Реакторная установка МКЭР -1500

Петров А.А., Гроздов И.И., Финякин А.Ф., Гмырко В.Е., Рождественский М.И.
(НИКИЭТ)

Реактор МКЭР-1500 (рис. 1) проектируется как эволюционное развитие отечественных канальных водографитовых реакторов на тепловых нейтронах. Наряду с достоинствами современных отечественных водографитовых реакторов, в реакторной установке реализованы принципиально новые технологические решения, позволяющие значительно усовершенствовать технико-экономические показатели установки. При проектировании МКЭР-1500 основными направлениями для улучшения технико-экономических показателей являются: 

На сегодняшний день существует техническая основа проекта, содержащая: 

Принципиальная схема МКЭР-1500 показана на рис. 2, основные параметры энергоблока приведены в табл. 1. Реакторная установка МКЭР-1500 работает по одноконтурной схеме. В качестве замедлителя используется графит, теплоноситель - вода. Генерируемый в активной зоне пар отделяется от воды в барабанах-сепараторах и поступает в турбину. Применение более экономичного турбинного цикла позволило увеличить КПД установки до 35,2 %. Таким образом, при электрической мощности 1500 МВт тепловая мощность реактора составляет 4250 МВт. Отметим, что эксплуатируемые в настоящее время два блока Игналинской АЭС с РУ РБМК-1500 работают при практически такой же тепловой мощности.
Рисунок 1. Реакторная установка МКЭР-1500

1 - контеймент, 2 - бак СПР, 3 - РЗМ, 4 - барабан-сепаратор, 5 - короб КГО, 6 - коммуникация пароводяная, 7 - реактор, 8 - трубопровод опускной, 9 - коллектор всасывающий, 10 - РГК, 11 - коллектор напорный, 12 - коммуникация водяная, 13 - ГЦН, 14 - бассейн-барботер

В отличие от реакторов РБМК (две петли), энергоблок с МКЭР имеет четыре петли многократной принудительной циркуляции, что позволяет уменьшить максимальные диаметры трубопроводов, используемых в КМПЦ, и, следовательно, увеличить защищенность установки при максимальной проектной аварии. Каждая из четырех петель включает в себя барабан-сепаратор, трубопроводы, подающие воду в ГЦН, и трубопроводы, подводящие воду в раздаточно-групповые коллекторы, из которых теплоноситель раздается по топливным каналам. Установленные на главных паропроводах быстродействующие отсечные задвижки (БЗОК) позволяют (в случае разгерметизации в любой петле) изолировать петли друг от друга. В каждой петеле предполагается использовать по три ГЦН новой конструкции. Прототипом ГЦН служат насосы ЦВН-12, разработанные и испытанные в 1986 г. для атомной энергетической установки РБМ-КП 2400. Основным достоинством этих насосов является двухскоростной режим работы, что позволяет отказаться от дополнительной регулирующей арматуры.
Перегрузка топлива в реакторе МКЭР может осуществляться как на остановленном, так и на работающем реакторе. Это преимущество канальных реакторов позволяет добиться высокого коэффициента использования установленной мощности, более глубокого и равномерного выгорания топлива.
Важной составляющей себестоимости энергии вырабатываемой на АЭС являются выгорание топлива и расход природного урана. Проведенные нейтроно-физические расчеты показали, что при начальном обогащении 2,4 % средняя глубина выгорания выгружаемого топлива составляет 30 МВт сут/кг, а расход природного урана - 16,7 гU/МВт ч(э). Отметим, что расход природного урана в энергоблоках с МКЭР-1500 меньше чем в существующих канальных реакторах РБМК в 1,5 раза и примерно в 1,65 раза меньше чем в реакторах ВВЭР-1000.
В перспективном корпусном реакторе APWR (совместный проект усовершенствованного PWR мощностью 1350 МВтэл компаний Вестингауз и Мицубиси Хэви Индастри) расход природного урана - 17,8 гU/МВт.ч(э), что на 6,6 % больше, чем в реакторе МКЭР-1500.
Таким образом, показатели использования топлива в реакторе МКЭР-1500 существенно выше достигнутых в настоящее время на действующих российских АЭС с реакторами РБМК и ВВЭР и не уступают показателям перспективных западных реакторов корпусного типа.
Реактор МКЭР-1500 так же, как и реакторы РБМК-1000, позволяет при наличии необходимого оборудования без ущерба для производства электроэнергии, при сохранении высокого уровня ядерной и радиационной безопасности осуществлять наработку различных радионуклидов технического и медицинского назначения, осуществлять процесс радиационного легирования различных материалов.
Наиболее широко в современных радиационных технологиях (медицина, промышленность, охрана экологии) применяется радиоактивный изотоп 60Со, являющийся источником гамма-излучения. Опыт наработки 60Со в реакторах РБМК-1000 Ленинградской АЭС и проведенные расчеты показали возможность накопления приемлемых для практических целей значений удельной активности.
Учитывая, что на мировом рынке цена кобальта с удельной активностью ( 100 Ки/г составляет ( 1 US $/Ки, стоимость годового производства кобальта в реакторе МКЭР-1500 может составить около 6 млн. US $. Это существенно превышает увеличение затрат на топливо, связанное с производством кобальта. По приближенной оценке доля дополнительных затрат на топливо составляет около ( 20 % от стоимости наработанного кобальта.

Рисунок 2. Принципиальная схема энергоблока с РУ МКЭР-1500

Таблица. 1. Технические характеристики энергоблока с РУ МКЭР-1500

Параметр

Значение

Тепловая мощность, МВт

4250

Электрическая мощность, брутто, МВт

1500

Коэффициент полезного действия, %

35,2

Срок службы, лет

50

Количество ТК

1661

Максимальная мощность ТК, кВт

3750

Высота активной зоны, м

7,0

Обогащение UO2 - топлива по 235U, %

2,4

Среднее выгорание выгружаемого топлива, МВт сут/кг

30,0

Расход природного урана, г/МВт ч(э)

16,7

Давление пара в сепараторах, МПа

7,35

Расход теплоносителя через реактор, т/ч

30804

Расход питательной воды, т/ч

8600

Температура питательной воды, °С

229

Среднее массовое паросодержание по реактору, %

27.8

Улучшение эффективности управления авариями основывается на ряде технических решений, позволяющих создать глубоко эшелонированную защиту реактора. К наиболее важным особенностям такой защиты относятся:

Для предварительной оценки безопасности энергоблока с РУ МКЭР - 1500 были проведены вероятностный анализ и детерминистический анализ наиболее неблагоприятных аварий. Предварительный анализ нарушений нормальных условий эксплуатации и аварийных режимов показывает, что: 

Материалы проекта реакторной установки МКЭР-1500 учитывают современные и международные требования по безопасности АЭС, в частности требования и критерии МАГАТЭ в области безопасности для инновационных реакторов. Выполненные при проектировании требования эффективности и безопасности эксплуатации АЭС, защита от радиационной опасности - для общества и защита инвестиций - для атомной энергетики позволяют говорить о проекте РУ МКЭР-1500 как о наиболее перспективном для замещения мощностей Ленинградской АЭС.