Анатомия АЭС: Как работает единственная в Армении атомная станция

Включая в розетку компьютер или кондиционер, открывая холодильник, решив погладить рубашку перед работой, мы полагаемся на наличие в доме электроэнергии. А чтобы в розетке всегда был ток, нужна бесперебойная работа различных электростанций. На тепловых сжигается газ или уголь. Гидростанции производят энергию при помощи быстрого течения рек или плотин. В солнечных электростанциях аккумуляторы заряжает ульрафиолетовое и инфракрасное излучение. В атомных станциях электроэнергия производится при помощи управляемой цепной ядерной реакции, для которой нужно ядерное топливо. Как оно производится и по какому принципу работает Армянская атомная электростанция, вы узнаете, прочитав ответы на пять простых вопросов.

Где находится и когда была построена Армянская АЭС?

Армянская АЭС расположена в Араратской долине возле города Мецамор, в 28 километрах на запад от Еревана. Строить станцию начали еще в семидесятых годах прошлого века. Состоит станция из двух энергоблоков. Электричество она начала давать в декабре 1976 года.

После Спитакского землетрясения, в 1989 году энергоблок №1 был закрыт и сейчас на станции работает только один реактор – энергоблок №2. Но даже в таком «ограниченном виде» атомная станция производит порядка 40 процентов электроэнергии, которую потребляют жители и промышленность Республики Армения. При этом себестоимость электричества, производимого на АЭС, значительно меньше стоимости электроэнергии, произведенной на тепловых, солнечных или гидроэлектростанциях.

Энергоблок №2 уже достиг проектного срока эксплуатации и нуждается в модернизации. В 2014 году правительство приняло решение провести программу модернизации энергоблока и в 2015 году подписало контракт с российскими атомщиками на эти работы.

Генеральным подрядчиком этого проекта является компания «Русатом Сервис» (входит в контур Госкорпорации «Росатом»). В результате проведения работ минимальный срок эксплуатации станции составит не менее 10 лет: срок действия энергоблока будет продлен до 2026 года.

Сейчас на станции проводятся работы по модернизации основного оборудования электрогенерации: заменяются на новые элементы турбины, турбогенераторы, трансформаторы, ведутся работы работы по повышению уровня безопасности станции. По сути, по результатам выполнения всего плана мероприятий это будет уже практически новая станция, которая сможет работать как минимум десятилетие с большим уровнем эффективности.

Как устроен ядерный реактор?

Сердце энергоблока – ядерный реактор. На ААЭС установлен реактор ВВЭР-440 - аббревиатура расшифровывается, как «водо-водяной энергетический ректор мощностью 440 мегаватт». Такие реакторы разработали еще в советское время в конструкторском бюро «Гидропресс» (г. Подольск в Московской области).

Реактор изготавливается из прочной стали в форме бака цилиндрической формы со съемной крышкой. Наружный диаметр корпуса 3,8 м, высота - 11,2 м и благодаря толстым стенам корпус выдерживает давление до 125 атмосфер.

Чтобы реактор начал работу, в него нужно загрузить топливо – диоксид урана, спрессованный в таблетки размером 7,6 на 12 миллиметров и весом в 5 граммов. Урановые таблетки упаковываются в длинные герметичные трубки по 126 штук. Такие трубки называются тепловыделяющими элементами (твэлами) и они являются основным конструкционным элементом топливных кассет. Длина твэлов – порядка 2,5 метров, диаметр - 9,1 миллиметров. Делаются они из сплава циркония с ниобием, который отличается тем, что не поглощает нейтроны, образующиеся в результате деления ядер урана.

Как делается ядерное топливо?

Топливо для Армянской АЭС производит топливная компания Росатома «ТВЭЛ» на Машиностроительном заводе в городе Электросталь Московской области.

Началом производства топлива считается добыча урановой руды, которая затем обрабатывается, измельчается и направляется на заводы по обогащению урана в виде так называемого «желтого кека» - уранового концентрата в форме порошка. На обогатительных заводах уран переводят газообразное состояние (гексафторид урана), и затем в каскадах газовых центрифуг проходит процесс обогащения, во время которого увеличивается концентрация атомов изотопа уран-235. Позже на предприятиях по фабрикации топлива, таких как завод в Электростали, гексафторид урана методом конверсии переводят в диоксид урана в виде порошка. Этот порошок загружается в автоматы, прессуется в таблетки, они обжигаются, шлифуются, проходят на автоматический контроль качества на наличие брака. Таблетки упаковываются в твэлы, и эти 126 трубок позже соединяются в тепловыделяющую сборку (топливную кассету). Далее кассеты проходят контроль качества и упаковываются в специальные транспортные контейнеры (ТУКи).

Для Армянской атомной станции с 2009 года делается топливо, особо устойчивое к вибрационным нагрузкам. Качество топлива подтверждено десятками лет безупречной эксплуатации – за все годы использования топлива компании ТВЭЛ на Армянской АЭС не зафиксировано ни одного случая разгерметизации твэлов, что также говорит о высоком уровне производственной культуры на станции.

Как получается электричество?

После загрузки кассет с помощью стержней системы управления и защиты запускается цепная ядерная реакция, она является самоподдерживающейся и не требует постоянной помощи извне. При этом сохраняется возможность контролировать интенсивность реакции и при необходимости замедлить и остановить ее. Для этого над реактором располагаются те самые графитовые стержни. Когда они опускаются и устанавливаются между топливными кассетами, графит поглощает частицы урана и реакция останавливается или замедляется.

При делении ядер урана высвобождается колоссальное количество энергии. Для сравнения – энергия одной урановой таблетки эквивалентна энергии, выделяемой 640 кг древесины или 400 кг каменного угля. А за период выгорания одного килограмма урана образуется столько же энергии, сколько даст сжигании 60 тонн нефти или 100 тонн высококачественного угля.

На АЭС происходит три взаимных преобразования форм энергии: ядерная энергия переходит в тепловую, тепловая – в механическую, а механическая преобразуется в электрическую. Во время цепной ядерной реакции выделяется огромное количество тепла. Активная зона разогревается примерно до 300 градусов по Цельсию и ее постоянно нужно охлаждать. Для отвода тепла в реакторах модели ВВЭР-440 используют воду. Насосы прогоняют воду сквозь активную зону и перекачивают ее к парогенератору. Вода становится радиоактивной, но поскольку процесс происходит в герметично запечатанной системе труб (так называемом первом контуре реактора), загрязненная вода не попадает наружу. Горячая вода из реактора нагревает трубы второго контура, которые также наполнены водой. Вода во втором контуре превращается в пар и подается на силовую установку. Пар вращает лопасти турбины, которая находится на одном валу с электрогенератором, и таким образом получается электричество.

Какие перспективы у Армянской атомной станции?

Одним из важнейших этапов модернизации Армянской АЭС являются работы по улучшению характеристик систем безопасности. По данным министерства энергетических инфраструктур и природных ресурсов РА, из общего объема инвестиционной программы объемом в $300 млн. (льготный кредит и грант на проведение ремонтных работ правительству Армении выделила Российская Федерация) $170 млн. будет направлено на повышение уровня безопасности.

- По окончании работ по модернизации Армения получит станцию, оснащенную самым современным оборудованием, - говорит заместитель директора по управлению проектами госкомпании «Русатом Сервис», руководитель проекта по продлению срока эксплуатации Армянской АЭС с российской стороны Владимир Бредов. - Одна из ключевых целей работ по модернизации – повышение уровня безопасности станции до мировых стандартов.

Для Армении, которая не имеет природных запасов энергоносителей, вопрос обеспечения экономики электроэнергией по конкурентным ценам является стратегически важным.

Развитие атомной энергетики является аксиомой Стратегии развития энергетики в Армении, - рассказал нам национальный эксперт ООН по энергетике в Армении, кандидат наук Ара Марджанян. - Согласно Стратегии второй энергоблок Мецаморской АЭС должен быть заменен новым атомным блоком. Это продиктовано суровыми реалиями нашего региона. Во-первых, атомная станция – источник энергии с низким тарифом, которая делает электроэнергию доступной для населения и других потребителей. Во-вторых, это источник гарантированной мощности. Это качество присуще только атомным станциям и ГЭС, расположенным на крупных водоемах. Прочие источники энергии, в том числе возобновляемые, не обладают таким качеством. И, наконец, в-третьих, Армянская АЭС наряду с Воротанским каскадом гидроэлектростанций – единственные в Армении источники энергии, которые не зависят от текущих поставок энергоносителей. Разданский каскад ГЭС ограничен законом, который регулирует пропуск воды из озера Севан, а тепловые электростанции каждый день и каждый час зависит от поставок газа. Таким образом, Армянская АЭС остается практически единственным источником, который укрепляет энергонезависимость Армении.

Именно поэтому Армянская атомная электростанция незаменима и крайне необходима для Армении: ААЭС дает стране потенциал для дальнейшего развития, производит 40 процентов электроэнергии и обеспечивает работой тысячи сотрудников. Также благодаря надежной работе станции вы сейчас в любой момент можете включить чайник, заварить чашку чая и прочитать эту статью.