ПЛОЩАДКА №3. Воспоминания и размышления о проекте ВВЭР-640
Дата: 16/07/2012
Тема: Атомная наука


17 июля – 50 лет со дня основания Научно-исследовательского технологического института им. А.П. Александрова (НИТИ)

Николай Кудряков 

О существовании такого проекта - ВВЭР-640 - я узнал в октябре 1994 года. Заметка в газете «Известия»,  прочитанная в городской библиотеке города Десногорска, взволновала настолько, что договариваться о трудоустройстве в город Сосновый Бор я собрался в течение двух дней.



Восхитило именно то, что этот энергоблок должен был сооружаться в Сосновом Бору, в НИТИ – Научно-исследовательском технологическом институте, в составе невиданной доселе организационной структуры – Северо-западного Научно-промышленного центра атомной энергетики. Было сказано, что это будет комплекс для сопровождения эксплуатации атомных станций новой серии; комплекс, имеющий в своем составе, кроме головного энергоблока, экспериментальные стенды, и – самое для меня интересное и волнительное – так называемый учебно-тренажерный комплекс (УТК), где, наряду с подготовкой персонала для станций новой серии будет развернуто серийное изготовление тренажеров. Перспектива создания такого центра выглядела как прорыв.

Что создание подобного комплекса давно назрело – было очевидно. И было очевидно, что ни один другой институт отрасли, кроме НИТИ, основой подобного центра быть не может. Всережимная отработка ядерных энергетических установок на полномасштабных стендах-прототипах, исследования по всему спектру задач – ядерная физика, теплогидравлика, радиохимия, материаловедение, автоматика, сопровождение натурных испытаний вычислительным экспериментом, создание и применение тренажеров для отработки эксплуатационных режимов – вот чем был славен НИТИ. Ни одной другой подобной фирмы в атомной отрасли не было, а именно подобное сочетание могло и должно было вывести гражданскую энергетику на новые рубежи.

Для всякого, кто не соглашался с бессовестными попытками свалить вину за Чернобыльскую аварию на оперативный персонал; кто понимал, что фундаментальной причиной аварии было отсутствие в гражданской энергетике должной системы обоснования проектов и их научного сопровождения – было понятно, что подлинное преодоление Чернобыля лежит в первую очередь в организационном оформлении такой системы. Всякому, кто хотя бы приблизительно знал, кто чем занимается в отрасли, было известно, что создавать такую систему с нуля нет необходимости, что такая система отработки и сопровождения проектов существовала в «специальной» энергетике, в «ящиках», которые занимались реакторами для флота. Как это ни парадоксально, но именно трагедии на море неоднократно подтверждали правильность проектных решений, заложенных в корабельные установки, подтверждали правильность методов их отработки. Гибель «Курска» - это взрыв, пожар, затопление, удар о каменистое дно Баренцева моря, практически мгновенная гибель большей части экипажа, потеря управления, потеря электроснабжения – а реакторы остановлены и переведены в режим длительного расхолаживания.

Всякому, кто хоть как-то соприкасался с флотом, было понятно, что нужно выводить этот опыт, эту культуру и эту традицию за рамки флотской тематики - в гражданскую энергетику.

НИТИ был не единственной фирмой, которая занималась корабельной энергетикой, но подлинное понимание ценности этого опыта обнаружилось именно здесь, и предложение создать центр по отработке и сопровождению АЭС нового поколения родилось именно здесь.



Анатолий Петрович АЛЕКСАНДРОВ – создатель советского атомного флота, Президент академии наук СССР, директор Института атомной энергии им. И.В. Курчатова. После Чернобыля он ушел со всех постов, приняв на себя моральную ответственность за случившееся. Но главное, в чем Анатолий Петрович мог бы себя упрекнуть – это что система и культура отработки корабельных энергоустановок не была востребована в гражданской энергетике.

*   *   *

Проект, отрабатывать и сопровождать который предполагалось в создаваемом центре, назывался так: "Атомная станция нового поколения с реакторной установкой средней мощности ВВЭР-640". Начинало работу над проектом ЛОАЭП - Ленинградское отделение Всесоюзного государственного научно-исследовательского, проектно-конструкторского и изыскательского института "Атомэнергопроект". Завершил работу в другой стране и в другую эпоху Санкт-Петербургский «Атомэнергопроект».

Если бы традиция обозначать проекты атомных станции годом начала или завершения проектирования существовала уже тогда, то справедливо было бы назвать этот проект «АЭС-88».

Начало работы над проектом – 1988 год, год принятия новых «Общих положений обеспечения безопасности атомных станций», ОПБ-88. Обозначить  АЭС с ВВЭР-640 как «АЭС-88» было бы справедливо именно потому, что в этом проекте была впервые поставлена и впервые решена задача создания атомной электростанции, отвечавшей послечернобыльским критериям безопасности.

Принципиально новой нормой стало требование оценки вероятности тяжелого повреждения активной зоны – 10-5 на реактор в год, и стремление вписаться в эту норму и определило содержание поисков. Существенным условием этих поисков была установка на использование освоенных промышленностью материалов и оборудования – поэтому все новации должны были носить схемный характер. За основу был взят хорошо освоенный ВВЭР-1000; размеры, компоновка, конструкция самого реактора – все практически один к одному. Системы безопасности предстояло создать принципиально новые. Как рассказывал один из инициаторов этой разработки, Владимир Викторович Безлепкин[1] – самым естественным способом обеспечить нормативную величину вероятности плавления активной зоны они видели в применении систем безопасности, действующих по пассивному принципу.

Если реактивностная авария исключена в принципе, то на первое место по значимости выступает задача послеаварийного расхолаживания. В организации расхолаживания решающее значение имеет создание циркуляции теплоносителя, а слабым звеном в организации циркуляции теплоносителя является электроснабжение. Обеспечение послеаварийного расхолаживания в условиях полного обесточения стало основной задачей и основным результатом проектирования. 

Сравнительно несложным и само собой напрашивающимся выглядело решение по расхолаживанию при неповрежденном реакторном контуре. Как отводится тепло от такого реактора? Через парогенератор, испарением котловой воды. Отвод пара из парогенератора - это и есть отвод тепла от реактора. Значит, необходима схема, в которой поток пара, уносящий тепловую мощность, конденсируется и возвращается в парогенератор в виде водяной подпитки без участия конденсатных и питательных насосов. Так родилась идея СПОТ ПГ – системы пассивного отвода тепла через парогенераторы. СПОТ ПГ – это трубопроводы, отводящие пар, это теплообменники-конденсаторы, это баки аварийного отвода тепла – БАОТ – с запасом воды, в которых размещены теплообменники, это трубы, по которым конденсат сливается в парогенераторы, наконец, это самодействующая арматура, которая приводит систему в действие при повышении давления в пара. Тепло из баков отводится испарением воды в атмосферу. Запас воды рассчитан на трое суток. Поскольку баки расположены снаружи, то запас воды можно пополнять хотя бы из пожарной машины. В принципе все выглядит естественно, просто и красиво. Но, как требовал еще Курчатов, «прибор должен работать не в принципе, а в кожухе». Какой перепад высот должен быть между активной зоной и парогенераторами? Какой перепад высот должен быть между парогенераторами и внешними баками? Какой должна быть поверхность теплообмена? Какими должны быть сечения и длины трубопроводов? В этой схеме – три контура и три задачи нестационарного конвективного теплообмена с естественной циркуляцией: в активной зоне, в парогенераторах, в теплообменниках. Чтобы все это работало не в принципе, а в железе, нужно обоснование – эксперименты и расчет. Задача по расчетному и экспериментальному обоснованию такого режима возникла впервые. 

Но пока речь идет об отводе тепла из неповрежденного реакторного контура. И схема такого отвода тепла – через парогенератор - выглядит едва ли ни единственно возможной. Содержание этой задачи – обоснование и оптимизация количественных характеристик этой единственно возможной схемы.

Спроектировать пассивное расхолаживание для случая, когда к обесточению добавляется потеря теплоносителя – вот здесь никакая очевидная схема не просматривается, здесь никакого единственно возможного решения нет, вот здесь нужна фантазия, эрудиция, смелость мысли.

Было решено лечить подобное подобным. Дополнительно к аварийному повреждению главного циркуляционного контура - ГЦК, которое может произойти в любом месте, организуется принудительную разгерметизацию контура во вполне определенных точках – с тем, чтобы соединить в совокупность сообщающихся сосудов внутренний объем реактора, бетонную шахту с прилегающими боксами и  бассейн выдержки топлива – с таким установившимся уровнем воды, что активная зона гарантированно оказывается под этим уровнем, а трубопроводы ГЦК - заполненными. Этот запас воды в специально предусмотренных баках, действующих за счет гидростатического напора – принципиально новый элемент схемы. Для организованной разгерметизации предусматривается шесть линий с самодействующими арматурными блоками: две линии соединяют с топливным бассейном две из четырех горячие нитки ГЦК, еще две линии соединяют с бассейном две из четырех холодных нитки ГЦК, еще две линии соединяют топливный бассейн шахтой реактора.

Как и в традиционных проектах,  в начале аварии происходит выброс теплоносителя, давление в реакторе падает и в активную зону подается вода из гидробаллонав САОЗ. Но если в дочернобыльских проектах после гидробаллонов в действие вступают электроприводные насосы, забирающие из приямков вытекающую воду и подающие её вновь в реактор, то в первом в мире послечернобыльском проекте, доведенном до лицензированной площадки – проекте ВВЭР-640 - создается такой, с позволения сказать, приямок, в который погружена и  активная зона, и большая часть реактора с верхними трубопроводами. Начинается заполнение водой шахты реактора и примыкающих к ней боксов - формирование так называемого аварийного бассейна. Баки с запасом воды, поднятые над реакторной установкой – это принципиально новый элемент, позволяющий осуществить принципиально новую технологию. Но чтобы вода пошла в аварийный реактор, под действием гидростатического напора, давление в контайнменте нужно дополнительно повысить, а давление в реакторе – дополнительно понизить. Для выравнивания давлений в гермозоне и в реакторе горячий теплоноситель из реактора подается в топливный бассейн, и тогда в реактор начинается подача воды из гидростатических баков. Через разрыв ГЦК реактор гидравлически связан с аварийным бассейном, через арматурные блоки ГЦК – с топливным бассейном. Топливный бассейн через свои арматурные блоки гидравлически связан с шахтой, т.е. с аварийным бассейном.

Установившаяся схема циркуляции зависит от того, на каком трубопроводе – холодном или горячем - произошел разрыв. При разрыве холодного трубопровода нагретая вода из реактора через обе горячие нитки выталкивается в топливный бассейн, где охлаждается за счет испарения. Если разрыв произошел на одной из двух холодных ниток, имеющей соединение с топливным бассейном, то охлажденная вода из топливного бассейна в реактор поступает по одной, неповрежденной нитке. Если разрыв произошел на одной из двух холодных ниток, соединения с топливным бассейном не имеющих, то вода в реактор поступает по двум ниткам. В обоих случаях вода поступает в реактор из аварийного бассейна через повреждение холодной нитки ГЦК.

Если произошел разрыв горячей нитки, то охлажденная вода из топливного бассейна поступает в реактор через обе холодные нитки. Если повреждена одна из двух горячих ниток, не имеющих соединения с топливным бассейном, то нагретая вода из реактора выталкивается в топливный бассейн через обе горячие нитки. Если повреждена одна из двух горячих ниток, имеющих соединение с топливным бассейном, то в топливный бассейн вода выталкивается через одну - неповрежденную- нитку. В обоих случаях вода через поврежденную горячую нитку выталкивается в аварийный бассейн, и отвод тепла испарением осуществляется как из топливного, так и из аварийного бассейна.

Устойчивое и продолжительное охлаждение бассейнов испарением возможно только если организован отвод тепла из подкупольного пространства за пределы защитной оболочки. Для этого предложена еще одна система пассивного отвода тепла – система отвода тепла от гермооболочки, СПОТ ГО.

На внешней поверхности гермооболочки по всей длине окружности смонтированы теплообменники — короба, заполненных водой, а сама гермооболочка сделана стальной – т.е. теплопроводящей. Вода в коробах, нагреваясь через стенку металлической оболочки, вытесняется вверх – в баки аварийного отвода тепла. Как и в случае с работой СПОТ ПГ, вода в баках охлаждается, испаряясь в атмосферу. Охлажденная вода стекает в теплообменные короба.

Благодаря охлаждению оболочки снаружи, пар в гермозоне конденсируется на её внутренней поверхности; конденсат стекает на пол и натекает в аварийный бассейн.

Завершающим элементом бассейновой схемы отвода тепла стал контур охлаждения подреакторного пространства. Даже если верхнюю и нижнюю части шахты не разделять герметичным сильфоном, гидравлическая связь между ними затруднена местным сопротивлением - опорной фермой и опорным кольцом, и в районе днища и активной зоны образуется застойная зона. Для ликвидации застойной зоны в обход опорной фермы, под палубу парогенераторного бокса вертикально вниз запроектированы два трубопровода. С поворотом на 90 градусов они горизонтально выходят в шахту: один — над активной зоной, второй — в районе днища. Через первый трубопровод вода, нагретая корпусом реактора, выталкивается в парогенераторный бокс, в основной объем аварийного бассейна. Через второй — вода аварийного бассейна поступает к днищу реактора.

Этот дополнительный контур циркуляции, созданный для гидравлической разгрузки подреакторного пространства, оказался главным элементом в технологии победы над «китайским синдромом».

*   *   *

В июне 2011 года в петербургском «Атомпрофе» состоялся российско-вьетнамский семинар по АЭС-2006. Я, в частности, сказал, что на ЛАЭС-2 предусматривается уже третья по счету версия ловушки расплава. Один из вьетнамских коллег спросил, почему третья. Потому, ответил я, что со времен ВВЭР-640 работы по совершенствованию схемы охлаждения, конструкции и материалов ловушки не прекращались. «А, господин Грановский» - понимающе протянул мой собеседник. Я обомлел. Владимир Семенович Грановский — работник НИТИ, сотрудник теплофизического отдела. Оказывается, имена теплофизиков НИТИ - участников создания системы локализации расплава, широко известны во Вьетнаме.

В проекте ВВЭР-640 впервые была поставлена и впервые решена задача удержания в пределах защитных барьеров расплава активной зоны. Вероятность тяжелого повреждения активной зоны — вплоть до полного расплавления — нулю не равна. Что делать с расплавом, если он вероятностью менее одного случая в сто тысяч лет все-же образовался?

В дочернобыльскую эпоху ответа на этот вопрос не было. В послечернобыльских проектах как обязательный элемент появляется «ловушка» - устройство локализации расплава, УЛР. Впервые в мире «в железе» ловушка была реализована на сооруженной по петербургскому проекту Тяньванской АЭС. Первым в мире законченным проектом АЭС с ловушкой был ВВЭР-640.

Но ВВЭР-640 был не только первым в мире законченным проектом, предусматривающим ловушку. ВВЭР-640 был первым в мире проектом, в котором была предусмотрена и обоснована возможность удержания расплава в корпусе реактора. В проекте ВВЭР-640 ловушка оказывалась избыточным, консервативным элементом. Ключевым решением в удержании расплава явилась организация внешнего охлаждения корпуса — и тем самым, предотвращение его нагрева до температуры плавления. 640 мегаватт – это электрическая мощность энергоблока, которому соответствует такая тепловая мощность остаточных тепловыделений, при которой можно удержать расплав, охлаждая корпус естественной циркуляцией. Система гидравлической разгрузки подреакторного пространства в этом случае играла первоочередную роль.

Если спасти корпус не удалось и расплав вышел через днище, то этот гидравлический контур продолжает работать, отводя тепло от ловушки.

И ловушкой, и внешним охлаждением корпуса и занимался в том числе и господин Грановский. И услышав его фамилию от вьетнамских коллег, я — хотя и не сказав об этом вслух — окончательно согласился с не помню где, когда и от кого услышанным суждением, что теплофизический отдел НИТИ — это научная школа, а руководитель отдела - Юрий Андреевич Мигров — это специалист мирового уровня (См.: Юрий Мигров. 40 лет в науке // «Маяк», 14.07.2012. http://mayak.sbor.net/node/20426)

Кстати своим учителем Юрий Мигров считает Владимира Бенциановича Хабенского. В. Хабенский – это действительно человек, сделавших НИТИ одной из ведущих научных организаций в области и корабельной, и станционной теплофизики. Именно он был инициатором темы тяжелых аварий в НИТИ. Он занимался и ловушкой, и внешним охлаждением корпуса, и всей уникальной схемой расхолаживания, и анализом тяжелой аварии в целом – он расставил приоритеты, выстроил логику исследовательских задач, сформировал кооперацию специалистов, подразделений и предприятий.[2]



Владимир Бенцианович ХАБЕНСКИЙ, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник НИТИ, научный руководитель Научно-промышленного центра атомной энергетики в составе НИТИ.

Всё, сделанное в НИТИ в рамках проекта ВВЭР-640 — это достижение мирового уровня. Именно специалисты НИТИ осуществили серию опытов по физике и химии расплава ядерного топлива, по его взаимодействию с конструкционными материалами. Именно в НИТИ работал стенд, на котором поведение кориума воспроизводилось и исследовалось «живьем». Только на основе этих знаний можно было создать технологии удержания расплава. Создание следующего, более мощного стенда как раз и предполагалось в рамках Научно-промышленного центра атомной энергетики.

Говоря о других предприятиях-участниках создания ловушки, в первую очередь необходимо назвать ЛЭТИ. На электротехнологической кафедре ЛЭТИ, под руководством Дмитрия Борисовича Ло´пуха, и была создана примененная в НИТИ технология эксперимента, технология получения расплава ядерного топлива сверхвысокочастотным индукционным нагревом. О ЛЭТИ я считаю необходимым  сказать потому, что хочу напомнить: вузовская наука и высшее образование в целом только тогда чего-нибудь стоят, когда вузы участвуют в больших и серьезных проектах.

*   *   *

Был создан проект энергоблока с невиданными тогда и непревзойденными по сию пору характеристиками безопасности; энергоблока, для которого разрыв главного циркуляционного трубопровода в сочетании с полным обесточением и максимальным расчетным землетрясением был проектной аварией. Первый в мире доведенный до лицензированной площадки послечернобыльский проект уже тогда оказался проектом постфукусимским. В этом проекте впервые наряду с локализацией парогазового выброса была решена задача локализации расплава активной зоны. При запроектной аварии не требовалась эвакуация населения; а радиус санитарно-защитной зона съеживался до полутора километров – то есть почти до размеров промплощадки.

Результатом работы над проектом стало создания мощного инструментария для анализа и обоснования технических решений – нового поколения расчетных кодов, впервые в комплексе воспроизводивших внутри- и внереакторный тепломассообмен, и превзошедших по диапазону изменения параметров, по объему и подробности расчетов все, что было сделано за предшествующие годы, включая код RELAP5.

В рамках проекта ВВЭР-640 были созданы, в частности, коды: SPOT – пассивный отвод тепла через парогенераторы (СПбАЭП, ЦКТИ); SPAS – пассивный отвод тепла от гермооболочки (СПбАЭП, ЦКТИ); КУПОЛ-М – циркуляция в атмосфере контайнмента (ФЭИ, Обнинск); PARNAS – контур циркуляции через аварийный и топливный бассейны (НИТИ, Сосновый Бор).

Одни из этих кодов уже тогда оказались унифицированными и пригодными для использования в других проектах – это прежде всего КУПОЛ.

Другие – как PARNAS – были привязаны к уникальной компоновке систем безопасности ВВЭР-640.  Но и специализированные коды  обязательно содержат в себе унифицированные и переносимые компоненты. А самое главное, если специализированные коды решают новые задачи, то результатом работы над этими кодами являются методика и дисциплина их разработки.

Результатом любой настоящей работы становится развитие ума и души, развитие и поддержание таланта, поддержание и формирование любви к творческому труду. Пять лет тому назад, в октябре 2007 года, в Обнинске, мне довелось общаться с Юрием Сергеевичем Юрьевым – человеком, когда-то учившим меня, студента Обнинского филиала МИФИ, тепловому расчету реакторов. Оказалось, что оба мы, в разных местах и в разном качестве, были причастны к ВВЭР-640. Я – как работник дирекции строящейся АЭС, он – как участник создания кода КУПОЛ-М. Юрий Сергеевич заговорил – нет, не о коде, а о счастье настоящей инженерной и научной работы, о том, что если бы «шестьсот сороковой» был доведен до пуска, до серии, то это дало бы стране и отрасли целое поколение настоящих специалистов, позволило бы если не преодолеть, то по крайней мере смягчить разрыв поколений в науке.


Юрий Сергеевич ЮРЬЕВ, ветеран ФЭИ, участник создания космического реактора «Топаз», доктор технических наук, профессор, учитель и просветитель, один из авторов ставшего классическим справочника по реакторной теплогидравлике, участник создания кодов серии КУПОЛ.

Масштаб и содержание задач, возникших при расчетном обосновании ВВЭР-640; методика и дисциплина разработки и применения созданных при этом кодов стали фундаментом для работы над новыми кодами, образовавших целую систему. Появились новые версии кода КУПОЛ (-3D), появились коды СОКРАТ и ГЕФЕСТ (теплофизика внутри – и внекорпусной стадий тяжелой аварии).

Отраслевым кодом Росатома стал разработанный в НИТИ код КОРСАР. КОРСАР защищен патентом, снабжен товарным знаком, в 2003 году аттестован в Госатомнадзоре в качестве средства анализа теплогидравлики и обоснования проетных решений реакторов ВВЭР, взят на вооружение ОКБ «Гидропресс» - предприятием-Главным конструктором реакторов ВВЭР.


Юрий Андреевич МИГРОВ, доктор технических наук, начальник отдела теплофизики НИТИ, руководитель работ по расчетному обоснованию бассейнового расхолаживания реактора ВВЭР-640 и по созданию кодов PARNAS и КОРСАР.

Своеобразным результатом работы над «шестьсот сороковым» стало понимание того, что возможности экспериментальной базы к концу 80-х годов оказались исчерпанными и в стране, и в мире.

Расчетных кодов было использовано семь. А стендов только для одной задачи – для воспроизведения циркуляции паровоздушной смеси в подкупольном пространстве контайнмента понадобилось ПЯТЬ – в трех институтах в двух городах.

Наддув гермообъема при залповом вбросе горячего теплоносителя воспроизводился в ЦКТИ, конвекция паровоздушной смеси и объемная конденсация пара – в так называемой аэрозольной камере Института экспериментальной метеорологии (НПО «Тайфун»), а поверхностная конденсация – в ФЭИ.

А для изучения задачи в целом и для верификации всех семи кодов было задействовано ДЕСЯТЬ стендов. Еще один – для моделирования теплосъема в реакторном контуре, два – для циркуляции через аварийный и топливный бассейны, и еще два – для пассивного отвода тепла от парогенераторов и гермооболочки.


Аэрозольная камера НПО «Тайфун», предназначенная для моделирования атмосферных явлений, оказалась одним из стендов по исследованию тепломассобмена в контайнменте АЭС нового поколения.

Обнинск, НПО «Тайфун». Башня аэрозольной камеры.

Ни один из наличных стендов не воспроизводил все интересующие эффекты и во всем диапазоне изменения параметров. Все они были рассчитаны на разное избыточное давление, все они имели разные объемы и линейные размеры. Все они создавались в разное время сообразно возникавшим задачам. а такая исследовательская задача – создать проект АЭС, безопасность которой обеспечивается при потере и управления, и электроснабжения - была поставлена впервые. Десять стендов для отработки одного режима – режима послеаварийного отвода остаточного тепла в условиях обесточения – это проблемы и при планировании экспериментов, и при интерпретации результатов. На просвещенном Западе подобную задачу пришлось бы решать так же – воспроизводить разные этапы режима и разные эффекты на разных стендах в разных городах, а потом «сшивать» результаты.

Что и в стране, и в мире возможности экспериментальной базы реакторной теплофизики практически исчерпаны, было понятно с самого начала работы над проектом. Уже в 1989 году возникает идея создания интегрального теплофизического стенда, в котором воспроизводилась бы вся цепочка явлений, все контуры циркуляции и все эффекты; стенда, в котором воспроизводилась бы и модель реакторной установки, и шахта, и топливный бассейн, и гермооболочка, и системы безопасности. Стенд должен был воспроизводить здание реактора в целом, с архитектурной и технологической начинкой.

Соображения по облику стенда сложились очень быстро. Родилось и название – КМС, крупномасштабный моделирующий стенд. Словом «крупномасштабный» подчеркнули, что возможности эксперимента решающим образом зависит от масштаба моделирования: на малой установке исчезают характерные эффекты, а изучаемый режим – безнапорное движение, естественная циркуляция – отличался именно тонкими явлениями, потерять которые не хотелось. Объёмно-мощностной масштаб нового стенда был задуман как 1:27. От крупнейшего в Европе французского стенда «Бетси» (BETHSY) с масштабом 1:100 - отличие почти в четыре раза.

Техническое задание на стенд разработал НИТИ, проект стенда выпустил СПбАЭП. Разумеется, проект создавался в кооперации с фирмами, которые выполняли исследования на фрагментарных стендах: ФЭИ, Курчатовский институт, ЦКТИ, НИТИ. Любую из этих фирм можно было выбрать в качестве площадки для размещения стенда. Выбор пал на Сосновый Бор, на НИТИ. 

*   *   *

Начало работ по размещению в НИТИ крупнейшего в Европе и в мире исследовательского теплофизического стенда самым естественным образом и практически мгновенно порождает следующую идею: создание не одного, а комплекса стендов; и не только стендов, а научного центра по отработке проекта в целом и по сопровождению и оптимизации последующей эксплуатации; центра имеющего в своем составе и головной энергоблок новой серии. 

А что? Крупнейший в Европе стенд «Бетси», который собрались превзойти в Сосновом Бору, существует  в составе крупнейшего в Европе ядерного исследовательского центра в Гренобле. Там, в альпийской долине, на берегу реки Изер, в единой организационной структуре работают и ядерный реактор, и ускоритель, и теплофизический стенд, и лаборатории, и технический университет.




Гренобль. Французский Национальный научно-исследовательский центр, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS. Хорошо различается кольцо европейского синхротрона. Левее – здание высокопоточного исследовательского реактора.




Достопримечательность ядерного исследовательского центра в Гренобле: лучший в Европе теплофизический стенд «BETHSY» - модель реакторной установки PWR с тремя вертикальными парогенераторами, объемно-мощностой масштаб 1:100.

Ссылки на опыт Гренобля,  Айдахо и других всемирно значимых ядерных центров настойчиво повторяются в первых статьях и аналитических записках – планку для себя ставили самую высокую,  

Впрочем, в стране был собственный опыт сооружения атомных станций в составе ядерных исследовательских центров. Первая в мире АЭС была сооружена на площадке исследовательского центра - ФЭИ, почему бы первую в мире послечернобыльскую АЭС не возвести на площадке другого исследовательского центра - НИТИ?

Идею создания центра по комплексной отработке АЭС нового поколения оценит и решительно поддержит первый в постсоветской России Министр по атомной энергии, Виктор Никитович Михайлов – человек, который 9 лет провел на полигонах и очень хорошо понимавший, что такое научное обоснование безопасности; человек с поистине государственным мышлением. Оценит, поддержит, добъется решения Правительства.

● Хроника
13.02. 1991 г. – решением Научно-технического совета (НТС) НИТИ одобрена концепция Научно-промышленного центра атомной энергетики – НПЦ АЭ.

17.09.1992 г. - распоряжением Правительства РФ в составе НИТИ образован Северо-западный научно-промышленный центр атомной энергетики (СЗ НПЦ АЭ) с головным энергоблоком ВВЭР-640.

07.04.1993 г. - приказом Министра РФ по атомной энергии НИТИ назначен эксплуатирующей организацией энергоблока ВВЭР-640.

29.12.1994 – Министром РФ по атомной энергии подписан «Протокол утверждения технико-экономического обоснования строительства Научно-промышленного центра атомной энергетики в г. Сосновый Бор Ленинградской области»


Виктор Никитович МИХАЙЛОВ (1934-2011), советский и российский ученый, государственный деятель. Лауреат Ленинской и Государственных премий СССР и Российской Федерации. Академик РАН, доктор технических наук, профессор. Министр РФ по атомной энергии в 1992-1998 гг.


● Хрестоматия
«После Чернобыльской аварии важнейшей задачей атомщиков России является возвращение доверия населения к атомной энергетике. А это значит – предложить как аргумент в развитии атомной энергетики такой энергоблок, который по уровню безопасности превосходил бы существующие.
Решение этой задачи видится в создании системы научного и технического обоснования безопасности новых АЭС и их сопровождения на всем жизненном цикле
<…>
… изложенное выше определяет концепцию центра безопасности атомной энергетики, состав которого, обеспечивающий решение поставленных задач, может быть следующим:
- опытно-промышленный головной энергоблок из проектируемой серии реакторов нового поколения;
- крупномасштабный теплофизический стенд, включающий в себя модель реакторной установки с имитаторами твэлов и контайнмент;
- стенд (или стенды) для исследования тяжелых аварий, связанных с расплавлением топлива и проблемой исключения выхода в окружающую среду радиоактивных продуктов;
- учебно-тренажерный комплекс;
- центр анализа аварийных ситуаций, поддержки оператора и управления аварией;
- центр работы с общественностью.
<…>
Предложенная концепция центра безопасности в настоящее время реализуется Научно-исследовательским технологическим институтом (г. Сосновый Бор Ленинградской обл.) в проекте создания АЭС нового поколения с реактором ВВЭР-640… Его основная цель – создание конкурентоспособной на мировом энергетическом рынке новой АЭС для реализации программы развития атомной энергетики России в начале XXI века».[3]


*   *   *

Проектом XXI века «шестьсот сороковой» мог стать прежде всего потому, что это был проект энергоблока средней мощности. А именно энергоблоки малой и средней установленной мощности радикально расширяют географию атомной энергетики.

Основная область расширения атомной энергетики – это те страны и регионы, где нет или почти нет никакой энергетики вовсе, или где другая энергетика, кроме атомной, практически невозможна. А если в регионе других генерирующих мощностей нет или их мало, если энергосистемы слабые, если график энергопотребления существенно неравномерный – то блокам большой единичной мощности здесь делать нечего ( http://www.istmat.ru/index.php?menu=4&id=26&id_=0 )
.  

Единичная мощность блока должна быть соразмерна с мощностью системы, большая единичная мощность – это большой аварийный и ремонтный резерв, это проблемы с устойчивостью системы. Типичный регион, где по системным соображениям невыгодны блоки - миллионники - это Заполярье вообще и Мурманская область в частности. По поводу замещающих мощностей на Кольской АЭС был выполнен технико-экономический анализ, и система с двумя ВВЭР-1000 оказалась хуже, чем с тремя ВВЭР -640.

ВВЭР -640 – это наш Север и Дальний Восток. Под ВВЭР -640 были написаны обоснования на сооружение трехблочной Кольской АЭС-2 и новой четырехблочной Дальневосточной АЭС в районе Комсомольска-на Амуре. ВВЭР -640 – это замещение мощностей на наших станциях с ВВЭР -440 в ближнем и дальнем зарубежье – в Армении, в Болгарии, в Венгрии,  это планы второй очереди Бушера.

И, как говорится, далее – везде. Консультации с целым рядом стран выявили, что перспективы «шестьсот сорокового» за пределами России – это серия от тридцати до сорока единиц.

В Казахстане прошли не только консультации, для Казахстане было выпущено ТЭО на АЭС с ВВЭР - 640 в районе Балхаша. (см. http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=580 ;  http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=574 )

В XXI век Россия могла войти с линейкой мощностей, но головной блок в серии она должна была построить у себя – в Сосновом Бору.

*   *   *
Размещение первой после Чернобыля атомной станции – это решение политическое. И то, как подошли к подготовке этого решения, выглядит фантастикой, но именно тогда это и было возможно. И принципиальное решение о размещении АЭС в Сосновом Бору, и начало всех процедур и мероприятий относится к короткому периоду между  избранием первых подлинно демократических Советов в 1989 году и их ликвидацией в 1993-м, в период подлинной гражданской активности, в период, когда от людей реально зависело очень многое.

Конкретной формой разъяснительно-просветительской работы по новому проекту было решено сделать ни много ни мало Международный  конкурс проектов атомных станций. Идея эта родилась также в НИТИ, но не просто у работников НИТИ, а у работников НИТИ, облеченных доверием народа и статусом депутатов Сосновоборского городского Совета. Постоянную депутатскую комиссию горсовета по энергетике в качестве неосвобожденного председателя возглавлял Виталий Константинович Засуха. В 1992-1993 годах Председателем Совета был Юрий Николаевич Анискевич.


Юрий Николаевич АНИСКЕВИЧ, председатель Сосновоборского городского Совета народных депутатов в 1992-1993 гг., один из инициаторов создания и первый заместитель директора Научно-промышленного центра атомной энергетики в составе НИТИ, кандидат технических наук, в настоящее время – ученый секретарь НИТИ.

Инициатива проведения конкурса была оформлена протоколом совещания городского Совета. Что строительство первого после Чернобыля атомного энергоблока – дело политическое, что атомная энергетика вообще должна быть предметом публичной государственной политики, сосновоборские депутаты подтвердили тем, что обратились в Ленинградский городской и областной Советы. Конечно, помогло атомное ведомство. Москва выделила необходимые деньги, выдела помещение (конкурс пройдет 18-22 мая 1992 года в здании Санкт-Петербургского регионального образовательного центра Минатома на Аэродромной улице), конкурсное жюри возглавит авторитетнейший в отрасли человек – Виктор Алексеевич Сидоренко.

Вся подготовительная работа была сделана самыми заинтересованными людьми в Сосновом Бору. По всеобщему признанию, выдающуюся роль в подготовке конкурса  сыграл Артур Генрихович Петров – инспектор Госатомнадзора на Ленинградской АЭС и член депутатской комиссии по энергетике. Он возглавил оргкомитет конкурса, во многом благодаря ему удалось выйти на тогдашнего  - последнего советского – атомного министра Виталия Федоровича Коновалова.

Само мероприятие называлось "Международный конкурс на лучшее предложение по строительству безопасных экологически чистых энергетических блоков электрических станций"  

Как отмечалось в Положении о конкурсе, "целью конкурса является выбор предложений для последующего решения компетентными органами решения о строительстве наиболее безопасных и технически реализуемых источников электроэнергии при реализации долгосрочной региональной энергетической программы..."

Было представлено 13 проектов атомных и 3 тепловых станций. Пять проектов АЭС были отведены как требующие большого времени для доработки. Оставшиеся были разнесены по двум группам. К первой были отнесены "проекты, имеющие базовые станции, прошедшие лицензирование и находящиеся в эксплуатации, и на которые могли бы быть размещены заказы...". Это были ВВЭР-1000/АЭС-91, PWR-1300 ("Сименс"), PWR-N4 ("Фраматом"), BWR-90 (АВВ), CANDU-6. Вторую группу образовали проекты, "которые потребуют нескольких лет на проведение дальнейших ОКР для демонстрации повышенного уровня безопасности и улучшенных характеристик". Такими проектами оказались ВВЭР‑640, ВВЭР-1000/АЭС-92 и МКЭР – 800.

Нужно было не пропиарить отдельно взятый проект, а показать общее состояние дел, общее направление научной и конструкторской мысли. Конкурс утверждал новую культуру, новый стиль, новую традицию в атомной энергетике. Закреплением традиции открытости стало обращение Минатома РФ по вопросу сооружения НПЦ АЭ к Советам народных депутатов Санкт-Петербурга, Ленинградской области и Соснового Бора.

В 1996 году мне довелось читать совершенно фантастический документ –письмо представителя Гринпис директору НИТИ Вячеславу Андреевичу Василенко. Профессиональные «зеленые» благодарили директора атомного «ящика» за прием и просили передать наилучшие пожелания Юрию Николаевичу Анискевичу (после переворота 1993 года и разгона Советов он вернулся в НИТИ и надолго стал фактическим руководителем Научно-промышленного центра) и Рудольфу Денисовичу Филину (когда-то тоже депутата и члена энергетической комиссии) – заместителю директора НИТИ по науке, - за исчерпывающие разъяснения.

В 1996 или в 1997 году в сосновоборской мэрии довелось разговаривать с Натальей Борисовной Малеванной – главой отдела экологической безопасности. «Мы поддерживаем этот проект, потому что им занимаются порядочные люди» - сказала она. Не зная еще предыстории проекта, я наивно спросил, что это за люди. Филин и Анискевич – был ответ.

Порядочность, творческий и созидательный труд как абсолютная ценность, чувство причастности и ответственности за жизнь и благополучие и страны, и людей, которые тебя окружают – вот то главное, чему можно было научиться у людей, причастных к возникновению этого проекта.

Впервые в отечественной практике, еще в отсутствие какого-либо нормативного документа, в СПбАЭП был написан Предварительный отчет по обоснованию безопасности, ПООБ. ПООБ стал документом, через который проект стал открыт для обсуждения мировым научным сообществом. ПООБ был отправлен в США – в Айдахскую и Аргоннскую национальные ядерные лаборатории, в Германию – в Общество по ядерным реакторам ФРГ (Gesselshaft fur Reaktorsicheit mbH – GRS), неправительственную организацию, занимающуюся экспертизой разработок в области ядерной энергии. Через GRS проект стал известен руководству «Сименса» - там мгновенно оценили перспективы проекта на мировом энергетическом рынке и немедленно предложили кооперацию. Свой вклад в реализацию и продвижение проекта ВВЭР-640 «Сименса» предложил в виде своей электроники.

● Хроника
25.06.1996 г. - Госатомнадзор РФ выдал НИТИ "Временное разрешение…» на строительство головного энергоблока  атомной станции с реакторной установкой В-407 (ВВЭР-640) в г.Сосновый Бор Ленинградской области.

В 1997 году была сформированная предварительная структура НПЦ АЭ из двух основных подразделений – отделения энергоблока и отделения стендов. Директором НПЦ АЭ в составе НИТИ и одновременно директором открытого в Сосновом Бору филиала Концерна «Росэнергоатом» был назначен был назначен Александр Данилович Ищенко. Первым заместителем директора НПЦ и начальником отделения стендом стал Юрий Николаевич Анискевич. Стендов в отделении было два – активно сооружаемый теплогидравлический КМС во главе с Виталием Константиновичем Засухой, и реально работающий с расплавом ядерного топлива стенд тяжелых аварий во главе с Севостьяном Викторовичем Бештой.

Отделение энергоблока в статусе главного инженера строящейся АЭС возглавил Виктор Степанович Свердлов, прибывший в Сосновый Бор с должности начальника реакторного цеха V блока НВ АЭС.

К началу 1998 года энергоблок был укомплектован руководителями и первыми специалистами (всего 18 человек) 10 подразделений: цехов реакторного, турбинного, электрического, ТАИ, химического, централизованного ремонта, отделов ядерной безопасности, производственно-технического и обеспечения качества, учебно-тренажерного центра.

● Хроника
17.03.1998 г. – Госатомнадзор РФ выдал НИТИ «Лицензию…»  на сооружение энергоблока атомной станции с реакторной установкой В-407 (ВВЭР-640) в г.Сосновый Бор Ленинградской области.

18 апреля 1998 года в качестве работников строящиеся АЭС мы прошли первую проверку знаний– и началось работа, обычная для формируемой Дирекции. Анализ проектно-конструкторской документации, экспертизы, общение с изыскателями, проектировщиками, конструкторами и заводчанами, командировки в Подольск и Колпино, где началось изготовление обечаек корпуса.

Согласно графику, подписанному в октябре 1998 года, разработка котлована должна была начаться 1 апреля 2000 года, физический пуск реактора должен быть осуществлен в период с 18 апреля по 11 июня 2005 года.

*   *   *

Человеком, который решил, что все это не нужно, был Евгений Олегович Адамов. Нет, он не стал добиваться отмены постановлений Правительства и федеральных целевых программ. Он их просто не замечал. 

Из наших обечаек был сварен корпус для Бушера.

Уехали на Бушер наш реакторный цех – Валерий Стариков и цех централизованного ремонта – Михаил Высоцких. На Тяньвань уехали наш турбинный цех - Константин Горбачев, и наш ОЯБ – Сергей Шадринцев. 

Ваш покорный слуга оставался среди тех, кто «держал флаг».

По истечении пяти лет после получения первой – в 1998 году – лицензии ГАН на сооружение энергоблока, в апреле 2003 года мы получили новую. В апреле 2003 года выпустили первую и вторую главы – уже в соответствие с нормами – Отчета по обоснованию безопасности.

Новая лицензия и ООБ оказались последними работами в рамках проекта ВВЭР-640; работами, позволившими сохранить площадку. Осенью 2004 года в Сосновом Бору начались работы по размещению Ленинградской АЭС-2.

Всего было предложено четыре площадки, но реально рассматривалась только одна  – та, которая шла в списке под номером третьим, которая была огорожена, охранялась и была лицензирована для сооружения энергоблока АЭС нового поколения с реактором ВВЭР-640.

*   *   *

Наличие площадки, на которой в течение многих лет был выполнен огромный объем изысканий, позволило при размещении ЛАЭС-2 сэкономить и время, и живой труд, и деньги.

Реакторное отделение первого блока ЛАЭС-2 — это памятник «шестьсот сороковому», оно стоит на точке с координатами, на которую «шестьсот сороковому» когда-то была выдана лицензия — первая в мире лицензия на строительство АЭС после Чернобыля.

Пассивный отвод тепла от парогенераторов и от гермооболочки, ловушка расплава — это тоже наследие «шестьсот сорокового». Правда, без расхолаживания через бассейн, без наружного охлаждения корпуса, и электроснабжение при аварии с потерей теплоносителя все-же требуется.

Как памятник идее комплексного обоснования и сопровождения проектов новых АЭС, как памятник проекту Научно-промышленного центра атомной энергетики стоит здание крупномасштабного моделирующего стенда, того самого, который должен был стать крупнейшим в мире и в Европе стендом по моделированию теплогидравлики систем безопасности АЭС.

Для стенда успели построить здание, в здании успели соорудить контайнмент, в контайнменте разместили кое-какое оборудование и приборы. На стенде отработали систему отвода тепла от гермооболочки ЛАЭС-2.

Возможности стенда, благодаря масштабу моделирования, уникальны, но никакой национальной программы НИОКР по водоохлаждаемым реакторам в сегодняшней России нет. Догнать и перегнать Гренобль уже никто не пытается.

НИТИ, 50 лет тому назад возникший как испытательная станция корабельных реакторов, во многом благодаря опыту работ с «шестьсот сороковым», в «сухопутной» энергетике обрел свое лицо и своё место занял; НИТИ участвовал в создании Тяньванской АЭС — хотя, конечно, степень участия НИТИ в станционной тематике бесконечно скромнее, чем могла и должна бы быть.

Еще осталась память, осталась благодарность людям, с которыми довелось работать, общаться, у которых довелось учиться. И я хочу назвать людей — бывших и действующих работников НИТИ, здравствующих и ушедших, с которыми посчастливилось общаться в разные годы, кто был или прямо причастен к созданию Научно-промышленного центра, или благодаря которым я узнал о НИТИ и о его работах; людей, благодаря которым, узнав о существовании проекта ВВЭР-640, я собрался в Сосновый Бор в течение двух дней и потом работал в НИТИ в течение 14 лет.

Алиев Александр Вилиевич, Анискевич Юрий Николаевич, Витин Сергей Петрович, Дербуков Евгений Иванович, Дмитренко Валерий Иванович, Засуха Виталий Константинович, Зимаков Василий Николаевич, Кирин Геннадий Семенович, Климов Юрий Тереньевич, Колесников Анатолий Иванович, Малкин Семен Давидович, Сивоволов Михаил Александрович, Уланов Юрий Васильевич, Филин Рудольф Денисович, Хабенский Владимир Бенцианович, Юмашев Юрий Павлович.

И если в российской атомной отрасли и начнется подлинный ренессанс, и если, того паче, Россия вздумает слезть с нефтяной иглы и стать страной передовой науки и промышленности, если для этого понадобятся живые примеры, опыт и память — то, как мне кажется, такими примерами и такими уроками послужат отнюдь не сколковские прожекты, а память о попытке создания в Сосновом Бору Научно-промышленного центра атомной энергетики.


[1]              Ныне – директор департамента науки СПбАЭП

[2] См.: Нина Князева. Фантастика становится реальностью. Интервью с В. Хабенским// «Маяк», 09.02.2008. http://mayak.sbor.net/node/4019Альберт Болдин. Ловушка от НИТИ. // «Маяк», 21.11.2009. http://mayak.sbor.net/node/8822 .

[3]           Михайлов В.Н., В.А. Василенко В.А. Центры ядерной безопасности – основа создания АЭС нового поколения // Процессы тепломассообмена и гидродинамики в системах безопасности АЭС с ВВЭР-640: Сб. трудов. – СПб, 1997. – с.5-6.







Это статья PRoAtom
http://www.proatom.ru

URL этой статьи:
http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=3911