Новаторский суперпроект: первый в мире блок реактора «Хуалун-1», выполняющий коммерческие операции

На днях Китай ввел в коммерческую эксплуатацию первый в мире блок с «Хуалун-1» — ядерного реактора третьего поколения. Размах проекта впечатляет. В Поднебесной уверены, что развитие атомной отрасли приведет к «некоторым революционным изменениям». Но не собираются ли китайцы использовать ее в военных целях в том числе?

0 января 2021 года, Фуцин, провинция Фуцзянь. Здесь был введен в коммерческую эксплуатацию первый в мире блок с «Хуалун-1» — 5-й блок, разработанный Китайской национальной ядерной корпорацией (CNNC).

Прошло более 2000 дней с момента официального начала строительства «Хуалун-1» — 7 мая 2015 года.

В строительстве проекта было задействовано и использовано более 60 тысяч единиц (комплектов) оборудования, 165 километров трубопроводов, 2200 километров кабелей, участвовала команда разработчиков и исследователей, насчитывающая более тысячи человек, более 5300 поставщиков оборудования. Всего в проекте приняли участия почти 200 тысяч человек… Это новаторский суперпроект, сияющая визитная карточка страны.

Вопрос безопасности

«Хуалун-1» — это ядерная энергетическая технология третьего поколения полностью отечественного производства и всецело принадлежащая Китаю. Это один из лучших ядерных реакторов третьего поколения на мировом рынке атомной энергии. Расчетный срок эксплуатации реактора — 60 лет. Он имеет конструкцию активной зоны из 177 тепловыделяющих сборок (ТВС) и проектный цикл перегрузки топлива каждые 18 месяцев. Инновационное использование комбинации «активной и пассивной» систем безопасности и технологий двойной защитной оболочки соответствует самым высоким международным стандартам с точки зрения безопасности.

Что касается ядерной промышленности, то там, где в вопросе безопасности можно шагнуть вперед, научный прогресс тоже делает шаг вперед. Безопасность является наиболее важным вопросом в строительстве и эксплуатации энергоблоков АЭС, а также для местного населения. «Хуалун-1» не исключение.

В «Хуалун-1» строго соблюдаются национальные стандарты безопасности. Юй Цзяньфэн, секретарь партийной ячейки и председатель правления Китайской национальной ядерной корпорации, сказал, что текущие стандарты безопасности в Китае являются самыми строгими, высокими и самыми передовыми в мире.

Как обеспечивается безопасность «Хуалун-1», способного выдержать землетрясения и столкновения с самолетами?

Академик Китайской академии инженерных наук Е Цзичжэнь сказал в интервью журналисту, что реакторные технологии третьего поколения безопаснее, чем реакторные технологии второго поколения, и вероятность поломки на порядок ниже. «Хуалун-1» достиг международных стандартов безопасности для атомной энергетики третьего поколения.

Е Цзичжэнь отметил, что в «Хуалун-1» используется конструкция активной зоны реактора из 177 ТВС, что увеличивает количество тепловыделяющих сборок активной зоны с 157 до 177. Это не просто увеличение количества ТВС, но и увеличение запаса прочности при одновременном увеличении выработки электроэнергии.

В «Хуалун-1» используется комбинированную систему безопасности «активная + пассивная».

Так называемая «активная» система означает использование электроэнергии для управления системами безопасности, обеспечивающими работу атомных электростанций. Если АЭС выйдет из строя и электричества не будет, то может пригодиться «пассивная» система безопасности.

Е Цзичжэнь сказал, что «пассивная» система должна полагаться на естественные силы для активации систем безопасности. Например, в случае возникновения пожара сверху выливается емкость с водой под действием естественной силы тяжести, что может гарантировать безопасность при отсутствии источников энергии.

«Хуалун-1»может полагаться на естественные силы, такие как сила тяжести, перепад температур и сжатый воздух, для активации системы безопасности и отводить тепло за счет естественных процессов, таких как испарение, конденсация, конвекция и естественная циркуляция.

Комбинация активной и пассивной систем обладает как зрелостью и стабильностью «активной» системы, так и уникальным преимуществом «пассивной» системы в случае отключения от источника питания.

Кроме того, в «Хуалун-1» также используется конструкция двойной защитной оболочки. Внешний слой может выдерживать столкновение с большим самолетом, а внутренний слой может предотвращать выход радиоактивных веществ, даже если возникнет проблема в активной зоне реактора.

Что произойдет, если «Хуалун-1» столкнется с экстремальной ситуацией, такой как ядерная авария на АЭС «Фукусима-1»?

Юй Цзяньфэн сказал, что «Хуалун-1» полностью усвоил уроки Чернобыля и ядерной аварии на АЭС «Фукусима-1» в Японии. Даже в случае возникновения чрезвычайной природной катастрофы, такой как ядерная авария на «Фукусиме-1», где наложились друг на друга землетрясение и цунами, энергоблок «Хуалун-1» сможет гарантировать безопасность и даже быстро возобновить работу без возникновения такой катастрофы, как это было в Японии.

Вопрос инноваций

716 внутригосударственных патентов, 65 международных патентов, более 200 зарубежных товарных знаков, 125 авторских прав на программное обеспечение, более 1500 отчетов о ключевых научных исследованиях и многочисленные научно-технологические статьи об инновациях… «Хуалун-1» является первой полностью китайской реактивной технологией, независимой от внешнего мира.

При этом все основное оборудование «Хуалун-1» было произведено в Китае, а процент отечественных деталей во всем оборудовании достигает 88%.

«Одна из ключевых идей в развитии ядерной энергетики нашей страны — неуклонное следование по пути независимых инноваций, — сказал Юй Цзяньфэн. — В области ключевых технологий мы добивались прорыва за прорывом и не застревали по пути».

С какими трудностями пришлось столкнуться и какие испытания пришлось пройти, чтобы в итоге оказаться способным дать подобный уверенный ответ?

В вопросе китайских самостоятельных разработок Син Цзи, главному проектировщику «Хуалун-1» Китайской национальной ядерной корпорации, всегда есть что добавить.

Он до сих пор помнит: когда он работал на стройплощадке Даяваньской АЭС в 1990 году, все сырье и даже бетон, необходимые для строительства АЭС, приходилось импортировать из-за границы.

«Иметь абсолютно независимую модель исследований и разработок — это мечта наших китайских специалистов по ядерной энергетике», — твердо заявил Син Цзи.

Каждая ключевая технология — это вершина, которую нужно захватить.

Не говоря уже о крупных разработках, даже клапан может стать «преградой» на пути.

Клапаны составляют наибольшее количество от всего ядерного оборудования на электростанции. Число клапанов, используемых в «Хуалун-1», достигает 18 тысяч. Эти клапаны достаточно малы, чтобы поместиться в ваших карманах, но достаточно прочны, чтобы выдержать грузовик.

Хотя клапан выглядит незаметно, он играет важную роль в реализации сложных системных функций атомных электростанций. В прошлом при строительстве атомных электростанций в основном применялась импортированная арматура, и все важные детали закупались за границей.

Первый в мире блок «Хуалун-1» — это проект «трех новых»: новые технологии, новое оборудование и новые материалы. И требования к конструкции клапанов также изменились. Существующие зрелые технологии зарубежных клапанов больше не соответствовали условиям работы новой системы, что потребовало в короткий срок разработки и производства клапанов, которые могут полностью удовлетворить функциональные требования «Хуалун-1».

Раз за разом проводить испытания и сравнения… Отдел НИОКР CNNC провел ряд совместных научных исследований с поставщиками клапанов в Организации Объединенных Наций, в результате чего были созданы опытно-конструкторские разработки прототипов, аттестация и поставка всех ключевых клапанов, что в итоге разрушило долгосрочную монополию иностранных поставщиков высококачественной арматуры в Китае.

От главного насоса и компенсатора давления до парогенератора, от клапана и электрического кабеля до щита управления, от улучшения сейсмических характеристик до конструкции, способной противостоять столкновению с самолетом, — в «Хуалун-1» множество подобных инновационных историй.

Сегодня «Хуалун-1» сформировал полностью независимую типовую систему стандартов, охватывающую весь жизненный цикл проектирования, оборудования, строительства и ввода в эксплуатацию атомной электростанции, которая может надежно поддержать серийное строительство и «выход за границу» Hualong One.

Вопрос будущего

Долгое время мировая атомная энергетика имела «проклятье» в виде того, что «первый запуск реактора должен быть отложен». Hualong One удалось преодолеть и это.

В отличие от многократного строительства атомных электростанций, создание первого реактора каждой новой ядерной технологии требует большого количества инновационных исследовательских и испытательных работ. Поэтому срок строительства первого блока, как правило, очень продолжительный.

Юй Цзяньфэн отметил, что среди строительства первых в мире ядерных блоков ядерного реактора третьего поколения «Хуалун-1» стал тем, который смогли завершить в установленные сроки при сохранении высокого качества, что произошло впервые в истории мирового развития атомной энергетики.

Каждый сварной шов ядерного класса должен быть проверен, и все должно быть зарегистрировано: кто его сваривал, какие технологии использовались, как шел процесс сварки и другое. Кроме того, должна быть проведена строгая оценка по стандартам.

Сколько сварных швов имеется на атомной электростанции «Хуалун-1» мощностью в тысячу мегаватт? А ведь каждый сварной шов необходимо проверять подобным образом!

За более чем пять лет почти 200 тысяч человек приняли участие в строительстве проекта «Хуалун-1»… Строители использовали весь свой опыт и знания, чтобы сотворить чудо в истории строительства атомной энергетики.

Однако главный конструктор Син Цзи резюмирует: «Со дня закладки „Хуалун-1" мы уже отказались от „Хуалун"».

От закладки энергоблока в Фуцине в мае 2015 года до начала строительства АЭС в Чжанчжоу в октябре 2019 года чертежи каждого следующего реактора «Хуалун-1», построенных в этот период, различаются.

«Когда мы построили первый блок „Хуалун-1", мы продолжили использовать наш опыт в последующих проектах, чтобы безопасность и экономическая эффективность реакторов, которые запускаются позже, можно было постоянно оптимизировать, а показатели непрерывно улучшались», — сказал Син Цзи.

В сентябре 2020 года Госсовет КНР рассмотрел и утвердил строительство объекта второй очереди на АЭС «Чанцзян» в Хайнани и объекта первой очереди на АЭС «Саньао» в Чжэцзяне, использующих ядерную энергетическую технологию третьего поколения «Хуалун-1». В настоящее время в Китае уже запущено массовое строительство «Хуалун-1».

Каждый блок с «Хуалун-1» вырабатывает около 10 миллиардов киловатт-часов электроэнергии в год, что покрывает годовые производственные и внутренние потребности в электроэнергии почти 1 миллиона человек в странах с умеренным уровнем развития.

По мнению академика Е Цзичжэня, таким образом Китай сможет существенно сократить выбросы углерода и даже прийти к углеродной нейтральности, а энергетические преобразования станут необходимостью. Атомная энергия является низкоуглеродистым источником энергии и должна сочетаться с ветровой и солнечной энергией, чтобы способствовать сокращению выбросов углерода.

Юй Цзяньфэн отметил, что развитие атомной отрасли должно не только решить проблему энергоресурсов, но и в будущем привести к некоторым революционным изменениям в медицине, сельском хозяйстве и обрабатывающей промышленности. Ядерное будущее уже скоро станет возможным!