Проект «Прорыв»

«Прорыву» помогут роботы

Автоматизация и роботизация обеспечат проектам по замыканию ЯТЦ новый уровень эффективности

На модулях по фабрикации и переработке топлива Опытно-демонстрационного энергокомплекса (ОДЭК), который сооружается в рамках проекта «Прорыв», будут применяться новейшие технологические решения. А на модулях Промышленного энергокомплекса (ПЭК), который построят вслед за ОДЭК, будет еще интереснее: производство планируется полностью безлюдным, самую опасную работу вместо людей будут делать роботы. О нюансах технического оснащения модулей ОДЭК и ПЭК рассказывает начальник отдела разработки технологий и материалов ядерного топливного цикла АО «Прорыв» Александр Жеребцов.

— Александр, расскажите, как будет оснащен модуль переработки топлива на ОДЭК.

— Роботы как таковые для этого модуля не предусмотрены, но в нем будет множество средств автоматизации и механизации: системы дистанционного управления, манипуляторы и прочее.

— В чем их отличие от роботов?

— Роботы действуют по заранее написанной программе, выполняя многократно повторяющиеся операции. А средства автоматизации и механизации требуют постоянного участия оператора, пусть даже и дистанционного.

— Почему нужно исключить присутствие человека на модуле переработки?

— Во-первых, по причине безопасности. Во-вторых, мы стремимся сделать технологическое ядро — комплекс производственных участков, на которых непосредственно происходит процесс переработки топлива, — максимально компактным. Присутствие человека, даже в помещениях временного пребывания персонала, требует определенных условий для работы, а это — лишнее место, освещение, вентиляция и так далее.

Сейчас на аналогичных производствах оператор находится в помещении, отделенном от горячей камеры стенкой биологической защиты, и наблюдает за происходящим через защищенное стекло. В саму камеру персонал может попасть только в случае нештатных ситуаций — когда ядерный материал удален и горячая камера дезактивирована.

Концепция, применяемая нами, предполагает создание технологических участков исходя только из принципов ядерной безопасности, а не необходимости захода персонала. Тем самым достигается, помимо повышения уровня радиационной безопасности, существенная экономия капитальных и эксплуатационных затрат.

— На каком этапе сейчас находятся работы по модулю переработки ОДЭК?

— Начинается проектирование. Разработаны исходные данные для проектирования, связанные с технологиями переработки ОЯТ и обращением с РАО. Отмечу, что благодаря выполняемым работам по ПЭК в ТЗ на выполнение проектно-изыскательских работ на модуле переработки (МП) ОДЭК появились требования не только к автоматизации и диспетчеризации, но и к роботизации.

— Теперь давайте перейдем к «начинке» модуля переработки Промышленного энергокомплекса. Чем он будет отличаться от ОДЭК? И зачем вообще нужны новшества?

— Принципиальное отличие ОДЭК от ПЭК: требования к экономике первого — безубыточность, второго — конкурентоспособность. Остальные требования, в частности по безопасности и экологичности, остаются неизменными. При этом производительность модуля переработки в ОДЭК примерно в три раза меньше, чем в ПЭК.

Исходя из этого мы вынуждены корректировать многие решения, которые разрабатывались ранее. Это нужно, чтобы снизить как капитальные затраты — на строительство, так и операционные затраты — на эксплуатацию.

Интересный факт: уменьшая площади технологического ядра, где сосредоточено основное производство, мы тем самым уменьшаем и вспомогательные помещения — транспортные пути, трубные коридоры, машзалы и так далее, что, в свою очередь, снижает затраты на вентиляцию, освещение, отопление и прочее. Как следствие — производство становится более энергоэффективным. Кроме того, снижается количество площадей, требующих периодической дезактивации, и, соответственно, объемы образующихся ЖРО и затраты на обращение с ними. Этакий принцип домино.

Но этот подход требует применения механизмов, способных стабильно работать в ограниченном пространстве и в специфических условиях радиохимических производств. Здесь и возникает дилемма: нужно ли предусматривать в МП ПЭК возможность захода в помещения человека при нештатных ситуациях? Если да — преимущества, о которых я говорил выше, в значительной мере нивелируются. Если нет — сразу возникает множество вопросов, связанных с ремонтом и заменой оборудования, надежностью самих роботов, нужной инфраструктурой. Несмотря на это, именно роботизированное производство выбрано сейчас приоритетным для ПЭК вариантом.

ОДЭК и ПЭК

ОДЭК — это опытно-демонстрационный комплекс. Он включает в себя модуль по фабрикации/рефабрикации топлива (МФР, в 2023 году должно завершиться его строительство), реактор на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем БРЕСТ-ОД-300 (ввод в промышленную эксплуатацию намечен на 2027 год) и модуль по переработке топлива (МП, начнет работу в 2030 году).

ОДЭК должен продемонстрировать работоспособность новых конструкций, технологий и принципиальную возможность замыкания ядерного топливного цикла. Но уже сейчас результаты работ по «Прорыву» позволяют перейти к разработке промышленных энергокомплексов с реакторами на быстрых нейтронах — ПЭК.

Принципы работы ОДЭК и ПЭК будут схожи, только в основе ПЭК — двухблочная АЭС с двумя быстрыми реакторами мощностью 1200 МВт каждый. Как и в ОДЭК, в ПЭК могут входить пристанционные модули по фабрикации и переработке топлива: на первом будут изготавливаться тепловыделяющие сборки со СНУП- или МОКС-топливом, на втором — выполняться переработка ОЯТ для рефабрикации новых сборок. Возможен и вариант, когда объекты замыкания ЯТЦ будут расположены отдельно от АЭС. Данные варианты были проработаны при выполнении в 2021 году технико-экономического обоснования начального этапа развития двухкомпонентной ядерной энергетики при замыкании ядерного топливного цикла и промышленном внедрении реакторов на быстрых нейтронах.

Подробности

— Какие плюсы и минусы у этого варианта?

— Главный минус в том, что роботы, хотя и получают все большее и большее распространение, тем не менее все еще дорогие. Как и любое оборудование, они имеют свой ресурс, их необходимо обслуживать. С другой стороны, использование универсальных роботов позволяет отказаться от разнопланового оборудования. Как результат — уменьшение номенклатуры запасных частей и в конечном счете снижение стоимости производства и минимизация складских запасов.

Поэтому к внедрению роботов следует подходить взвешенно: бессмысленно их применять повсеместно только потому, что это тренд. Если можно использовать более простые и дешевые способы, имеющие опыт эксплуатации, — почему нет?

Главный плюс «безлюдного» варианта — повышение уровня безопасности на объекте, так как ошибки, которые могут быть совершены человеком, исключаются. Да и качество конечного продукта будет более стабильным: ведь, как ни крути, люди могут хандрить, уставать или болеть, уходить в отпуск, новички должны проходить обучение и адаптацию. С роботами таких проблем нет. При безлюдном производстве человек, если можно так выразиться, становится дополнительным барьером безопасности. Оператор не участвует в технологическом процессе, а только контролирует его и корректирует при необходимости.

— Где будет находиться оператор?

— Теоретически он может находиться где угодно, хоть в другом городе. Практически, скорее всего, в соседнем здании. Все происходящее он будет наблюдать с помощью системы технического зрения. Это комплекс, состоящий из видеокамеры и компьютера и показывающий все, что происходит в горячей камере, в режиме онлайн. Причем сначала изображение проанализирует специальная программа, которая подаст оператору сигнал, если выявятся какие-то отклонения от нормы.

— Количество персонала на МП ПЭК будет меньше, чем на ОДЭК?

— Да, но требования к сотрудникам будут гораздо выше. Это будет более высококвалифицированный персонал с глубоким уровнем понимания процессов.

— Кстати, о людях и роботах. Вы говорили, что роботы не хандрят и не болеют. Да, но зато они ломаются. Как починить сломанного робота, если вход в горячую камеру для человека будет невозможен?

— Ремонтировать роботов тоже будут роботы — во всяком случае, внутри производственных помещений. Если устранить поломку возможно на месте — устранят; если нет — извлекут из горячей камеры и после дезактивации доставят на специальный участок ремонта, где к процессу подключится человек.

— Какими будут роботы ПЭКа?

— Главное их отличие от тех, что доступны сейчас на рынке, в том, что наши роботы будут способны работать в условиях высокой радиации, вплоть до интегральной дозы облучения порядка одного мегагрея. Сейчас в рамках «Прорыва» такие решения разрабатываются.

Робот — это не просто железо, способное двигаться. Он должен следовать определенной программе. А значит, требуется соответствующее программное обеспечение.

Также «прорывные» роботы будут надежными. Например, в требованиях к проекту есть такой пункт: межремонтный капитальный интервал должен составлять три года и более. Конечно, каждый год роботы будут проходить сервисные операции и общее техобслуживание.

— А антропоморфные роботы, как в фильмах про будущее, у вас будут?

— Нет. Мы считаем, что это сложно, дорого и без этого можно обойтись. У нас будут работать шестиосевые роботы, внешне похожие на стандартных промышленных роботов.

— На МФР ПЭК будут такие же роботы, как и на модуле переработки?

— Не совсем. Роботы МФР отличаются используемыми компонентами от роботов МП, так как активность отработавшего ядерного топлива значительно выше, и роботы модуля переработки должны выдерживать гораздо более высокие радиационные нагрузки.

Александр Жеребцов

Начальник отдела разработки технологий и материалов ядерного топливного цикла АО «Прорыв»:

— Главный плюс «безлюдного» варианта — повышение уровня безопасности на объекте, так как ошибки, которые могут быть совершены человеком, исключаются. При безлюдном производстве человек, если можно так выразиться, становится дополнительным барьером безопасности. Оператор не участвует в технологическом процессе, а только контролирует его и корректирует при необходимости.

Прямая речь

— По сравнению с ОДЭК какой выигрыш даст использование роботов в ПЭК?

— Если говорить о модуле фабрикации, то использование роботов при изготовлении топлива позволит сэкономить порядка 6 млрд рублей по сравнению с ОДЭК.

По модулю переработки конкретные цифры озвучивать пока не буду, но уже ясно, что использование роботов позволит уменьшить объемы помещений процентов на 10, кроме того, количество рабочих дней в году для модуля переработки ПЭК будет составлять примерно 300 суток (для ОДЭК — 250 суток).

— Есть ли в отрасли компетенции, чтобы построить роботов, о которых вы рассказали?

— Конечно, такие компетенции есть. Более того, в ходе работы над «прорывными» роботами у нас с коллегами из разных дивизионов назрело понимание, что такие устройства нужно использовать шире, в отраслевом масштабе. Сейчас рассматривается вариант создания специализированного отраслевого центра компетенций по робототехнике. Выбирается площадка, формируется положение, которое определит его цели, задачи и направления.

В перспективе мы не ограничиваемся только задачами атомной отрасли. Такие роботы, как наши, будут востребованы в самых разных сферах. Например, крупнейшие ритейлеры — такие как OZON или Amazon — давно используют складских роботов. Почти в любом производстве склады необходимы. Наши роботы могут быть полезны, например, на складах запчастей, реагентов, да много чего.