Какие новые технологии используются в современных атомных станциях?
Современная АЭС – сложнейший в технологическом отношении объект, при разработке и строительстве которого предъявляются строжайшие требования по соответствию данного проекта в первую очередь требованиям безопасности. Вместе с этим, конечно же, учитываются факторы, влияющие на эффективность энергопроизводства, экономику станции, сроки производства строительно-монтажных работ и ввода объекта в эксплуатацию. Немаловажную роль играют технологии, влияющие на проектный срок службы основного технологического оборудования, удобство производства планово-предупредительных работ, сокращения периода и сроков перегрузки активной зоны реактора, минимизацию отходов и удобство обращения с ними, а также на последующий вывод станции из эксплуатации.
На текущий момент активно продвигаются и строятся по всему миру реакторы поколения III+, преимущественно реакторы с водой под давлением на тепловых нейтронах, как наиболее зарекомендовавшие себя установки с весьма длительной положительной историей эксплуатации и количеством реактора-лет, наработанных без каких-либо существенных проблем и инцидентов. Современные атомные станции поколения III+, например, проекты АЭС-2006 с ВВЭР-1200, Hualong One, AP1000, EPR существенно отличаются от АЭС 1970–1990-х годов. Основные инновации, применённые при их создании связаны с безопасностью, цифровизацией, особенностями применяемого ядерного топлива и процесса их эксплуатации.
В отличие от АЭС предыдущих поколений, где безопасность в основном обеспечивалась насосами, дизель-генераторами и действиями операторов, современные атомные станции способны в течение нескольких суток сохранять безопасное состояние без внешнего энергоснабжения и даже без действий оперативного персонала. Этому способствует широкое внедрение пассивных систем безопасности, которые после аварии на Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant практически обязательными.
Вместе с этим, широкое распространение при изготовлении внутрикорпусных элементов активных зон реакторных установок получают новые жаропрочные и радиационно-стойкие материалы. Использование аддитивных технологий в атомной промышленности в настоящее время позволяет создавать при помощи данных материалов уникальные компоненты и ответственные узлы атомных реакторов, изготовить которые традиционными методами просто не представлялось возможным. В первую очередь это касается элементов и устройств, предъявляющие повышенные требования к охлаждению и распределению в их каналах охлаждающих сред, сочетая при этом высокие свойства по радиационной стойкости. Современные материалы атомного машиностроения, а также используемые специфические технологии, позволяют уже сегодня определить проектные сроки эксплуатации атомной станции на период не менее 60-ти лет и продлевать благодаря специальным процедурам данные сроки до 80-ти и более лет. Новейшие материалы оболочек тепло-выделительных элементов снижают скорость их окисления, количество выделяемого в случае внештатной ситуации водорода, способствуют более длительному сохранению требуемой геометрии в условиях экстремальных тепловых нагрузок, что позволяет существенно повышать безопасность станции и количество времени на принятие решений в гипотетической аварийной ситуации.
С другой стороны, к развитию активных мер безопасности современных АЭС можно отнести внедрение современных полностью цифровых и практически автономных систем управления. В настоящее время данные системы обеспечивают управление и контроль за мощностью и ключевыми параметрами работы реактора, контроль и диагностику основного технологического оборудования и систем безопасности в целом. При этом, данные системы способны вести предиктивный анализ и сигнализировать операторам о необходимости обслуживания конкретного узла или агрегата, даже если для него не ещё подошёл регламентный срок, используя данные с многочисленных диагностических датчиков, а также всевозможные косвенные параметры, свидетельствующие о том, что данный элемент может в ближайшем будущем потребовать к себе внимание. Кроме оборудования ядерного острова таким же методом контролируется и оборудование турбинного острова, то есть непрерывно анализируются рабочие параметры и состояние агрегатов турбин, трансформаторного, электрораспределительного оборудования и противоаварийной автоматики.
Это становится возможным благодаря использованию в данных системах специализированных алгоритмов многофакторного анализа, в том числе с элементами искусственного интеллекта, а также цифровых двойников (Digital Twin) АЭС. Примером являются программно-аппаратные комплексы, разработанные компаниями Росатом, CNNC, Framatome, Westinghouse Electric Company и другими известными производителями.
Существенные усилия сегодня направлены на разработку, внедрение и совершенствование ядерного топлива. Это позволяет повышать коэффициент его выгорания, увеличивать длительность топливной компании, снижать количество отработавшего ядерного топлива, напрямую влиять на коэффициент использования уставленной мощности станции, а значит существенно увеличивать её энергетическую и экономическую эффективность.
В достаточно обширной мере на современных атомных электрических станциях используется последние достижения в области робототехники, дистанционного управления и манипуляций. Роботы применяются в целях обследования оборудования, его инспекции, при обращении с РАО и ОЯТ, что позволяет существенно снижать воздействие ионизирующего излучения и основные дозовые нагрузки на персонал станции.
Необходимо также отметить, что совершенствуются и сами процессы изготовления, поставки и монтажа основного технологического и вспомогательного инженерного оборудования станции. Проектные бюро и заводы изготовители стремятся максимально повысить безопасность, сократить количество операций по монтажу оборудования на площадке строительства, повысить модульность изготовляемого оборудования и перенести основные работы по сборке непосредственно в рабочие цеха. Это позволяет существенно сокращать сроки строительства и повышать качество возводимых АЭС, что также напрямую влияет на сроки ввода в эксплуатацию и экономическую эффективность проекта.
Все это лишь часть современного подхода к разработке, сооружению и эксплуатации АЭС, который будет использоваться при реализации проектов по сооружению первой и второй атомной электрической станции в Республике Казахстан.
Зарва Денис Борисович, заместитель главного инженера Национального ядерного центра РК