Освоение Арктики невозможно без качественного прорыва в ядерных технологиях
Дата: 30/03/2015
Тема: Атомная наука


Александр Просвирнов

21 февраля 2013 года на сайте Правительства РФ была опубликована «Стратегия развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года», утвержденная Президентом Владимиром Путиным [1]. Освоение северных широт становится приоритетной задачей. Не надо забывать и пророчества Михаила Ломоносова "Могущество России будет прирастать Сибирью.


В «Стратегии социально-экономического развития Сибири до 2020 г.» [2], принятой Правительством Российской Федерации в августе 2010 г, в ближайшем десятилетии предполагается осуществление планов по интенсивной геологоразведке, освоению новых месторождений полезных ископаемых, восстановлению и развитию Северного морского пути, сохранению уникальной природной среды и культуры всех этносов, проживающих в Арктике с условием повышения их качества жизни. В документе отмечается, что сибирская часть Арктики в первой половине XXI века будет занимать одну из ключевых позиций в обеспечении национальной и ресурсной безопасности Российской Федерации, в поддержании конкурентных преимуществ страны на мировых рынках и в наращивании экономического потенциала в целом. Освоение северных широт России подкреплено постановлениями Правительства, распоряжениями и указами Президента РФ (см. таблицу).


НАИМЕНОВАНИЕ ДОКУМЕНТА
УТВЕРЖДЕН
1.
Основы государственной политики Российской Федерации в Арктике на период до 2020 года и дальнейшую перспективу
Распоряжение Президента РФ от 18.09.2008 № Пр-1969
2.
Государственная программа РФ «Социально-экономическое развитие Арктической зоны Российской Федерации на период до 2020 года»
Постановление Правительства РФ от 21.04.2014 № 366
3.
Стратегия развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года
Распоряжение Президента России от 08.02.2013 № Пр-232
4.
О Стратегии развития морской деятельности Российской Федерации до 2030 года
Распоряжение Правительства РФ от 8 декабря 2010 г. № 2205-р
5.
Государственная программа РФ «Охрана окружающей среды на 2012—2020 годы»
Распоряжение Правительства РФ от 27 декабря 2012 г. № 2552-р
6.
Государственная программа РФ «Социально-экономическое развитие Дальнего Востока и Байкальского региона»
Распоряжение Правительства РФ от 29.03.2013 № 466-р
7.
«Морская доктрина Российской Федерации на период до 2020 года»
Указ Президента России от 27.07.2001 № Пр-1387
8.
«Транспортная стратегия Российской Федерации на период до 2030 года»
Распоряжение Правительства РФ от 22 ноября 2008 г. № 1734-р.

Особенности условий в арктических широтах, такие как:

·        Протяженность территории;
·        Суровый климат: Температура: от −70°C до +20°C, Относительная влажность воздуха: 80-85%, Сила ветра: > 30 м/с;
·        Отсутствие трудовых ресурсов;
·        Повышенная капиталоемкость проектов;
·        Отсутствие строительно- материальной и технической базы;
·        Сложная логистика;
·        Существенная потребность в теплоснабжении;
·        Нехватка воды для технических целей;
·        Дефицит ресурсов энергоснабжения;
·        Экологический фактор;

диктуют особые требования к энергогенерирующим источникам для обеспечения удалённых объектов в Арктике. Исходя из вышеуказанных условий, можно сформулировать следующие требования к энергетическим источникам в арктических широтах:

·        диапазон установленной электрической мощности: от 0,5 МВт до 10 МВт,

·        модульно-блочное исполнение в целях удобства транспортировки и размещения,

·        максимальная автономность: автоматизация управления, максимальная длительность топливной кампании и межремонтного периода,

·        наличие технических возможностей для резервирования мощности (к примеру, посредством двухблочного исполнения),

·        радиационная безопасность личного состава на площадке размещения атомного энергогенерирующего источника,

·        когенерация: выдача тепловой и электрической энергии для обеспечения локальных потребностей,

·        соответствие технических и эксплуатационных параметров энергогенерирующего источника региональным условиям размещения в зонах децентрализованного энергоснабжения (транспорт, эксплуатационные и ремонтные возможности, климат и пр.).

Таким образом, можно сформулировать следующие приоритеты выбора энергоустановок малой мощности при реализации вышеуказанных постановлений:

·        возможность применения на других целевых площадках, в различных экономических и географических окружениях;

·        большая степень адаптивности технико-экономических характеристик;

·        готовность к серийному производству и применению;

·        инновационность;

·        коммерческая привлекательность и экономическая эффективность;

·        простота обращения на всех стадиях жизненного цикла;

·        конкурентоспособность;

·        экологическая безопасность.

По окончании реализации проекта по обеспечению Арктики оптимальными энергоустановками планируется создать типовой ряд (по электрической и тепловой мощности) комплексов электроэнергетического (на базе ядерных и других энергоустановок малой мощности) и электротехнического оборудования, удовлетворяющий требованиям экономической эффективности, конкурентоспособности и безопасности (в том числе требованиям экологической безопасности), а также необходимая инфраструктура по проектированию, изготовлению, сервисному сопровождению и/или эксплуатации указанных комплексов для энергообеспечения объектов гражданского и оборонного назначения в прибрежной, морской и океанской зонах арктических территорий Российской Федерации.

Исходя из требований экономической эффективности, конкурентоспособности и экологической безопасности, создать такой ряд конкурентоспособных традиционных атомных энергоустановок не представляется возможным из-за непропорционального повышения стоимости единицы установленной мощности при уменьшении единичной мощности энергоблока. Особенности арктической природы (сложный климат, экологическая восприимчивость природы в арктических широтах и т.д.) также не позволяют использовать источники энергоснабжения с радиационным воздействием и накоплением отработанного ядерного топлива (ОЯТ) и радиоактивных отходов (РАО), так как они не удовлетворяют требованиям экологической безопасности.

В то же время, практически создан прототип энергетической установки теплоснабжения на базе низко-энергетических ядерных реакций (НЭЯР), аналог энергоустановки E-Cat HT Андреа Росси, повторенный в опыте А.Г. Пархомова [3]. 16 марта 2015 года А.Г. Пархомовым запущена аналогичная Е-Сат НТ А. Росси усовершенствованная установка [4] (см. рис. 1, http://lenr.seplm.ru/novosti/ag-parkhomovu-udalos-sdelat-dlitelno-rabotayushchii-reaktor-s-2330-16-marta-temperatura-derzhitsya-do-sikh-por), которая позволяет увеличить длительность эксперимента до параметров, требуемых для  последующих измерений изотопного состава отработанного топлива. На момент написания статьи (более 3-х суток) установка продолжает непрерывно выдавать тепловую энергию с коэффициентом  эффективности 3.2. (превышением в 3.2 раза выделяемой тепловой энергии над затраченной электрической)



Рис. 1 Усовершенствованная установка А.Г. Пархомова (аналог E-Cat НТ А. Росси)[4]

Подобные установки мегаватного класса разработаны А. Росси в США [5] и скоро поступят в продажу. Опытно-промышленная теплофикационная установка на 1 МВт тепловых на базе НЭЯР (никель-водородный реактор) проработала 400 дней в режиме 24 часа в день 7 дней в неделю с остановками суммарно на 35 дней для ремонтно-профилактических работ и настроек. Этот показатель эквивалентен КИУМу, равному 91%, недостижимому пока в нашей отрасли.

А.Г. Пархомову удалось в своей российской лаборатории повторить эксперимент с аналогом высокотемпературного аппарата А. Росси, что говорит о принципиальной возможности создания в России промышленных установок на явлении НЭЯР при соответствующем масштабе НИОКР.

Особенностями этих установок являются:

·        Дешевизна материалов и простота установки, в целом снижение на порядки стоимости единицы установленной мощности установки по сравнению с традиционными ядерными установками;

·        Плотность энерговыделения топлива на уровне и выше ядерного реактора;

·        Отсутствие радиационного излучения;

·        Отсутствие радиоактивных элементов в отработанном топливе и конструкционных материалах;

·        Масштабируемость и модульность, когда требуемая мощность может быть набрана необходимым количеством модулей, объединяемых в установку;

·        Низкие эксплуатационные расходы, простота и доступность технического обслуживания;

·        Автономность (замена топлива 1-2 раза в год);

Эти положительные качества установки на НЭЯР позволяют сделать вывод, что они являются наилучшим кандидатом автономных теплогенераторов для проекта «Арктика». Дальнейшие исследования позволят создать уже автономные энергоустановки для комбинированной выработки тепла и электроэнергии с минимальной стоимостью кВт*час и Гкал.

Перспективы разработки источника электроэнергии базируются на оптимальных параметрах реактора на низко-энергетических ядерных реакциях:

·        Температура топлива до 1400оС позволяет с наивысшим кпд использовать газовый цикл Брайтона с последующей утилизацией газового выхлопа в паровом цикле и суммарным кпд выработки электроэнергии до 60%;

·        В случае отбора тепла на отопление (когенерационный цикл) эффективность использования выработанной тепловой энергии можно довести до 90-95%;

·        Отсутствие специальных систем безопасности, присущих атомным электростанциям (АЭС), на которые приходится львиная доля затрат при строительстве и эксплуатации АЭС;

·        Использование инертных химически неактивных теплоносителей;

·        Масштабируемость и модульность;

·        Автономность: загрузка топливом 1-2 раза в год;

·        Отсутствие радиоактивных отходов.

Таким образом, исходя из перечисленных преимуществ, на сегодняшний день альтернативы установкам на НЭЯР в проекте «Арктика» не просматривается.

Есть надежда, что наша фундаментальная наука проснулась от летаргического сна и с новыми силами ученых-энтузиастов  устремилась на исследования процессов при низко- энергетических ядерных реакциях (НЭЯР). Вот начальные экспериментальные исследования в институте общей физики им. А.М. Прохорова (ИОФ РАН) [6]:

·        Исследование механизмов LENR (НЭЯР), протекающих при лазерной абляции металлов в жидкостях (продолжение опытов Г.А. Шафеева);

·        Исследование возможных проявлений LENR при электровзрыве и сильноточном разряде (продолжение опытов Л.И. Уруцкоева);

·        Воспроизведение результатов А. Росси, создание и испытание теплогенератора;

·        Экспертиза устройств на основе LENR (НЭЯР) сторонних разработчиков. Дейтериевый теплогенератор В.А.Киркинского (В сотрудничестве с Западной Торгово-промышленной палатой).

И это только начало. То ли еще будет?

Заключение

Вся деятельность отрасли по увеличению конкурентоспособности традиционных энергоблоков АЭС сводится к уменьшению стоимости удельных капитальных вложений в строительство АЭС за счет увеличения единичной мощности энергоблока и снижению времени строительства, что вступает в противоречие. Это показал и международный опыт Аревы в Олкилуото, где задержка пуска АЭС становится просто неприличной. Для Арктики нет потребности в мощных энергоблоках, а удельная стоимость энергоблоков малой мощности, требуемых там, катастрофически увеличивается обратно пропорционально единичной мощности по сравнению, например, с удельной стоимостью  энергоблока единичной мощностью 1200МВт.

Вышеуказанное противоречие неразрешимо в рамках традиционной парадигмы ядерных установок. Необходим качественный скачок в технологиях для преодоления этого противоречия. И технология установок на низко- энергетических ядерных реакциях (НЭЯР) дает именно такой качественный скачок, который позволяет удовлетворить требованиям к подобным установкам в сложных арктических условиях.

Осуществление А.Г.Пархомовым длительного эксперимента с аналогом Е-Сат НТ А. Росси дает надежду достаточно быстрой реализации уже инженерной разработки никель-водородного теплогенератора для Арктики.

Программа исследований низкоэнергетических ядерных реакций [3] как для российской академии наук, так и для нашей отрасли и конкретно для Арктики назрела. Игнорировать факты успешного воспроизведения экспериментов с НЭЯР, а именно невоспроизводимостью НЭЯР объясняли свое бездействие чиновники от науки, уже равносильно «зарыванию головы в песок». Опоздаете, господа, к раздаче «слонов» [7],[8],[9].


Литература
1.      Стратегия развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года, Распоряжение Президента России от 08.02.2013 № Пр-232, http://saboy.ru/%D0%B6%D0%B6/%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%B3%D0%B8%D1%8F-%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%B2%D0%B8%D1%82%D0%B8%D1%8F-%D0%B0%D1%80%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B8.html
2.      Стратегия социально-экономического развития Сибири до 2020 года, УТВЕРЖДЕНА распоряжением Правительства Российской Федерации от 5 июля 2010 г. № 1120-р, http://www.ict.nsc.ru/win/anons/1689/10/str-razv-sib.pdf
3.      Александр Просвирнов , «Программа исследований низкоэнергетических ядерных реакций», 15.01.2015, «Атомная стратегия», http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=5781
4.      Сообщение на сайте www.lenr.seplm.ru о длительном эксперименте А.Г. Пархомова с аналогом E-Cat HT А. Росси, http://lenr.seplm.ru/novosti/ag-parkhomovu-udalos-sdelat-dlitelno-rabotayushchii-reaktor-s-2330-16-marta-temperatura-derzhitsya-do-sikh-por
5.      Александр Просвирнов , «Великая октябрьская энергетическая революция, о необходимости которой так долго говорили «отщепенцы» от науки, свершилась», 18.11.2014, «Атомная стратегия», http://proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=5669&mode=thread&order=0&thold=0
6.      Степан Николаевич Андреев, д.ф-м.н., «Исследования возможных проявлений LENR в ИОФ РАН. Направления и перспективы.»,  институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Доклад на семинаре в РУДН 29.01.2015,  https://yadi.sk/i/PHQ0rq0aeMQ9d
7.А. А. Просвирнов, инженер, Москва, Ю. Л. Ратис, д. ф-м. н., профессор, Самара, "Низкоэнергетические ядерные реакции и перспективы альтернативной атомной энергетики."Промышленные ведомости", 11.2013 (http://www.promved.ru/next/article/?id=2555)
8.Александр Просвирнов, г. Москва, Юрий Л. Ратис, д.ф.м.н, профессор, г. Самара, «Сомнений не осталось, LENR существует», «Атомная стратегия», 29/11/2013 (http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=4921)
9.А. Просвирнов, "Состоится ли атомный проект -2", «Атомная стратегия», 27/04/2012 (http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=3736)






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

URL этой статьи:
http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=5930