Отложенная инновация

Ирик Имамутдинов
15 марта 2004, 00:00

Мировая атомная энергетика переходит на реакторы мощностью полторы тысячи мегаватт и больше. Когда-то они у нас были, но сегодня Россия опять выступает в роли догоняющего

В конце прошлого года финская энергетическая компания TVO объявила результаты тендера на строительство пятого в стране атомного энергоблока. Нашим атомщикам не повезло - финны предпочли российскому блоку с реактором ВВЭР-1000 проект EPR (European Pressurized Water Reactor), предложенный европейским консорциумом Framatom ANP. Пожалуй, впервые за всю историю ядерной энергетики заказчики отдали предпочтение не многократно проверенному реактору (только в России успешно эксплуатируются восемь ВВЭР-1000), а проекту, по существу живущему пока только на бумаге.

Генеральный директор российского энергомашиностроительного концерна "Силовые машины" Евгений Яковлев тогда довольно жестко прокомментировал "Эксперту" причины неудачи нашего проекта: "Блоки мощностью тысяча мегаватт - это вчерашний день, об этом достаточно убедительно свидетельствует проигрыш тендера в Финляндии, где выиграли французы со своим реактором в тысячу пятьсот-тысячу семьсот мегаватт, который даже не был в промышленной эксплуатации, поэтому российский блок-1500 должен стать сейчас центральным проектом всей системы Минатома".

Критически важный проект

Совершенно четкая тенденция роста единичной мощности вводимых на АЭС блоков обнаружилась отнюдь не вчера - без малого четверть века в мире строятся и запускаются реакторы номинальной мощностью 120О-1400 МВт, а в последние четыре года и с полуторатысячной мощностью.

Основной аргумент в пользу более производительных блоков - экономический: при их возведении удельная стоимость каждого введенного киловатта мощности падает примерно на 10%. Это означает, что если ввод 1000-мегаваттного блока обходится в миллиард долларов, то строительство полуторатысячника - в 1,35 млрд, при том что эксплуатационные расходы растут несущественно.

Финские энергетики добивались политического решения о строительстве новой АЭС почти двадцать лет, и неудивительно, что, когда оно было принято, они предпочли получить сразу полторы станции вместо одной. Так думали и раньше - уже со второй половины 70-х годов американцы начали возводить целую серию легководных (родственных нашим ВВЭР) реакторов Westinghouse Electric и Combustion Engineering мощностью 1100-1200 МВт и вводили их в эксплуатацию в течение почти всего следующего десятилетия. Начиная с 80-х годов в Германии были подключены к сети десять блоков Siemens мощностью более 1300 МВт, причем один из самых мощных заработал сразу после чернобыльской катастрофы в 1986 году (АЭС "Брукдорф", 1440 МВт). В возведении сверхпроизводительных энергоблоков особенно преуспели французы - с начала 80-х годов они запустили в работу свыше двадцати фраматомовских реакторов, причем на станциях CHOOZ-B и CIVAUX с 2000 года работает по два блока номинальной мощностью 1500 МВт.

О том, что наиболее выгодным вариантом замены выбывающих из эксплуатации тепловых электростанций является строительство ядерного энергоблока большой мощности на базе ВВЭР-1500, давно твердят и наши ученые из ведущих энергетических институтов. После проигрыша тендера в Финляндии всполошились и СМИ, и чиновники, а разработка отечественного легководного реактора-полуторатысячника называется теперь не иначе как "один из самых критически важных проектов национального масштаба". Печально в этой ситуации то, что суматоха вокруг нового проекта заставила многих позабыть, что опыт создания сверхмощных энергоблоков у нас уже был и что реактор такой мощности начал работать в 1983 году в Советском Союзе на Игналинской АЭС в Литве, то есть за 17 лет до пуска самого первого французского полуторатысячника. Правда, из-за чернобыльской катастрофы это направление развития технологии было практически полностью закрыто.

Канальный против водяного

Почти с самого начала использования атома в мирных целях специалистам было понятно, что рост единичной мощности реакторов будет носить не революционный, а эволюционный характер - постепенно будут совершенствоваться уже наработанные технологии. На первой в мире атомной станции, Обнинской, работал реактор канального типа мощностью всего 5 МВт. В 60-х годах опыт эксплуатации уран-графитовых канальных реакторов, нарабатывавших оружейный уран и плутоний на промышленно-энергетической АЭС "Сибирская" в Томске-7, пригодился для возведения гражданских реакторов АМБ мощностью 100 и 200 МВт на Белоярской АЭС.

Почти одновременно с канальными один за другим вводятся устройства другого типа - водно-водяные энергетические реакторы (ВВЭР). В течение всего восьми лет, с 1964-го по 1972 год, последовательно строятся блоки ВВЭР мощностью 210, 365 и 440 МВт. Следующего поколения ВВЭР мощностью 1000 МВт пришлось ждать уже почти десять лет. И дело было вовсе не в разработчиках (реакторную зону разрабатывали в Курчатовском институте, а конструировали в ОКБ машиностроения и подольском "Гидропрессе") - в начале 70-х советская промышленность еще не была готова к серийному производству уникальных высокопрочных корпусов больших размеров, каких требовали ВВЭР-1000.

Поэтому стремительное развитие советской атомной энергетики обеспечили реакторы РБМК (реакторы большой мощности канальные), они обходились без специальных реакторных корпусов, и до середины 80-х годов только на территории России было построено десять энергоблоков. Особенности канальной технологии способствовали быстрому росту единичной мощности новых поколений реакторов. Когда в 1973 году на Ленинградской АЭС был пущен первый блок с РБМК-1000, у генерального конструктора этого типа реакторов столичного НИКИЭТ (Научно-исследовательский и конструкторский институт электротехники) Минсредмаша СССР уже был готов проект РБМК мощностью 1500 МВт, а вскоре стартовала работа и над РБМК-2400. К этому времени американцы только-только начали определяться с техническим заданием на легководные реакторы мощностью 1200 МВт.

В 1974 году предприятия Средмаша получают финансирование на начало производства сразу десяти реакторов обоих типов - заказы на ядерные блоки в СССР достигают своего пика. Деньги получают не только такие "старые" проекты, как РБМК-1000 и ВВЭР-440, но и два новичка: в бюджетной строке прописан выпуск сразу четырех ВВЭР-1000 и двух РБМК-1500 (для Игналинской АЭС, ее первую очередь сдадут в 1983 году, следующую еще через четыре года).

В 1983 году (сразу после промышленного пуска первого ВВЭР-1000) было определено "Техническое задание на опытно-конструкторскую работу 352-ТЗ-002" на создание "Установки реакторной ВВЭР-1500", утвержденное среди прочих академиком Александром Александровым, директором Курчатовского института, который выступал научным руководителем большинства создававшихся тогда атомных реакторов.

Турбинисты гонятся за реакторщиками

Увеличение мощности реактора определило и требования к более мощному турбогенераторному блоку. Между тем этот традиционный сегмент энергомашиностроения, где мировое лидерство СССР определилось еще с 50-х годов, заметно отставал по росту единичной мощности машин от стремительного роста возможностей реакторов. Дело не только в пресловутом длинном жизненном цикле такого сложного продукта, как турбина, - просто к такому взлету атомной энергетики не был готов и советский Госплан. Почти полтора десятилетия после пуска первой АЭС обходились без специального производства "атомных" турбин, подгоняя обычные паровые машины под параметры, необходимые ядерным энергоблокам (с более низкими температурами пара и более высокой влажностью). Но к концу 60-х отставание уже бросалось в глаза - традиционное машиностроение оказалось инерционнее требований новой энергетики.

В конце 60-х - 70-е годы огромные средства, по словам генерального директора НПО петербургского Центрального котлотурбинного института (ЦКТИ) Юрия Петрени, вкладываются не только в производство реакторов-"тысячников" (Ижорский завод и "Атоммаш"), но и в изготовителей турбин - харьковский "Турбоатом" и Ленинградский металлический завод (ЛМЗ).

В 1967 году постановлением Совмина Харьковский турбинный завод ("Турбоатом") становится головным предприятием по проектированию и изготовлению мощных паровых турбин для атомных электростанций. Уже через два года здесь стали изготавливаться турбины для АЭС мощностью 220 МВт. Но к этому времени уже вовсю строились реакторы ВВЭР-440, и для покрытия такой мощности приходилось устанавливать по две турбины на каждый энергоблок, что существенно увеличивало проектные расходы. Задача была поставлена так: на один реактор должна приходиться одна турбогенераторная установка. В первой половине 70-х, когда турбинисты делают технологический рывок и выпускают машины на 500 МВт, перегоняя атомщиков в сегменте ВВЭР, уже начинают строиться первые блоки РБМК мощностью 1000 МВт и заказаны реакторы на 1500 МВт для Игналинской АЭС. Харьковчане опять оказываются в роли догоняющих, хотя успевают к пуску Игналинской АЭС в 1983 году выпустить 750-мегаваттные турбины (по две таких машины как раз и стоят на каждом блоке станции), а вскоре осваивают и машины на 1000 МВт.

При создании мощных турбин харьковский "Турбоатом" шел в целом тем же путем, что и весь мир, и проектировал так называемые тихоходные машины со скоростью вращения вала 1500 оборотов в минуту. По словам Юрия Петрени, "у таких турбин огромная металлоемкость, и нужны массивные сварные роторы большого сечения, которые изготавливались по очень сложным технологиям". Несмотря на бурные дискуссии, которые велись среди специалистов и плановиков в конце 70-х годов, было все-таки решено создавать конкурентную харьковскому тихоходнику инновационную для того времени "быстроходную" (3000 оборотов в минуту) машину на базе Ленинградского металлического завода. Предполагалось, помимо прочего, что менее металлоемкие, а значит, и меньшие по размеру турбины снизят требования ко всей инфраструктуре и позволят сэкономить на уменьшении объема машинного зала и, соответственно, на обеспечении безопасности неядерной части станции.

В 1982 году на ЛМЗ была собрана первая быстроходная турбина для ВВЭР мощностью 1000 МВт. Четыре такие турбины работают сейчас на Ровенской и Южноукраинской АЭС на Украине. По словам г-на Петрени, каждая "наработала более ста тысяч часов, подтвердив свою надежность". Инновационное решение более чем тридцатилетней давности оказалось дальновидным. Именно благодаря ему в 90-е годы появились китайский, индийский и иранский заказы на оборудование для АЭС, которые позволили выжить российскому энергомашиностроению (напомним, что альтернативный вариант с "Турбоатомом", ставшим иностранным предприятием, не прошел бы).

Надо просто сесть и посчитать

В 1986 году катастрофа на Чернобыльской АЭС, где взорвался РБМК-1000, практически ставит крест на дальнейшем развитии РБМК-технологии (чиновников, похоже, до сих пор преследует чернобыльский комплекс, по крайней мере, в разговоре с "Экспертом" ни один из них так и не захотел вспомнить об одном из самых высоких мирных достижений советского атомного проекта - Игналинской АЭС, поныне обеспечивающей 75% энергетических потребностей Литвы). А последовавшая затем перестройка и реформы на пятнадцать лет приостанавливают работу и над полуторатысячным реактором легководного типа, в разработке которого к тому времени мы также успели продвинуться дальше всех в мире.

Работы над реакторной установкой ВВЭР-1500 возобновились в 2001 году - после прихода на пост министра РФ по атомной энергии Александра Румянцева, занимавшего до этого пост директора Курчатовского центра. Почти сразу был издан приказ N337, который определил основных исполнителей проекта: генеральным конструктором реактора назначили "Гидропресс", а научным руководителем - Курчатовский институт. Департамент по развитию "Росэнергоатома" после приказа 2001 года успешно проделал работу по оценке возможности создания такого блока, определились и возможные поставщики.

Любопытно, что питерские машиностроители благодаря советской инновации более чем четвертьвековой давности оказались наиболее готовыми к производству своей части блока-полуторатысячника - турбогенераторного узла.

В 1977 году на Костромской ГРЭС была запущена единственная в мире паровая турбина мощностью 1200 МВт для обычной тепловой электростанции, которая может работать и на 1400 МВт, а при определенной доводке ее можно использовать и в проекте полуторатысячника. Основными исполнителями выступили ЛМЗ и ЦКТИ, а электрогенератор был изготовлен на ленинградском же заводе "Электросила". В турбине применялись самые совершенные на момент создания технологии (цилиндры высокого и низкого давления располагались на одном валу, в цилиндре низкого давления уже тогда использовались титановые лопатки длиной 1200 мм). Эта турбина безаварийно проработала 100 тысяч часов и до сих пор имеет высочайший КПД в отрасли - 40% (это в России, в мире существуют паровые турбины меньшей мощности с КПД 43%).

"Одной из традиций советской конструкторской школы была такая: при создании нового оборудования в нем сразу закладывались некие резервы с тем, чтобы в дальнейшем быстрее перейти к следующему поколению техники", - объясняет Юрий Петреня. Может быть, это нас и выручит: несмотря на многолетний застой, сегодня ни у турбинистов, ни у атомщиков принципиальных технологических проблем для создания полуторатысячника нет, и, по словам заместителя министра по атомной энергии Владимира Асмолова, "надо просто сесть и посчитать".

Проигрыш в финском тендере сыграл роль катализатора. В середине января 2004 года вопрос "О разработке АЭС с энергоблоками большой мощности (ВВЭР-1500)" рассматривался на коллегии Минатома России. На коллегии снова встал вопрос о необходимости базового проекта - он должен определить неизменяемые части энергоблока, самые важные из которых - реактор и турбогенератор. На его создание уйдет три года и будет потрачено около трех миллиардов рублей, львиная доля которых пойдет, по словам заместителя начальника департамента по атомной энергетике Александра Шмыгина, на создание реакторной зоны. Пожалуй, более важным решением коллегии было то, что "проект ради проекта никому не нужен" и надо не ждать заказа со стороны, а определяться со своей площадкой, где будет построен первый такой блок. Приоритетной названа площадка рядом с Ленинградской АЭС, блоки которой как раз начнут выводить из эксплуатации к этому времени, и их надо чем-то компенсировать. Если нам удастся создать базовый проект полуторатысячника для себя, наши предложения окажутся более весомыми и на международных тендерах. А их будет немало, например, только Китай до 2020 года хочет построить двадцать реакторов, большая часть которых, если следовать логике технологической конъюнктуры, может оказаться полуторатысячниками.