БН-800

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
БН-800
BN-800 construction.jpg
Тип реактора На быстрых нейтронах
Назначение реактора Электроэнергетика
Технические параметры
Теплоноситель Натрий
Топливо MOX-топливо,235U и 239Pu и смешанное топливо (часть ТВС с MOX, часть с диоксидом урана)
Тепловая мощность 2100 МВт
Электрическая мощность 880 МВт
Разработка
Проект 1983—1993
Научная часть ФГУП ГНЦ РФ ФЭИ
Предприятие-разработчик ОАО СПбАЭП
Конструктор ОАО ОКБМ им. Африкантова
Новизна проекта Формирование экологически чистого «замкнутого» ядерного топливного цикла
Строительство и эксплуатация
Пуск 10 декабря 2015 г.
Построено реакторов 1
Сайт okbm.nnov.ru/english/npp

БН-800 — ядерный энергетический реактор с натриевым теплоносителем, относящийся к категории реакторов на быстрых нейтронах с использованием уран-плутониевого мокс-топлива. Применение в реакторе БН-800 уран-плутониевого топлива позволяет не только использовать запасы энергетического плутония, но и утилизировать оружейный плутоний, а также «сжигать» долгоживущие изотопы актиноиды из облучённого топлива тепловых реакторов.

Единственный действующий реактор данного типа находится на энергоблоке № 4 Белоярской АЭС в Свердловской области. Запуск реактора состоялся 10 декабря 2015 года[1], промышленная эксплуатация производится с 1 ноября 2016 года[2]. Электрическая мощность — 880 МВт[3].

Кроме своего основного (производственного) назначения, первый действующий реактор БН-800 имеет большое экспериментальное значение - на нём производится окончательная отработка технологии реакторов данного типа[4], которые предстоит применить в реакторе БН-1200. Хотя реакторы на быстрых нейтронах позиционируются как перспективные[5], до 2035 года планируется построить и ввести в строй единственный реактор БН-1200 - в составе всё той же Белоярской АЭС[6].

История разработки проекта[править | править код]

Проект энергоблока БН-800 был разработан ещё в 1983 г. как типовой и предполагал реализацию сразу на нескольких атомных станциях (Белоярской и Южноуральской). Позднее он дважды пересматривался:

В конце 1990-х годов, согласно «Программе развития атомной энергетики РФ на 1998—2005 годы и на период до 2010 года», все ещё предусматривалось сооружение и ввод в эксплуатацию энергоблоков с реакторами типа БН-800 на двух вышеупомянутых станциях[7]. Однако, в итоге, строительство Южно-Уральской АЭС так и не возобновилось, и проект энергоблока с реактором типа БН-800, со значительной задержкой, был реализован только на Белоярской АЭС.

Характеристики[править | править код]

Характеристика БН-800[8][9]
Тепловая мощность реактора, МВт 2100
К. п. д. (нетто), % 39,4
Давление пара перед турбиной, атм
Давление в первом и втором контурах, атм близкое к атмосферному
Давление в третьем контуре, атм 140
Температура натрия, °C:  
     на входе в реактор 354
     на входе в теплообменники первого контура 547
     на выходе из теплообменников второго контура 505
Высота активной зоны, м
Диаметр ТВЭЛа, мм
Число ТВЭЛов в кассете
Загрузка топлива, т
Среднее обогащение урана, %
Среднее выгорание топлива, МВт-сут/кг

Энергоблок № 4 Белоярской АЭС[править | править код]

В 1994 году проект энергоблока БН-800 прошёл все необходимые экспертизы и согласования, в том числе независимую экспертизу комиссии Свердловской области. В итоге, 26 января 1997 года была получена лицензия Госатомнадзора РФ № ГН-02-101-0007 на сооружение блока № 4 Белоярской АЭС с реакторной установкой БН-800.

Разогрев реактора для заправки жидкометаллическим теплоносителем начался 25 декабря 2013 года[10]. Набор минимальной критической массы и вывод на минимальную контролируемую мощность цепной реакции произошли в конце июня 2014 года[11]. Энергетический пуск планировался на октябрь 2014 года[10], но был отложен из-за неготовности проектных сборок MOX-топлива[12]:

Исходно БН-800 планировали пускать на МОКС-топливе (кстати, как и БН-600 в своё время). Но производства этого топлива не было, его нужно было создавать. И в 2010 году уже стало ясно, что когда нужно будет загружать топливо в реактор, готово оно не будет. Тогда перед конструктором поставили срочную задачу: заменить проектную МОКС-зону на смешанную, где часть сборок будет содержать урановое топливо. И конструктор был вынужден принимать решения в условиях нехватки времени и с учётом всех требований, которые необходимо было соблюсти… Решения эти были связаны главным образом с распределением потока натрия — применили дроссельное устройство, которое вкручивалось снизу в топливную сборку. Как оказалось, это устройство при наших расходах натрия надёжно работать не может: там такие нагрузки, что оно просто-напросто вывинчивается и выпадает. Естественно, это касается только той части сборок (их чуть больше сотни из общего количества в тысячу штук), которые пошли под замену штатных… Теперь нужно исправлять их недостатки, заменять ненадёжные части.

Директор Белоярской АЭС Михаил Баканов

После модификации активной зоны (повторный) физический пуск состоялся в конце июля 2015 года[13].

25.11.2015 на энергоблоке № 4 Белоярской АЭС, (с реактором БН-800) впервые был выработан пар, с помощью которого было произведено пробное прокручивание турбины по штатной тепловой схеме[14].

10.12.2015 21:21 по местному времени (19:21 мск) энергоблок с реактором БН-800 включён в энергосистему Урала[1][15][16].

Энергоблок работает на номинальном уровне мощности[17]

Задачи реактора[править | править код]

  • Обеспечение эксплуатации на MOX-топливе.
  • Экспериментальная демонстрация ключевых компонентов закрытого топливного цикла.
  • Отработка в реальных условиях эксплуатации новых видов оборудования и усовершенствованных технических решений, введённых для повышения показателей экономичности, надёжности и безопасности.
  • Разработка инновационных технологий для будущих реакторов на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем: испытания и аттестация перспективного топлива и конструкционных материалов, демонстрация технологии выжигания минорных актинидов и трансмутации долгоживущих продуктов деления, составляющих наиболее опасную часть радиоактивных отходов атомной энергетики.
  • Генерация электроэнергии

Инновации БН-800[править | править код]

  • Самозащищённость блока от внешних и внутренних воздействий.
  • Пассивные средства воздействия на реактивность, системы аварийного расхолаживания через теплообменники, поддон для сбора расплавленного топлива.
  • Нулевой натриевый пустотный эффект реактивности.
  • Минимальная вероятность аварии с расплавлением активной зоны.
  • Исключение выделения плутония в топливном цикле при переработке облучённого ядерного топлива[18].

Задачи энергоблока № 4[править | править код]

  • Формирование экологически чистого «замкнутого» ядерного топливного цикла.
  • Более чем 50-кратное увеличение использования добываемого природного урана, и обеспечение атомной энергетики России топливом на длительную перспективу за счёт своего воспроизводства.
  • Утилизация отработанного ядерного топлива с АЭС на тепловых нейтронах.
  • Утилизация радиоактивных отходов путём вовлечения в полезный производственный цикл отвального урана и плутония.
  • Энергообеспечение развития экономики Свердловской области.
  • До октября 2016 года - выполнение обязательств по утилизации оружейного плутония в рамках соглашения[19]. (Выполнение обязательств приостановлено на основании Федерального закона от 31.10.2016 N 381-ФЗ)

Награды[править | править код]

В октябре 2016 года старейший американский журнал по энергетике «POWER» присудил четвёртому энергоблоку Белоярской АЭС с реактором БН-800 премию «Power Awards» за 2016[20] в номинации «Лучшие станции»[21]. При награждении было отмечено, что данный энергоблок:

  • является самым мощным в мире реактором-размножителем на быстрых нейтронах с жидкометаллическим натриевым теплоносителем
  • является универсальным устройством, пригодным для производства электроэнергии, утилизации плутония, утилизации отработанного ядерного топлива с АЭС на тепловых нейтронах, производства изотопов
  • играет решающую роль в формировании экологически чистого «замкнутого» ядерного топливного цикла, увеличении объёмов производства ядерного топлива, увеличении мощности АЭС и сокращении ядерных отходов

Безопасность реакторов типа БН, в частности БН-800[править | править код]

По своим физико-техническим свойствам (низкое — близкое к атмосферному — рабочее давление натриевого теплоносителя, большие запасы до температуры кипения, относительно небольшой запас реактивности на выгорание, большая теплоёмкость натрия и др.) быстрые реакторы с натриевым теплоносителем имеют высокий уровень внутренне присущей безопасности. Это качество убедительно продемонстрировано в процессе длительной эксплуатации предшествующего реактора БН-600. Принят целый ряд новых решений:

  • они основываются на пассивных принципах. Это означает, что эффективность не зависит от надёжности срабатывания вспомогательных систем и действий человека.
  • ещё одно преимущество натриевого теплоносителя — низкая коррозионная активность по отношению к используемым в реакторе конструкционным материалам. Поэтому ресурс натриевого оборудования большой, а количество образующихся в таком реакторе радиоактивных продуктов коррозии намного меньше, чем в других типах реакторов.
  • натрий связывает радиоактивный йод в нелетучий иодид натрия, и он не выделяется в окружающую среду. При эксплуатации установок типа БН образуется незначительное количество радиоактивных отходов.

Недостатки[править | править код]

Использование натрия в качестве теплоносителя требует решения следующих задач:

  • чистота натрия, используемого в БН. Большие проблемы вызывают примеси кислорода из-за участия кислорода в массопереносе железа и коррозии компонентов;
  • натрий является очень активным химическим элементом. Он горит в воздухе. Горящий натрий образует дым, который может вызвать повреждение оборудования и приборов. Проблема усложняется в случае, если дым натрия радиоактивен. Горячий натрий в контакте с бетоном может реагировать с компонентами бетона и выделять водород, который в свою очередь взрывоопасен.
  • возможность реакций натрия с водой и органическими материалами, что важно для надёжности конструкции парогенератора, в котором теплота с натриевого теплоносителя передаётся в водный.

По состоянию на январь 2019 года прямое сравнение реактора БН-800 с другими реакторами на быстрых нейтронах невозможно в силу отсутствия других действующих или строящихся реакторов на быстрых нейтронах. На сегодняшний момент в мире строятся только водо-водяные реакторы, в России строятся только реакторы проекта ВВЭР-1200 (реакторы этого типа меньшей мощности неконкурентны).

Недостатки по сравнению с ВВЭР-1200:

  • стоимость 1 кВт установленной мощности в 1,4 раза больше, чем на Нововоронежской АЭС 2-1 с ВВЭР-1200 (капитальные затраты при сооружении энергоблоков БН-800[22] и ВВЭР-1200 примерно равны, а номинальная мощность отличается в 1,4 раза. Данный недостаток будет нивелирован строительством БН-1200[23])
  • более дорогое топливо (для топливных загрузок БН требуется уран высокого обогащения (16–20% по 235U))
  • более высокие затраты на эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт, приходящиеся на 1 кВт∙ч произведённой электроэнергии[24]
  • низкий КИУМ - 78%[25] (вместе c БН-600) против ~90% (связан с коротким топливным циклом 6 месяцев против 12-18 месяцев у ВВЭР-1200)
  • срок службы 40 лет против 60 [8]

Недостатки по сравнению с уран-графитовыми реакторами (РБМК-1000 и др.):

  • невозможность перегрузки топлива без остановки реактора
  • более дорогое топливо (для топливных загрузок БН требуется уран высокого обогащения (16–20% по 235U))

Недостатки по сравнению с водо-водяными реакторами иностранного дизайна (AP1000 и др.):

  • более дорогое топливо (для топливных загрузок БН требуется уран высокого обогащения (16–20% по 235U))
  • низкий КИУМ - 78%[25] (вместе c БН-600) против ~90%
  • срок службы 40 лет против 60 лет

Стоимость строительства водо-водяных реакторов иностранного дизайна[26] в несколько раз превышает стоимость строительства БН-800[22], поэтому стоимость БН-800 в сравнении с ними является преимуществом.

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 Энергоблок №4 Белоярской АЭС с реактором БН-800 включён в сеть и выдал первый ток в энергосистему. Seogan (10 декабря 2015). Дата обращения: 10 декабря 2015. Архивировано 4 марта 2016 года.
  2. БН-800 сдан в промышленную эксплуатацию. AtomInfo.ru (1 ноября 2016). Дата обращения: 3 ноября 2016. Архивировано 4 ноября 2016 года.
  3. Екатерина Зубкова Возобновляемый атом // Наука и жизнь. — 2017. — № 1. — С. 20-21. — URL: http://www.nkj.ru/archive/articles/30459/ Архивная копия от 2 февраля 2017 на Wayback Machine
  4. Пуск прототипа "энергоблока будущего" стал новым атомным прорывом РФ. «РИА Новости» (12 декабря 2015). Архивировано 22 марта 2018 года.
  5. Новый уровень ядерной энергетики Прорыв | MINING24.ru. mining24.ru. Дата обращения: 23 декабря 2015. Архивировано 22 апреля 2016 года.
  6. Распоряжение Правительства РФ от 9 июня 2017 года N 1209-р «Об утверждении Генеральной схемы размещения объектов электроэнергетики до 2035 года». Дата обращения: 17 марта 2018. Архивировано 12 июля 2017 года.
  7. Постановление Правительства РФ от 21 июля 1998 года N 815 «Об утверждении Программы развития атомной энергетики Российской Федерации на 1998-2005 годы и на период до 2010 года». Официальный интернет-портал правовой информации. Архивировано 17 марта 2018 года.
  8. 1 2 Сидоров Иван Иванович. Головной блок нового поколения БН-800. Особенности ввода в эксплуатацию. rosenergoatom.ru (2016). Дата обращения: 18 июля 2018. Архивировано 23 ноября 2018 года.
  9. АЭС с БН-800 (недоступная ссылка). http://atomicexpert-old.com (2011). Дата обращения: 18 июля 2018. Архивировано 23 ноября 2018 года.
  10. 1 2 На БАЭС запускают крупнейший в мире реактор на быстрых нейтронах : Ядерным топливом его загрузят через несколько недель // E1. — 2013. — 25 декабря.
  11. Белоярская АЭС : начался выход БН-800 на минимальный уровень мощности. — Атоминфо, 2014. — 27 июня.
  12. Год ушёл, задачи остались : интервью : [арх. 27 апреля 2016] // Быстрый нейтрон : газ. — 2015. — № 1 (165)  (16 января). — С. 2. —  (недоступная ссылка).
  13. Белоярская АЭС : завершён этап физпуска реактора БН-800 : [арх. 24 сентября 2015] // Росэнергоатом. — 2015. — 5 августа.
  14. Первый пуск турбины прошёл на блоке с реактором БН-800 Белоярской АЭС // РИА новости. — 2015. — 25 ноября.
  15. Воробьева Т. На Урале появился новый атомный источник электрической генерации / Татьяна Воробьева // Российская Газета. — 2015. — 10 декабря.
  16. Запущен реактор БН-800. Mining24.ru (22 декабря 2015). Дата обращения: 23 февраля 2020. Архивировано 23 декабря 2015 года.
  17. Белоярская АЭС : энергоблок №4 выведен на номинальный уровень мощности. — Атоминфо, 2018. — 14 июня.
  18. Быстрый энергетический реактор БН-800. ippe.ru. Дата обращения: 8 июня 2022.
  19. Александ Уваров. Плутониевая история. www.atominfo.ru (13 ноября 2016). Дата обращения: 10 июня 2018. Архивировано 1 июня 2018 года.
  20. В США российский атомный энергоблок БН-800 назвали лучшей АЭС года. «РИА Новости» (2 ноября 2016). Дата обращения: 3 ноября 2016. Архивировано 3 ноября 2016 года.
  21. TOP PLANT: Beloyarsk Nuclear Power Plant Unit 4, Sverdlovsk Oblast, Russia (англ.). Power (1 ноября 2016). Дата обращения: 3 ноября 2016. Архивировано 15 июля 2020 года.
  22. 1 2 Стоимость строительства реактора на быстрых нейтронах БН-800 оценивается в 145,6 млрд руб. ТАСС. Дата обращения: 7 апреля 2019. Архивировано 7 апреля 2019 года.
  23. П. Ипатов: Разница в стоимости АЭС с реакторами БН и ВВЭР не превышает 15%. Атомная энергия 2.0 (25 марта 2014). Дата обращения: 7 апреля 2019. Архивировано 7 апреля 2019 года.
  24. Б.И. Нигматулин. Атомная энергетика в России и мире. Состояние и развитие. с. 57-58 (20 мая 2017). Дата обращения: 17 июля 2018. Архивировано 18 июля 2018 года.
  25. 1 2 Годовой отчёт 2017 с. 53. rosenergoatom.ru (24 апреля 2018). Дата обращения: 12 августа 2018. Архивировано 12 августа 2018 года.
  26. Власти США вынудили акционеров АЭС «Вогтль» продолжить строительство (недоступная ссылка). nuclearnews.io. Дата обращения: 7 апреля 2019. Архивировано 30 октября 2018 года.

Литература[править | править код]

  • Фридман, В. Долгий путь быстрой энергетики // В мире науки. — 2014. — № 4. — С. 15. — ISSN 0208-0621