-440, один ВВЭР-1000 и два первых в нашей стране и мире ВВЭР-1200. Получается, что каждый из этих реакторов - самый первый в своем роде. В том числе и нынешний флагманский продукт отечественной атомной промышленности - энергоблок с реактором ВВЭР-1200, которые активно приходят на замену старых блоков на АЭС в России и строится для зарубежных заказчиков. В России их уже построено 4, и в разной стадии строительства за рубежом еще более 10 штук.
Первые в мире и нашей стране два ВВЭР-1200 на Нововоронежской АЭС
Подробно про водо-водяные реакторы я рассказывал в прошлой статье про Кольскую АЭС. Коротко повторю, что эти реакторы отличаются от канальных графитовых тем что в них нет ни графитовой кладки, ни каналов. Это более компактные реакторы, топливо которых находится внутри прочного толстостенного металлического корпуса. Водо-водяной в названии реактора означает, что вода выступает в нем и замедлителем нейтронов и теплоносителем, который отводит тепло от ядерного топлива. Это реакторы, работающие по двухконтурной схеме, т.е. вода в самом реакторе и первом контуре нагревается до большой температуры - более 300 градусов, но не кипит, т.к. находится при этом под давлением более 150 атмосфер (для чего мощный корпус и нужен). Тепло через теплообменник передается второму контуру, где уже вода кипит, пар идет на турбину, ну и дальше обычная схема. КПД таких установок около 32% и выше.
Такой же тип водо-водяных реакторов используется и на атомных подводных лодках в силу ряда преимуществ, в первую очередь более компактных размеров. Собственно, изначально он для них и разрабатывался, но потом вышел на сушу и прочно обосновался в мирной атомной энергетике. Сейчас это самый популярный тип реактора в мире. Более чем на 80% энергоблоках АЭС в мире работают водо-водяные реакторы под давлением.
3. Кольская АЭС. Первая за Полярным кругом
Кольская АЭС. Фото: Росатом
Самая первая и самая мощная АЭС, построенная за Полярным кругом. Я подробно рассказывал про нее в прошлой статье и видео. Отмечу тут, что это АЭС, которая состоит из четырех блоков средней мощности с реакторами ВВЭР-440. Такие в России работают только на упомянутой выше Нововоронежской АЭС. Это тоже одна из старейших АЭС - ее первый энергоблок работает с 1973 года, т.е. уже 48 лет. В 2033 он будет остановлен, и это будет первый блок отечественной АЭС, который отработает 60 лет. На смену первой очереди АЭС к тому времени планируют построить два энергоблока ВВЭР-600С со спектральным регулированием - первые блоки такого типа в нашей стране. В целом - Кольская АЭС, это такая достаточно уникальная станция, работающая в условно изолированной небольшой энергостистеме, отсюда и набор нескольких небольших энергоблоков. Но есть и еще более изолированные АЭС.
4. Билибинская АЭС. Советская малая АЭС
Раз уж мы идем примерно в хронологическом порядке, и затронули тему крайнего севера, то следующая АЭС - Билибинская. Она еще чуть севернее Кольской АЭС, но не в Мурманской области, а на другой стороне России - на Чукотке. И примерно на полгода моложе Кольской АЭС. Ее первый блок заработал в 1974 году.
Билибинская АЭС
Всего эта АЭС состоит из четырех довольно уникальных энергоблоков. Это тоже канальные уран-графитовые реакторы, но специально разработанные для этой АЭС. Это реакторы ЭГП-6 - Энергетический Гетерогенный Петлевой реактор с 6-ю петлями циркуляции теплоносителя. Их электрическую мощность сократили всего до 12 МВт. Но важное условие для работы на севере - они предназначены для выдачи тепла. Ведь эта АЭС проектировалась и строилась для работы в небольшой и изолированной Чаун-Билибинской энергосистеме, в условиях суровой Арктики, для снабжения энергией горнорудных и золотодобывающих предприятий Чукотки. По сути это первая малая АЭС СССР.
Центральный зал Билибинской АЭС с 4 реакторами ЭГП-6
Сама Билибинская АЭС в ближайшие годы будет выводиться из эксплуатации, первый блок уже остановлен в 2019 г. Поэтому суммарная текущая установленная электрическая мощность АЭС - 36 МВт. И ей на смену уже пришла современная малая АЭС.
5. ПАТЭС. Самая плавучая, самая северная
Понятно, что на замену одной уникальной по задачам и условиям работы АЭС - Билибинской, спустя полвека должна была прийти не менее уникальная установка, но созданная уже на основе других технологий. И она пришла, причем в прямом смысле - ее прибуксировали из Мурманска. И с весны 2020 года уже принята в промышленную эксплуатацию первая плавучая АЭС, или точнее Плавучая атомная теплоэлектростанция (ПАТЭС), с головным плавучим энергоблоком (ПЭБ) под собственным именем «Академик Ломоносов». Это самая новая российская АЭС, работающая на новой площадке, в порту Певек. От нее до Билибинской АЭС более 240 км по прямой на северо-восток. Так что ПАТЭС ко всему прочему еще и самая северная АЭС мира.
ПАТЭС Академик Ломоносов в Певеке на Чукотке
Конструкционно это несамоходная баржа, пришвартованная к специальной береговой инфраструктуре для приема тепло и электроэнергии. На ее борту два энергоблока с двумя водо-водяными реакторами, построенными на базе тех, что работают на некоторых наших атомных ледоколах - КЛТ-40С. Суммарная электрическая мощность ПАТЭС - до 70 МВт, а тепловая - до 50 Гкал/ч. Она должна заменить не только выбывающую Билибинскую АЭС, но и угольную Чаунскую ТЭЦ, которой уже более 70 лет.
Автор на пульте управления ПАТЭС на базе Атомфлота в Мурманске в 2018, где на нее загружали ядерное топливо
Сейчас уже прорабатываются проекты оптимизированных ПАТЭС с новыми реакторами РИТМ-200 большей мощности, которые уже работают на атомном ледоколе нового поколения «Арктика». Планируется построить еще 5 плавучих АЭС для другого района Камчатки, а интерес к подобным плавучим АЭС проявляют разные регионы за рубежом. Но и конкуренты не дремлют. Планы по разработке и строительству плавучих АЭС есть у Китая и Южной Кореи.
Продолжение и полная статья - вот тут. Ну или в видео. Там можно будет узнать о 6 самых мощных наших АЭС с серийными гигаваттными блоками, о недостроенных и о планируемых к постройке в ближайшие годы АЭС.