Кіріспе

III буын реакторлары немесе Gen III реакторлары – бұл II буын реакторларын алмастыруға арналған, конструкциясында эволюциялық жақсартулар енгізілген ядролық реакторлар класы. Оларға отын технологиясының жақсаруы, жылу тиімділігінің жоғарылауы, қауіпсіздік жүйелерінің (пассивті ядролық қауіпсіздік қоса алғанда) едәуір күшейтілуі, сондай-ақ техникалық қызмет көрсету және капиталдық шығыстарды азайтуға бағытталған стандартталған жобалар кіреді. Оларды IV буын халықаралық форумы (GIF) ілгерілетеді. Алғашқы III буын реакторлары 1996 және 1997 жылдары іске қосылған Кашивазаки 6 және 7 қайнатылған су реакторлары (ABWR) болды. 2012 жылдан бастап екеуі де Фукусима ядролық апатынан кейін саяси ахуалдың нашарлауына байланысты тоқтатылды. Жаңа реакторлар құрылысының ұзаққа созылған тоқтап қалуы және жаңа құрылыстарда II/II+ буын реакторларының танымалдылығының сақталуы (алайда, төмендеп бара жатқандықтан) салдарынан үшінші буын реакторлары салыстырмалы түрде аз салынды.

Шолу

II буын реакторлары қазіргі ядролық реакторлардың басым бөлігін құрайды. III буын реакторлары – бұл озық жеңіл су реакторлары (ЖЖР). III+ буын реакторлары «эволюциялық жобалар» деп аталады. II және III буын реакторлары арасындағы айырмашылық шартты болғанымен, 2022 жылға дейін III буын реакторларының небары бірі коммерциялық кезеңге жеткен. IV буын халықаралық форумы IV буын реакторларын «революциялық жобалар» деп сипаттайды. Бұл – нақты іске асыру болжамдары сол кезде болмаған ұсыныстар. Үшінші буын реакторларындағы реактор технологиясының жетілдірілуі, олардың қызмет ету мерзімін ұзартуға бағытталған (60 жылға дейін жұмыс істеуге есептелген, толық жөндеуден және реакторлық қысым ыдысын ауыстырудан бұрын 100 жылдан астам жұмыс істеуге мүмкіндік бар), бұл көрсеткіш қазіргі қолданыстағы екінші буын реакторларынан (40 жылға дейін жұмыс істеуге есептелген, толық жөндеуден және қысым ыдысын ауыстырудан бұрын 60 жылдан астам жұмыс істеуге мүмкіндік бар) жоғары. Бұл реакторлардың активтік аймақтағы зақымдану жиілігі екінші буын реакторларына қарағанда төмен болуы тиіс – Еуропалық қысымды реактордың (ЕПР) активтік аймақтағы зақымдану оқиғасы 60, ал Экономикалық жеңілдетілген қайнау су реакторының (ESBWR) активтік аймақтағы зақымдану оқиғасы 3, бұл BWR/4 екінші буын реакторлары үшін 100 миллион реактор жылға шаққанда 1000 активтік аймақтағы зақымдану оқиғасынан әлдеқайда төмен көрсеткіш. Эколог Барри Брук жүргізген тәуелсіз талдау, III буын реакторларының жоғары тиімділігі және демек, материалдық қажеттілігінің төмендігін көрсетеді, бұл қорытындыны растайды.

Даму

Gen III+ реакторлары Gen III реакторларының эволюциялық дамуы болып табылады, Gen III реакторларына қарағанда қауіпсіздікті жақсартады. Өндірушілер 1990 жылдары американдық, жапондық және Батыс Еуропалық жеңіл су реакторларының пайдалану тәжірибесіне сүйене отырып, Gen III+ жүйелерін әзірлеуді бастады. Ядролық индустрия ядролық қайта жандануды ілгерілетуді бастады, бұл Gen III+ жобалары үш маңызды мәселені шешуі керек екенін көрсетеді: қауіпсіздік, құн және салу мүмкіндігі. Құрылыс құны 1000 АҚШ доллары/кВт шамасында болжалды, бұл ядролық энергияны газбен бәсекелестіретін деңгей болар еді, ал құрылыс мерзімі төрт жыл немесе одан аз болады деп күтілді. Алайда, бұл бағалаулар тым оптимистік болып шықты. Gen III+ жүйелерінің екінші буын жобаларынан айқын артықшылығы – кейбір жобалардағы пассивті қауіпсіздік мүмкіндіктері, олар активті басқаруды немесе оператордың араласуын қажет етпейді, керісінше, аномальды жағдайлардың әсерін азайту үшін гравитация немесе табиғи конвекцияға сенеді. III+ буын реакторлары Фукусимада 2011 жылы болған сияқты апаттарды болдырмау үшін қосымша қауіпсіздік шараларын қамтиды. III+ буын жобаларындағы пассивті қауіпсіздік, сондай-ақ пассивті салқындату, төтенше жағдайда станцияны қауіпсіз тоқтату үшін оператордың үздіксіз әрекеттерін немесе электрондық кері байланысты қажет етпейді. III+ буын ядролық реакторларының көптеген түрлерінде кор қабылдағыш (core catcher) бар. Егер отын қаптамасы және реактор корпусы жүйелері мен олармен байланысты құбырлар балқыса, кор (corium) балқыған материалды ұстап тұратын және оны салқындата алатын кор қабылдағышқа түседі. Бұл, өз кезегінде, соңғы барьер – қорғаныс ғимаратын қорғайды. Мысалы, «Росатом» Роппур-1 реакторлық ғимаратындағы алғашқы ірі жабдық ретінде 200 тонналық кор қабылдағышты орнатты, оны «бірден-бір қорғау жүйесі» деп сипаттады. 2017 жылы «Росатом» Орталық Ресейдегі NVNPP-2 блогының 1-ші VVER-1200 реакторының коммерциялық жұмысын бастады, бұл әлемдегі бірінші III+ буын реакторының толық іске қосылуын білдірді.

Бірінші реакторлар

Бірінші III буын реакторлары Жапонияда жетілдірілген қайнаған су реакторлары түрінде салынған. 2016 жылдың 5 тамызында Ресейдің Нововоронеж II атом электр стансасында III+ буынның VVER 1200/392M реакторы пайдалануға берілді (алғашқы электр желісіне қосылу), ол III+ буынның жұмыс істеп тұрған алғашқы реакторы болды. Еуропа, Қытай, Үндістан және АҚШ-та бірнеше III+ буын реакторларының құрылысы аяқталуға жақын. Тайшань атом электр стансасындағы AREVA EPR реакторы (алғашқы электр желісіне қосылу 2018 жылдың 29 маусымында) және Қытайдағы Санмен атом электр стансасындағы Westinghouse AP1000 реакторы (алғашқы электр желісіне қосылу 2018 жылдың 30 маусымында) келесі III+ буын реакторлары болып табылады. АҚШ-та реакторлардың жобалары Ядролық реттеу комиссиясы (NRC) арқылы сертификатталады. 2020 жылға дейін комиссия жеті жаңа жобаны мақұлдады, сондай-ақ тағы бір жобаны және мерзімі өткен сертификатты жаңару мүмкіндігін қарастыруда.

Жауаптар мен сын-пікірлер

Ядролық энергияны қолдаушылар мен бұрынғы сыншылар үшінші буын реакторларының, жалпы алғанда, ескі реакторлардан қауіпсіз екенін мойындады. "Қорыққан ғалымдар одағының" аға ғылыми қызметкері Эдвин Лайман AP1000 және ESBWR екі үшінші буын реакторы үшін жасалған белгілі бір шығындарды үнемдеуге бағытталған дизайн таңдауларына қарсы шықты. Лайман, Джон Ма (NRC-нің аға құрылыс инженері) және Арнольд Гундерсен (ядроға қарсы кеңесші) AP1000 реакторының темірден жасалған герметикалық корпусы мен бетон қорғаныс құрылысындағы кемшіліктерден алаңдайды, себебі оның герметикалық корпусында тікелей ұшақ соққан жағдайда жеткілікті қауіпсіздік резерві жоқ. Басқа инженерлер бұл пікірмен келіспейді және оқшаулау құрылысының қауіпсіздік маржасы мен қауіпсіздік коэффициенттері жеткілікті деп санайды. 2008 жылы "Қорыққан ғалымдар одағы" EPR реакторын АҚШ-та қарастырылып жатқан жалғыз жаңа реактор деп атады, ол "қазіргі реакторларға қарағанда айтарлықтай қауіпсіз және шабуылға қарсы жақсырақ қорғалуы мүмкін". Сондай-ақ, осы реакторлардың қауіпсіз жұмыс істеуіне қажетті дәл бөлшектерді жасау кезінде, шығындардың артуы, бұзылған бөлшектер және өте жоғары болат толеранттылығы Франциядағы Фламанвиль ядролық электр стансасында салынып жатқан жаңа реакторларда мәселе тудырды.

Қазіргі уақытта жұмыс істеп тұрған немесе салынып жатқан III буын реакторлары

Өндіруші(лер) Реактордың атауы(лары) Түр МВт (таза) МВт (жалпы) МВт-ы Ескертпелер General Electric, Toshiba, Hitachi ABWR;US ABWR BWR 1350 1420 3926 1996 жылдан бері Кашивазакиде пайдаланылуда. 1997 жылы NRC сертификатталған. Бастапқыда "ACC 1000" деп атау жоспарланған, бірақ ақырында "Hualong One" немесе "HPR 1000" деп аталды. Фанченгганның 3–6 блогы HPR 1000 жобасын алғаш рет пайдаланады, 3 және 4 блогы 2017 жылдың қазіргі күніне дейін салынып жатыр. OKBM Afrikantov VVER 1000/428 990 1060 3000 AES 91 жобасының алғашқы нұсқасы, Тяньваньдың 1 және 2 блоктары үшін жобаланып, пайдаланылды, ол 2007 жылы іске қосылды. VVER 1000/428M 1050 1126 3000 AES 91 жобасының тағы бір нұсқасы, сондай-ақ Тяньвань үшін жобаланып, пайдаланылды (бұл жолы 2017 және 2018 жылдары іске қосылған 3 және 4 блоктары үшін). VVER 1000/412 917 1000 3000 AES 92 жобасының алғаш рет құрылысы, Куданкулам үшін пайдаланылды.

Әлі қабылданған немесе салынған III буын жобалары

Жасаушы(лар) Реактордың атауы(лар) МВт (таза) МВт (жұпырт) МВтж Ескертпелер General Electric, Hitachi ABWR II BWR 1638 1717 4960 ABWR-дің жақсартылған нұсқасы. Даму жағдайы белгісіз. Mitsubishi APWR;US APWR;EU APWR;APWR+ PWR 1600 1700 4451 2011 жылы Цуругада жоспарланған екі бөлім тоқтатылды. Команч Пиктегі екі жоспарланған бөлімге АҚШ NRC лицензиясы 2013 жылы тоқтатылды. Бастапқы APWR және жаңартылған АҚШ APWR/EU APWR (сондай-ақ APWR+ деп аталады) конструкциялық ерекшеліктері бойынша айтарлықтай өзгешеленеді, APWR+ жоғары тиімділікке және электр қуатына ие. Westinghouse AP600 600 619 NRC 1999 жылы сертификатталды. Combustion Engineering System 80+ 1350 1400 NRC 1997 жылы сертификатталды. OKBM Afrikantov VVER 1000/466(B) 1011 1060 3000 Бұл AES 92 жобасының алғаш рет әзірленген нұсқасы, бастапқыда Белене АЭС-інде салынуға тиіс еді, бірақ кейін құрылысы тоқтатылды. Candu Energy Inc. EC6PHWR 750 2084 EC6 (Enhanced CANDU 6) – бұрынғы CANDU жобаларының эволюциялық жаңартуы. Басқа CANDU жобалары сияқты, ол байытылмаған табиғи уранды отын ретінде пайдалана алады. AFCR 740 2084 Advanced Fuel CANDU реакторы – бұл өзгертілген EC6 дизайны, ол көптеген мүмкін қайта өңделген отын қоспаларын және тіпті торийді өңдеуге қабілетті. Қазіргі уақытта SNC Lavalin, CNNC және Shanghai Electric бірлескен кәсіпорнының бөлігі ретінде дамудың соңғы кезеңінде. Әртүрлі (MKER мақаласын қараңыз.) MKER BWR 1000 2085 РБМК ядролық реакторының дамуы. RBMK реакторының барлық конструкциялық қателіктері мен кемшіліктерін жойды және толық оқшаулау ғимаратын, сондай-ақ пассивті ядролық қауіпсіздік мүмкіндіктерін, мысалы, пассивті ядроны салқындату жүйесін қосты. МКЕР 1000-ның физикалық прототипі Курск АЭС-інің 5-ші бөлімі. Курск-5 құрылысы 2012 жылы тоқтатылды және оның орнына 2018 жылдан бері құрылысы жүріп жатқан VVER TOI салынуда. (RBMK мақаласын қараңыз)

Қазіргі уақытта жұмыс істеп тұрған немесе салынып жатқан III+ буын реакторлары

Дамушы(лар) Реактордың атауы(лары) МВт (таза) МВт (жалпы) МВтж Бірінші желіге қосылу Ескертулер Westinghouse, Toshiba AP1000 PWR 1117 1250 3400 2018 06 30 Санмен NRC 2005 жылғы желтоқсанда сертификатталды. OKB Gidropress VVER 1200/392M 1114 1180 3200 2016 08 05 Нововоронеж II VVER 1200 сериясы AES 2006/MIR 1200 дизайны ретінде де белгілі. Бұл модель VVER TOI жобасы үшін бастапқы эталондық модель болды. VVER 1200/491 1085 1199 3200 2018 03 09 Ленинград II VVER 1200/509 1114 1200 3200 Аққу АЭС-інде салынып жатыр, Аққу 1 және 2 ретінде. Желіге қосылу 2023 және 2024 жылдары күтілуде. VVER 1200/523 1080 1200 3200 2.4 ГВт Бангладештің Руппур ядролық электр стансасы салыну үстінде. VVER 1200/523 екі бөлімі 2.4 ГВт энергия өндіруге жоспарланған және 2024 және 2025 жылдары іске қосылады. VVER 1200/513 1200 3200 VVER 1200-дің стандартталған нұсқасы, VVER 1300/510 дизайнының негізінде жасалған (қазіргі уақытта VVER TOI жобасының эталондық дизайны). VVER 1300/510 1115 1255 3300 VVER 1300 дизайны AES 2010 дизайны деп те аталады, кейде қателікпен VVER TOI дизайны деп аталады. VVER 1300/510 бастапқыда VVER TOI жобасының эталондық дизайны ретінде пайдаланылған VVER 1200/392M-ге негізделген, бірақ қазіргі уақытта VVER 1300/510 осы рөлді атқарады (бұл VVER TOI электр стансасының дизайны мен VVER 1300/510 реакторының дизайны арасында шатасуға әкелді). Бірнеше Ресей ядролық электр стансаларында бірнеше бөлімдерді салу жоспарлануда. Курск ядролық электр стансасында салынып жатқан алғашқы бөлімдер. BARC IPHWR 700 PHWR 630 700 2166 2021 1 10 Какрапар Өнімділігі арттырылған және қосымша қауіпсіздік мүмкіндіктері бар 540 МВт PHWR-дің жаңаруы. Құрылысы жүріп жатыр және 2020 жылы іске қосылуы күтілуде. Какрапар атом электр стансасының 3-ші бөлімі 2020 жылдың 22 шілдесінде алғашқы сынаққа қол жеткізді. 3-ші бөлім 2021 жылдың 10 қаңтарында желіге қосылды.

Әлі қабылданған немесе салынған емес III+ буын жобалары

Әзірлеуші(лер) Реактордың атауы(лары) Түрi МВт (нетто) МВт (брутто) МВт-ы Ескертулер Toshiba EU ABWR BWR 1600 4300 EU нұсқауларына сәйкес келетін, реактордың қуатын арттыратын және III+ буынына дейін жетілдірілген ABWR-дің жаңартылған нұсқасы. Areva Kerena 1250 1290 3370 Бұрын SWR 1000 деп аталған. Негізінен Гундремминген B/C блоктарының дизайнына негізделген неміс BWR дизайны. Areva және E.ON бірлесіп жасаған. General Electric, Hitachi ESBWR 1520 1600 4500 Жарияланбаған SBWR дизайнына негізделген, ол өз кезегінде ABWR-ге негізделген. Солтүстік Анна-3 үшін қарастырылуда. Қайнаған су реакторы дизайны үшін ерекше болатын, табиғи айналымға толыққандай сенетін конструкцияны пайдалану үшін айналымдық сорғыларды толығымен қолданбайды. KEPCO APR+ PWR 1505 1560 4290 APR 1400-дің жалғасы, арттырылған қуаты және қосымша қауіпсіздік мүмкіндіктері бар. Areva, Mitsubishi ATMEA1 1150 3150 Sinop электр стансасының жобасы іске аспады. OKB Gidropress VVER 600/498 600 1600 VVER 1200-дің кішірейтілген нұсқасы. 2030 жылға дейін Кола аймағында коммерциялық пайдалану жоспарлануда. Candu Energy Inc. ACR 1000 PHWR 1085 1165 3200 Advanced CANDU Reactor – ауыр су модераторын сақтайтын, бірақ ауыр су салқындатқышын жеңіл су салқындатқышымен алмастыратын гибридтік CANDU дизайны. Бұл дәстүрлі CANDU дизайндарымен салыстырғанда ауыр судың шығындарын айтарлықтай төмендетеді, бірақ байытылмаған табиғи уранды отын ретінде пайдалану мүмкіндігінен айырылады. BARC IPWR 900 PWR 900 2700 Үндістанның алғашқы жеңіл су реакторы, Арихант класындағы су асты кемелерінің CLWR B1 реакторына негізделген 3+ буын дизайны.