Что значит мощность аэс
Электрическая мощность атомной электростанции в России
Электрическая мощность атомной электростанции — формула
Так как наше государство является одним из шести стран, где добывается львиная доля урана, то и основным топливом для АЭС в России является данный элемент.
Принцип работы
После трагических событий на Чернобыльской АЭС средства массовой информации активно распространялись слухи и внушали в подсознание граждан, будто любая электростанция, производящие энергию на атомном топливе рано или поздно приведет к взрыву и негативное воздействие на людей и окружающую среду. Самая высокая мощность электростанции в России вырабатывается на Балаковской установке. Но многие ученые утверждают, что вероятность взрыва или любого другого вреда от Балаковской АЭС не больше чем от любого промышленного, производственного предприятия. Всё дело в том, что для выработки энергии необходимо тепло, которое получают в результате цепного ряда действия и реакции деление на атомы одного из вариантов ядерного топлива, чаще всего это Уран. Этот процесс считается основным рабочим на всей территории любой АЭС.
Типы реактивных двигателей
Все установки делятся на категории по используемому топливу для выработки энергии, по теплоносителю, замедлители, которая контролирует весь процесс проведения реакции. Для того чтобы показывать высокий уровень результативности, многие реакторы используют облегченную воду в виде Пара которая воздействует двумя разными способами.
Первый способ это подача теплого пара непосредственно в активной зоне. Уровень температуры такого энергоблока очень высок, в народе его называют кипящим блоком. Второй зависит от графитных материалов, с помощью которых вырабатывается газ, позволяющий отслеживать всю работу системы. На таком типе работы существует Балаковская станция.
История развития и строительства АЭС
Первым вариантом использования ядерного топлива для выработки энергии был осуществлен в лаборатории на территории Айдахо (вначале 1950-х, в США). Прототип выдавал мощность, которой хватало для работы четырёх ламп накаливания по 200Вт каждая. В ходе разработок, такая система смогла обеспечить электричеством уже целое сооружение в несколько этажей. Пройдя сотни исследований и реакций, только в 1955 году такой реактор был подключен к целой сети, прославив город Арко по всему миру, как место расположения первого на свете реактора на ядерной энергии.
Энергетические выработки ядерной системы
Какова электрическая мощность атомной электростанции? На этот вопрос невозможно ответить однозначно, так как все АЭС в России имеют самые различные мощности от 48 мВт и до 4000 мВт. Последняя цифра достигается, в случае если атомная электростанция мощностью 1000 имеет по 4 реактора. Основное их количество работает на водяной системе, именуемой ВВЭР. Такой тип реактора самый распространенный в нашей стране (всего насчитывает порядка 18 единиц), из них с тысячной цифрой — 12 единиц. Не исключается также использование и кипящих систем канального типа. Таких реакторов в РФ всего 15.
Вода применима не только для энергетической или гетерогенной системы работы реактора, но и для водо-водяной или корпусной. Также, с помощью воды реактор во взаимодействии с тепловыми нейронами может быть применим как отражатель и замедлитель, а возможно и теплоноситель нейтронов.
Кстати, атомная электростанция мощностью 1000 имеет (кпд 20), с каждым реактором по 1000 мВт, является наиболее распространенной моделью не только в нашем государстве, но и в мире. Такого типа сооружений 7% в мире от общего количества.
Разновидности дизельных ЭС
Дизельная электростанция с мощностью необходимой под индивидуальные нужды является отличным вариантом для обеспечения электричеством отдаленного селения или конкретного дома от линий электропередач. Нередко сельские жители и владельцы кафе, магазинов предпочитают иметь дома и по необходимости устанавливать дизельный агрегат для выработки света на случай экстренных условий или общего отключения линейного электричества.
Приобретая такое изделие за не малые деньги, необходимо заранее определиться:
Средняя мощность для типичного дома без электроотопления и чрезмерного потребления составляет 5 кВт, а вот если необходимостей гораздо больше — то обеспечит электрическое отопление в зимний период.
Разновидности ЭС и их приоритеты
Установка дизельной станции преимущественно экономична (относительно бензиновой). А вот потребляет сырья для работы почти в 2 раза меньше, но выдает КПД станция, равнозначный по объему, как для дизельной, так и для бензиновой системы.
Наиболее экономичным способом организовать освещение в доме — это установить солнечные электростанции мощностью от 2 кВт и выше. Стоит заметить, что основой работы является яркое солнце, попадающее внутрь. Солнечная система, вполне может обеспечить собственные жилые помещения светом только в случае яркого солнечного дня.
Каковы масштабы выработки электроэнергии в РФ
Российская Федерация уверенно движется вперед по развитию своей энергетики, к тому же это позволяет делать наличие продуктивно работающих урановых шахт. Ввиду активного роста, все энергетические системы объединены в географические группы. В сотрудничестве с европейскими странами действуют 7 ОЭС, одновременно работают 6 энергетических объединений на территории всего государства: Центр, Урал, Волга, Сибирь, Северо-Запад и Юг. В дополнение имеется параллельная структура Востока, электрическая мощность этой электростанции транзитом обеспечивается Сибирским направлением.
В 2016 году на учет принято объединения Севастополя (Крым). На начало 2017 года в нашей стране действует порядка 700 электрических станций с разным видом обеспечения жизнедеятельности. А установленная мощность электростанций России за прошлый год отметку в 236 ГВт.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Атомная электростанция (АЭС)
Энергия, выделяемая в активной зоне реактора, передается теплоносителю 1 го контура.
Далее теплоноситель поступает в теплообменник (парогенератор), где нагревает до кипения воду второго контура.
Полученный при этом пар поступает в турбины, вращающие электрогенераторы.
На выходе из турбин пар поступает в конденсатор, где охлаждается большим количеством воды, поступающим из водохранилища.
Компенсатор давления представляет собой довольно сложную и громоздкую конструкцию, которая служит для выравнивания колебаний давления в контуре во время работы реактора, возникающих за счет теплового расширения теплоносителя.
Давление в 1 м контуре может доходить до 160 атмосфер (ВВЭР-1000).
Помимо воды в различных реакторах в качестве теплоносителя и охладителя могут применяться также расплавы металлов: натрий, свинец, эвтектический сплав свинца с висмутом и др.
Использование жидкометаллических теплоносителей позволяет упростить конструкцию оболочки активной зоны реактора (в отличие от водяного контура, давление в жидкометаллическом контуре не превышает атмосферного), избавиться от компенсатора давления.
Общее количество контуров может меняться для различных реакторов.
В случае невозможности использования большого количества воды для конденсации пара вместо использования водохранилища вода может охлаждаться в специальных охладительных башнях (градирнях), которые благодаря своим размерам обычно являются самой заметной частью атомной электростанции.
Атомные электростанции использует 31 страна.
Подавляющее большинство АЭС находится в странах Европы, Северной Америки, Дальневосточной Азии и на территории бывшего СССР, в то время как в Африке их почти нет, а в Австралии и Океании их нет вообще.
В мире действует 411 энергетических ядерных реакторов общей мощностью 353,4 ГВт.
Еще 41 реактор не производил электричества от 1,5 до 20 лет, причем 40 из них находятся в Японии.
Согласно докладу о состоянии индустрии ядерной энергетики, на 2016 г. в отрасли наблюдается спад.
Пик производства ядерной энергии был зафиксирован в 2006 г. (2660 ТВт⋅ч).
Доля ядерной энергетики в глобальном производстве электричества снизилась с 17,6 % в 1996 г. до 10,7 % в 2015 г.
158 реакторов были окончательно остановлены.
Средний возраст закрытого реактора составляет 25 лет.
Кроме того, строительство 6 реакторов формально продолжается более 15 лет.
2 /3 строящихся на данный момент реакторов приходятся на Китай, Индию и Россию.
КНР осуществляет самую масштабную программу строительства новых АЭС, еще около 1,5 десятка стран мира строят АЭС или развивают проекты их строительства.
Прослеживается тенденция к старению ядерных реакторов.
Средний возраст действующих реакторов составляет 29 лет.
Самый старый действующий реактор находится в Швейцарии, он работает в течение 47 лет.
В настоящее время разрабатываются международные проекты ядерных реакторов нового поколения, например ГТ-МГР, которые обещают повысить безопасность и увеличить КПД АЭС.
В 2007 г. Россия приступила к строительству 1 й в мире плавучей АЭС, позволяющей решить проблему нехватки энергии в отдаленных прибрежных районах страны.
Строительство столкнулось с задержками.
По разным оценкам, 1 я плавающая АЭС заработает в 2018-2019 гг.
Как работает АЭС? Опасны ли атомные станции?
Многие люди в самом начале разговора об атомных станциях сразу начинают говорить о том, что это очень опасно и от них надо отказываться. Отчасти они правы, но их страхи сильно преувеличены. Для того, чтобы избавиться от такого стереотипа, надо просто понять, как работает станция и убедиться в том, что попадание радиоактивных элементов в окружающую среду просто невозможно. Конечно, если станция функционирует в штатном режиме. Вопрос только в том, как именно она функционирует и где границы этого штатного режима. Сегодня поговорим о конструкции атомной электростанции, их типах и о том, как они добывают электричество за счет деления атомов урана. Рассказывать специально буду простым языком.
Даже картинка немного пугает, но не все так страшно.
Когда появилась первая атомная станция
В СССР первые ядерные испытания на полигоне произошли только спустя 4 года — 29 августа 1949 года. С тех пор у двух крупнейших держав были технологии, которые позволили не только запугивать друг друга своей силой, но и работать на благо мирного атома и применения этой разрушительной силы для того, чтобы нести свет и тепло в каждый дом.
Первая атомная электростанция была запущена в 1954 году в районе города Обнинск Московской области. Идейным вдохновителем и руководителем проекта был знаменитый советский физик, академик АН СССР и по совместительству “отец” советской атомной бомбы Игорь Курчатов.
Игорь Курчатов за работой.
Сколько энергии вырабатывает АЭС
Конечно, ту первую атомную станцию сложно сравнивать с современными, но именно она положила начало новому способу получения энергии, как первый iPhone запустил процесс смартфоностроения, а Ford T массовое производство автомобилей.
С тех пор количество атомных станций в мире сильно увеличилось и достигло 192 штук (суммарно 438 энергоблоков) в 31 стране мира. 10 атомных станций находится в России (суммарно 33 энергоблока). По этому показателю наша страна занимает восьмое место в мире, а по мощности — четвертое.
Суммарная мощность реакторов составляет примерно 392 ГВт. В числе лидеров находятся США (103 ГВт), Франция (66 ГВт), Япония (46 ГВт), Россия (25 ГВт) и Южная Корея (21 ГВт). По статистике именно атомные станции обеспечивают 16 процентов потребляемой электроэнергии в мире.
Высокий интерес к атомным электростанциям и их широкое применение вызвано тем, что их КПД составляет 40-45 процентов и более, а риски существенно меньше, даже несмотря на все страшные аварии, которые происходили. С одной стороны, кажется, что если взорвется, то мало не покажется, но с другой стороны, жертв на 1 полученный киловатт по статистике у АЭС в 43 раза меньше, чем у тепловых электростанций.
Тепловая электростанция тоже то еще сооружение.
Опасны ли атомные станции
В итоге мы получаем ситуацию, при которой атомная энергетика напоминает ситуацию с самолетами. Их многие боятся, но в реальности риск просто умереть на улице в сотни раз выше, чем разбиться на самолете. Просто аварии вызывают большой резонанс и разово погибает больше людей, но такие аварии случаются редко.
Кроме систем самой атомной станции, о которых мы поговорим ниже, они сопровождаются серьезными мерами предосторожности. Признаюсь честно, когда я находился рядом с Воронежской АЭС мне было немного не по себе, но когда я собрал побольше информации, я понял, что переоценивал ситуацию.
Вокруг любой атомной станции есть как минимум 30-километровая зона, в которой постоянно производится мониторинг ситуации и экологической обстановки. Это не зона отчуждения, так как в ней можно жить людям и даже заниматься земледелием. Ограничения касаются только трехкилометровой зоны в непосредственной близости от станции. Но это опять же сделано только с целью обеспечения дополнительной безопасности, а не из-за того, что там опасно находиться.
Так выглядит зона безопасности вокруг Балаковской АЭС.
Наверное, самым опасным периодом работы станции является момент загрузки топлива. Именно в этот момент реактор открывается и есть небольшой риск попадания радиоактивных отходов в воздух. Правда, делается это не часто (в среднем один раз в год) и выброс будет очень незначительным.
На чем работает атомная станция
Основным элементом, на котором работают атомные станции, является уран-235, который загружается в реактор в специальных картриджах, которые называются тепловыделяющими элементами (ТВЭЛ). В одном реакторе их может быть несколько десятков и даже сотен.
ТВЭЛ доставляют к реактору на специальных платформах, а загружают их в него краном. Этот же кран участвовал в строительстве станции и погружал в специальную капсулу сам реактор.
Кстати, название ТВЭЛ получила компания, которая занимается производством ядерного топлива.
В год средний реактор использует около десяти килограмм топлива. Именно такой небольшой объем выделяет то количество энергии, которое и производит станция. Если говорить о производительности ядерного топлива, можно сказать, что один грамм урана-235 позволяет получить столько же энергии, сколько от сжигания топлива произведенного из двух тонн нефти. В итоге, всего десять килограмм топлива являются эквивалентом примерно семисот цистерн нефти.
Это только 15 цистерн, а аналогом 10 кг ядерного топлива является почти 700 цистерн.
Какими бывают атомные станции
Многие думают, что именно радиоактивное топливо вырабатывает электрическую энергию, но это не совсем так. Точнее, это совсем не так.
Работу атомной электростанции можно разделить на три основных этапа. На первом этапе энергия деления атома переводится в тепловую энергию. На следующем этапе тепловая энергия переводится в механическую. После этого превращение механической энергии в электричество становится делом техники.
Еще больше всего интересного вы можете узнать из нашего новостного канала в Telegram. Это бесплатно!
Реакторы делятся на три основных типа: одноконтурные, двухконтурные, трехконтурные. В начале разберемся, как работает двухконтурная схема, а чуть позже на ее примере посмотрим, как работают остальные типы.
Как работает атомная станция
Начальным этапом выделения энергии является, как я уже говорил выше, реактор. Он помещен в специальный закрытый контур, который называется первым. Им является, по сути, большая кастрюля, а точнее скороварка, так как жидкости внутри нее находятся под большим давлением. Так получается увеличить температуру кипения и повысить температуру работы всего первого контура.
Капсула, в которой находится реактор, называется гермообъем и имеет толстые стенки (не менее 15 сантиметров). Это позволяет удержать внутри большое давление и не дает радиации выйти наружу.
Упрощенно схема АЭС выглядит так.
Чтобы этого не происходило, внутри ректора есть специальные стержни с бором, которые очень хорошо поглощают нейтроны и тормозят реакцию. Стержни имеют длину в несколько метров и постоянно то входят в реактор, то выходят из него, регулируя тем самым коэффициент деления нейтронов и, как следствие, скорость реакции. Если этот коэффициент меньше единицы, реакция тормозится, если больше — ускоряется, а если равен единице, то система сама поддерживает свою работу. Этой единицы и надо добиваться для стабильной работы реактора.
После того, как реактор нагрел воду внутри первого контура до температуры около 450 градусов, она проходит через трубку теплообменника и моментально нагревает воду второго контура. Та в свою очередь попадает в испаритель и уже водяной пар с температурой около 350-400 градусов раскручивает огромную турбину до 3000 оборотов в минуту. Именно эта турбина и вырабатывает электричество, которое по проводам уходит в электросеть.
Полная изоляция первого контура от второго позволяет добиться защиты рабочей жидкости и сточных вод от радиоактивного загрязнения. Это позволяет легко охлаждать жидкость для дальнейшей ее работы, ведь раскрутка турбины на является последним этапом работы второго контура.
После того, как водяной пар раскрутит лопатки турбины, он попадает в специальные конденсаторы, которые представляют из себя большие камеры. В них пар остывает и превращается в воду.
Так выглядит турбина АЭС производства Mitsubishi.
Пока температура воды все равно очень высокая и ее надо еще охладить. Для этого она или напрямую или через специальный канал поступает в градирню. Это такая труба, которую можно увидеть и на территории тепловых электростанций. Она имеет высоту около 70 метров, большой диаметр и сужается к верху. Обычно из нее валят клубы белого пара. Многие думают, что это дым, но это именно пар. Вода с температурой, близкой к температуре кипения, распыляется в основании этой трубы и, смешиваясь с поступающим с улицы воздухом, парит и охлаждается. Средняя градирня может охладить до 20 000 кубометров воды в час или около 450 000 кубометров в сутки
После охлаждения, вода специальными насосами подается обратно в систему для нагрева и испарения. Так как воды требуется очень много, атомные станции сопровождаются достаточно большими водоемами и иногда разветвленной системой каналов. Это позволяет станции работать без перебоев.
Теперь можно вернуться к одноконтурным и трехконтурным АЭС. Первые имеют более простую конструкцию, так как у них нет второго контура и турбина раскручивается непосредственно нагретой реактором водой. Трудность заключается в том, что воду надо как-то очищать и такие станции менее экологичны.
Трехконтурную схему применяют на атомных станциях, оснащенных реакторами на быстрых нейтронах. Они считаются более перспективными, но должны комплектоваться дополнительным контуром, чтобы исключить контакт радиоактивного натрия с водой. В дополнительном контуре находится нерадиоктивный натрий.
Конечно, приведенная схема является примерной и упрощенной. Кроме этого, на станции есть различные технические строения, командный пульт, большое количество защитных систем, которые многократно дублируются, и другие вспомогательные системы. Кроме этого, на одной станции находится несколько энергоблоков, что тоже усложняет процесс ее контроля.
На территории атомной станции очень много разных строений. Балаковская АЭС.
На самом деле современная станция может не просто работать в автоматическом режиме, но и делать это вообще без человека. По крайней мере, это касается процесса управления энергоблоком. Человек нужен для контроля и внесения корректировок в работу в случае внештатной ситуации. Риск ее возникновения очень низкий, но на всякий случай за пультом дежурят специалисты.
Аварии с радиоактивными выбросами
Если уж мы заговорили об авариях на атомных станциях, давайте обсудим, как они классифицируются и какие их них были самыми крупными.
Для классификации аварий по их серьезности и силе воздействия на человека и природу они делятся на 7 степеней по Международной шкале ядерных событий, получая определенный уровень INES. На основании этого уровня можно судить был ли причинен вред людям и насколько было повреждено оборудование самой станции. Далеко не все уровни считаются опасными.
Раз уж заговорили об авариях, стоит упомянуть и первую аварию с радиоактивным загрязнением. Оно произошло в Чок-Ривер лаборатории 12 декабря 1952 года.
Произошло оно вследствие ряда ошибок оператора и сбоев в системе аварийной остановки. Реактор в лаборатории вышел в надкритический режим работы. Цепная реакция сама себя поддерживала и выделение энергии в несколько раз превысило норму. В итоге активная зона была повреждена и радиоактивные продукты деления с большим периодом полураспада вместе с массой охлаждающей воды вылились в подвальное помещение. За год работы реактор был полностью восстановлен.
Как видим, аварии случаются и иногда их масштабы устрашают, но все равно по статистике работа АЭС гораздо безопаснее и несет меньше вреда, чем сжигание топлива. Разница экологичности уже достигает трех-четырехкратного уровня. На подходе термоядерные реакторы, которые должны сделать процесс еще более экологичным. Пока, по большому счету, проблема только в отработанном топливе. Его надо как-то деактивировать и захоранивать. Ученые работают над этим. Будем надеяться, что они решат эту проблему.
Обзор всех АЭС России
Всего 11 АЭС России по итогам 2020 года впервые выработали более 20% всей электроэнергии страны. Я решил сделать обзор всех атомных станций России. Это будет популярный обзор станций глазами реакторщика (как минимум по образованию), так что я постараюсь показать в чем технические и исторические особенности каждой из них, какие реакторы на них работают или работали раньше, какие важные для отрасли технологии там осваивались. На многих из этих АЭС я был, поэтому иногда буду добавлять и личные впечатления. Помимо действующих АЭС, я упомяну и те станции, которые уже остановлены, и те, что планировались, но так и не были реализованы, и те, которые могут появиться в ближайшие годы.
Ну и традиционно, я сделал видеоверсию этой статьи (подписывайтесь на канал!), она получилась даже более наглядной, т.к. в ней почти на порядок больше фото и визуальных материалов, чем вошло в статью. Так что оба формата вполне самостоятельные и по-своему интересные.
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.
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.
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
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.
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
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
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
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.
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.
6. Ленинградская АЭС. Первые РБМК
Теперь перейдем к самым крупным АЭС, с серийными блоками гигаваттной мощности. Начнем по хронологии и с реакторов РБМК.
Ленинградаская АЭС и ее энергоблоки. Графика автора
У РБМК есть ряд преимуществ перед ВВЭР. Например, он не требует остановки для перегрузки топлива, его можно перегружать, отключая отдельные каналы прямо на работающем реакторе. Из-за этого он позволяет облучать в каналах отдельные сборки-мишени и нарабатывать полезные изотопы, как, например, Co-60, который сейчас и производят на Ленинградской АЭС.
Но есть и ряд недостатков. Это, например, и сложность управления, и отсутствие защитной оболочки-контейнмента, и другие недостатки конструкции, которые не были своевременно устранены из-за гонки масштабного строительства АЭС в СССР в 1970-е и 1980-е. Все это привело к главной трагедии, сделавшей реактор РБМК печально известным на весь мир – Чернобыльской катастрофе. Именно такие реакторы были на этой АЭС. После аварии 1986-года реакторы РБМК доработали и модернизировали, устранив большинство недостатков. Поэтому сегодняшние РБМК все же существенно отличаются от дочернобыльских.
Два энергоблока с ВВЭР-1200 на Ленингрдаской АЭС-2. Один уже сдан (справа), второй строится.
Мне дважды доводилось бывать на ЛАЭС-2, поэтому я видел новые энергоблоки и в строящемся виде, и тут же впервые побывал на уже работающем энергоблоке с ВВЭР-1200.
7. Курская АЭС
Энергоблоки Курской АЭС
Внутри реакторного зала пятого блока Курской АЭС-2. Фото Lana-Sator.livejournal.com
Строительство Курской АЭС-2 с двумя ВВЭР-ТОИ
Кстати, два энергоблока Курской АЭС-2 – это на текущий момент единственные строящиеся в России энергоблоки АЭС, если не брать в расчет замороженную стройку Балтийской АЭС.
8. Смоленская АЭС
Расположена в 100 км от Смоленска. Самая молодая станция с реакторами РБМК. Первый блок пущен в 1983 году – мой ровесник. Но опять же из-за чернобыльской аварии тут построено не четыре, а всего три блока. Так что это самая маленькая АЭС с такими реакторами. Скорее всего в ближайшие годы будет начато строительство станции замещения – Смоленской АЭС-2.
Энергоблоки Смоленской АЭС
9. Калининская АЭС. Серийные ВВЭР-1000
Переходим к трем АЭС с серийными гигаваттными блоками ВВЭР. Первая из них – Калининская АЭС с четырьмя блоками ВВЭР-1000. Расположена в Тверской области, возле города Удомля. Это самая близкая к Москве действующая АЭС – 350 км по прямой. Ее первые блоки заработали в 1984 и 1986 году, правда они не самой популярной серии ВВЭР-1000 – модификации В-338. Вторая очередь станции, с серийными ВВЭР-1000 наиболее популярной модификации В-320, были построены уже в 21-м веке – в 2004 и в 2011.
Именно за их строительством я следил, когда учился на физтехе на физика-ядерщика. Тогда Россия строила не так много новых энергоблоков. Кстати, на Калининской АЭС мне довелось побывать в 2017 году. И поскольку это была первая крупная АЭС с четырьмя гигаваттными блоками на которой я был, то меня поразил именно масштаб самой станции, начиная с проходной – все же на ней работает более 3000 человек. Это реально огромное предприятие, которое производит около 3% всей электроэнергии страны. Близкая мне Белоярская АЭС куда компактнее, камернее и я бы даже сказал уютнее.
9. Балаковская АЭС
Балаковская АЭС Расположена в 145 км от Саратова, на берегу Саратовского водохранилища. Это первая серийная АЭС с четырьмя блоками ВВЭР-1000 самой популярной модификации – В-320. Первый из них был введен в эксплуатацию в 1985 году.
Балаковская АЭС с 4 ВВЭР-1000 (В-320)
Надо сказать, что в СССР Балаковская АЭС строилась параллельно с другой такой же станцией с реакторами ВВЭР-1000 (В-320) – Запорожской АЭС на Украине. Они обе должны были стать крупнейшими АЭС в СССР – планировалось по шесть блоков на каждой. Причем, Запорожскую АЭС строили с небольшим опережением и в итоге достроили целиком, до шести блоков. Теперь это крупнейшая АЭС в Европе и одна из крупнейших в мире. А вот Балаковская из-за трудностей в начале 90-х осталась с 4 блоками. 5-й и 6-й блоки в 1993 году решили не достраивать.
Энергоблоки Балаковской АЭС 
Старшая сестра-близняшка Запорожская АЭС с 6 энергоблоками ВВЭР-1000 (В-320)
Тем не менее, это одна из крупнейших по выработке электроэнергии АЭС России. В результате модернизаций мощность ее энергоблоков увеличена на 4%.
На первом энергоблоке в 2018 году была впервые проведена операция отжига корпуса реактора ВВЭР-1000, в результате чего его ресурс был продлен более чем на 20 лет. Подробнее о процедуре отжига и продлении эксплуатации на примере реакторов ВВЭР-440 я писал в прошлой статье.
Процедура отжига реактора ВВЭР-1000 на Балаковской АЭС
Также на одном из блоков Балаковской АЭС сейчас испытываются топливные сборки с РЕМИКС-топливом – это топливо с неразделенной смесью урана и плутония, выделенных из отработавшего ядерного топлива. Такими образом, тут отрабатывается технология частичного замыкания топливного цикла на реакторах ВВЭР.
11. Ростовская АЭС. Молодая и жаркая
Автор демонстрирует габариты корпуса реактора ВВЭР-1000, установленного в качестве монумента у завода Атоммаш в Волгодонске. Такие же реакторы работают на Ростовской АЭС.
Ростовская АЭС при этом еще и самая молодая АЭС России, если не считать ПАТЭС. Это единственная станция, все четыре энергоблока ВВЭР-1000 которой построены и запущены в работу в XXI веке, с 2001 по 2018 годы. Причем ее четвертый блок – это последний ВВЭР-1000, который построили в России. Больше их строить не будут, теперь им на смену уже пришли ВВЭР-1200 и ВВЭР-ТОИ.
Внутри строящегося 4-го энергоблока Ростовской АЭС, 2018 г.. На переднем плане перегрузочная машина для ядерного топлива.Фото автора.
О несбывшемся
Мы поговорили обо всех работавших или работающих в настоящий момент на территории России АЭС. По описанию станций, построенных в конце 1980-х, видно, что на некоторых из них ряд энергоблоков не был закончен из-за чернобыльской катастрофы и экономических потрясений, связанных с крахом СССР. Тем не менее они достроены в каком-то виде и работают. Но был ряд проектов новых АЭС, на других площадках, которые не были реализованы вообще. Например, так и не было закончено начатое строительство двух атомных станций теплоснабжения под Воронежем и Нижним Новгородом. Они должны были отапливать эти города.
Недостроенные атомные станции теплоснабжения под Воронежем (слева) и Нижним Новгородом (справа)
К началу 1990-х были прекращены работы (все на относительно начальных стадиях строительства) на Башкирской АЭС под Уфой с 4 ВВЭР-1000, Татарской АЭС на Каме с 4 ВВЭР-1000, Южно-Уральской АЭС в Озерске Челябинской области с тремя БН-800 и Костромской АЭС с двумя РБМК-1500.
Уже в 2010-м было начато строительство Балтийской АЭС в Калининградской области с двумя ВВЭР-1200. Однако через несколько лет строительство было заморожено в пользу реализации аналогичного, но конкурирующего проекта в соседнем регионе – Белорусской АЭС.
Результаты работы
По итогам 2020 года доля атомного электричества в России впервые превысила 20%. Причем в Европейской части страны эта доля около 30%, а на Северо-Западе – более 37%.
В принципе, это вполне закономерно. Растет средняя мощность энергоблоков, т.к. закрываются старые, а им на смену приходят более новые и мощные. Мощность старых энергоблоков в результате модернизации тоже повышается. Внедряется новое топливо, оптимизируются ремонтные кампании, а значит сокращается время ремонтов и перегрузок, в результате растет КИУМ – коэффициент использования установленной мощности. Проще говоря, этот коэффициент показывает какой процент времени в течение года АЭС работала на полную мощность. На некоторых наших станциях он уже превышает 90%.
О перспективах
Сейчас в России по-прежнему нет роста экономики или перспектив большого экспорта электроэнергии, которые бы создавали спрос на существенное наращивание энергомощностей. Поэтому у нас в последние годы лишь достраивались давно запланированные блоки Калининской и Ростовской АЭС, а сейчас строятся лишь новые энергоблоки замещения, которые заменяют старые выбывающие блоки АЭС – на Ленинградской и Курской АЭС. Хотя на Нововоронежской АЭС это замещение произошло с существенным приростом, там добавили два ВВЭР-1200 вместо одного выбывшего ВВЭР-440, но там как обычно построили головные энергоблоки новой серии. Добавился так же энергоблок БН-800 на Белоярской АЭС, и ожидается, что в ближайшее время будет принято решение о строительстве там же и БН-1200 – первого серийного блока на быстрых нейтронах.
Тем не менее, Россия строит довольно много АЭС по сравнению с другими странами. За последние 20 лет в мире было подключено к сети около 105 новых энергоблоков АЭС. Из них 21, т.е. каждый пятый, построила Россия. Из них 13 – на территории России, и 8 в других странах для иностранных заказчиков. При этом сейчас на разной стадии строительства за рубежом находится еще около 20 энергоблоков, которые строит Росатом.
Но в самой России в ближайшие годы вряд ли стоит ожидать появления крупных АЭС с блоками-гигаватниками на новых площадках. Но вот малые АЭС в новых регионах в ближайшие 10 лет появятся. Уже есть планы по строительству малой АЭС в Якутии мощностью около 50 МВт, и еще четырех малых плавучих АЭС на Чукотке мощностью до 100 МВт каждая. Все они будут нужны для энергоснабжения новых месторождений полезных ископаемых в изолированных районах.
БРЕСТ-ОД-300 в Северске
Недавно начато строительство опытно-демонстрационного реактора БРЕСТ-ОД-300 в Северске, рядом с Томском. Конечно, его задачи в демонстрации принципиально новой реакторной технологии и технологии замыкания топливного цикла, но его тоже можно отнести к малой АЭС, т.к. он будет вырабатывать до 300 МВт электроэнергии.
По такому же принципу к малой АЭС можно отнести и многоцелевой исследовательский реактор МБИР, который строят в Димитровграде, в Ульяновской области, поскольку и он будет выдавать до 55 МВт электроэнергии.
Дата-центр ITSOFT — размещение и аренда серверов и стоек в двух дата-центрах в Москве. За последние годы UPTIME 100%. Размещение GPU-ферм и ASIC-майнеров, аренда GPU-серверов, лицензии связи, SSL-сертификаты, администрирование серверов и поддержка сайтов.