Мощность и характеристики реактора ВВЭР 1200, принцип работы и перспективы

С 2018 года Россия обновляет технологии атомных станций. К преимуществам реактора ВВЭР-1200 относится большая мощность, длительное время работы без перегрузки и безопасность для окружающей среды в сравнении с предыдущей моделью. Один из таких реакторов установлен на Ленинградской АЭС. Также они производятся на экспорт. Особенность новых ядерных блоков — система безопасности, минимизирующая утечку радиации в случае аварии.

Отличительные черты ВВЭР-1200:

Реактор ВВЭР-1200 стоит дороже, чем его предшественник. Блок изготовлен из улучшенных материалов. Он слегка увеличился в размерах для удобства транспортировки по железной дороге.

Изменения претерпели внутренние элементы: шахта, датчики, блок защитных труб. Больше всего улучшений внесено в систему безопасности. Она состоит из герметичного ограждения, пассивных и активных систем, ловушки расплава.

Четыре блока вырабатывают достаточно энергии, чтобы обеспечить электричеством половину Ленинградской области. Ленинградская АЭС является самой продуктивной в северо-западной части России, а ВВЭР-1200 входит в число самых мощных реакторов в мире.

Впервые работа над атомным реактором началась в 1955 году. Проект возглавлял И. В. Курчатов. ВВЭР запускались и в других странах, составив основу мирной атомной энергетики.

За рубежом блоки ВВЭР называются PWR. Первым в мире заработал американский реактор на станции «Шиппенгпорт» в 1957 году. Советский ВВЭР-210 запустили спустя семь лет на первом энергоблоке Нововоронежской атомной электростанции. Третьей в мире станцией с реактором подобного типа была немецкая «Райнсберг».

В настоящее время два блока Нововоронежской АЭС заменены на ВВЭР-1200. Также два реактора установлены на Ленинградской станции, а в будущем ее полностью переоснастят. Чукотский город Певек питается энергией от плавучей станции с двумя ВВЭР мощностью 35 мегаватт каждый. Кроме того подобные блоки работают в Гродненской области Беларуси и на зарубежных АЭС:

Инновационную разработку не оставил без внимания главный стратегический партнер России Китай. Реакторы ВВЭР-1200 заказали для станций «Тяньвань» и «Сюдайпу».

Компания «Росатом» планирует открытие плавучих атомных станций по всей территории РФ. На них будут установлены новые блоки мощностью 50 мегаватт. Также плавучие АЭС в такой комплектации планируется экспортировать. Они производят более дешевую электроэнергию по сравнению с дизельными станциями, поэтому заинтересуют покупателей.

Блок ВВЭР-1200 состоит из двухконтурной паропроизводящей установки с реактором. В качестве замедлителя нейтронов и теплоносителя используется вода, поэтому он называется водо-водяным. Применение воды приносит двойную пользу: снижает затраты и обеспечивает стабильную реакцию деления ядер.

Чтобы водные молекулы не захватывали нейтроны, уран-235 сильнее обогащают изотопом. Температура в активной зоне превышает температуру кипения в 3 раза. Чтобы вода не закипала, ее напор повышается до давления в 160 атмосфер. Отработанная жидкость из активной зоны переходит в парогенератор и превращается в пар, который двигает турбину. Энергия турбины питает генератор, а он производит электричество.

Реактор ВВЭР-1200 дает больше мощности за счет повышения давления и температуры в первом контуре. Расход воды в активной зоне увеличивается, но ее температура на выходе повышается всего на 8 градусов. При этом давление пара на турбине увеличивается на 10 процентов, мощность — на 20 процентов, а КПД возрастает с 33 до 35 единиц.

Среднее обогащение урана-235 в нем — 4,85 процента, максимальное 4,95 процента. Размер тепловыделяющей сборки (ТВС) остался прежним, но количество урана увеличилось до 546 килограмм.

Мощность реактора ВВЭР-1200 достигает 1200 мегаватт, например, как на Ленинградской АЭС. Это на 20 процентов больше, чем вырабатывали предыдущие блоки ВВЭР-1000. При этом российский блок считается самым безопасным в мире. Риск радиоактивного выброса снижается благодаря следующим элементам конструкции:

Реактор ВВЭР-1200 собран с учетом лучших инженерных решений прошлого и современных требований к защите от природных катастроф. Например, на японской станции «Фукусима» были установлены реакторы мощностью 1000 мегаватт, в которых пар образуется не в отдельной части, а в активной зоне.

Из-за землетрясения отключилось питание в аварийной системе охлаждения. Плавление топлива в активной зоне вызвало взрыв водорода в трех реакторах. Результат — в воздух над островом Фукусима поднялось радиоактивное облако, объемом 20 процентов от чернобыльского.

В ВВЭР-1200 парогенератор отделен от активной зоны. При отключении питания реакция гасится водой с бором, которая затем поступает через парогенератор в теплообменники системы СПОТ. В воздух уходит не радиация, а избыточное тепло, и реактор остужается. Система называется САОЗ и срабатывает автоматически. При отсутствии парогенератора, как на «Фукусиме», погасить реакцию боросодержащей водой нельзя, так как в кипящем реакторе бор быстро испаряется.

Для сгорания избыточного водорода на ВВЭР-1200 установлена специальная емкость с катализатором. Система спринклеров снижает давление при повреждении первого контура и охлаждает пар, что в сочетании с герметичной оболочкой удержит содержимое реактора внутри при его разрыве.

Еще одна проблема при авариях — расплавленное топливо. Его удерживание и охлаждение внутри реактора не всегда надежное решение, особенно при мощности свыше 1 гигаватт. В ВВЭР-1200 топливо выводится в ловушку расплава — «поддон» под реактором, заполненный оксидами железа и алюминия.

Технологии мирного атома продолжают совершенствоваться. На базе ВВЭР-1200 разработаны несколько более мощных блоков. Для Курской и Смоленской атомных станций изготовлены ВВЭР-ТОИ мощностью 1255 мегаватт. Проект новых энергоблоков создан по европейским требованиям и стандартам безопасности МАГАТЭ.

ВВЭР-ТОИ способен выдержать землетрясение в 9 баллов, автономно работать при одновременном отключении электропитания и разрыве первого контура, не причиняя вред окружающей среде.

Проект ВВЭР-ТОИ включает базу данных о конструкции, создании, использовании и выведении блока из эксплуатации. Такая «инструкция» поможет следующим поколениям инженеров и избавит их от необходимости изобретать реактор заново.

Еще одна модификация ВВЭР-С отличается спектральным регулированием потока нейтронов, что повышает частоту их столкновения с ядрами урана. В результате повышается эффективность реактора, а расход топлива снижается на 30 процентов. К тому же ВВЭР-С сможет работать на переработанном топливе.

После окончания срока эксплуатации реакторы ВВЭР-1200 и их модификации не будут консервировать. Отработавшие блоки планируется остужать и перерабатывать. Эту миссию готовы выполнить Железногорский горно-химический комбинат и ПО «Маяк» в Челябинской области.

Технические параметры блока:

Технология ВВЭР пришла на смену графитовым стержням. Топливо для реакторов выглядит как таблетка диаметром 7,9 миллиметра и высотой 12 миллиметров. Для каждого тепловыводящего элемента требуется 350 топливных таблеток.

Российские энергоблоки относятся к передовым ядерным технологиям, поэтому востребованы в мире, несмотря на санкции. Толчком к развитию и распространению водо-водяных реакторов на отечественных просторах стала Чернобыльская катастрофа.