«Созданные технические решения могут и должны быть использованы не только в рамках проекта ВВЭР-ТОИ»

Андрей Кучумов — об особенностях ВВЭР с улучшенными технико-экономическими характеристиками

На Курской АЭС близ города Курчатова происходит смена поколений: здесь по новому проекту ВВЭР-ТОИ идет сооружение двух энергоблоков станции замещения — Курской АЭС-2. Об особенностях проекта, обладающего улучшенными технико-экономическими характеристиками, «Вестнику атомпрома» рассказал Андрей Кучумов, вице-президент — первый заместитель директора Объединенного проектного института по технической политике (Инжиниринговый дивизион Росатома).

— Андрей Юрьевич, расскажите, когда и чем была вызвана необходимость разработки ВВЭР-ТОИ. Как ставились основные задачи проекта?

— К 2009 году, когда началась работа над проектом ВВЭР-ТОИ, в отрасли имелась следующая стратегическая проблема: отсутствовал типовой серийный проект АЭС, отвечающий современным конкурентным требованиям мирового рынка. Последний типовой серийный проект был разработан в 1980 году, он реализован на девяти многоблочных АЭС в нашей стране и за рубежом — Балаковской, Ростовской, Калининской, Запорожской, АЭС «Темелин» в Чехии и других. Проекты же АЭС «Куданкулам», Тяньваньской АЭС, Нововоронежской АЭС-2, Ленинградской АЭС-2 являются не типовыми, а уникальными, что, соответственно, влечет за собой более высокую стоимость и длительные сроки сооружения. Кроме того, имея высочайшие стандарты безопасности, признанные мировым сообществом, перечисленные проекты значительно уступали конкурентам в части применения современных средств проектирования и управления данными.

Стратегической проблемой того времени можно назвать и отсутствие в нашей новейшей истории опыта консолидации кадрового потенциала отрасли для реализации одного проекта. Поэтому важно, что в ходе работы над ВВЭР-ТОИ была создана команда, состоящая из лучших сил московского и нижегородского «Атомэнергопроектов», ОКБ «Гидропресс», Курчатовского института, ВНИИАЭС, структур концерна «Росэнергоатом», общей численностью более двух тысяч специалистов. Среди них были и «старики», обладающие всеми необходимыми знаниями и опытом, и молодежь, в совершенстве владеющая цифровыми технологиями. Всем вместе удалось создать атмосферу коллективной работы, направленной на единую цель, единый результат.

Нами был сформирован перечень качественных и количественных характеристик, способных обеспечить конкурентоспособность проекта с учетом динамики развития мирового рынка. Прежде всего, это совокупная безопасность, стоимость, сроки сооружения, типизация и серийность, применение современных информационных технологий. Всего было выделено 24 критерия конкурентоспособности, на основании которых определены основные технико-экономические требования к создаваемому типовому проекту АЭС.

Для достижения этих требований была проведена масштабная оптимизация проектных решений референтных АЭС по всем направлениям: генеральный план и транспорт, технологические решения основных зданий и сооружений, архитектурно-строительные и планировочные решения, электротехнические решения и АСУ ТП, а также концепция безопасности АЭС, в том числе с учетом опыта событий на АЭС «Фукусима». Наряду с использованием основных технических решений АЭС-2006 в проекте ВВЭР-ТОИ применяются новые оптимизационные решения эволюционного характера, позволяющие еще более развить эксплуатационные характеристики реакторной установки и энергоблока в целом при обеспечении необходимого уровня безопасности.

— С буквами «Т» — типовой и «О» — оптимизированный в аббревиатуре «ТОИ» мы разобрались. А что скажете о букве «И»? Почему проект называется информатизированным?

— Создание новых решений, которые дадут возможность и разработать проект в современной информационной среде, и управлять информацией на протяжении всего жизненного цикла энергоблока, было одним из наших приоритетов. Анализ опыта крупнейших мировых проектных и инжиниринговых компаний показал, что на тот момент не существовало комплексных решений, которые позволяли объединить в единое целое данные из различных САПР, а также систем управления информацией по энергоблоку на стадиях проектирования и сооружения. Перед командой разработчиков, отвечающих за ИТ-часть проекта, была поставлена амбициозная задача создания именно такой комплексной системы, которая стала бы одним из конкурентных преимуществ нового проекта. Для решения этой задачи пришлось изменить стереотипы проектирования и перейти от «бумаги» к 3D, гармонизировать ИТ-решения с действующими нормативными документами и буквально переучить проектировщиков и конструкторов, чтобы они начали работать в новой информационной среде.

Итогом стала разработка системы, которая позволяет не только выполнять проектирование и конструирование объекта с использованием самых современных информационных технологий, но и осуществлять комплексное управление информацией по всем составляющим энергоблока АЭС: от непосредственно проекта в формате 3D, закупки и поставки оборудования, управления сроками, ресурсами, стоимостью при сооружении АЭС до верификации данных и управления требованиями к проекту. Аккумуляция всей информации по проекту в единой среде позволила значительно повысить качество проектных работ, разработать типовые технические и компоновочные решения и создать комплексную информационную модель неизменяемой части проекта, готовую к тиражированию на различных площадках сооружения АЭС.

Если говорить о примерах практического применения, то в результате моделирования в информационной системе можно найти самые эффективные решения для оптимизации хода строительно-монтажных работ по заданным параметрам: точно определить опасные и рабочие зоны, выбрать оптимальные площадки складирования, задать условия совместной безопасной работы нескольких механизмов. Созданы инструменты, которые дают возможность визуализировать, как развиваются строительно-монтажные процессы при сооружении объекта во времени. Так можно более точно спланировать предстоящие работы и, соответственно, более точно определить предстоящие затраты материальных и трудовых ресурсов, распределить их по времени, повысить качество оценки рисков. Можно моделировать несколько вариантов сценариев сооружения энергоблока, в том числе с применением различных схем и средств механизации, при этом есть возможность не просто спланировать, а детально промоделировать процессы особо сложных монтажных операций, что повышает качество и точность выполняемых работ.

— Безопасность — это безусловный приоритет атомной отрасли. Расскажите о характеристиках безопасности ВВЭР-ТОИ. Как в проекте учтены постфукусимские требования?

— Повышению безопасности энергоблока в рамках реализации проекта отведено особое внимание. Показатели безопасности ВВЭР-ТОИ подготовлены всем предшествующим опытом разработок АЭС с реакторами типа ВВЭР и соответствуют международно признаваемому уровню и ожиданиям мирового рынка.

Последствия событий на АЭС в Три-Майл-Айленде, Чернобыле и Фукусиме сосредоточили внимание мирового сообщества атомщиков на необходимости нейтрализации тяжелых аварий. Действующие в нашей стране требования к безопасности атомных станций также предусматривают обязательные меры и средства управления тяжелыми авариями. В то же время международные рекомендации, формулируемые в том числе МАГАТЭ, подчеркивают необходимость сбалансированных сочетаний активных и пассивных систем безопасности. В проекте ВВЭР-ТОИ, в отличие от подходов ближайших зарубежных конкурентов — разработчиков реакторов типа PWR, достоинства активных и пассивных систем безопасности сочетаются оптимальным образом. Построение систем безопасности ВВЭР-ТОИ проводится исходя из двухканальной структуры активных систем (без внутреннего резервирования элементов) и четырехканальной структуры пассивных систем.

Наличие активных систем безопасности, среди которых системы аварийного и планового расхолаживания и охлаждения бассейна выдержки, аварийного ввода бора, аварийного расхолаживания парогенераторов, аварийного газоудаления, аварийного электропитания (дизель-генераторы и аккумуляторы), позволяет значительно упростить поставарийные меры по переводу реакторной установки в безопасное состояние и вместе с тем дает возможность избежать избыточных требований к пассивным системам.

В свою очередь, наличие пассивных систем (таких как системы гидроемкостей первой, второй и третьей ступени, система пассивного отвода тепла, предохранительные устройства первого и второго контура), диверсифицирующих выполнение функций безопасности активными системами, позволяет оптимизировать количество оборудования в активных системах без ущерба для безопасности энергоблока.

Более высокий уровень безопасности ВВЭР-ТОИ по сравнению с другими проектами достигается за счет эффективного сочетания активных и пассивных систем, обеспечивающих функциональное резервирование, длительную автономность блока в условиях аварий (не менее 72 часов), защиту от отказов общего вида, снижение влияния человеческого фактора. Кроме того, с учетом результатов анализа причин и последствий аварии на АЭС «Фукусима» в проекте предусмотрены технические средства для преодоления такого рода маловероятных запроектных событий, в том числе в условиях разрывов трубопроводов первого контура, за пределами 72 часов.

В первую очередь дополнительные технические меры по обеспечению безопасности АЭС с ВВЭР-ТОИ направлены на отвод тепла от бассейна выдержки и ограничение роста давления внутри защитной оболочки, поскольку при наиболее вероятных исходных событиях с потерей электропитания и конечного поглотителя (без течи первого контура) отвод тепла от активной зоны может быть потенциально неограниченно длительным — за счет работы системы пассивного отвода тепла, а отвод тепла от бассейна выдержки и исключение переопрессовки защитной оболочки ограничены по времени. Для увеличения длительности автономности АЭС при исходных событиях, связанных с потерей плотности первого контура, приняты меры по обеспечению подпитки реактора для отвода тепла от активной зоны. Также обеспечен в длительной перспективе контроль параметров безопасности и других параметров, позволяющих иметь объективную информацию о состоянии энергоблока.

Ужесточение требований к безопасности энергоблоков привело к необходимости реализации ряда других новых технических решений, в том числе обеспечивающих устойчивость АЭС к падению тяжелого самолета (20 тонн — базовый вариант, 400 тонн — опция), а также к другим экстремальным внешним воздействиям (ураганы, смерчи, наводнения).

Кроме того, с учетом перспектив реализации проекта ВВЭР-ТОИ на площадках с повышенной сейсмичностью значительное внимание уделено повышению сейсмостойкости АЭС. В качестве базового условия обеспечения сейсмостойкости определено максимальное расчетное землетрясение — 7 баллов по шкале MSК-64, а для конструкций и узлов, выполняющих функции безопасности, — 8–9 баллов. Без существенного изменения объемно-планировочных и принципиальных конструктивных решений в проекте предполагается возможность восприятия сейсмических воздействий до 9 баллов. При размещении АЭС с ВВЭР-ТОИ на площадках с высоким уровнем сейсмичности должно выполняться окончательное обоснование сейсмостойкости с учетом конкретных сейсмологических и геологических условий.

— Есть ли в проекте новые решения, касающиеся топливного цикла?

— Для ВВЭР-ТОИ проведена работа по оптимизации нейтронно-физических характеристик активной зоны, в качестве базового разработан 18-месячный топливный цикл. Для обеспечения рыночной привлекательности проекта выполнены оценки возможности работы энергоблока в маневренном режиме по графику с ежесуточной разгрузкой до уровня мощности 50% от номинальной, для этого разработаны алгоритмы управления полем энерговыделения с использованием температурного регулирования. Температурное регулирование обеспечивается за счет применения в проекте нового парогенератора, позволяющего работать при изменении давления пара в диапазоне от 6,55 до 7,0 МПа. В конечном итоге это позволяет обеспечить работу энергоблока в суточном графике изменения мощности практически в течение всей продолжительности работы топливной загрузки с минимальным использованием системы борного регулирования, что, в свою очередь, снизит объем водообмена и переработки борсодержащего теплоносителя.

Для снижения радиоактивных отходов при эксплуатации АЭС в проекте ВВЭР-ТОИ разработан новый водно-химический режим (ВХР) теплоносителя первого контура без использования аммиака, с дозированием водорода в теплоноситель. Таким образом достигается существенное снижение активных технологических отходов за счет сокращения объема регенерационных растворов в системах переработки теплоносителя. Отсутствие аммиака приведет к упрощению технологии поддержания ВХР, особенно в периоды пуска и расхолаживания реактора, при этом снижается объем лабораторного контроля и упрощается внедрение системы автоматизированного контроля.

В проекте рассмотрена в качестве опции возможность использования МОКС-топлива. Выполненные расчеты показали, что основные нейтронно-физические характеристики активной зоны при доле МОКС-топлива порядка 40% находятся в пределах значений, используемых в анализе безопасности.

— Расскажите об особенностях компоновочных решений, которые применены для энергоблоков с ВВЭР-ТОИ.

— Если говорить о компоновочных решениях, то нужно не просто перечислять их, а пояснить, для чего они нужны. Приведу несколько примеров.

В проекте ВВЭР-ТОИ применена новая, «зеркальная» компоновка реакторной установки, которая отличается от всех предыдущих параллельным расположением парогенераторов с побоксовым расположением петель, что позволяет исключить влияние аварийных ситуаций на соседние петли, а также выровнять длины трасс паропроводов до турбины. Это, в свою очередь, дало возможность обеспечить следующие направления оптимизации компоновочных решений: сокращение транзитных потоков кабелей и воздуховодов через технологические помещения, уменьшение так называемых паразитных объемов здания (коридоры, тамбуры), сокращение трубопроводных связей между технологическим оборудованием, сокращение общего количества систем, которые выполняют сходные функции, и др.

В числе принципиальных положений, на основании которых выполнена компоновка здания реактора, — физическое разделение каналов систем безопасности, обеспечивающее защиту элементов этих систем от отказов по общей причине. Основным условием, обеспечивающим разделение каналов, трубопроводов и оборудования систем безопасности в здании реактора, является расположение трубопроводов и оборудования в отдельных помещениях, разделенных стенами с огнестойкостью не менее 3 часов. Помещения трубопроводов аварийного расхолаживания первого контура отделены от трубопроводов аварийного расхолаживания второго контура стенами, тамбурами, герметичными дверями. Это позволяет максимально защитить каналы, важные для безопасности, от пожара, летящих предметов, ударной волны, внешних воздействий, несанкционированного доступа и вывода из строя нескольких каналов системы безопасности.

При проектировании вспомогательного реакторного здания принят принцип компактного размещения оборудования и коммуникаций, учтены такие дополнительные аспекты, как доступ к оборудованию, требующему периодических инспекций и ремонтов, возможность его демонтажа, замены и транспортировки, достаточное пространство для передвижения персонала и материалов.

Помещения зоны контролируемого доступа скомпонованы с учетом расположения необслуживаемых помещений и периодически обслуживаемых помещений в едином пространстве. Это позволило упорядочить компоновку технологических трубопроводов, разделив потоки трубопроводов и воздуховодов по «чистому» и «грязному» трубопроводным коридорам и шахтам. Трубопроводы с радиоактивными жидкостями прокладываются изолированно от других коммуникаций для локализации возможных аварий и ликвидации их без нарушения нормальной эксплуатации.

Все помещения по своему расположению, как правило, объединены так, чтобы активность сред размещенного в них технологического оборудования была одного порядка. Компактное размещение оборудования, сгруппированного таким образом, приводит к снижению объемов радиационной защиты, а также к сокращению технологических коммуникаций (трубопроводов с активными средами, каналов трапных вод и спецвентиляции), то есть к снижению количества радиоактивных источников, требующих индивидуальной защиты.

— За счет чего снижены проектные сроки сооружения энергоблоков с ВВЭР-ТОИ?

— Сокращение сроков строительства головного энергоблока до 48 месяцев и серийного до 40 месяцев (от начала укладки бетона в фундаментную плиту здания реактора до начала физпуска при вводе энергоблока в промышленную эксплуатацию) являлось одним из основных требований к проекту ВВЭР-ТОИ. В процессе разработки проекта были определены оптимальные строительно-монтажные технологии, необходимые грузоподъемные механизмы, а также организационные мероприятия, которые дают возможность достичь необходимых сроков сооружения и сократить трудоемкость строительства.

В проекте организации строительства детально описаны все варианты строительно-монтажных технологий основного периода строительства АЭС, а также приводятся решения по организации работ подготовительного периода, выполнение которых вносит весомый вклад в сокращение сроков возведения АЭС. Так, решения по организации работ подготовительного периода включают опережающую прокладку подземных коммуникаций в зоне строительства, наличие всех внутриплощадочных автомобильных дорог, реализованный проект по энергоснабжению территории строительной площадки для организации строительно-монтажных работ в две-три смены. Можно также отметить решения по сооружению строительно-монтажной базы в объеме, необходимом для первого года строительства: она должна быть мобильной, состоящей из зданий и сооружений максимальной заводской готовности в комплектно-блочном исполнении. Предусмотрена подготовка необходимого запаса готовых строительных конструкций, материалов, деталей для сооружения фундаментной плиты и вышерасположенных строительных конструкций здания реактора. Также в подготовительный период должно быть выполнено строительство постоянных зданий и сооружений, необходимых в период основного строительства: периметра защищенной зоны, комплекса очистных сооружений, пускорезервной котельной, внеплощадочных подъездных дорог и т.д. Правильно организованный и своевременно выполненный подготовительный период позволит оперативно развернуть и вести строительно-монтажные работы основного периода сооружения энергоблоков.

Если говорить об основных принципах, на которых базируется единая технология возведения АЭС с энергоблоками ВВЭР-ТОИ, то можно отметить следующие: перенос большой части трудозатрат при строительстве АЭС в заводские условия (минимальное изготовление элементов на стройплощадке); поставка на стройплощадку блоков и изделий полной заводской готовности; использование автоматической и роботизированной сварки; применение самоуплотняющихся бетонов, которые практически исключают трудозатраты на виброуплотнение свежеуложенного бетона; выпуск рабочей документации в полном объеме до начала производства соответствующих работ. И, разумеется, необходимо своевременное обеспечение объекта материалами, конструкциями и оборудованием, а также наличие высококвалифицированных кадров и высокая производственная культура и дисциплина.

— Подтверждается ли расчетная стоимость сооружения на практике — при строительстве первых энергоблоков с ВВЭР-ТОИ на Курской АЭС?

— Скажем так, конечно, расчеты по стоимости сооружения АЭС с ВВЭР-ТОИ носили идеальный характер для идеальных условий. Базовый проект ВВЭР-ТОИ мы делали для условий площадки Нововоронежской АЭС-2. Строительство реальных блоков на конкретной площадке Курской АЭС-2 оказалось дороже, потому что привязка к площадке, естественно, потребовала дополнительных проектных решений. Конъюнктура рынка, в том числе подорожание определенных материалов, дефицит персонала для производства строительно-монтажных работ, стоимость самих денег (кредиты, инфляция) — все это вносит свой вклад. Да, в реальности проект Курской АЭС действительно получился дороже, чем предполагался. Но тем не менее я считаю, что полученные экономические результаты для нас в целом удовлетворительные.

— Отразились ли на проекте геополитические изменения последних двух лет?

— Действительно, определенные проблемы у нас возникли, потому что достаточно существенная часть оборудования, которое мы используем для ВВЭР-ТОИ, была ориентирована на зарубежные поставки. Это относится и к исходному сырью, материалам, например к металлу, из которого изготавливается и корпус реактора, и турбина. Часть металла шла по импорту из стран, с которыми у нас сейчас недружественные отношения. Но мы эти вопросы решили за счет расширения собственных производственных мощностей, в том числе по большей части оборудования, которое закупалось по импорту, мы разместили заказы на наших отечественных заводах, включая и те производственные мощности, которыми располагает Росатом. Некоторые проблемы до сих пор существуют, но есть программы по их решению, есть программы по созданию новых производств для того, чтобы эти проблемы были успешно решены. Импортозамещение уже вполне реально работает, и мы стараемся таким образом выходить из сложившейся ситуации.

— Как вы видите дальнейшую эволюцию технологии ВВЭР?

— Будет дальнейшая оптимизация базового проекта с использованием всего опыта как проектирования и сооружения, так и эксплуатации, который был накоплен за период реализации проектов АЭС-2006 и ВВЭР-ТОИ. В нем будут использованы самые лучшие, наиболее экономичные и наиболее лицензируемые решения по Ленинградской АЭС-2, Нововоронежской АЭС-2, Курской АЭС-2. Это будет в том числе дальнейшая эволюция решений, которые использовались в базовом проекте ВВЭР-ТОИ, и с точки зрения реакторной установки большей мощности, то есть использования корпуса реактора ВВЭР-ТОИ, и с точки зрения защиты от внешних экстремальных воздействий, таких как падение большого коммерческого самолета и высокая сейсмика, — весь этот опыт будет учтен при разработке нового базового проекта. Проект будет ориентирован на максимальное использование отечественного оборудования и обязательно будет обладать ключевым набором характеристик и решений, востребованных на внешнем рынке, таких как маневренность, использование МОКС-топлива, высокий уровень безопасности, экономичность. Такой проект АЭС будет нужен заказчикам и на территории России, и за рубежом.