Почему Нововоронежская АЭС
является одним из лидеров
мировой атомной энергетики

Ученые всего мира пристально заинтересовались физикой ядра еще в начале ХХ века. И уже до начала Второй мировой войны в СССР появились первые результаты. В 1935 году в радиевой лаборатории (сейчас — Радиевый институт имени В.Г. Хлопонина) ученым на первом в Европе циклотроне удалось получить первый пучок ускоренных протонов. В 1940 году участники семинара, организованного одним из отцов-основателей ядерной физики Игорем Курчатовым, Георгий Флеров и Константин Петржак открыли самопроизвольное деление ядер урана. За это молодые физики получили Госпремию СССР. В том же году была утверждена программа работ по изучению реакций деления урана.

Однако дальнейшую работу по освоению атома затормозила война. Но и в это непростое время ученые не переставали думать о ядерной физике. Ушедший на фронт добровольцем Георгий Флеров в 1942 году оказался в Воронеже и в библиотеке Воронежского госуниверситета обнаружил, что в мировых научных журналах нет информации по исследованию урана от ученых США. Молодой физик немедленно сообщил об этом в Государственный комитет обороны СССР. Практически одновременно с этим властям стало известно, что США и Германия создают новое оружие. Уже в 1943 году под руководством Игоря Курчатова началось строительство лаборатории № 2 Академии наук СССР, которая позднее стала Институтом атомной энергии.

В 1946 году в СССР был создан первый в Европе уран-графитовый реактор, позволивший контролировать цепную реакцию деления ядра. Спустя три года была испытана первая советская атомная бомба. Но вместе с тем ученые понимали, что ядерная энергетика не может служить только военным целям, что она не меньше, а то и больше пользы принесет на службе миру. «Атом должен быть рабочим, а не солдатом», — сформулировал Игорь Курчатов. И в 1954 году в Обнинске была построена первая в мире атомная электростанция. Ее мощность составила 5 МВт.

Перед учеными встала новая амбициозная задача — как увеличить мощность реакторов в десятки раз, чтобы обеспечить электроэнергией активно развивающуюся промышленность. Одним из знаковых стало майское совещание 1955 года в Министерстве среднего машиностроения СССР с участием крупных ученых. По его итогам уже в июне Игорь Курчатов создает техническое задание на реактор ВЭС-2, позже получивший известность как водо-водяной энергетический реактор (ВВЭР).

В августе 1955 года Совет министров СССР распределил полномочия по строительству атомных электростанций и созданию ядерных реакторов. Генеральное проектирование АЭС оказалось в ведении Министерства электростанций и строительства электростанций. Разработку реакторов возложили на Минсредмаш. А эскизным проектом ВВЭР мощностью 150 тыс. кВт с парогенераторами занялось Министерство тяжелого машиностроения.

И если на Белоярской АЭС использовалась технология на быстрых нейтронах, то Новововоронежская станция всегда работала на реакторах типа ВВЭР — благодаря обкатке этой передовой технологии НВ АЭС и стала одним из мировых лидеров в освоении ядерной энергетики.

Первый энергоблок НВ АЭС был запроектирован на тепловую мощность 760 МВт и электрическую 210 МВт. По традиции серию реактора называют согласно электрической мощности, первый блок получил название ВВЭР-210. Он разрабатывался группой ученых во главе с академиком Анатолием Александровым и под личным контролем Игоря Курчатова. С тех пор базовые принципы работы реактора не менялись. В самом реакторе протекает управляемая цепная реакция, во время которой уран-235 выделяет огромное количество тепла. Оно отводится из активной зоны теплоносителем. На ВВЭР им стала вода.

Сам энергоблок состоит из двух контуров. Первый — радиоактивный. Здесь расположены реактор и циркуляционные петли, состоящие из насосов и парогенераторов. К одной из петель — а их количество разнится в зависимости от серии ВВЭР — подключен компенсатор давления. Он контролирует давление воды в реакторе, которая здесь является не только теплоносителем, но и замедлителем нейтронов. На ВВЭР с самого первого момента и до сих пор используется горизонтальный тип парогенераторов. С помощью него выработанная энергия поступает во второй, нерадиоактивный, контур, где также расположены различные насосы и турбина. Последние благодаря поступающему пару начинают вращать генератор, который и вырабатывает электрический ток. Охлаждается энергоблок с помощью воды — эту систему также иногда называют третьим контуром.

При этом технология продолжала развиваться. Специалистам удалось практически вдвое увеличить мощность реактора по сравнению с ВВЭР-440: первый в мире энергоблок-«тысячник» ВВЭР-1000 также появился на НВ АЭС. Он был включен в сеть в 1980 году и стал головным в серии подобных реакторов. На сегодняшний день — это самый популярный в мире тип реактора. Всего на атомных станциях эксплуатируются 60 реакторов разного типа, 37 из них из серии ВВЭР-1000. Мощность энергоблока повышена благодаря изменению характеристик, включая объем активной зоны. На «тысячнике» по сравнению с ВВЭР-440 она была увеличена почти в 1,5 раза. Также была повышена энергонапряженность топлива и увеличен расход теплоносителя через реактор. Рост мощности потребовал и соответствующих решений по безопасности — впервые на НВ АЭС была построена сверхпрочная герметичная оболочка, защищающая окружающую среду от выбросов радиоактивных веществ.

Уже в новом веке нововоронежские атомщики снова включились в амбициозный проект: «АЭС-2006» призван создать энергоблоки поколения «3+» с улучшенными технико-экономическими показателями и современнейшими системами защиты. Так, неподалеку от НВ АЭС появилась НВ АЭС-2. Позже обе атомные станции были объединены. Здесь появились два инновационных энергоблока — шестой и седьмой по счету для станции — с реакторами типа ВВЭР-1200. У этих реакторов вдвое, до 60 лет, увеличен срок службы.

Шестой блок введен в эксплуатацию в 2017 году, седьмой — в 2019 году. Они также стали прототипами новейшей технологии, по которой уже возводится несколько АЭС в России и за рубежом.

Первые два блока НВ АЭС были выведены из эксплуатации в соответствии с расчетным сроком службы в 20 лет. В 1984 году остановился первый реактор, в 1990 году — второй. Однако еще раньше специалисты атомной станции и ученые задумывались о том, можно ли продлить срок работы ВВЭР. Помимо исследовательской преследовалась и экономическая цель: модернизация реактора в разы дешевле строительства нового. Работы по продлению сроков эксплуатации также доверили нововоронежским атомщикам. Третий и четвертый блоки с ВВЭР-440 и 30-летним сроком эксплуатации должны были быть остановлены в 2001 и 2002 годах, но в итоге прослужили куда больше.

Одной из главных технологий при модернизации стал отжиг реактора. Эта процедура позволяет восстановить свойства металла корпуса, в первую очередь, пластичность: они теряются под длительным воздействием излучения и высоких температур. Впервые в мире отжиг был проведен именно при продлении срока эксплуатации третьего блока НВ АЭС. «Это был первый экспериментальный опыт. Именно у нас было создано и испытано оборудование для проведения восстановительного отжига. Сейчас эта процедура проводится на всех энергоблоках, которые идут на продление срока эксплуатации», ­— говорит заместитель главного инженера по эксплуатации второй очереди НВ АЭС Андрей Меремьянин. По его словам, установка для отжига существует в единственном экземпляре, и с ее помощью отжигают все реакторы серии ВВЭР-440. Для этого корпус реактора нагревают до 475 °C, при этой температуре выдерживают 150 часов и затем дают медленно остыть. Благодаря этой процедуре срок эксплуатации реакторной установки может быть продлен на 10−30 лет.

В 2016 году третий энергоблок был окончательно остановлен. Но, даже не производя энергию, он еще послужил НВ АЭС. Подходил к концу и уже продленный срок эксплуатации четвертого блока, однако было решено модернизировать его еще раз. В 2017 году впервые в мире нововоронежские атомщики начали повторное продление срока эксплуатации ВВЭР-440. Работы завершились в 2018 году, а суммарный срок службы четвертого блока составит 60 лет. При повторной модернизации и был использован ресурс энергоблока № 3. В частности, пригодились каналы безопасности: их количество на энергоблоке № 4 увеличилось вдвое, до четырех. Кроме того, блочный щит управления третьего блока стал резервным для четвертого. При этом, по словам Андрея Меремьянина, часть оборудования 1960-х «прекрасно справляется со своими задачами»: «Все переделывать нет никакого смысла. Также это традиции, которые мы храним. В том числе дизайн. Он несколько архаичен, но привычен для людей, которые здесь работают, и абсолютно отвечает тем задачам, которые стоят перед блочным щитом».

В рамках повторной модернизации впервые в мире для реакторов ВВЭР-440 была создана система аварийного охлаждения активной зоны реактора. Она располагается в специально построенном здании, где устроено несколько емкостей по 60 кубометров каждая. Все они соединены под землей с первым контуром реактора. Если давление в нем оказывается ниже давления в емкостях, из них вода с бором поступает в активную зону и охлаждает ее. За это время специалисты успеют запустить системы безопасности, работающие от источников питания. «Это пассивная система защиты. Она не требует никакого источника энергии. Оборудование выполнит свою функцию ровно тогда, когда настанет нужный момент. Причем исключительно за счет законов физики, которые действуют всегда и которые нельзя проигнорировать», — поясняет Андрей Меремьянин. Кроме того, для повышения безопасности часть оборудования была раскреплена: это позволило повысить уровень сейсмической устойчивости энергоблока. Андрей Меремьянин называет третий пуск четвертого энергоблока историческим событием: «Созданы принципиально новые системы безопасности, благодаря которым энергоблок соответствует самым современным требованиям».

Был продлен и срок эксплуатации пятого энергоблока. Изначально он был рассчитан на 30 лет и должен был быть остановлен в 2010 году. Но срок его эксплуатации продлили еще на 25 лет. И в который раз нововоронежские атомщики первыми в мире сделали то, чего еще никто не делал. Активную роль в этом выполняли именно специалисты атомной станции. Например, начальник смены реакторного цеха пятого блока Сергей Туйнов на этапе монтажа выявил несколько недочетов, что позволило уменьшить временные и материальные затраты.

При модернизации был учтен и опыт аварии на японской АЭС «Фукусима»: была смонтирована дополнительная система индустриальной антисейсмической защиты, а также энергоблок оборудован системой дожигания водорода в герметичной оболочке. По итогам работ прежний гендиректор «Росатома», ныне первый заместитель руководителя администрации президента РФ, Сергей Кириенко отмечал, что сделанное на пятом блоке «кардинально, на поколение отличается от того, что было когда-то построено». Кроме того, в 2017 году на пятом блоке модернизировали турбоагрегат, благодаря чему его мощность увеличилась на 17 МВт.

В 2019 году Нововоронежская АЭС ввела в эксплуатацию седьмой энергоблок — близнец инновационного блока № 6. И при строительстве и наладке оборудования атомщикам удалось еще немного улучшить технологические процессы за счет уже имеющегося опыта. Уже сейчас это позволяет давать более компетентную информацию коллегам, возводящим аналогичные энергоблоки на других АЭС.

С введением в эксплуатацию последнего пока реактора НВ АЭС не теряет лидерских позиций в ядерной энергетике. По решению госкорпорации «Росатом» в Нововоронеже открывается международный образовательный центр для иностранных АЭС, построенных по российскому дизайну. По словам первого заместителя гендиректора по операционному управлению «Росатома» Александра Локшина, реализовав готовый к тиражированию на зарубежных площадках проект двухблочной АЭС, Нововоронежская атомная станция теперь станет кузницей кадров для всего мира: «Только в ближайшие пять лет нам надо будет обучить более 2,8 тыс. иностранных специалистов».

Директор Н В АЭС Владимир Поваров поясняет, что образовательный центр создается на базе учебно-тренировочного пункта АЭС. «Иностранцы получают базовое образование у себя в вузе, потом проходят обучение и стажировку у нас на рабочих местах. По аналогичной схеме могут готовиться специалисты из тех стран, где руководство в перспективе собирается развивать атомную энергетику. Контакт с другими странами для нас сейчас особенно важен, ведь мы оказались первыми, кто сдал в эксплуатацию энергоблок поколения „3+“», — добавил Владимир Поваров.

Работа инновационных реакторов сопровождается и постоянным совершенствованием технологий. Ростехнадзор выдал НВ АЭС разрешение на эксплуатацию шестого энергоблока с увеличенной длительностью топливного цикла. Ранее блок работал в стандартном 12-месячном цикле, при котором перегрузка топлива происходит раз в год. Теперь атомщики переводят реактор на 18-месячный цикл. Так энергоблок проработает около трех лет. По итогам проведенной работы остальные реакторы ВВЭР-1200 могут быть также переведены на перегрузку топлива раз в полтора года. По словам Владимира Поварова, опыт нововоронежских атомщиков будет использован для подобных энергоблоков в России и за рубежом. «При увеличенном цикле ожидается прирост выработки электроэнергии. Кроме того, будет обеспечена более устойчивая и эффективная работа оборудования, повышена его безопасность», — считает начальник отдела ядерной безопасности и надежности НВ АЭС Евгений Голубев.

Также прошли испытания по работе шестого блока в режиме маневрирования мощностью. Такая работа необходима для более эффективного использования ресурсов, в том числе подстройки под конкретные нужды энергосети. Десять дней в мае 2020 года энергоблок работал, меняя мощность в диапазонах 96−71−96% и 96−46−96% от номинальной. Эта работа позволила проверить все оборудование, наладить алгоритмы управления и опробовать решения по минимизации скачков мощности. Этот опыт также пригодится при внедрении маневренных режимов на других станциях, использующих или планирующих использовать ВВЭР-1200.

Кроме того, энергоблок № 6 стал площадкой для исследования свойств нейтрино — частицы, изучение которой является одной из актуальнейших тем современной ядерной физики. Проект совместно с АЭС реализуют ученые Объединенного института ядерных исследований. «В одном из помещений очень привлекательные условия низкого фона для исследования свойств нейтрино, одни из лучших в мире условий. Конструктивные материалы реактора служат хорошей защитой от космического излучения», — говорит старший научный сотрудник института Алексей Лубашевский.

Еще одна технология, которую активно разрабатывают в Нововоронеже и которую потом планируют тиражировать в России и в мире, — вывод отработавших блоков из эксплуатации. Этим занимается филиал концерна «Росэнергоатом» «Опытно-демонстрационный инженерный центр по выводу из эксплуатации» (ОДИЦ). Центр был создан в январе 2013 года именно на НВ АЭС, так как здесь уже остановлены три энергоблока, и полученный в Нововоронеже опыт позволит наиболее качественно и безопасно вывести их из эксплуатации.

По словам директора ОДИЦ Алексея Щукина, это отдельный вид работ, так как в процессе эксплуатации оборудование получает радиоактивное загрязнение, а также накапливается ряд других технических проблем. «Поэтому демонтаж оборудования должен проходить в особых условиях с соблюдением требований радиационной безопасности. Для этого приходится создавать и новые технологии, и новое оборудование», — поясняет Алексей Щукин. В результате этой работы радиоактивных веществ на блоке не должно остаться, а освободившиеся здания и сооружения можно использовать как угодно, от приспособления под новые нужды до сноса. Так, по словам Алексея Щукина, машинный зал первого энергоблока теперь используется как база страхового запаса. Это позволило сэкономить средства на строительстве нового здания.

Перед ОДИЦ стоят четыре основные задачи. Во-первых, обеспечить серийный вывод энергоблоков атомных станций, у которых закончился проектный или продленный срок службы. Во-вторых, разработать и внедрить типовые технологии и оборудование для вывода из эксплуатации. В-третьих, непосредственно на НВ АЭС вывести из эксплуатации первый, второй и третий энергоблоки. В-четвертых, продать технологию зарубежным партнерам и таким образом стать лидером на мировом рынке. «Работу облегчает то, что часть персонала Нововоронежской АЭС около 20 лет занималась вопросами вывода энергоблоков. Многие опытные сотрудники перешли в ОДИЦ, где теперь также решают интересные и сложные вопросы», — отмечает Алексей Щукин. Таким образом, нововоронежские атомщики и здесь становятся мировыми лидерами.