104 ПРОЦЕНТА: ПРОСТО О СЛОЖНОМ

Что интересует человека, далекого от атомной энергетики, когда он слышит о повышении мощности действующих энергоблоков АЭС? Правильно, вопрос о безопасности.

Как себя чувствуют блоки Балаковской АЭС на 104 % мощности (а все они сейчас работают именно в таком режиме - два в стадии промышленной эксплуатации и два - в опытно-промышленной)? И как, собственно, удалось повысить мощность на эти 4 процента?

Обо всем этом и рассказывает руководитель центра общественной информации Балаковской АЭС Дмитрий ШЕВЧЕНКО, имеющий опыт работы инженера-реакторщика и инструктора-преподавателя ядерных технологий. Основная мысль в интервью с ним - это то, что нагрузка на критически важное с точки зрения безопасности оборудование при работе всех четырех энергоблоков на повышенной мощности 104% не изменится, и, следовательно, опасения, которые высказывают отдельные представители общественности, реальных оснований не имеют.

Наша беседа состоялась накануне общественных обсуждений по материалам обоснования лицензии на эксплуатацию энергоблока № 1 Балаковской АЭС на повышенной мощности, которые состоятся в Балакове 26 сентября. Они станут заключительным этапом в процедуре получения такой лицензии. Ее получение и будет означать полное выполнение Балаковской АЭС программы повышения мощности всех четырех энергоблоков.

- Дмитрий Сергеевич, в региональной прессе ведется довольно оживленное обсуждение проекта повышения мощности энергоблоков Балаковской АЭС. Активно включен в этот процесс центр общественной информации, сотрудничающий с масс-медиа. Рассматриваются, главным образом, экологические и экономические аспекты. Но, как оказывается, многие читатели газет, да и зачастую сами журналисты, не будучи специалистами по атомной тематике, не совсем понимают, как атомщики технологически обеспечили подъем мощности, не возросла ли нагрузка на оборудование энергоблоков, и главное - как это сказывается на безопасности их работы?

- Начнем с того, что повышение мощности энергоблоков - не прихоть Балаковской АЭС, а приоритетная цель, поставленная перед отечественной атомной энергетикой в рамках энергетической политики России, определяемой руководством страны. Работы по увеличению уровня мощности энергоблоков российских АЭС начались в 2007 году в соответствии с «Программой увеличения выработки электроэнергии на действующих энергоблоках АЭС концерна «Росэнергоатом» на 2007-2015 годы». И первой к решению поставленной перед нашей отраслью государственной - подчеркну - по важности задачи приступила Балаковская атомная станция.

Само по себе повышение мощности действующих энергоблоков - очень серьезная технологическая процедура. На блоке №1 Балаковской АЭС, как и на всех остальных, выполнены обоснования безопасности, внесены изменения в проектную и эксплуатационную документацию, проведены необходимая модернизация оборудования и большой объем испытаний. Вся документация прошла обязательную экспертизу Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзора). Стоит отметить, что Балаковская АЭС еще в 2008 году впервые в атомной энергетике России получила разрешение на опытно-промышленную эксплуатацию энергоблока №2 в качестве пилотного проекта. И с 2011 года блок №2, с 2013 года блок № 4 находятся в промышленной эксплуатации на повышенной мощности.

При этом абсолютный приоритет для нас всегда был и остается один - безопасность при производстве электроэнергии. И технологическая, и экологическая, и ядерная - впрочем, эти понятия неразрывно связаны друг с другом. Длительная (в сумме 14 реакторо-лет) эксплуатация всех четырех блоков Балаковской АЭС на мощности 104 процента от номинальной подтвердила верность принятых инженерно-технических решений, убедительно показав, что работа на повышенной мощности безопасна для населения, окружающей среды и персонала. Собственно, никто бы и не стал повышать мощность, если бы в этом были хотя бы малейшие сомнения еще на стадии обсуждения данной программы.

- А не скажется ли повышение мощности на сроке службы реактора? Ведь реактор первого энергоблока уже отработал почти 28 лет.

- Энергоблоки атомных электростанций с отечественными водо-водяными энергетическими реакторами (в нашем случае ВВЭР-1000) изначально спроектированы с достаточно большими запасами по величинам эксплуатационных параметров. И не использовать эти запасы с целью более эффективной выработки электроэнергии просто неразумно. Что же касается работы основного оборудования при повышенной мощности, попробую рассказать об этом механизме более детально.

Прежде всего, давайте взглянем на данный процесс со стороны реактора. Главный элемент - это его корпус, который невозможно заменить в процессе эксплуатации. Но его техническое состояние отслеживается постоянно, в том числе путем изучения специальных образцов-свидетелей. Они представляют собой фрагменты корпуса реактора и размещаются внутри него так, чтобы образцы находились в наиболее жестких эксплуатационных условиях. Эти образцы регулярно извлекаются и направляются на испытания в специализированный институт, где исследуются на изменение кристаллической решетки, химического состава, прочностных характеристик и т.д. По результатам таких исследований и делается заключение о том, сколько реактору еще служить. Те корпуса, которые используются на наших балаковских ВВЭР-1000, и те, что делаются сейчас для новых энергоблоков строящихся Нововоронежской АЭС-2 и Ленинградской АЭС-2, практически ничем не отличаются - они изготавливаются по одной и той же технологии, из одних и тех же материалов. Только первое поколение реакторов ВВЭР-1000 на тот момент, естественно, еще не прошло испытание временем. Поэтому и закладывался временной запас всего в 30 лет, а сейчас, с учетом научных знаний, накопленных в ходе эксплуатационных исследований, новые корпуса уже по проекту имеют срок службы 60 лет, то есть в 2 раза больше когда-то запланированного для наших реакторов. Соответственно, этот научно обоснованный срок службы в 60 лет распространяется и на реакторы Балаковской АЭС. Поэтому говорить, что мы эксплуатируем старые реакторы, совершенно нет оснований.

Теперь о процедуре повышения мощности энергоблока. Реактор ВВЭР-1000 серийного проекта В-320 на самом деле был изначально спроектирован под тепловую мощность 3200 мегаватт. Поэтому ресурс, заложенный в реакторе, оставался неиспользованным.

- То есть реакторы энергоблоков Балаковской АЭС изначально работали не на полную мощность?

- Именно так! Мы говорим о повышении мощности до 104 процентов от номинальной тепловой мощности реактора. Фактически КПД турбогенератора составляет лишь порядка 30 процентов, поскольку на каждом энергоблоке 3000 мегаватт тепловой энергии преобразуется в 1000 мегаватт электрической. То есть мы две трети всей тепловой энергии в процессе ее преобразования в электрическую направляем в атмосферу, и полезно используем только одну треть.

- А что же все-таки меняется в работе энергоблоков атомной станции в процессе повышения мощности?

- С точки зрения работы основного оборудования процесс выглядит следующим образом. В результате преобразования тепловой энергии в электрическую выдается две «продукции» - напряжение и ток. При этом напряжение - величина постоянная. На клеммах генераторов оно равно 24 тысячи вольт. Увеличивать можно только силу тока: подняли силу тока - увеличилась мощность (прямая пропорциональность). Но при этом обмотки генератора начинают греться больше, и их необходимо охлаждать. Это была одна задача, и в содружестве науки и практики она была решена.

Кроме того, была улучшена проточная часть турбины - ее расточили, увеличив проходное сечение, изменили лопатки концевых ступеней, добавили предварительную сепарацию пара, обеспечив тем самым более глубокую его осушку, оптимизировали работу конденсаторов, повысив их теплоотдачу. Таким образом, пара стало проходить через турбину больше.

Модернизировали также парогенератор: улучшили циркуляцию внутри, чтобы оптимальным был прогрев всей котловой воды, усовершенствовали схему подачи холодной питательной воды, пересмотрели схему внутренних сепарационных устройств и т. д. Одним словом, сделали так, чтобы в парогенераторе можно было производить повышенное количество пара (проектная производительность парогенератора - 1470 тонн пара в час). Такими мерами на каждом парогенераторе была обеспечена производительность дополнительных порядка 60 тонн пара в час. А вот что касается нагрузки на его корпус, тот тут ничего не изменилось - давление и температура остались на прежнем уровне. Цель же была достигнута - пошло больше пара, и модернизированная турбина без проблем его принимает.

- Не очень понятно, откуда берется этот дополнительный пар для турбины.

- Приведу в пример самый обычный чайник: чтобы в нем сильней кипела вода, надо просто прибавить газу на плите, то есть подвести больше тепла. А тепло на атомной станции обеспечивает реактор. Теплоноситель первого контура (вода) греет воду второго контура - кипятит ее, обращая в пар (это и происходит в парогенераторах).

А что определяет потребное для процесса количество теплоты? Разница температур на входе и выходе. При входе в реактор температура воды составляет 280-290 градусов Цельсия. Далее, подогревшись в активной зоне, омывая тепловыделяющие сборки (состоящие из твэлов - тепловыделяющих элементов с ядерным топливом), вода уже выходит с показателем 320 градусов (в изначальном проектном режиме). В парогенераторе она отдает тепло, вновь охлаждаясь до температуры 280-290 градусов. И так она циркулирует по кругу, оставаясь в жидком состоянии благодаря очень высокому давлению в первом контуре - 160 атмосфер. Чтобы интенсифицировать кипение, соответственно, надо на выходе из реактора чуть-чуть приподнять температуру воды.

- На сколько же градусов надо поднять температуру воды, чтобы повысить тепловую мощность блока до заданной величины, и за счет чего это достигается?

- Как я уже сказал, при проектном режиме температура на выходе из реактора, где она и измеряется, составляет 320 градусов. А для реализации программы по повышению мощности до 104 процента ее повысили на 1-2 градуса. Достигается это за счет большего количества (интенсификации) делений ядер урана в топливе.

Снова повторюсь: вода в реакторе нагревается, омывая топливо в активной зоне. Оболочка твэлов в реакторе имеет определенную температуру - в среднем она составляет 350° (на поверхности топливной таблетки - около 900 градусов, внутри таблетки она может достигать 1600-1900 градусов).

Нужно сказать, что этому предшествовала большая программа по совершенствованию отечественного ядерного топлива, которое сегодня считается лучшим в мире по своим характеристикам и параметрам безопасности. Вот, по сути, и весь процесс повышения мощности! Вроде бы все просто, на за этими моими словами - огромный труд большого коллектива эксплуатационников, ученых и конструкторов.

- А все-таки как сказывается повышение температуры на работе реактора?

- Это не тот случай, когда нужно чего-то опасаться. Ключевой элемент в данном вопросе - давление внутри реактора, а оно не меняется и составляет те самые 160 атмосфер. Причем расчетное давление - 180 атмосфер. Более того, раз в 4 года реактор испытывают на прочность повышенным давлением, доводя его величину до 250 атмосфер! И все испытания проходят успешно, то есть имеется существенный запас прочности. Что же касается повышения температуры теплоносителя на 1-2 градуса, то такие температурные колебания вообще никак не скажутся на работе реактора и нагрузке на него.

Чтобы это проще понять, приведу следующий пример из сравнительно недавней истории эксплуатации. Лет 20 лет назад на выходе из топливных кассет были установлены термопары, изменяющие температуру воды, которые имели настолько большую погрешность в измерениях, что между отдельными термопарами разница доходила до 6-10 градусов! Это специально учитывалось в работе. Сейчас на станции система измерения модернизирована, установлена современная более чувствительная аппаратура.

Подводя итог нашей беседы, хочу еще раз отметить, что программа повышения мощности энергоблоков Балаковской АЭС и других российских атомных энергоблоков подошла к завершению. Ей предшествовала большая теоретическая подготовка - тщательные научно-инженерные расчеты, разработка проектов модернизации оборудования, практическая часть, когда программы модернизации были реализованы на энергоблоках станции, испытания оборудования, годы опытно-промышленной и, наконец, промышленной эксплуатации. Сегодня мы убедились, что на достигнутом уровне мощности 104 процента энергоблоки Балаковской АЭС работают так же надежно и безопасно, как и раньше.

Автор фото: пресс-служба Балаковской АЭС