Конструкция реакторной установки БРЕСТ-1200 Ключевые материалы атомной отрасли

Атомная промышленность и наука в атомной сфере

Демонтаж АЭС по окончании ее нормальной эксплуатации (после исчерпания ресурса) является чрезвычайно сложным и экологически опасным процессом. В предстоящие 10-20 лет предстоит строительство десятков АЭС и одновременно начало снятия с эксплуатации более десяти энергоблоков АЭС. После дезактивации всего оборудования и его разрезания на детали на хранение (захоронение) поступит около 20 000 м3 РАО, что требует затрат примерно 0,5 млрд. долл. В США полные расходы на снятие с эксплуатации и демонтаж реактора PWR (аналог ВВЭР) мощностью 1000 МВт (э) оцениваются в 200 - 264 млн. долл.

Наиболее эффективные способы аккумулирования энергии и перспективы использования технологии аккумулирования энергии в атомной отрасли

В последнее время в энергетике все большее внимание уделяется вопросам аккумулирования энергии. РАО ЕЭС России ввело отдельные тарифы на электроэнергию при пиковых нагрузках и в остальное время. По сути, речь идет о качестве вырабатываемой электроэнергии. АЭС не могут конкурировать в этом вопросе с тепловыми и газовыми электростанциями, так как для АЭС имеются ограничения маневренных характеристик, в основном, связанные с требованиями сохранения целостности твэл. С сентября 2006 года вводится понижающий коэффициент от стоимости электроэнергии для электростанций, не участвующих в режиме общего первичного регулирования частоты (ОПРЧ) сети. Потери в несколько процентов (до 5% от стоимости вырабатываемой электроэнергии) очень существенны, если учесть, что станции борются за каждый процент повышения эффективности выработки электроэнергии. По мнению гендиректора концерна Росэнергоатом С.Обозова [15], «неудачная работа за одну неделю может списать все дополнительные доходы, накопленные за полгода. …Если мы не выполняем регулируемый договор и недопоставляем энергию, то автоматически покупаем ее на рынке на сутки вперед, а там цены в 4-5 раз выше, а на балансирующем рынке цена может быть больше в 12 раз». Единственным выходом может служить установка аккумуляторов энергии, которые будут выдавать энергию при пиковых нагрузках и аккумулировать электроэнергию в другое время суток при спаде нагрузки, а также участвовать в режиме регулирования частоты в сети. До последнего времени приемлемым единственным типом аккумулирования считалась гидроаккумулирующая электростанция. Однако в последнее время многие фирмы, такие как Сименс, Urenco Power Technologies (Великобритания), американская компания Beacon Power проводят исследования супермаховиков для этих целей. При этом эти фирмы используют накопленный опыт в области высокооборотных центрифуг для ообгащения урана. По такому показателю, как удельная емкость энергии (кВт*час/кг) супермаховики вышли на первое место. При этом их срок службы намного больше, чем, например, у батарей. Например, в Исследовательском центре имени Гленна и Космическом центре Джонсона создана маховичная энергетическая установка для международной космической станции (МКС), заметно превосходящая использовавшиеся ранее никель-водородные аккумуляторы. Маховики могут запасать 5,5 кВт*ч энергии против 4,6 кВт*ч у электрохимических аккумуляторов, при этом срок их службы оценивается в 15 лет, а батарей - в 5-6 лет [1].

С июля 2000 г. Siemens испытывает на одной из действующих линий трамвая в Кёльне длиной 20 км опытный высокооборотный инерционный аккумулятор энергии мощностью 600 кВт [1].

Супермаховик способен запасать больше энергии на единицу массы (5-15 MДж/кг или 1.4-4.17кВт*час/кг), чем все известные накопители энергии - электрохимические аккумуляторы, конденсаторы, пружины... Это объясняется тем, что супермаховик можно разогнать до огромных скоростей, причём "зарядка" такого накопителя происходит очень быстро [2].

Cупермаховик, изготовленный еще лет десять назад из обычного углеродного волокна в Ливерморской лаборатории в США имеет удельную энергоемкость 0,5 кВт·ч/кг, что недостижимо пока для других накопителей энергии [12].

Компания Active Power выпускает накопители CleanSource, в которых маховики объединены с мотором/генератором в один агрегат [2]. Компания Active Power подписала OEM соглашение с GE в декабре 2005 года на внедрению маховиков в источники бесперебойного питания, выпускаемые GE. Накопители энергии на базе маховиков обладают рядом существенных преимуществ перед химическими аккумуляторами: они более компактны, могут работать в широком диапазоне температур, чрезвычайно надежны и не требуют ремонта в течение 15…20-летнего срока эксплуатации, имеют более высокий КПД

Существуют следующие виды аккумулирующих систем [10,14]:

Pumped hydropower – гидроаккумулирующие станции;

Тепловые аккумуляторы;

Compressed air energy storage (CAES) – аккумулирование энергии с помощью сжатого воздуха;

Batteries – батареи;

Flywheels – маховики;

Superconducting magnetic energy storage (SMES) – аккумуляторы на сверхпроводниках;

Supercapacitors – суперконденсаторы.

Плазмоидные аккумуляторы

Гидроаккумулирующие станции (ГАС) используются с 1929 г. ГАС состоит из 2 больших резервуаров, разнесенных по высоте. Для аккумулирования энергии вода закачивается в верхний резервуар. Для выдачи энергии вода сливается в нижний через гидротурбину с генератором.

Аккумулирование энергии с помощью ГАС:

Требует, как минимум, 100 м подъема воды (разность высот резервуаров);

Требует искусственного водохранилища значительного объема на высоте или подземного водохранилища;

КПД гидроподъема и выработки электроэнергии относительно низкое.

Пневматические аккумуляторы. Compressed Air Energy Storage (caes) - аккумулирование энергии с помощью сжатого воздуха: Caes использует непиковую энергию для сжатия и хранения воздуха в воздухонепроницаемом подземном резервуаре или пещере. При пиковой нагрузке запасенный воздух выпускается из пещеры и пропускается через турбину с генератором. В 1991 г., первый в США CAES мощностью 110 МВТ был построен в Mclntosh, Штате Алабама, Алабамским Электрическим Обществом и EPRI. В настоящее время, изготовители могут создать CAES системы в пределах от 5-350 МВТ. EPRI оценил, что больше чем 85% пещер США имеют геологические характеристики, которые можно приспособить для CAES.

Пневмоаккумуляторы - устройства, накапливающие газ и отдающие ее в моменты наибольшего расходования с преобразованием в другие виды энергии или без этого преобразования. В ракетной технике есть почти забытый (из-за того, что само устройство давно уже не применяется) термин воздушный аккумулятор давления (ВАД) [14].

Химические аккумуляторы - устройства для получения электрического тока и напряжений в результате химической реакции, как правило, в группе из однотипных батарей (многоразовых гальванических элементов), соединенных электрически и конструктивно. В настоящее время широко используются в аэрокосмической технике. Попытки улучшения энергомассовых характеристик этого типа аккумуляторов ведут многие электрические, электронные и автомобильные компании мира

Аккумуляторы энергии на базе супермаховиков могут быть использованы для: Аварийного электропитания систем безопасности АЭС и других промышленных объектов, требующих надежного резервирования электропитания

Союз атома и газа В соответствии с Генеральной схемой «Стратегии развития электроэнергетики России до 2030 года» определен баланс по энергозонам страны и выбор вида предпочтительной генерации для каждой зоны По уверению руководителя департамента по управлению инвестиционными программами концерна “Росэнергоатом” К.В.Завизенова: «Если в одной точке возможно сооружение газовой и атомной электростанции, то необходимо выбрать одну из них, пользуясь четко определенными критериями.

Комплексные системы управления квалификацией персонала объектов использования атомной энергии Современная система подготовки и переподготовки кадров является залогом надежной эксплуатационной безопасности атомных станций. Обеспечение подготовки кадров для атомных электростанций в ВУЗах и последующая дополнительная подготовка непосредственно на атомных станциях является ключевой задачей отрасли.

Разработка и обоснование концепции высокотемпературного газоохлаждаемого реактора на быстрых нейтронах Целью проекта является разработка, исследование и обоснование концепции газоохлаждаемого ядерного реактора на быстрых нейтронах с керамической активной зоной, с коэффициентом воспроизводства больше 1, с повышенным уровнем самозащищенности и температурным потенциалом, позволяющим использовать этот реактор в качестве энергоисточника для промышленного производства водорода.

Сегодня, когда главные трудности преодолены, на передний план вышли фундаментальные преимущества кипящих реакторов: - отсутствие второго контура с его трубопроводами, насосами, арматурой, предохранительными клапанами, приборами контроля и т.п. - отсутствие такого сложного, дорогого и металлоемкого оборудования, как парогенераторы, компенсатор давления, борная система регулирования; соответственно, нет нужды в помещениях, требуемых для размещения этого оборудования (сокращается объем строительных работ), отпадает необходимость в его обслуживании, контроле и ремонте, что положительно сказывается и на надежности, и на экономике энергоблока

Переход к простой одноконтурной схеме охлаждения и использование отработанной технологии легководного кипящего теплоносителя позволит значительно уменьшить стоимость быстрого реактора, сделает его конкурентоспособным в современной энергетике и в энергетике ближайших десятилетий.

Реакторы на быстрых нейтронах лишены этих недостатков. Быстрые реакторы способны использовать до 60% энергетического потенциала природного урана, а, кроме того, они характеризуются минимальным радиационным воздействием на окружающую среду. Наиболее опасные долгоживущие радиоизотопы уничтожаются в топливном цикле быстрых реакторов. Поэтому, если речь идет о широкомасштабной экологически чистой ядерно-водородной энергетике, на столетия обеспеченной топливными ресурсами, то в этом случае в качестве ядерного энергоисточника должен выступать реактор на быстрых нейтронах.

Планируемые к строительству АЭС должны размещаться с учётом потребностей в энергии, наличия инфраструктуры транспорта, промышленности, кадров и т.п. Неучёт фактора обращения с РАО в период эксплуатации АЭС и после её останова приведёт к потерям примерно в миллиард долларов. При выборе места строительства АЭС нужно учитывать геологические условия для сооружения полигона для изоляции жидких РАО. В России имеется возможность расширения применения технологии глубинной изоляции РАО, а также и других промышленных стоков.
Проблемы обеспечения безопасного хранения ОЯТ