С новым сроком!

13.12.07 09:17

НАРАЩИВАЯ МУСКУЛЫ АЭС

Путь, основанный на использовании уже действующих АЭС, в свою очередь, подразделяется на два способа. Один из них – наращивание установленной мощности действующих АЭС за счёт снижения консерватизма, то есть «запаса на незнание», заложенного конструкторами реакторов на заре атомной эры. Это – и более эффективное использование располагаемой мощности реакторной установки, и оптимизация тепловой схемы энергоблоков, и повышение КПД. Таким способом предполагается к 2015 г. получить прирост мощности действующих АЭС до 4500 МВт (то есть виртуально «построить» 4,5 добавочных энергоблока-«миллионника»).

Советник руководителя Росатома Сергей Бояркин показал это на простом примере:

– Один блок Кольской АЭС при номинальном режиме выдает в сеть примерно 3 млрд. киловатт-часов. Точно такой же блок на АЭС «Ловиза» в Финляндии выдает 4 млрд. киловатт-часов. Потому что они провели модернизацию: не трогая реактор, не трогая системы безопасности, заменили вторичное оборудование на более экономичное, что позволило убрать ряд ограничений. И вышли за счет этой модернизации на существенно большую мощность, больший КИУМ, причём без ущерба для безопасности. Примерно, такую же работу проделали на атомных станциях советского дизайна, построенных в Европе, и везде результаты схожие.

Прирост мощности блоков за счёт снижения консерватизма имеет хорошую экономическую эффективность. По оценкам специалистов, если строительство одного нового энергоблока-«миллионника» обходится примерно в 52 млрд. руб., то в данном случае 4,5 «добавочных» энергоблока в совокупности обойдутся в сравнительно небольшую сумму 19 млрд. руб.

Второй способ, имеющий более широкие перспективы, – это продление расчётного срока эксплуатации действующих энергоблоков.

НА ПЕНСИЮ ЕЩЁ РАНОВАТО

Срок службы атомного энергоблока определяется периодом «жизни» тех элементов, которые заменить невозможно. Это, прежде всего, сам корпус реактора. Если экспертиза зафиксирует, что он изношен, энергоблок придётся выводить из эксплуатации.

Эти незаменяемые элементы, как правило, достаточно долговечны. Однако проектировщики, определяя расчётный срок службы энергоблоков, заложили ресурс по минимуму – 30 лет. Потому что в эпоху становления атомной энергетики ещё не было накоплено достаточных статистических данных, как ведут себя металлические конструкции реактора с течением времени эксплуатации. В наши дни такая статистика уже накоплена, а также появились современные технологии контроля, позволяющие дать объективное экспертное заключение: смогут ли эти конструкции безопасно проработать более длительное время, чем предусматривалось в предварительных расчётах.

Все остальные элементы атомного энергоблока – теплоэнергетическое и электрическое оборудование, информационные системы, измерительные приборы – вполне приспособлены как для однотипной замены, так и для модернизации. Разумеется, это также требует вложения финансов, но существенно меньшего, чем строительство нового энергоблока аналогичной мощности. По оценкам специалистов, удельные затраты на 1 кВт мощности при строительстве нового серийного энергоблока составляют от $1200 до $1800, а при продлении срока эксплуатации уже действующего энергоблока – от $120 до $260. Как утверждается, дисконтированный период окупаемости затрат, вложенных в продление службы энергоблока, составляет от 6 до 11 лет.

На сегодня из 31 действующего атомного энергоблока России продлен расчётный срок эксплуатации 11-ти блоков, действующих на половине российских АЭС. Это – энергоблок № 1 Курской АЭС, №№ 1 и 2 Ленинградской АЭС, четыре блока Билибинской АЭС, №№ 3 и 4 Нововоронежской АЭС, №№ 1 и 2 Кольской АЭС. Эти энергоблоки были запущены в эксплуатацию в 70-е годы.

Экономически обоснованные сроки продления составляют до 15 лет, однако лицензию на дальнейшую эксплуатацию Ростехнадзор выдаёт не на весь срок сразу, а отдельными этапами – обычно по 5 лет. С тем, чтобы регулярно производить полное обследование состояния корпуса реактора, подтверждая его способность работать дальше.

Следует учесть, что энергоблоки 1-го поколения, первенцы атомной энергетики, под программу продления срока эксплуатации не попадают. Единственный блок первой в мире Обнинской АЭС, энергоблоки №№ 1 и 2 на Белоярской и на Нововоронежской АЭС навсегда остановлены и находятся в процессе снятия с эксплуатации. Поскольку затраты, которые требовались для их приведения в соответствие с современными техническими нормами, делали неэффективной дальнейшую выработку ими электроэнергии. Хотя варианты дальнейшего использования зданий рассматриваются и здесь: например, обсуждалась возможность замены отработавших реакторов 1-го и 2-го энергоблоков Нововоронежской АЭС 75-мегаваттными быстрыми реакторами СВБР, используемыми на подводном флоте. Конечно, воплощение этой идеи отнюдь не гарантировано, однако она наглядно свидетельствует, что даже блоки 1-го поколения могли бы рассчитывать на какие-то перспективы.

Что же касается атомных энергоблоков, которые пригодны к продлению расчётного срока эксплуатации, то они начинают готовиться к этой процедуре загодя, за 6 и более лет. Стремясь при этом, чтобы процесс подготовки уложился в графики ежегодных ремонтов, не обременяя энергоблок дополнительными простоями. Вот, например, как организована эта работа на блоке № 3 Белоярской АЭС, расчётный срок эксплуатации которого истекает в 2010 г., а продление предполагается до 2025 г.

ПРОДЛЕНИЕ СРОКА ЭКСПЛУАТАЦИИ АТОМНОГО ЭНЕРГОБЛОКА

Подготовка к продлению расчётного срока эксплуатации блока БН-600 началась ещё в начале 2000-х годов. Программа предусматривает как экспертизу состояния незаменяемых элементов энергоблока, так и модернизацию остального оборудования.

Материаловедческие исследования персонал атомной станции проводит совместно с генеральным конструктором реакторной установки – «Опытно-конструкторским бюро машиностроения»  (ОКБМ, Нижний Новгород). В рамках этих работ, например, весной 2006 г. была выполнена уникальная операция: заменен один из шести промежуточных теплообменников «натрий-натрий», расположенных внутри корпуса реактора. Сложность операции заключалась в большом весе заменяемого агрегата (порядка 70 тонн), в его пребывании непосредственно в первом контуре внутри ядерного реактора, а также в необходимости отсоединения и последующего восстановления натриевых трубопроводов 2-го контура большого диаметра, с учётом их герметизации от проникновения воздуха. Замена теплообменника осуществлена впервые за всю историю энергоблока, а цель её напрямую связана с продлением срока эксплуатации: извлечённый теплообменник направили на материаловедческие исследования, по которым можно будет судить о состоянии крупных металлических конструкций внутри реактора.

Наверное, определяющим звеном в общем КПД теплового или атомного энергоблока является паровая турбина. Именно здесь теряется значительная часть полезной энергии. Соответственно, модернизировав этот элемент, можно при той же тепловой мощности котла или реактора увеличить мощность энергоблока в целом. Поэтому капитальный ремонт трёх турбогенераторов блока БН-600 (станционные номера ТГ-4, ТГ-5 и ТГ-6) совмещен с их модернизацией, повышающей установленную мощность. В 2005 г. такую модернизацию прошёл ТГ-5, в 2007 г. – ТГ-4, на очереди – ТГ-6.

Модернизация заключена в замене лопаток ротора цилиндра низкого давления (ЦНД) турбин. За десятилетия эксплуатации энергоблока промышленность научилась изготавливать более длинные лопатки. Это техническое достижение и применили у себя атомщики. Так что к продлению срока эксплуатации каждая из трёх 200-мегаваттных турбин подойдёт не только капитально отремонтированной, но и прирастившей свою мощность на 4-5 МВт. В процессе капремонта внедряются на турбоагрегатах и другие современные достижения, например, новая система контроля механических величин и вибродиагностики турбины, новая система возбуждения генератора.

Одной из самых объёмных и дорогостоящих работ при подготовке к продлению срока эксплуатации является замена парогенераторов. В этих устройствах жидкий натрий 2-го контура передаёт тепло воде 3-го контура, которая, превращаясь в пар, поступает дальше на турбины. Условия работы оборудования тяжёлые: с одной стороны – пароводяной контур с температурой в 500 градусов и давлением 130 атмосфер, с другой стороны – расплавленный металл. Поэтому для продления срока эксплуатации энергоблока все 72 модуля парогенераторов должны быть заменены. Работа эта началась весной 2007 г., и будет продолжаться по нарастающей, совмещаясь с плановыми весенними ремонтами энергоблока, до полной замены всех модулей парогенераторов.

Параллельно проводится модернизация других устройств и систем. Одним из наиболее значимых мероприятий стала замена информационно-вычислительной системы (ИВС) энергоблока. ИВС – одно из важнейших технологических звеньев в системе управления, «глаза и уши» операторов энергоблока. Отслеживая показания нескольких тысяч первичных датчиков, она информирует персонал о состоянии и режимах работы основного энергетического оборудования, реализует алгоритмы взаимодействия различных элементов и систем энергоблока.

Прежняя ИВС, работавшая с 1980 г., претерпела за это время две модернизации, но к настоящему времени устарела морально и физически. Замена её была осуществлена при финансовом участии европейской программы ТАСИС. Тендер на поставку оборудования нижнего уровня, осуществляющего сбор информации от датчиков, выиграла французская компания. А вот подсистему верхнего уровня (собственно обработка и использование информации) атомщики реконструировали своими силами. Поскольку одним из основных требований была преемственность интерфейса, с которым накопили большой опыт работы непосредственные пользователи – оперативный персонал энергоблока.

Основную замену оборудования произвели во время планового ремонта блока в 2005 г. При этом операторы блочного щита управления ни на секунду не теряли контроль за состоянием оборудования, поскольку старая и новая системы работали параллельно. Окончательную доводку функций программного комплекса завершили в 2007 г. В результате энергоблок получил ИВС, реализованную на современной компьютерной базе, с более высокими быстродействием и частотой опроса датчиков, большими объёмом памяти и числом входных сигналов при существенно меньших габаритах, причём адаптированную к навыкам операторов в части обработки и представления информации.

Подобную подготовку к продлению срока эксплуатации проходят  другое оборудование и системы энергоблока. Аналогичные процедуры проводятся и на других АЭС России. Именно это дало повод Сергею Обозову, ещё в бытность гендиректором концерна «Росэнергоатом» (до недавнего перехода в руководство ОАО «Атомэнергопром»), так охарактеризовать программу продления сроков эксплуатации АЭС:

–  Сегодня атомные энергоблоки находятся в лучшем состоянии, чем 30 лет назад, когда их запускали. Потому что всё оборудование модернизировано. Единственная незаменяемая позиция – это корпус реактора. Поэтому именно по нему ориентируются органы Ростехнадзора, выдавая лицензию на продление. Всё остальное оборудование можно постоянно менять, это как «вечный двигатель».

Читайте также: