Типичная атомная электростанция (АЭС) занимает площадь с небольшой поселок. Прогулка по ее территории продлилась бы не менее трех часов. При этом сама станция «гулять» не может: постройки стоят на фундаменте, а «сердце» АЭС — ядерный реактор — спрятан за толстыми прочными стенами. Как сделать атомную электростанцию мобильной, да еще и уместить на грузовом судне? За ответом «Энергия+» обратилась к руководителю Курчатовского комплекса ядерных транспортных энергетических технологий Василию Устинову, одному из разработчиков «Елены-АМ» — самой маленькой создаваемой в мире АЭС.
Разработанная нами станция имеет форму цилиндра диаметром 30 метров и высотой 40 метров — как десятиэтажный дом. В багажник, как дизельный генератор, такая не поместится, однако рядом с классической атомной станцией наша — как пальчиковая батарейка рядом с автомобильным аккумулятором. Однако мощность «Елены-АМ» не такая уж и маленькая, а энергоемкости хватит более чем на 20 лет.
«Сердце» «Елены-АМ» устроено примерно так же, как и у полноразмерной атомной станции. Это ядерный реактор с активной зоной и система труб, по которым циркулирует теплоноситель — вода. В активной зоне реактора протекает контролируемая цепная реакция деления ядер урана, в результате которой выделяется огромное количество тепла. Его и поглощает вода, а затем выносит за пределы реактора.
В обычных АЭС тепло передается в парогенератор: в нем вода превращается в пар, он уходит на турбину и вращает ее. Турбина раскручивает генератор — так вырабатывается электроэнергия. В нашей станции нет многих узлов и конструкций обычной АЭС. Тепло из активной зоны направляется в термогенераторы и частично преобразуется в электричество, остальная часть идет в коммунальные сети на обогрев поселка.
Термогенератор — это два проводника из материалов с разной электрической проводимостью, соединенных последовательно в цепь. Когда стыки (спаи) проводников помещают в разные температуры, в цепи возникает электрический ток. Чем больше разница температур, тем больше создаваемое напряжение.
Тепловая мощность «Елены-АМ» — около 14 мегаватт: этого хватит для поддержания зимой тепла в поселке на несколько тысяч человек. Электрическая мощность мини-АЭС — до 400 киловатт (у обычной станции этот показатель превышает тысячи мегаватт).
Прямое преобразование позволило отказаться от части систем, например парогенераторов, турбин, генераторов, конденсаторов, насосов для перекачки теплоносителя. Мы считаем, что компактность, простота и надежность — главные достоинства нашей разработки.
На строительство, доставку, подключение и другие операции с «Еленой-АМ», по нашим подсчетам, нужно чуть более 20 миллиардов рублей, в то время как один только энергоблок «классической» АЭС может стоить почти более триллиона.
Компактность и относительная простота конструкции позволили сделать «атомную батарейку» практически автономной. Ей не нужен обслуживающий персонал: система спроектирована так, что после запуска может десятилетиями работать сама, без операторов. Конечно, на станции предусмотрены система автоматики и датчики контроля, телеметрия с которых будет передаваться в мониторинговый центр.
Раз в несколько лет на мини-АЭС должны будут приезжать инженеры-атомщики с проверкой — посмотреть, как материалы и системы ведут себя в условиях экстремального холода, проводить техническое обслуживание устройств автоматики и контроля.
Сейчас «Елена-АМ» на стадии технического проектирования — нужно обосновать и утвердить проектно-конструкторские решения, изготовить и испытать комплектующее оборудование. По планам первую мини-АЭС построят и введут в эксплуатацию до 2032 года.
Пока точно не известно, где именно, но в числе перспективных мест — поселок Тикси в Якутии. Там расположен самый северный порт России, есть прямой доступ к Севморпути — миниатюрную станцию можно доставить на судне. К тому же в Тикси «Елену-АМ» уже ждут: из-за сурового климата, частых буранов и морозов до минус 50 градусов в поселке случаются перебои с тепло- и электроснабжением. Рассматриваются и другие поселки — Кюсюр, Батогай.
Маленькой АЭС погода нипочем благодаря упрощенной конструкции: в ней меньше узлов, которые потенциально могут сломаться. Из-за меньшей мощности длина коммунальных сетей от нее до домов будет значительно меньше, чем от удаленных крупных атомных и тепловых электростанций.