Многие посёлки на севере России до сих пор получают тепло и электроэнергию от угольных или дизельных станций. В эти районы трудно доставлять топливо, и его всегда возят с запасом, потому что в плохую погоду посёлки вовсе могут остаться без тепла. Но теперь у жителей этих населённых пунктов появилась надежда на бесперебойное электричество и теплоснабжение. И все благодаря совместной разработке «Росатома» и Курчатовского института — новой термоэлектрической станции «Елена-АМ».
Конструкция «Елены-АМ» будет сделана так, чтобы она смогла самостоятельно работать в любых условиях. Станция будет действовать при температуре от –70 до +45 градусов Цельсия, сможет выдержать землетрясение интенсивностью 8 баллов и падение самолёта весом до 20 тонн.
Рассказываем, зачем нужна «Елена-АМ», когда появится и чем она отличается от обычной станции.
Почему понадобилась «Елена-АМ»
У «Елены-АМ» много преимуществ: она мобильная, автономная и строить её дешевле. Но, в отличие от больших атомных станций, её мощности не хватит, чтобы обеспечить энергией целый город. Тогда зачем она нужна? Основных причин две.
Обеспечить теплом отдалённые посёлки. Привезти топливо в посёлки, рядом с которыми нет ни железных дорог, ни магистралей, — трудно. А без топлива не получить тепла и электричества. Для таких населённых пунктов и разрабатывают «Елену-АМ» — она сможет поддерживать бесперебойную работу критических объектов и снабжать жителей теплом.
Критические объекты могут быть разные, и для каждого населённого пункта они будут определяться отдельно: это может быть больница, школа, распределительная станция или производственный объект.
Стабильная цена на ядерное топливо. Сейчас для удалённых объектов обычно используются дизельные станции. Но это дорого и рискованно: цены на топливо и логистику постоянно растут, а из-за плохих погодных условий населённый пункт может и вовсе остаться без тепла.
Цена на ядерное топливо не скачет, как цены на газ, нефть и уголь. При этом затраты на логистику меньше. «Елену-АМ» достаточно привезти, смонтировать, загрузить в неё топливо, и она много лет будет работать на нём. Дозагрузки не потребуется, поэтому в долгосрочной перспективе атомную энергию всё чаще предпочитают другим источникам топлива. Например, на месторождении Песчанка для Баимского горно-обогатительного комбината на Чукотке решили поставить плавучую АЭС.
Чем «Елена-АМ» отличается от обычной АЭС
«Елена-АМ» гораздо меньше обычной АЭС: диаметр — 25 м, а высота — 12 м над землей и 12 м под землей. Для сравнения: обычные АЭС похожи на целые города — у станции несколько энергоблоков, главный и спецкорпусы. А «Елена-АМ» — это одно пятиэтажное здание. При этом над землей расположится только небольшой купол станции, а активная зона будет находиться снизу, так как под землей более стабильные условия: например, практически нет перепадов температур и давления.
Просто взять и уменьшить атомную станцию нельзя: меняется принцип действия и конструкция станции. Рассказываем подробнее.
Принцип действия. Начало реакции у обеих станций одинаковое: ядро урана расщепляется и выделяет энергию, эта энергия греет воду и превращает ее в пар. В обычной АЭС пар толкает турбину, и механическая энергия с помощью специальных генераторов превращается в электрическую. В АТСТ пар никого никуда не толкает, а энергия превращается в электричество не через генераторы, а прямым термоэлектрическим методом. В результате на АТСТ энергия греет воду, которую можно сразу пускать по трубам, чтобы отапливать дома.
Конструкцию АТСТ можно представить в виде двух твёрдых объектов и полупроводников, которые их соединяют. Один объект нагревается паром, а другой остается холодным. Примерно так же, как чайник и его ручка. В это время в проводниках происходит ионизация, то есть нейтральные молекулы становятся положительно или отрицательно заряженными, возникает разность потенциалов, и появляется электрический ток. Так тепло превращается в электричество.
Маленькая мощность. Термоэлектрический метод даёт намного меньше электричества, чем турбина на обычной АЭС. Например, чистая мощность пятого блока Белоярской АЭС составляет 1130 МВт — это в 2825 раз больше, чем мощность «Елены-АМ». Последняя в среднем будет иметь мощность в 400 кВт, и этого хватит на деревню с одной-двумя улицами или небольшой промышленный завод.
Тепловая мощность АТСТ в 35 раз больше, чем электрическая, — 7 МВт на одном блоке. Так что горячий пар или воду можно будет пускать по трубам, чтобы согреть небольшой посёлок на Севере.
Так как у АТСТ маленькая мощность, большая активная зона ей не нужна, а значит, и саму станцию можно сделать поменьше. К примеру, высота активной зоны у «Елены-АМ» всего 1,2 метра — по пояс взрослому человеку. Небольшая активная зона позволяет всю станцию сделать меньше. Это значит, что ее можно разместить практически в любом населённом пункте, а места понадобится не больше, чем под жилой дом.
Нет турбины и насосов. В АТСТ нет громоздкого оборудования: турбин, генераторов и насосов. Первые два не нужны из-за термоэлектрического метода, при котором тепло в электричество преобразуется без посторонней помощи.
На АТСТ вместо насосов воду «толкают» по активной зоне законы физики: когда вода нагревается и превращается в пар, она поднимается, а при охлаждении — опускается. На обычной АЭС объём воды больше, и перекачать её из одной зону в другую без насоса невозможно.
Автономная работа. «Елена-АМ» сможет автономно работать в течение 40 лет, а все процессы будут настроены так, чтобы они протекали практически без присутствия человека. Совсем без присмотра станцию не оставят: в каждой зоне будут датчики и камеры, за информацией с которых будут удалённо следить инженеры. Каждый год специалисты будут приезжать навестить «Елену-АМ» и проводить техобслуживание в течение двух недель.
Насколько «Елена-АМ» безопасна
Любая станция разрабатывается с учётом всех требований безопасности. Конструкты предусматривают механизмы для самых разных ситуаций: от короткого замыкания до землетрясения и падения самолёта. И хотя все атомные станции одинаково безопасные, обеспечивать безопасность на «Елене-АМ» менее затратно, чем на большой АЭС. Для больших станций используются специальные системы защиты — ловушки расплавов, системы залива активной зоны и многое другое. На маленькой «Елене-АМ» столь сложные системы безопасности не нужны, и на это есть несколько причин.
Меньше подвижного оборудования. На «Елене-АМ» нет насосов, турбин и генераторов, которые могут ломаться. А значит, работа станции более стабильная.
Меньше запас тепла. Когда в закрытом пространстве накапливается тепло, газ расширяется и в итоге может «лопнуть». Когда мощность станции маленькая, тепла меньше и управлять процессами проще.
Нет пароциркониевой реакции. В активной зоне реактора есть пар и стержни, в которых содержится уран. Эти стержни сделаны из циркония. Когда пар перегревается, цирконий начинает разрушаться, а это может привести к аварии. «Елене-АМ» не хватит мощности, чтобы перегреть пар, в отличие от больших АЭС.
На месте нет сотрудников. На станции все процессы будут настроены на автоматическую работу, поэтому ошибки из-за человеческого фактора исключены.
Когда построят АТСТ «Елена-АМ»
Думать о том, какой будет «Елена-АМ» и где её получится использовать, ещё рано. Сейчас она только на стадии разработки, а впереди — эскизный и технический проекты, поиск и утверждение инвестиций, получение лицензий, разрешений и работы на площадке. Первый этап разработки будет завершён в 2024 году.
Как пойдёт реализация проекта дальше, спланировать трудно. Например, у другой небольшой станции — гамма-установки для радиационных исследований РХ-γ-30 — от разработки до запуска прошло семь лет. А у Билибинской АЭС только строительство одного энергоблока заняло четыре года.
Говорить о перспективах «Елены-АМ» сможем только тогда, когда пилотная станция будет готова. Может, она будет дорогая в обслуживании, и использовать её смогут только в промышленных зонах. А может, наоборот, она будет недорогой и эффективной, так что её построят чуть ли не в каждом посёлке на севере России.
