Передвижная АЭС: заново изобретать велосипед нецелесообразно, а реактор?

В России планируют возродить проект мини-АЭС на автомобильном шасси, разработанный в советское время в Институте ядерной энергетики АН БССР. За короткое время ее можно развернуть в любой точке мира, сообщил на днях телеканал НТВ.

Как отмечают эксперты, развитию передвижных атомных станций (ПАЭС) по-прежнему уделяется значительное внимание в международных ядерных энергетических программах. Сегодня в МАГАТЭ зарегистрированы десятки проектов ядерных энергетических установок малой мощности, заявленных мировыми разработчиками атомных энергоустановок.

Главное, что это нужно военным

Между тем стоит напомнить, что первые прототипы транспортабельных атомных станций (плавучих, аэромобильных, на гусеничных и колесных шасси) были созданы в СССР и США еще в 1950-1980-х годах.

И нет ничего странного в том, что главными заказчиками такого рода установок выступили военные. Им были необходимы компактные и автономные источники для энергоснабжения объектов в отдаленных и отличающихся суровым климатом районах. Ведь там не было ни железных дорог, ни ЛЭП, туда было сложно доставить большое количество обычного топлива.

В первую очередь, подвижные атомные электростанции предполагалось использовать для питания мощных радаров противовоздушной и противоракетной обороны, стартовых позиций баллистических ракет (а, возможно, и боевых лазеров), дислоцированных в труднодоступной отдаленной местности, например, в тундре, пустыне или тайге.

Спрятанные в надежных укрытиях, ПАЭС могли быть использованы и в качестве резервных источников энергии в том случае, когда штатные системы питания будут выведены из строя в результате ракетного нападения потенциального противника, природного катаклизма или техногенной катастрофы. Это предопределяло возможность гражданского использования таких станций.

Экстремальные климатические и ситуационные условия, в которых предполагалось использовать мобильные атомные энергоустановки, предопределили особые, весьма жесткие требования к ним. Станции должны были работать при большом разбросе температур (от -50 до +35°С), а также при высокой влажности. При этом они должны были вписываться в железнодорожные габариты О-2Т и в габариты грузовых кабин военно-транспортных самолетов и вертолетов с размерами 30х4,4х4,4 м.

Продолжительность кампании (работы на одной загрузке ядерного топлива) ПАЭС определялась не менее чем в 10.000 часов при времени непрерывной работы не более 2.000 часов. Время развертывания станции не должно было превышать 6 часов, демонтажа — 30 часов.

«Памир» в «Соснах»

Проект передвижной атомной станции на колесном ходу получил название «Памир». Его генеральным конструктором и главным идейным вдохновителем стал белорусский ученый Василий Нестеренко.

Именно ему принадлежит идея использовать в реакторе для «Памира» одновременно в качестве теплоносителя и рабочего тела жидкую тетраокись азота (дотоле применявшуюся в качестве окислителя ракетного топлива). Ее теплофизические свойства (высокая плотность, теплоемкость и теплопроводность в сочетании с низкой вязкостью) даже лучше, чем у воды.

Тетраокись азота позволяла сразу же, по первому контуру снимать тепло с реактора, подавая его на турбину для выработки энергии. Таким образом, стало возможным реализовать замкнутый газожидкостный цикл, который давал реактору преимущества в эффективности и компактности перед традиционными двух- и трехконтурными схемами.

Резко сокращались габариты и вес теплообменного оборудования, трубопроводов и систем ПАЭС, а также затраты мощности на прокачку самого теплоносителя. Появилась возможность применить турбину, имеющую в два-три раза меньшую металлоемкость и габариты, чем на водяном паре. Проблема высокой агрессивности тетраоксида азота частично была решена добавлением в теплоноситель 10% обычной моноокиси азота. Этот раствор получил название «нитрин».

Осенью 1963 года научно-технический совет Государственного комитета по использованию атомной энергии СССР одобрил предложения белорусских ученых. В августе 1965 года для их реализации был основан Институт ядерной энергетики Академии наук Белорусской ССР (ИЯЭ АН БССР). Ныне это Объединенный институт энергетических и ядерных исследований «Сосны».

Выбор места для создания новой подвижной атомной станции объяснялся двумя факторами. Во-первых, в республике имелся мощный научно-производственный потенциал, а во-вторых, на специальном производстве Минского автомобильного завода выпускались мощные и достаточно быстроходные (до 60 км/час) многоосные внедорожные тягачи типа МАЗ-535 и МАЗ-537 для армии. Именно на таких тягачах с полуприцепами и должна была размещаться мобильная атомная станция.

В 1973 году, в составе ИЯЭ АН БССР было создано специальное конструкторское бюро (СКБ) с опытным производством, которое приступило к конструированию и стендовым испытаниям узлов будущего реактора.

Здесь особо следует сказать о конструктивных решениях, которые проектировщики «Памира-630Д» внедрили в свой проект для обеспечения безопасности всей системы. Их использование в принципе не позволяло допустить катастроф, случившихся на Чернобыльской АЭС или «Фукусиме-1».

Во-первых, все процессы внутри атомной установки, начиная от пуска реактора, управлялись и контролировались с помощью бортовых ЭВМ. Два компьютера работали параллельно, а третий находился в горячем резерве. Во-вторых, была реализована пассивная система аварийного охлаждения реактора, которая позволяла в случае необходимости, например, обесточивания, эффективно отводить тепло от реактора и не допускать разогрева активной зоны.

В-третьих, важным страховочным элементом конструкции стал материал замедлителя, в качестве которого был выбран гидрид циркония. При аварийном повышении температуры активной зоны гидрид циркония разлагается и выделяемый водород переводит реактор в глубоко подкритичное состояние. Реакция деления прекращается.

На надежность системы работало и применение в мобильной атомной станции уже хорошо отработанных в производстве компонентов. В частности, были использованы ядерный реактор и турбины, аналогичные выпускавшимся для подводных лодок.

Атомная «повозка»

Реакторный блок мощностью 630 кВт был смонтирован на специальном полуприцепе МАЗ-9994 грузоподъемностью 65 т, в роли тягача, для которого выступал разработанный для такого случая аналог МАЗ-537 — МАЗ-7960. Кроме реактора с биозащитой в этом блоке размещались система аварийного расхолаживания, шкаф распределительного устройства собственных нужд и два автономных дизель-генератора по 16 кВт. Такая же связка везла турбогенераторный блок с оборудованием электростанции.

К 1985 году в СССР появилась первая передвижная АЭС «Памир-630 Д». Фото http://ukrelektrik.com

В кузовах вспомогательных автомобилей КрАЗ располагались элементы системы автоматизированного управления защиты и контроля. Еще один такой грузовик перевозил вспомогательный энергоблок с двумя дизель-генераторами по 100 кВт. Итого получалась колонна из пяти машин.

По прибытии ПАЭС «Памир-630Д» на место дислокации реакторный и турбогенераторный блоки устанавливались рядом и соединялись трубопроводами с герметичными сочленениями. Блоки управления и резервная энергоустановка ставились не ближе 150 м от реактора, чтобы обеспечить радиационную безопасность персонала. С реакторного и турбогенераторного блоков снимали колеса (прицепы устанавливались на домкратах) и отвозили их в безопасную зону.

Для проведения разного рода тестов и испытаний было изготовлено два комплекта передвижной атомной энергоустановки. Один из них предназначался для ходовых испытаний в полевых условиях и должен был пройти четыре тысячи километров по бездорожью. Второй, хотя и был также смонтирован на тягачах, предполагалось подвергнуть энергетическим испытаниям на стендах в «Соснах».

Одновременно началась подготовка к серийному выпуску ПАЭС. Параллельно набирался и обучался персонал, в основном из числа моряков, служивших на атомных подводных лодках. Для них был построен специальный городок.

Электрический пуск первого реактора состоялся 24 ноября 1985 года, испытания продолжались до сентября 1986 года. Согласно одним источникам, экспериментальный образец отработал в общей сложности на разных режимах нагрузки 2.975 часов, по другим данным — 3 500 часов. Дважды его выводили на проектную мощность.

Относительно того, что стало причиной закрытия проекта, существует несколько (правда, очень близких) мнений. Согласно высказываниям одних участников проекта, всему виной — послечернобыльская радиофобия. Другие добавляют к ней связанный с коллапсом СССР развал высокотехнологичных военных предприятий с уникальными технологиями. Третьи полагают, что основным фактором стала политика разоружения. Сокращение числа пусковых ракетных установок в Сибири сделало ненужной и АЭС для их энергоснабжения.

Так или иначе, но в феврале 1988 года по решению Совмина СССР и президиума Академии наук БССР проект «Памир-630Д» прекратил свое существование. В качестве одного из главных мотивов такого решения была названа «недостаточная научная обоснованность выбора теплоносителя». Все тягачи с оборудованием демонтировали. Научно-исследовательский реактор был ликвидирован, а стенды вывели из эксплуатации.

Чего стоит ПАЭС заново построить

Вопрос о возобновлении темы (официально в коммерческих целях, но и другие не исключаются) был поднят в мае 2009 года, после подписания белорусско-российского соглашения о сотрудничестве в мирном использовании атомной энергии.

Тогда Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники имени Доллежаля (НИКИЭТ, Москва), входящий в структуру «Росатома», и Объединенный институт энергетических и ядерных исследований «Сосны» Национальной академии наук Беларуси выразили готовность в кооперации с другими коллективами создать транспортабельную установку малой мощности для тепло- и электроснабжения отдаленных районов.

Инициаторы рассчитывали получить из союзного бюджета стимулирующую поддержку на начальной стадии — при разработке технико-экономического обоснования. А в дальнейшем, когда проект обретет зримые черты, они надеялись привлечь инвесторов, заинтересованных в практическом использовании передвижной атомной станции. Гарантией успеха считалось то обстоятельство, что прототип мобильной АЭС уже был создан в Беларуси несколько десятилетий назад.

Деньги, очевидно, так и не были выделены, и тема постепенно заглохла. Еще одна не менее (а может быть более) важная причина неудачи упомянутой попытки — утеря многих ноу-хау и расформирование научных и производственных коллективов, участвовавших в разработке и изготовлении первых советских ПАЭС.

Реанимировать проект пытались несколько раз, но результат до сих пор был тем же. Сегодня Россия пытается решить проблему самостоятельно. Но без использования белорусских наработок это случится очень и очень нескоро.

Так действующий образец ПАЭС планировалось показать Министерству обороны РФ обещали предоставить уже в 2020 году. Но сейчас разработчики признаются в нереальности подобных планов. Проект «в стадии бумажной подготовки», — говорится в материале НТВ.

По словам заведующего лабораторией экспериментальной физики и ядерной безопасности экспериментальных установок Святослава Сикорина, по этой станции было разработано огромнейшее количество ноу-хау. Которые повторить очень непросто. Не говоря уже о том, чтобы продвинуться дальше. Неизвестно кто сможет взяться за такую работу.

Как отметил генеральный директор АО «Инжиниринговая компания инновационных проектов Минобороны РФ Игорь Конюшенко, даже при условии «фантастического» финансирования, использования имеющихся наработок и специалистов потребует не менее десяти лет, чтобы построить новую версию ПАЭС. Слишком многое разрушено с распадом Советского Союза.