Autor: dr inż. Jerzy Chmielewski EkoAtom SEREN-POLSKA
W styczniu 2010 roku w Rosji zaakceptowany został innowacyjny Federalny Program Docelowy "Nowa generacja technologii energetyki jądrowej na lata 2010 – 2015, a następnie do roku 2020". Programowi nadano kryptonim "Proryv", co oznacza "Przełom". Realizację programu powierzono Państwowej Korporacji Rosatom.
Celem projektu "Proryv" jest stworzenie nowej platformy technologicznej dla energetyki jądrowej, bazującej na reaktorach wykorzystujących "prędkie neutrony". W federalnym budżecie zaplanowano na ten cel do roku 2020 kwotę 110 mld rubli, w tym 60 mld rubli przewidziano na reaktory prędkie. Te ostatnie środki rozdzielono na trzy zadania: chłodzone ciekłym ołowiem reaktory typu BREST (БРЕСТ: быстрый реактор со свинцовым теплоносителем), następnie reaktory chłodzone mieszaniną ołowiu i bizmutu SVBR (СВБР: Свинцово-висмутовый большой рывок)) oraz na kontynuowanie prac badawczo-rozwojowych nad typami reaktorów chłodzonych sodem.
Implementacja Federalnego Programu Docelowego ma umożliwić wprowadzenie na rynek w latach 2020-2030 nowych generacji reaktorów energetycznych na neutronach prędkich. Długoterminową strategią Rosatomu do roku 2050 jest przejście do bezpiecznych w swojej naturze elektrowni jądrowych, wykorzystujących reaktory prędkie z zamkniętym cyklem paliwowym, oraz wykorzystujących elementy paliwowe z MOX, albo z azotkiem uranu.
We wrześniu 2011 roku zatwierdzone zostały Założenia Techniczne projektu "Proryv". Następnie rozpoczęto prace mające na celu zsynchronizowanie cząstkowych Założeń Technicznych tego projektu. Określona została platforma projektowa kompleksu energetycznego "Proryv", składającego się z reaktora prędkiego o mocy 1200 MW, reaktora prędkiego z ołowiem w roli czynnika chłodzącego BREST-OD-300 oraz skojarzonych z nimi instalacji cyklu paliwowego.
We wrześniu 2012 roku Rosatom zapowiedział, że pilotowy reaktor BREST-300 na szybkich neutronach, wraz ze skojarzoną z nim instalacją przerobu stałego paliwa na bazie azotku uranu zostanie zbudowany w Syberyjskim Kombinacie Chemicznym (Сибирский химический комбинат) w miejscowości Seversk koło Tomska. Harmonogram budowy przestawiono na konferencji w marcu 2013 roku. Przewiduje się, że zezwolenie na lokalizację reaktora BREST-OD-300 zostanie wydane w 2014 r.
Federalny organ nadzorujący wykorzystanie zasobów naturalnych (Rosprirodnadzor) wydał w czerwcu 2014 r. pozytywną opinię odnośnie wystąpienia o zezwolenie na budowę eksperymentalnego kompleksu reaktora energetycznego wraz z modułem wyrobu/przerobu paliwa jądrowego. Budowa przewidywana jest na lata 2016-2020, a przekazanie instalacji do eksploatacji planowane jest na rok 2020. Ostateczna decyzja w tej materii będzie jednakże zależała od pozytywnego wyniku badań paliwa z azotkiem uranu na reaktorze BN-600.
Jeżeli eksploatacja reaktora BREST-OD-300, jako bloku o mocy 300 MWe, będzie przebiegała pomyślnie, to może pojawić się kolejna wersja tego typu reaktora o mocy 1200 MWe (2800MWt).
"Przełomowy" projekt reaktora typu "Brest" o mocy 300 MW lub 1200 MW(Źródło: Rosatom).
Przewiduje się, że poczynając od lat 2020-2025 reaktory energetyczne na prędkich neutronach będą odgrywały w rosyjskiej energetyce, co raz większą rolę, aczkolwiek będą to prawdopodobnie nowe rozwiązania w rodzaju BREST'u z pojedynczym rdzeniem i bez zespołu płaszcza do produkcji plutonu. Optymistyczny scenariusz przewiduje wzrost zdolności produkcyjnych energetyki jądrowej do 90 GWe w roku 2050. Rozwój rosyjskiej energetyki do roku 2100 przedstawiono szkicowo na załączonym wykresie.
Wykres rozwoju rosyjskiej energetyki do 2100 roku z uwzględnieniem EJ(źródło: www.atomic-energy.ru).
Powróćmy do projektu "Proryv", który w planach rozwojowych rosyjskiej energetyki odgrywa niezwykle istotną rolę. Podstawowe założenia tego projektu są następujące:
- Sub-projekt "BREST-300" – projekt elektrowni jądrowej z reaktorem na neutronach prędkich, chłodzonym ciekłym ołowiem, wykorzystującym elementy paliwowe z azotkiem uranu w zamkniętym cyklu paliwowym;
- Sub-projekt "Paliwo stałe" ("Dense fuel") – obejmuje opracowanie i atestację paliwa z mieszaniną azotków, włącznie z testami napromieniowywania;
- Sub-projekt "Przerób paliwa azotkowego" ("Refabrication of nitride fuel") – opracowanie oraz atestacja technologii i wyposażenia do przerobu paliwa z mieszaniny azotków z niewielką zawartością aktynowców i produktów rozszczepienia;
- Sub-projekt "Materiały konstrukcyjne" – opracowanie oraz atestacja materiałów konstrukcyjnych dla wykonania koszulek elementów paliwowych, włącznie z testami napromieniowywania;
- Sub-projekt "Wewnętrzny zamknięty cykl paliwa jądrowego" (In-station closed nuclear fuel cycle") – przewiduje opracowanie i atestację technologii do przerobu wypalonego paliwa jądrowego, włącznie z gospodarką odpadami radioaktywnymi;
- Sub-projekt "Kody" – dotyczy opracowania i weryfikacji kodów komputerowych do modelowania wszystkich elementów składowych procesów i systemów w projekcie "Proryv";
- Sub-projekt "BN-1200" – obejmuje projekt elektrowni jądrowej z reaktorem na neutronach prędkich, chłodzonym sodem i wykorzystującym w zamkniętym cyklu paliwowym elementy paliwowe z mieszaniną azotku uranu.
Projekt "BREST-300" jest aktualnie w fazie realizacji projektu technicznego. Rozpoczęcie budowy elektrowni jądrowej zaplanowano na rok 2017. Przekazanie EJ do eksploatacji przewidziano na rok 2020.
Aktualnie w ramach sub-projektu "Paliwo stałe" wewnątrz reaktora BOR-60 badane są eksperymentalne reaktorowe zestawy paliwowe z mieszaniną azotku uranu (badania trwają już 10 miesięcy). Przygotowano również dwa przebadane zestawy paliwowe do załadowania w tym samym reaktorze w celu ich napromieniowania. Do prób na reaktorze BN-600 przygotowano kombinowane eksperymentalne zestawy paliwowe, w których oprócz typowych elementów paliwowych z uranem umieszczono cztery elementy paliwowe z mieszaniną azotku uranu. Obecnie w rosyjskim organie dozorowym (Rostechnadzor) trwa procedura ich dopuszczenia. Planowano, że zestawy paliwowe z azotkiem uranu zostaną załadowane do reaktorów BOR-60 oraz BN-600 w 2013 roku. (Brak informacji potwierdzającej realizację tego zamierzenia.)
Sub-projekt "Przerób paliwa azotkowego" jest na etapie opracowywania wymagań technicznych na technologię i urządzenia.
W ramach sub-projektu "Materiały konstrukcyjne" na ukończeniu są badania m.in. takich materiałów jak elementy stalowe. Badania te są prowadzone na specjalnym zestawie pomiarowym reaktora BN-600. Do napromieniowania w reaktorze przygotowywane są także inne materiały konstrukcyjne. Prace te są prowadzone w ścisłej koordynacji z sub-programem "Paliwo stałe".
Przeprowadzone zostały pierwsze eksperymenty z przerobem paliwa z azotkiem uranu przy wykorzystaniu technologii pyro-elektrochemicznej w ramach sub-projektu "Wewnętrzny zamknięty cykl paliwa jądrowego". Obecnie plany eksperymentów poddawane są korektom oraz opracowywane są wymagania techniczne na eksperymentalne instalacje wewnątrz-rdzeniowe.
W ramach projektu "Kody" prowadzone są prace nad doskonaleniem wykorzystywanych i opracowywaniem nowych kodów komputerowych, przewidzianych do modelowania procesów oraz urządzeń.
Zakończone zostały prace dotyczące projektu technicznego reaktora "BN-1200".
W podsumowaniu warto przytoczyć szereg informacji o energetyce jądrowej Rosji.
Rosyjski przemysł jądrowy dysponuje obecnie ponad 350 przedsiębiorstwami zatrudniającymi przeszło 25.000 pracowników, które zajmują się energetyką jądrową oraz cyklem paliwa jądrowego. Działa także szereg specjalistycznych zespołów badawczo-rozwojowych.
W eksploatacji znajduje się 10 elektrowni jądrowych z 33 blokami energetycznymi o mocy zainstalowanej 25,2 GW, co oznacza około 18% udziału w ogólnokrajowej produkcji energii elektrycznej. Najnowsze przedsięwzięcia w tej dziedzinie dotyczą budowy następujących elektrowni jądrowych:
– Nowoworoneż NPP-2,
– Leningrad NPP-2,
– Bałtycka NPP, oraz
– czwarty blok Białojarskiej NPP.
W 2013 roku w stoczni Saint Petersburga położono stępkę pod nowy atomowy lodołamacz, co wiąże się z kolejnym etapem intensywnego rozwoju badań w rejonie arktycznym.
W ramach współpracy międzynarodowej Rosatom zaangażowany jest w budowę elektrowni jądrowych w Kudankulam (Indie), Bushehr (Iran), Akkuyu (Turcja), a także na Białorusi oraz w Chinach.
Rozwój przemysłu jądrowego w Rosji traktowany jest, jako najwyższy priorytet narodowy. Przemysł jądrowy postrzegany jest, jako kluczowy sektor rosyjskiej gospodarki, istotny z punktu widzenia długofalowego energetycznego bezpieczeństwa kraju. Przemysł ten stwarza ponadto zapotrzebowanie na różnego rodzaju produkty, urządzenia i usługi, stymulując tym samym inne dziedziny gospodarki, takie jak hutnictwo, technika budowlana, poszukiwania geologiczne itp. Poważne zadania stawiane są również przed uczelniami i instytutami naukowo-badawczymi kraju, mające zapewnić dopływ wysoko kwalifikowanych kadr specjalistów.