engineering_ru | БН-800. Первый визит на готовый блок

Вчера впервые побывал на уже построенном БН-800, 4-м энергоблоке Белоярской АЭС (Свердловская область). До того я видел блок пару лет назад еще на стадии строительства. Решил в лучших традициях этого бложика рассказать как оно работает, как я уже рассказывал раньше про БН-600.

Общий вид блока №4 c реактором БН-800.

Ну а теперь собственно о БН-800. Для начала в сотый раз небольшая справка в качестве введения.

Зачем это вообще нужно?
Быстрые реакторы призваны расширить топливную базу атомной энергетики. В настоящее время тепловые реакторы, в подавляющем большинстве представленные на АЭС во всем мире, используют в качестве топлива лишь изотоп U235, которого в природном уране всего 0,7%. Быстрые реакторы позволяют "сжигать" не только U235, но и нарабатывать из U238 новое топливо - Pu239. А заодно и сжигать многие актиниды - изотопы, образующиеся в отработанном ядерном топливе (ОЯТ) других реакторов. Эффективность использования природного урана в быстрых реакторах увеличивается на порядки.

По словам заместителя главного инженера БАЭС Валерия Шаманского, обычный тепловой реактор типа ВВЭР мощностью 1 ГВт требует для изготовления топлива около 160 тонн природного урана, из которого в отвал уходит 139 тонн обедненного урана и образуется около 20 тонн ОЯТ. Для загрузки быстрого реактора такой же мощности при замыкании топливного цикла потребуется лишь около 13 тонн ОЯТ ВВЭР и не больше двух тонн отвального урана, а отходов образуется меньше тонны. Для устойчивого замыкания топливного цикла в парке АЭС соотношение мощностей тепловых реакторов и быстрых должно быть примерно 4:1. А значит в будущем нам нужно построить несколько типовых коммерческих быстрых реакторов.

Но это в теории. А на практике до сооружения коммерческого блока БН-1200 с приемлемыми экономическими показателями работы еще многое нужно отработать на БН-800, который является переходным проектом между ним и БН-600. Пока в БН-800 загружено смешанное уран-плутониевое МОКС топливо лишь на четверть, остальное - урановое топливо с высоким обогащением. Полный переход на МОКС-топливо будет достигнут лишь в 2019 году. Тогда можно будет принять обоснованное решение по сооружению БН-1200 на основе опыта эксплуатации БН-800.

Освоение мощности и испытания.

В момент нашего визита реактор был заглушен и блок находился на ремонте. Это плановое техобслуживание нового оборудования. Оно продлится до 20 марта.
Программа испытаний при освоении мощности расписана в виде подробного плана, как освоение новой модели самолета - нужно проверить заложенные в проект решения на практике, постепенно увеличивая нагрузки. Программа подразумевает ступенчатый набор мощности до 15%, 35%, 67% от номинальной и отслеживание поведения установки и всех ее элементов на выдерживание нагрузки, температурных режимов, правильной работы систем управления и безопасности. Главное испытание - оценка поведения установки при главной проектной аварии. Это почти фукусимский сценарий, когда полностью отключается внешнее электропитание. БН-800 показал себя отлично - реактор глушится и в течение нескольких дней самостоятельно остывает без каких-либо повреждений за счет естественной циркуляции натрия в первых двух контурах и воздуха в третьем контуре. Для воздушного охлаждения третьего контура и используются высокие трубы на энергоблоке, предназначение которых для многих остается загадкой. До конца мая блок выйдет на 100% мощности. А окончание всех испытаний и переход к промышленной эксплуатации и выработке электроэнергии намечен на осень этого года.

Давайте пройдемся по энергоблоку.

Блочный пульт управления. Людей тут немного. Перед нами место начальника смены. Слева впереди ответственный за реактор. Справа - за турбину. По центру тот, кто отвечает за их взаимодействие.

Посмотрим подробнее на главное табло. Вверху видна текущая мощность - минус 1 МВт. Реактор заглушен. Блок на ремонте. Он сейчас не вырабатывает а потребляет электроэнергию. В том числе на разогрев натрия, иначе весь реактор превратится в одну металлическую болванку.

Один из экранов с текущими параметрами. Слева вверху - температура в петлях второго контура. Как видим, натрий разогрет до 233 градусов. Позже мы попробуем пощупать его в реакторном зале.

Реакторный зал.

БН-800 как и другие быстрые натриевые реакторы имеет интегральную компоновку. Это значит что весь первый контур - активная зона, главные циркуляционные насосы и теплообменники первого контура находятся внутри одного большого бака, залитого натрием. В реакторном зале мы можем наблюдать лишь верхнюю часть конструкции, сам бак находится ниже уровня пола. Чтобы понять что мы видим давайте посмотрим на общий вид зала и затем на схему реактора.

Общий вид на реакторный зал. Реактор в центре. Фото: Сергей Тэн, БАЭС.

Схема БН-800. На фото реакторного зала мы видим лишь выступающий вверх оранжевый защитный колпак.

Еще раз взглянем на реактор. Оранжевый защитный колпак находится прямо над центральной частью бака. Три желтых агрегата вокруг - это главные циркуляционные насосы первого контура. Они обеспечивают движение натрия внутри бака. Серые трубы вокруг цветных деталей - это трубопроводы второго контура с натрием. По ним тепло отводится от первого контура (бака) к третьему, где уже вода образуется в пар, идущий на турбину. Кстати, давление во втором контуре больше чем в первом, чтобы в случае протечек чистый натрий попадал в грязный, а не наоборот.

Можно спуститься вниз и потрогать эти трубопроводы. Как мы видели на пульте управления, температура натрия во втором контуре около 230 градусов. А при работе реактора она достигает 500 градусов. Но снаружи трубу можно трогать, она не горячая - она сделана по принципу "труба в трубе" для герметичности и надежно теплоизолирована.

А это агрегат топливозагрузки. Кстати, свежую кассету с топливом вполне безопасно даже держать в руках. Тем не менее, участие человека в топливозагрузке ограничивается лишь загрузкой контейнера со свежим топливом в эту ячейку справа с зубчатым венцом. Далее все происходит в автоматическом режиме. Агрегат топливозагрузки вынимает кассету и переносит ее в один из трех каналов слева. Далее топливо с помощью системы барабанов перемещается внутрь бака реактора и попадает в активную зону. Выгрузка топлива также осуществляется автоматически. После его отмывки от натрия оно попадает в бассейн выдержки.

Из урана в пар и киловатты.

А теперь по множеству длинных переходов переместимся в машзал. Здесь находится одна турбина мощностью 880 МВт и турбогенератор. На БН-600 было три турбины по 200 МВт. Здесь же пошли по схеме тепловых реакторов с одним большим агрегатом. Это позволило сократить удельные затраты на строительство и число обслуживаемых агрегатов в процессе эксплуатации. Надеюсь для читателей этого блока давно не секрет, что на АЭС энергия вырабатывается по традиционной схеме тепловых станций - уран греет теплоноситель, тот греет воду, из воды образуется пар, пар вращает турбину, турбина крутит генератор - бинго, у вас горит лампочка.

Турбина отечественная. Делали "Силовые Машины". Вообще, 90% оборудования отечественное. Правда вот натрий пришлось заказывать во Франции.

Общий вид на турбину (справа белая) и генератор (слева желтый). Сейчас тут проводится ремонт, часть кожухов снята.

Турбогенератор номер 7. Хотя на этом блоке всего один турбогенератор, на всей БАЭС он седьмой по счету. Три турбогенератора стоят в первой очереди у реакторов АМБ, и три турбогенератора стоят в машзале БН-600.

В России накоплен огромный опыт эксплуатации быстрых натриевых реакторов. 45% мировых реакторо-лет БН приходятся на наши установки - экспериментальные БР-5 и БОР-60, опытно-промышленные БН-350, БН-600 и теперь БН-800. На всех них последовательно отрабатывались инженерные решения, совершенствовались конструкции и технологии, приближающие замыкание ядерного-топливного цикла и приближение БН по экономическим показателям в ВВЭР. Следующий реактор БН-1200 уже должен стать именно серийным.

PS: В основном этот пост - пересказ моей статьи для Energyland.info (ссылка на статью). Более коротко я написал небольшой текст о поездке и для 66.ru. Этот материал ценен и большим количеством отличных фото Антона Буценко. Также не могу не порекомендовать обзор от Жени Лобанова, которому помогал консультациями, там тоже много хороших фото.