БН-800

Перейти к навигацииПерейти к поиску
БН-800
Тип реактораНа быстрых нейтронах
Назначение реактораЭлектроэнергетика
Технические параметры
ТеплоносительНатрий
ТопливоМОКС-топливо
Тепловая мощность 2100 МВт
Электрическая мощность 880 МВт
Разработка
Проект 1983—1993
Научная часть ФГУП ГНЦ РФ ФЭИ
Предприятие-разработчикОАО СПбАЭП
КонструкторОАО ОКБМ им. Африкантова
Новизна проекта Формирование экологически чистого «замкнутого» ядерного топливного цикла
Строительство и эксплуатация
Пуск10 декабря 2015 г.
Построено реакторов 1
Сайтokbm.nnov.ru/english/npp

БН-800 — ядерный энергетический реактор с натриевым теплоносителем, относящийся к категории реакторов на быстрых нейтронах с использованием оксидного 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 актиноидов 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

Проект энергоблока БН-800 был разработан ещё в 1983 году 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 Российской Федерации 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. В сентябре 2022 года реактор БН-800 блока № 4 Белоярской АЭС впервые был выведен на полную мощность, будучи полностью загружен оксидным уран-плутониевым МОКС-топливом[8][9].

Характеристики

ХарактеристикаБН-800[10][11]
Тепловая мощность реактора, МВт2100
К. п. д. (нетто), %39,4
Давление пара перед турбиной, атм
Давление в первом и втором контурах, атмблизкое к атмосферному
Давление в третьем контуре, атм140
Температура натрия, °C: 
на входе в реактор354
на входе в теплообменники первого контура547
на выходе из теплообменников второго контура505
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

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 России № 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[12]. Набор минимальной критической массы и вывод на минимальную контролируемую мощность цепной реакции произошли в конце июня 2014 года[13]. Энергетический пуск планировался на октябрь 2014 года[12], но был отложен из-за неготовности проектных сборок МОКС-топлива[14]:

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[15].

25 ноября 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[16].

10 декабря 2015, в 21:21 по местному времени (19:21 мск), энергоблок с реактором БН-800 включён в энергосистему Урала[1][17][18].

На 2018 год энергоблок работает на номинальном уровне мощности[19].

В сентябре 2022 года реактор блока № 4 впервые был выведен на полную мощность, будучи полностью загружен инновационным смешанным оксидным уран-плутониевым МОКС-топливом[8].

Задачи реактора

  • Обеспечение эксплуатации на МОКС-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

  • 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[20].

Задачи энергоблока № 4

  • 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[21]. (Выполнение обязательств приостановлено на основании Федерального закона от 31.10.2016 N 381-ФЗ)

Награды

В октябре 2016 года старейший американский журнал по энергетике «POWER» присудил четвёртому энергоблоку Белоярской АЭС с реактором БН-800 премию «Power Awards» за 2016[22] в номинации «Лучшие станции»[23]. 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

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

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[24] и ВВЭР-1200 примерно равны, а номинальная мощность отличается в 1,4 раза. Данный недостаток будет нивелирован строительством БН-1200[25])
  • 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[26]
  • низкий КИУМ — 78 %[27] (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[10]

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 %[27] (вместе c БН-600) против ~90 %
  • срок службы 40 лет против 60 лет

Стоимость строительства водо-водяных реакторов иностранного дизайна[28] в несколько раз превышает стоимость строительства БН-800[24], поэтому стоимость БН-800 в сравнении с ними является преимуществом.

См. также

Примечания

  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 России 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 Энергоблок на Белоярской АЭС выдал 100 % мощности на «топливе будущего» Архивная копия от 25 сентября 2022 на Wayback Machine // 1prime.ru, 23 Сентября 2022
  9. ↑ Впервые российская АЭС заработала на отработанном ядерном топливе - Информационный портал ЗАТО г. Железногорск. zato26.org. Дата обращения: 6 октября 2022. Архивировано 6 октября 2022 года.
  10. ↑ 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.
  11. ↑ АЭС с БН-800. http://atomicexpert-old.com (2011). Дата обращения: 18 июля 2018. Архивировано из оригинала 23 ноября 2018 года.
  12. ↑ 1 2 На БАЭС запускают крупнейший в мире реактор на быстрых нейтронах : Ядерным топливом его загрузят через несколько недель // E1. — 2013. — 25 декабря.
  13. ↑ Белоярская АЭС : начался выход БН-800 на минимальный уровень мощности. — Атоминфо, 2014. — 27 июня.
  14. ↑ Год ушёл, задачи остались : интервью : [арх. 27 апреля 2016] // Быстрый нейтрон : газ. — 2015. — № 1 (165)  (16 января). — С. 2. —  (недоступная ссылка).
  15. ↑ Белоярская АЭС : завершён этап физпуска реактора БН-800 : [арх. 24 сентября 2015] // Росэнергоатом. — 2015. — 5 августа.
  16. ↑ Первый пуск турбины прошёл на блоке с реактором БН-800 Белоярской АЭС : [арх. 8 декабря 2015] // РИА новости. — 2015. — 25 ноября.
  17. ↑ Воробьева Т. На Урале появился новый атомный источник электрической генерации : [арх. 11 декабря 2015] / Татьяна Воробьева // Российская Газета. — 2015. — 10 декабря.
  18. ↑ Запущен реактор БН-800. Mining24.ru (22 декабря 2015). Дата обращения: 23 февраля 2020. Архивировано 23 декабря 2015 года.
  19. ↑ Белоярская АЭС : энергоблок №4 выведен на номинальный уровень мощности. — Атоминфо, 2018. — 14 июня.
  20. ↑ Быстрый энергетический реактор БН-800. ippe.ru. Дата обращения: 8 июня 2022. Архивировано 18 мая 2022 года.
  21. ↑ Александ Уваров. Плутониевая история. www.atominfo.ru (13 ноября 2016). Дата обращения: 10 июня 2018. Архивировано 1 июня 2018 года.
  22. ↑ 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.
  23. ↑ 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.
  24. ↑ 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.
  25. ↑ 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.
  26. ↑ 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.
  27. ↑ 1 2 Годовой отчёт 2017 с. 53. rosenergoatom.ru (24 апреля 2018). Дата обращения: 12 августа 2018. Архивировано 12 августа 2018 года.
  28. ↑ Власти США вынудили акционеров АЭС «Вогтль» продолжить строительство. nuclearnews.io. Дата обращения: 7 апреля 2019. Архивировано из оригинала 30 октября 2018 года.

Литература

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