Свинцово-Висмутовые Быстрые Реакторы для атомных станциймалой и средней мощности

Введение
Во всем мире идет активный поиск реакторных технологий 21-го века. Так участниками форума «Generation –IV» в качестве перспективных признаны 6 инновационных ядерных систем, в число которых входят системы, охлаждаемые расплавами свинца, к которым относится, в том числе, и эвтектический сплав свинца и висмута
Россия обладает уникальным опытом создания и эксплуатации реакторных установок со свинцово-висмутовым теплоносителем (СВТ) для атомных подводных лодок (АПЛ)
На базе свинцово-висмутовой реакторной технологии ОКБ «Гидропресс» совместно с ГНЦ РФ ФЭИ, АЭП и рядом других предприятий разрабатываются проекты двух унифицированных РУ малой мощности типа СВБР (Свинцово-Висмутовый Быстрый Реактор) для создания атомных энергоисточников в диапазоне мощностей (10 – 40) МВт-эл. и (100 – 400) МВт-эл. с использованием модульного принципа построения энергоблока
| |

| |
Техническая база инновационной ядерной энергетической технологии на основе быстрых реакторов
со свинцово-висмутовым теплоносителем
Конверсия уникальной российской технологии судовых реакторов с теплоносителем свинец-висмут (8 АПЛ и 2 наземных стенда прототипа)
В сочетании с опытом создания и эксплуатации быстрых натриевых реакторов

Первый опыт конверсии судовой технологии
Блочно- транспортабельная АТЭЦ малой мощности «Ангстрем» - 1991г
| |

| |
Модульная структура АТЭЦ. 100 % заводская готовность оборудования и транспортных модулей
В состав АТЭЦ входит
9-12 транспортабельных
функциональных модулей,
которые могут доставляться
железнодорожным,
автомобильным,
водным видами транспорта.
Продолжительность монтажных работ на площадке АТЭЦ составляет 1 месяц
В конкурсе проектов «АСММ-91» проект АТЭЦ «Ангстрем» в своей мощностной группе занял первое место
Техпроект «Ангстрем» выполнен в 1991г, необходима актуализация проекта
Модуль РУ (петлевая компоновка 1 контура)
Модуль ТГУ
Модуль электрораспред. устройств
Модуль водоподготовки
Блочно-транспортабельная АТЭЦ «Ангстрем»
с петлевой компоновкой 1-го контура РУ
Тепловая мощность –
30 МВт:
Мощность электрическая - 6 МВт
Мощность теплоснабжения 12 Гкал/ч

Новое поколение реакторных установок
Реакторные установки типа СВБР
| |

Основные положения концепции установок нового поколения типа СВБР
Высокий уровень внутренней самозащищенности и пассивной безопасности при существенном упрощении конструкции реакторной установки и АС в целом
Возможность работы на разных видах топлива и в различных топливных циклах (продолжительность работы без перегрузки топлива от 7 до 20 лет)
Технологическая поддержка выполнения требований по нераспространению
Консервативный подход при проектировании. Ориентация на существующую технологическую базу и конструкционные материалы
Компактность и максимальная заводская готовность РУ
Возможность перехода на методы типового проектирования АС различной мощности и назначения и поточные методы организации СМР
Конкурентоспособность на рынке электроэнергии и инвестиционная привлекательность АС
| |

Модульная структура энергоблока АС с СВБР
| |
Реакторное отделение энергоблока АС, имеющее защитную оболочку, состоит из нескольких одинаковых РУ. Каждая РУ находится в своем герметичном боксе. Все РУ могут работать на одну или несколько ТГУ
Мощность энергоблока может быть любой, кратной мощности одной РУ
Повышается безопасность и отказоустойчивость энергоблока в целом, упрощается проблема резервирования энерговыработки
Создаются условия для организации крупносерийного (поточного) производства типовых РУ и стабильной загрузки машиностроительных заводов, что значительно снижает затраты на изготовление РУ
Создаются условия для типового проектирования энергоблоков различной мощности на базе типовой РУ и поточные методы организации СМР

Оперативный запас реактивности в работающем реакторе меньше доли запаздывающих нейтронов
Исключение возможности разгона реактора на мгновенных нейтронах при несанкционированном извлечении любого рабочего стержня
Отсутствие в быстром реакторе эффектов отравления
Малое значение отрицательного температурного коэффициента реактивности
Сравнительно небольшой запас реактивности на выгорание
«Легкие» ( < β эфф) органы СУЗ
Специальный алгоритм управления органами СУЗ
Внутренняя самозащищенность и пассивная безопасность
Быстрый реактор
| |

Исключение аварий, связанных с кризисом теплообмена
Низкий запас потенциальной энергии в первом контуре Исключение возможности химических взрывов и пожаров по внутренним причинам
Малый масштаб разрушений и радиационных последствий при постулированных разгерметизациях первого контура и газовой системы
Исключение возможности радиоактивного загрязнения второго контура
Способность СВТ удерживать продукты деления (йод, цезий, актиниды – кроме инертных газов)
Химическая инертность СВТ по отношению к воде и воздуху
Давление в первом контуре ниже давления во втором контуре
Высокая температура кипения СВТ
(~ 16700C)
Низкое давление в первом контуре и газовой системе (0,01МПа)
Внутренняя самозащищенность и пассивная безопасность
Свинцово-висмутовый теплоноситель
| |

Исключение потерь СВТ и
прекращения циркуляции СВТ через активную зону
За счет малого гидравлического сопротивления 1 контура уровень ЕЦ СВТ достаточен для расхолаживания РУ
из любого исходного состояния
Практическое исключение возможности разгерметизации газовой системы и выброса газа
При отказе всех систем расхолаживания и полном обесточивании блока (постулированная авария) –
полностью пассивное расхолаживание РУ за счет аккумулирования тепла ВКУ и теплоносителем и отвода тепла через корпус МБР к воде бака СПОТ.
Интегральная компоновка
1 контура в корпусе МБР,
полное отсутствие трубопроводов и арматуры
1 контура за пределами МБР
Наличие защитного кожуха, малый объем полости между кожухом и корпусом МБР
Размещение МБР
в баке СПОТ, пассивное расхолаживания РУ без ТГУ
Низкое давление
в 1 контуре
и газовой системе
Внутренняя самозащищенность и пассивная безопасность
Схемно-компоновочные решения
| |

Реакторная установка СВБР-75/100
| |

Основные технические характеристики РУ СВБР-75/100
(базовый вариант: топливо UO2, насыщенный пар)
| |

Конденсатор газовой системы
Разрывная
мембрана
Моноблок реакторный
Бак СПОТ
Питательная вода
Пар сухой насыщенный
Конденсатор
расхолаживания
Барботажное устройство
РУ СВБР-75/100 - принципиальная схема
| |

Все оборудование первого контура размещено в корпусе моноблока реакторного (МБР)
Гидравлические связи по СВТ между оборудованием первого контура сформированы корпусом МБР и элементами внутрикорпусных устройств без использования трубопроводов и арматуры
Бак СПОТ
Моноблок реакторный (МБР)
Сепаратор
Герметичный бокс РУ
Модули
ПГ
Приводы
СУЗ
Корпус
МБР
Активная
зона
ГЦН
РУ СВБР-75/100 - компоновка
| |

| |
Атомные станции средней мощности
на базе унифицированной реакторной установки
СВБР-75/100

РУ СВБР-75/100 в проекте реновации АЭС с ВВЭР-440
(совместная разработка АЭП, ОКБ «Гидропресс», ГНЦ РФ-ФЭИ)
заменяемая часть энергоблока
сохраняемая часть энергоблока
6 ×
СВБР-75/100
Помещение ПГ и ГЦН
Достигаемые цели
удельные капитальные затраты на реновацию в два раза ниже в сравнении со строительством новых замещающих мощностей
сохранение площадки для ядерной генерации
продление срока эксплуатации блока на 30 и более лет
1
2
3
4
5
6
| |

РУ размещается в прочно-плотном ТРБ. Конструкция ТРБ которого предусматривает возможность нахождения его на плаву и буксировку по акватории завода-строителя и опреснительного комплекса.
На место базирования ТРБ доставляется на транспортном судне, выгружается на воду, заводится в «сухой» док и, далее, с помощью шлюзования в док-камеру ЯОК на стационарные опоры.
Габариты и осадка ТРБ позволяют выполнять его буксировку по внутренним водным путям без использования транспортного судна
Время работы между заменами ТРБ, лет 8
Макс.производительность по пресной воде, тыс.м3/сутки 200
Электрическая мощность ЯОЭК при работе ТГУ
в конденсационном режиме, МВт 80
Отпуск электроэнергии в сеть
при макс. производительности по пресной воде, МВт 9,5
| |
ТРБ
Транспортное судно
Береговые ядерные опреснительные энергетические комплексы
на базе транспортабельных реакторных блоков с СВБР-75/100
(совместная разработка СПМБМ «Малахит», ЦНИИ им. А.Н.Крылова, СПбАЭП,ОКБ «Гидропресс», ГНЦ РФ-ФЭИ)

Модульная АТЭЦ с РУ СВБР-75/100
4 РУ СВБР + 4 турбины Т-50/100-9,5)
Мощность АТЭЦ электрическая макс. - 406 МВт
электрическая ном. - 380 МВт
по отпуску тепла - 520 Гкал/ч
| |
(совместная разработка АЭП, ОКБ «Гидропресс», ГНЦ РФ-ФЭИ)

Плавучий энергоблок с РУ СВБР-75/100
(разработка СПМБМ «Малахит»)
РУ СВБР-75/100
| |

Реакторная установка СВБР-100
| |

Реакторная установка СВБР – 100 с перегретым паром для модульных АС средней мощности ( 100-400 ) МВт-эл
Основные характеристики РУ СВБР-100:
Тепловая мощность 280 МВт
На выходе перегретый пар с параметрами:
давление 9.2 МПа
температура 400 оС
паропроизводительность 485 т/ч
«Сухая» шахта реактора (по аналогии с ВВЭР) и воздушный СПОТ ПГ
Повышенные маневренные характеристики РУ для работы в суточном графике слежения за нагрузкой!
В настоящее время ведется разработка опытного промышленного энергоблока с РУ СВБР-100 с привязкой к площадке ФЭИ (г.Обнинск)
Пуск и опытная эксплуатация ОПЭБ - 2017 - 2022гг
Проект серийной АС с СВБР-100 и развертывание инфраструктуры – 2016-2018гг
| |

Конденсатор газовой системы
Разрывная
мембрана
Модуль п/п
Активная зона
Питательная вода
Бак запаса воды
Аварийный залив шахты реактора СВБР - 100 - принципиальная схема
| |
Модуль испарителя
Моноблок реакторный
ГЦНА
Воздушный теплообменник СПОТ ПГ
Перегретый пар
Сепаратор

| |
СВБР-100 - компоновка в герметичном боксе
В проект закладывается:
требования универсальности по видам топлива (оксидное урановое, смешанное нитридное, МОХ, «плотное» топливо)
повышенные требования по маневренности для обеспечения работы в суточном графике слежения за нагрузкой
требования по выработки перегретого пара для повышения КПД
МБР

Реакторная установка СВБР-10
| |

| |
Реакторная установка СВБР-10 ( 10 МВт-эл.)
для АС малой мощности (10-40) МВт-эл.
2006-2007гг - ОКБ «Гидропресс» в инициативном порядке разработал эскизный проект РУ СВБР-10 в виде транспортабельного реакторного блока (ТРБ) для атомных станций малой мощности наземного берегового размещения (без перегрузки на площадке)
2006 г – ЗАО «Атомэнерго» (г.Санкт-Петербург) совместно с ОКБ «Гидропресс») в инициативном порядке выполнили проработку варианта плавучей атомной теплоэлектростанции (ПАТЭС) с РУ СВБР-10 (без перегрузки на площадке)

| |
Реакторная установка СВБР-10
со сверхдлинной кампанией активной зоны (до 20 лет)
Тепловая мощность - 43,4 МВт
Эл. мощность (брутто) - 12 МВт
Интервал между одномоментными перегрузками топлива – до 20 лет
В проект закладывается требование универсальности по видам топлива (оксидное урановое, смешанное нитридное, МОХ)
Интегральная компоновка 1 контура:
- все оборудование первого контура размещено в корпусе моноблока реакторного (МБР)
гидравлические связи по СВТ между оборудованием первого контура сформированы корпусом МБР и элементами внутрикорпусных устройств без использования трубопроводов и арматуры
Реакторная установка размещена в транспортабельном реакторном блоке (ТРБ)

Транспортабельный реакторный блок (ТРБ) с СВБР-10
Транспортабельный реакторный блок – функционально законченное герметичное реакторное отделение с СВБР-10 полностью заводского изготовления
ТРБ доставляется на площадку АС и вывозится с площадки АЭС для перегрузки активной зоны водным путем (на транспортном судне или в составе плавучей АС) в ядерно-безопасном состоянии с «замороженным» в реакторе свинцово-висмутовым теплоносителем
В качестве насоса первого контура в СВБР-10 применен МГД насос, не имеющий движущихся частей
| |

Примерный план размещения береговой атомной станции малой мощности ( БАСММ ) 30 МВт-эл
9
1- здание реакторных установок; 2 - ТРБ; 3 – помещение шахты выдержки ТРБ; 4 – машинное отделение; 5 – здание электроснабжения нормальной эксплуатации; 6 – здание общестанционных дизель-генераторов; 7 – пульт управления; 8 – сооружение по выдаче электрической мощности; 9 – воздушно-радиаторный охладитель; 10 – насосные станции; 11 – пуско-резервная котельная; 12 – грузоподъемное устройство; 13 – подъездные пути; 14 - здание общеобъектового назначения; 15 – транспортное судно
10
8
11
7
14
6
5
4
3
2
12
13
15
1
ТРБ
ТРБ
ТРБ
| |

Компоновка ТРБ и ТГУ на площадке БАСММ
ТРБ
Защитная шахта
Отметка «0»
Турбогенераторная установка
| |

Принципиальная схема жизненного цикла ТРБ с СВБР-10
Выгрузка ТРБ на берег и подключение ТРБ к системам БАСММ
Эксплуатация
Вывод из эксплуатации
Транспортировка отработавшего ТРБ на завод-строитель в ядерно-безопасном состоянии
Перегрузка активной зоны реактора
Ремонт и замена оборудования
Монтаж оборудования РУ в ТРБ
Заводские испытания
Транспортировка ТРБ на площадку БАСММ
в ядерно-безопасном состоянии
Транспортировка оборудования РУ на завод-строитель железнодорожным транспортом
Заводы-изготовители оборудования РУ
Завод-строитель
БАСММ
| |

Плавучая АЭС с СВБР-10
В 2006г. ЗАО «Атомэнерго» совместно с разработчиками РУ СВБР-10 была выполнена проработка варианта плавучей АЭС с двумя РУ СВБР-10 (экв. эл. мощностью 24 МВт)
РУ СВБР-10
| |
Особенности ПАЭС на основе РУ СВБР-10:
Использование быстрого реактора, имеющего длительную капанию активной зоны (до 20 лет), позволяет сократить количество используемых за период эксплуатации активных зон и отказаться от перегрузок топлива в месте базирования, что позволяет исключить из состава ПЭБ дополнительные конструкции и оборудование для проведения перегрузок и хранения на борту ПЭБ свежего и отработавшего топлива
Имеется возможность транспортировки ПАЭС к месту эксплуатации (со «свежим» топливом в реакторе) и обратно (с ОЯТ в реакторе) в ядернобезопасном состоянии с «замороженным» теплоносителем