Международное сотрудничество

Первый китайский быстрый

Реактор CEFR: история создания, особенности проекта, грани сотрудничества России и Китая

Как развивался проект CEFR

1987 г. В Государственную программу КНР по развитию высоких технологий была включена задача по созданию быстрого реактора — бридера. Ведущей организацией был назначен Китайский институт атомной энергии (China Institute of Atomic Energy, CIAE), расположенный недалеко от Пекина.

1988–1990 гг. В этот период в CIAE были проведены исследования и практические работы, позволившие включить в государственную программу КНР строительство (начиная с 1996 г.) экспериментального реактора на быстрых нейтронах CEFR (China Experimental Fast Reactor) тепловой мощностью 65 МВт.

1992 г. С целью минимизации расходов на сооружение CEFR в Китае было принято решение о привлечении зарубежных стран, и в первую очередь России, имеющей наибольший в мире опыт по созданию быстрых реакторов. Сотрудничество КНР и РФ по сооружению РУ CEFR началось.

1992–1995 гг. Специалисты Опытного конструкторского бюро машиностроения (ОКБМ) в Нижнем Новгороде, Санкт-Петербургского института «Атомэнергопроект» и Физико-энергетического института (ФЭИ) в Обнинске совместно с Китайским институтом атомной энергии и Пекинским институтом ядерной энергии (BINE) разработали концепцию блока CEFR и техническое требование на реактор и его основные компоненты, в дальнейшем взятые за основу проекта CEFR.

1995–1996 гг. Специалисты российских предприятий разработали технический проект (ТП) атомной энергетической установки CEFR. Разработка проекта велась на основании технических требований по безопасности (ТТ) CEFR, предоставленных китайской стороной. На основе ТП и взаимосогласованных сторонами ТТ китайская сторона разработала проект станции с экспериментальным реактором типа БН.

1995 г. Заключено Соглашение между Министерством Российской Федерации по атомной энергии и Китайской корпорацией ядерно-энергетической промышленности (China Nuclear Energy Industry Corporation, CNEIC) о сотрудничестве в области создания в Китайской Народной Республике экспериментального реактора на быстрых нейтронах.

1999 г. CIAE получил разрешение правительства и Национального агентства по ядерной безопасности КНР на сооружение реактора CEFR. Ряд российских предприятий был привлечен к обоснованию проекта и участию в проекте в соответствии с соглашениями между сторонами на основании взаимосогласованных технических требований к проектированию, изготовлению и поставке топлива, оборудования и приборов. Российская сторона приступила к изготовлению и испытаниям опытных образцов, поставке оборудования и приборов РУ, а также топлива.

2000 г. Сотрудничеству по CEFR придан статус международного: 18 июля 2000 года в Пекине было подписано Соглашение между КНР и РФ о сотрудничестве в сооружении и эксплуатации в Китае экспериментального реактора на быстрых нейтронах. Начиная с этого времени по решению сторон действует российско-китайская координационная рабочая группа по сооружению CEFR.

2001 г. Начато сооружение CEFR.

2002 г. Закончено строительство реакторного здания. 2003–2008 гг. В этот период завершено рабочее проектирование основных технологических систем и оборудования, окончено строительство машзала, общестанционных зданий, монтаж общестанционного оборудования и систем, произведена поставка оборудования РУ заводами КНР и РФ, а также топлива российского производства. Завершен монтаж корпуса реактора, поворотных пробок, внутриреакторного оборудования (с участием российских предприятий) — монтаж реакторной установки окончен.

2009–2011 гг. Проведены пусконаладка РУ, разогрев и заполнение реактора натрием, загрузка топлива.

2011–2014 гг. Состоялся физический пуск реактора, проводились эксперименты и исследования.

2015 г. Состоялся энергопуск РУ, проведены исследования при энергопуске.

Настоящее время. Российские организации продолжают сотрудничество с КНР по обслуживанию поставленного оборудования, поставкам ЗИП, участию в проведении экспериментов на CEFR, сопровождению эксплуатации.

Вклад в проект основных российских участников

Поставки топлива и оборудования

Российскими предприятиями было поставлено топливо («ТВЭЛ», «Элемаш», ОКБМ) и более 100 единиц оборудования, включая поставки:

— компонентов для корпуса реактора и поворотных пробок (ОКБМ);

— I и II контуров (ОКБМ);

— исполнительных механизмов системы управления и защиты (ОКБМ);

— промежуточных теплообменников (ОКБМ);

— механизма перегрузки (ОКБМ);

— элеваторов загрузки/выгрузки топлива (ОКБМ);

— парогенераторов («ЗИО-МАР»);

— приборов («НИИТеплоприбор», ОКБМ);

— расходомера ТВС (ОКБМ);

— приборов системы аварийной защиты парогенератора (ФЭИ);

— уровнемеров (ОКБМ, «НИИТеплоприбор»);

— электромагнитных насосов (ОКБМ, НИИЭФА);

— подвесок ионизационных камер (ОКБМ, «Элегия»).

Разработка технических проектов:

— системы контроля и управления (Атомэнергопроект, ОКБМ, ФЭИ);

— спецустройства для демонтажа/монтажа оборудования (ОКБМ);

— спецустройства для газового разогрева (ОКБМ);

— ряд других проектов, на основании которых китайская сторона разработала и изготовила системы и оборудование CEFR.

Работа с персоналом

Начиная с 1999 года предприятия России приступили к изготовлению и испытаниям опытных образцов, поставке оборудования и приборов для реакторной установки, а также топлива. Одновременно было проведено обучение эксплуатационного персонала CEFR на стендах ОКБМ, ФЭИ, в Учебно-тренировочном центре НИИАР. Оказывались и продолжают оказываться консультационные услуги силами специалистов ОКБМ, ФЭИ и Атомэнергопроекта, прочитаны лекции по тематике реакторов типа БН, организованы стажировки специалистов CIAE на стендах ФЭИ (стенд БФС), ОКБМ, проведено обучение специалистов монтажной организации CNI-23 и технический инструктаж эксплуатационного ремонтного персонала в ОКБМ, обучение эксплуатационного персонала (операторов) CIAE в Учебно-тренировочном центре на БОР-60 (НИИАР).

Исследования на стендах

Заложенные в проект CEFR технические решения были исследованы на стендах предприятий в России. Для подтверждения работоспособности поставляемого в КНР оборудования и обоснования проектных решений в ОКБМ, ФЭИ, НИИАР были созданы стенды и проведены следующие исследования по основному оборудованию и системам (всего около 30 различных испытаний и исследований):

— исследования элементов активной зоны: гидравлические испытания, определение изгибной жесткости, вибростойкости, устойчивости на растяжение макетов сборок активной зоны, элементов активной зоны на стенде БФС, на реакторе БОР-60 (ОКБМ, ФЭИ, НИИАР);

— полномасштабные испытания главных циркуляционных насосов первого и второго контуров, включая испытания отдельных элементов главных циркуляционных насосов (ОКБМ);

— полномасштабные испытания оборудования тракта перегрузки (механизма перегрузки, элеваторов), включая испытания отдельных элементов перегрузочного оборудования (ОКБМ);

— полномасштабные испытания исполнительных механизмов СУЗ, включая сейсмоиспытания (ОКБМ);

— испытания средств измерения теплотехнических параметров реактора, в том числе датчиков давления, сигнализаторов наличия натрия, высокотемпературных подвесок, ионизационных камер, натриевых расходомеров (ОКБМ, «НИИТеплоприбор», «Элегия»).

В настоящее время ОКБМ совместно с CIAE проводит исследования для обоснования проведения испытаний режимов с естественной циркуляцией теплоносителя (с передачей отдельных расчетных кодов и обучением китайских специалистов). В последнее время, в связи с ситуацией с COVID-19, на постоянной основе организована ВКС между ОКБМ и CIAE по сопровождению эксплуатации CEFR.

Особенности проекта CEFR и вклад сторон

Схема CEFR — трехконтурная, в первом и втором контурах по две петли. В каждой петле первого контура один насос и два теплообменника. В каждой петле второго контура один насос, одна буферная емкость и по 16 модулей парогенератора. Используется одна турбоустановка. В качестве основы для проектирования использованы технические решения РУ БН-600. Реактор CEFR разработан исходя из работы на МОКС-топливе, однако на начальной стадии эксплуатации реактора в активной зоне используется обогащенное урановое топливо российского производства. Проектом предусмотрена возможность облучения в активной зоне различных экспериментальных каналов.

В соответствии с концепцией безопасности CEFR в проекте реактора заложены:

— три резервные системы останова реактора, включая гидравлически взвешенный стержень аварийного останова;

— разветвленная система аварийного отвода тепла, включая пассивную систему отвода тепла от первого контура (система аварийного расхолаживания);

— герметичный контейнмент;

— исключение возможности ввода большой реактивности;

— пассивная система защиты от превышения давления в первом контуре;

— пассивное устройство ограничения утечки из первого контура при разрыве внекорпусных трубопроводов;

— устройство для сбора расплавленного топлива (поддон);

— разрывные мембраны на втором контуре;

— система пожаротушения, в том числе при течи натрия;

— сейсмостойкость АЭС и оборудование при сейсмическом воздействии (МРЗ), измеряемом в баллах по шкале MSK-64.

Практически все вышеприведенные системы впервые применены на CEFR для реакторов типа БН.

Вклад в проект российской стороны:

— разработка технического проекта РУ и АЭС, послужившего основанием для разработки рабочих проектов оборудования РУ и АЭС;

— проведение экспериментального обоснования отдельных систем безопасности и основного оборудования РУ;

— поставка основного оборудования и приборов РУ;

— оказание технической помощи при монтаже и наладке оборудования, приборов и систем CEFR, при взаимодействии с надзорными органами КНР;

— обучение китайских специалистов на стендах монтажу и эксплуатации оборудования, включая активную зону и РУ;

— поставка ЗИП и дополнительного оборудования;

— участие в подготовке экспериментов на РУ CEFR.

Вклад в проект китайской стороны:

— разработка проекта АЭС;

— изготовление теплотехнического оборудования и систем АЭС;

— сооружение АЭС;

— монтаж и наладка оборудования и систем АЭС;

— эксплуатация АЭС;

— получение соответствующих разрешений, лицензий от надзорных органов и правительства КНР.

Как выстраивалось взаимодействие сторон при работе над проектом

Специалисты РФ и КНР при заключении контрактов проводили совместное обсуждение основных технических требований по проектам систем и оборудования.

По результатам проектирования проводились консультации и разъяснения по принятым в проектах решениям силами специалистов ОКБМ, Атомэнергопроекта, ФЭИ.

Защита технического проекта была проведена в CIAE делегацией специалистов РФ.

В период изготовления оборудования при ОКБМ было организовано постоянное представительство CIAE, которое осуществляло проверку хода работ по изготовлению оборудования на предприятиях РФ. Кроме того, делегация китайских специалистов участвовала в приемке оборудования в контрольных точках, приемо-сдаточных испытаниях и упаковке оборудования.

В CIAE был организован входной контроль оборудования силами специалистов ОКБМ. В период монтажа и пусконаладки оборудования в CIAE работали советники от ОКБМ, а также специалисты, помогавшие выполнять сборочно-монтажные и наладочные работы поставленного оборудования.

Дополнительно осуществлялось взаимодействие специалистов РФ с надзорными органами КНР (консультации, разъяснения и др.).

Велась деловая и техническая переписка, силами ФЭИ и ОКБМ были прочитаны лекции по тематике реакторов на быстрых нейтронах.

Был заключен долгосрочный контракт между ОКБМ и CIAE на оказание консультационных услуг силами специалистов РФ. Консультации оказывались по проекту АЭС, оборудованию, эксплуатации РУ. В последнее время консультации ведутся по ВКС.

С 1994 года по настоящее время действует российско-китайская рабочая группа по сотрудничеству при сооружении CEFR, координатором которой от РФ является ОКБМ.

Как развивается сотрудничество после ввода CEFR в эксплуатацию

В 2011 году между ОКБМ и CIAE был заключен долгосрочный контракт, включающий:

— поставку ЗИП;

— поставку оборудования и приборов взамен отработавших свой ресурс;

— оказание консультационных услуг по техническому сопровождению эксплуатации оборудования и приборов;

— оказание консультационных услуг при эксплуатации CEFR;

— подготовку и участие в проведении экспериментов на РУ CEFR.

За последние 10 лет было поставлено более 250 наименований дополнительных элементов, приборов и оборудования. Проведено свыше 60 встреч по обсуждению технических вопросов. Российские специалисты оказали содействие в пуске и эксплуатации РУ, ремонте и замене отдельных узлов и оборудования, отработавшего свой ресурс.

Правительство КНР высоко оценило вклад российских специалистов в создание CEFR. Так, за сотрудничество по CEFR лауреатами международной премии «Дружба», учрежденной правительством КНР, стали Кирюшин А. И., Седаков В. Ю. и Костин В. И. из ОКБМ, Сукнев К. Л. и Ершов В. Н. из СПбАЭП, Поплавский В. М. из ФЭИ и Лавренюк П. И. из «ТВЭЛ».

Что дал проект для развития технологий быстрых реакторов

CEFR стал первым реактором на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем, введенным в эксплуатацию в XXI веке, что позволило успешно продвигать технологии реакторов типа БН как в России (реактор БН-800 на Белоярской АЭС введен в эксплуатацию в 2016 г.), так и в Китае (пуск первого блока CFR-600 намечен на 2023 г.). Успешное сотрудничество по CEFR позволило китайской стороне привлечь РФ (ОКБМ) к разработке и поставке оборудования и приборов натриевой технологии для демонстрационного быстрого реактора CFR-600.

Три этапа освоения технологии быстрых реакторов в Китае (согласно стратегическому плану развития технологии реакторов на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем в КНР)

Этап 1. Разработка и сооружение
с участием российских предприятий экспериментального реактора CEFR мощностью 25 МВт (эл.)
Этап 2. Разработка и сооружение
с участием российских предприятий демонстрационного быстрого реактора
CFR-600 мощностью 600–800 МВт (эл.)
Этап 3. Пуск коммерческого быстрого реактора CFR-1200 мощностью 1000–1500 МВт (эл.)
Разработка основ безопасности РБН Создание научной и расчетной баз Топливные материаловедческие исследования Освоение технологий проектирования и сооруженияОбоснование технологии замкнутого топливного цикла промышленного масштаба
Верификация безопасности РБН Накопление опыта и подготовки персонала Освоение технологий изготовления Оценки экономичности и конкурентоспособности РБН
Коммерциализация РБН Воспроизводство ядерного топлива в промышленном масштабе Серийное изготовление и сооружение  
1996–2015 гг.2012–2023 гг.до 2050 г.

Основные задачи, которые решались на реакторе CEFR в КНР:

— получение опыта работ по проектированию, изготовлению, испытаниям, монтажу, пусконаладке, физическому пуску и эксплуатации быстрого натриевого реактора;

— обучение национальных кадров технологиям работ во всех областях, связанных с быстрыми реакторами;

— создание национальных критериев и стандартов по быстрым реакторам;

— верификация и оценка компьютерных кодов, используемых при проектировании реактора;

— накопление опыта и базы данных по эксплуатации быстрых реакторов;

— проведение экспериментов и исследований на реакторе, которые легли в основу разработки демонстрационного быстрого реактора CFR.

Что дал проект российской стороне

Сотрудничество с КНР по CEFR позволило российским предприятиям в сложный период после аварии на Чернобыльской АЭС:

— получить заказы на разработку технического проекта и разработку РКД оборудования, изготавливаемого для CEFR, применительно к условиям КНР;

— получить заказы на изготовление оборудования на период 1994–2005 гг.;

— разработать современную технологию и оснастку для изготовления оборудования;

— сохранить технологии изготовления оборудования и в плановом порядке перейти к изготовлению оборудования для БН-800 в РФ;

— разработать усовершенствованные конструкции оборудования для РБН;

— сохранить кадровый потенциал специалистов — разработчиков реакторов типа БН;

— наработать опыт монтажа и наладки оборудования натриевой технологии в современных условиях (после пуска БН-600).