Малые формы АЭС

Отечественные инженеры к разработке АЭС малой мощности приступили не вчера и даже не позавчера. Если углубиться в историю атомного машиностроения, то в конце 50-х годов можно обнаружить уникальный проект ТЭС-3. Речь идет об энерогосамоходе на гусеничном ходу, предназначенном для отдаленных районов Советского Союза.

Передвижная АЭС выдавала до 1 500 кВт, состояла из четырех шасси танка Т-10: на первом монтировался водо-водяной реактор, на втором – парогенератор, на третьем – турбогенератор и на четвертом – модуль управления. Вес уникального комплекса тянул на 310 тонн, автономность составляла до 250 суток, и это был первый в мире опыт подобного рода. Экспериментальная установка проработала с 1961 по 1965 год практически без поломок, что подтвердило перспективность данного направления.

Следующим шагом стал «Памир-630Д», разработка которого стартовала в 1965 году, но опытные машины собрали только в 1985 году. Инженеры испытывали на мобильной установке одноконтурный реактор с теплоносителем на основе тетраоксида диазота, что и предопределило сложности конструкции. Предполагалось, что, в отличие от гусеничного шасси, колесная база МАЗа позволит перемещаться по дорогам общественной инфраструктуры. Если бы не Чернобыль и связанные с ним фобии, «Памир» можно было довести до ума и пустить в общее пользование.

Одна из машин комплекса ТЭС-3

В 60-е годы экспериментировали с мобильными АЭС и в Соединенных Штатах. В частности, построили опытную ML-1 для нужд Пентагона. В отличие от советской техники, установку упаковали в четыре морских контейнера и пытались приспособить для переброски по воздуху. Все получилось исполнить в шести блоках, но выходная мощность была ниже расчетной, и проект закрыли.

Тема мобильных АЭС – обширная и небезынтересна, если у читателей появится интерес к этой истории, то вполне можно углубиться в технические особенности опытных проектов.

Изделие «Памир-630Д»

Гораздо крупнее мобильных сухопутных платформ плавучие АЭС, например, российский проект «Академик Ломоносов». В 2019 году «Академик» выдал первую электроэнергию городку Певек в Чукотском автономном округе. На корабле два водо-водяных реактора мощностью до 70 МВт и опционная возможность опреснения морской воды. Оценочный срок службы – до 40 лет.

В перспективе появятся оптимизированные плавучие блоки ОПЭБ мощностью 100 МВт, отличающиеся меньшими размерами, относительно «Академика Ломоносова», и итоговой стоимостью. Но эти проекты хороши для прибрежных территорий Крайнего Севера, особенно прилегающего в Северному морскому пути.

А что делать удаленным от «большой земли» объектам стратегического значения?

Немирные АЭС

Энергоснабжение отдаленных объектов Министерства обороны России является одной из приоритетных задач военного строительства. Арктика никуда от нас не денется, а вот посягательств на неё со стороны НАТО с каждым годом будет все больше. Можно, конечно, по старинке завозить уголь и мазут, но гораздо эффективнее (и эффектнее) поставить небольшую АЭС. Единственный минус – в случае войны разрушение реактора может вызвать небольшую экологическую катастрофу. Достаточно посмотреть на страсти вокруг Запорожской АЭС, чтобы понять все нюансы военного использования гражданского атома.

В свое время Министерство обороны запустило исследовательский проект «Гром-2016», целью которого была оценка затрат на энергообеспечение армейских объектов на далеком Севере. Речь о подразделениях, дислоцированных на острове Врангеля, архипелагах Новая Земля, Северная Земля, Франца-Иосифа, Новосибирских островах и на мысе Шмидта. К каждой базе можно подогнать плавучую АЭС наподобие «Академика Ломоносова», но дорого, а мощность реакторов корабля избыточна.

Со временем результаты исследования предполагалось экстраполировать на объекты в глубине российской территории. Требуемая электрическая мощность для каждого объекта военных не превышает 1,0–2,0 МВт, что в несколько раз меньше действующих и даже проектируемых плавучих АЭС.

Надо отметить, что авторы проекта из петербургского НИИ военно-системных исследований материально-технического обеспечения ВС РФ выбрали в качестве приоритетной схему термоэмиссионных АЭС. Для справки – подобные устройства используются для энергопитания космических аппаратов, отличаются компактностью, но и немалой стоимостью.

В России освоен выпуск термоэмиссионных малогабаритных АЭС типа «Бук» и «Топаз», выдающих от 2,5 до 7 кВт. Масса варьируется в зависимости от исполнения в пределах 900–1 000 кг, а ресурс мизерный – не более года. Предполагается разработать опытный образец термоэмиссионной АЭС, размещающейся в бетонной шахте диаметром 0,42 метра, глубиной около метра и накрытой сверху съемным колпаком. Столь компактный реактор должен выдавать не менее 100 кВт электроэнергии и служить порядка 15 лет.

Стоимость одной АЭС «шахтного» базирования около миллиарда рублей. Общие затраты на разработку только на бумаге переваливают за восемь миллиардов рублей. Впрочем, это лишь один из предусмотренных вариантов – в итоговом отчете фигурировали и другие типы изделий.

Установка с классическим турбогенератором выходила в десять раз мощнее и в три раза дороже. Расчетная стоимость разработки около 8,6 миллиардов. Военные инженеры предлагают взять за основу наработки 60–80-х годов, в том числе упоминаемые выше ТЭС-3 и «Памир-630Д». Каждый модуль малогабаритной АЭС не должен быть длиннее 16 м, шире 3,2 м и выше 4 метров. Масса заявлена в пределах 120 тонн.

Интересно, что в отчете фигурирует особая «задача дистанционного контроля и управления состоянием объекта с возможностью его ликвидации в случае неотвратимой угрозы захвата противником».

Ядерный реактор – преобразователь «Топаз». Есть предложение использовать наработки по этому проекту для энергоснабжения отдаленных военных гарнизонов. Источник: wikipedia.org

Насколько бы не выглядели фантастично научные разработки военных, они имеют под собой вполне осязаемую почву. Подобным уже занимаются за рубежом. Американцы работают над программой Delithium, включающей в себя несколько проектов. Самые малогабаритные – это серия E-Vinci от Westinghouse. Требования к АЭС – более восьми лет автономной работы, установка на объекте за 30 дней, генерация тепла и электроэнергии совокупной мощностью от 5 МВт до 13 МВт. Один модуль такой чудо-установки должен помещаться в стандартный контейнер и весить не более 40 тонн.

Первые прототипы ждут к 2025 году. Работы идут и над микромодульной АЭС Holos от Filippone and Associates LLC. Этот агрегат должен доставляться в удаленные от материка гарнизоны самолетами С-5 и С-17.

Интересно, что среди приоритетных целей постройки малогабаритных АЭС – снижение потерь конвоев армии. Логика следующая – Holos кратно снижает потребность военных объектов в жидком топливе, а значит и горящих бензовозов будет меньше. По статистике, в Афганистане американцы теряли 0,042 человека на конвой, в Ираке – 0,026 человека. С экономической точки зрения окупится Holos в месте дислокации не ранее чем через 500 суток.

Применение малогабаритных АЭС в военных целях принципиально не изменит театр боевых действий, но может стать мощным стимулом для развития соответствующего гражданского направления. Как уже было не один раз в истории.

источник