Введение

Класс ядерных реакторов с повышенной безопасностью по сравнению с предшествующими поколениями.
Реакторы третьего поколения, или Gen III реакторы, – это класс ядерных реакторов, разработанных для смены реакторов второго поколения с внедрением эволюционных улучшений в конструкцию. К ним относятся усовершенствованная технология топлива, более высокая тепловая эффективность, значительно усиленные системы безопасности (включая системы пассивной ядерной безопасности) и стандартизированные конструкции, призванные снизить затраты на техническое обслуживание и капитальные вложения. Они продвигаются Международным форумом поколений IV (GIF). Первыми реакторами третьего поколения, приступившими к эксплуатации, стали реакторы Кашивазаки-6 и Кашивазаки-7 (ABWR) в 1996 и 1997 годах. С 2012 года оба реактора остановлены из-за изменившейся политической ситуации после аварии на АЭС «Фукусима». В связи с длительным периодом стагнации в строительстве новых реакторов и сохраняющейся (хотя и снижающейся) популярностью реакторов поколений II/II+ при новом строительстве, было построено относительно немного реакторов третьего поколения.

Обзор

Старейшие реакторы второго поколения составляют подавляющее большинство современных ядерных реакторов. Реакторы третьего поколения называются передовыми реакторами с водой под давлением (LWR). Реакторы III+ поколения обозначаются как "эволюционные разработки". Хотя различие между реакторами второго и третьего поколений условно, к 2022 году лишь немногие реакторы третьего поколения достигли коммерческой стадии. Международный форум "Поколение IV" называет реакторы четвертого поколения "революционными разработками". Это концепции, для которых на тот момент не существовало конкретных прогнозов реализации. Улучшения в технологии реакторов третьего поколения направлены на увеличение срока службы (рассчитанного на 60 лет эксплуатации, с возможностью продления до 100+ лет до полной перестройки и замены корпуса реактора) по сравнению с реакторами второго поколения, используемыми в настоящее время (рассчитанного на 40 лет эксплуатации, с возможностью продления до 60+ лет до полной перестройки и замены корпуса реактора). Частота повреждений активной зоны этих реакторов должна быть ниже, чем у реакторов второго поколения – 60 случаев повреждения активной зоны для Европейского реактора под давлением (EPR) и 3 случая повреждения активной зоны для Экономичного упрощенного реактора с кипящей водой (ESBWR) на 100 миллионов реактор-лет значительно ниже, чем 1000 случаев повреждения активной зоны на 100 миллионов реактор-лет для реакторов BWR/4 второго поколения. Независимый анализ, проведенный ученым-экологом Барри Бруком, подтверждает это, показывая более высокую эффективность и, следовательно, меньшую потребность в материалах для реакторов третьего поколения.

События

Конструкции реакторов Gen III+ являются эволюционным развитием реакторов Gen III, обеспечивая более высокий уровень безопасности по сравнению с реакторами Gen III. Разработка систем Gen III+ началась в 1990-х годах на основе опыта эксплуатации легководных реакторов в США, Японии и Западной Европе. Ядерная промышленность начала продвигать идею ядерного возрождения, утверждая, что проекты Gen III+ должны решить три ключевые задачи: безопасность, стоимость и возможность строительства. Прогнозировалось, что стоимость строительства составит 1000 долларов США за кВт, что сделает атомную энергетику конкурентоспособной с газовой, а сроки строительства не превысят четырех лет. Однако эти оценки оказались чрезмерно оптимистичными. Важным усовершенствованием систем Gen III+ по сравнению с реакторами второго поколения является внедрение в некоторые проекты пассивных систем безопасности, которые не требуют активного управления или вмешательства оператора, а полагаются на гравитацию или естественную конвекцию для смягчения последствий нештатных ситуаций. Реакторы Gen III+ оснащены дополнительными системами безопасности для предотвращения катастроф, подобных аварии на Фукусиме в 2011 году. Пассивная безопасность, также известная как пассивное охлаждение, используемая в проектах Gen III+, не требует постоянных действий оператора или электронной обратной связи для безопасной остановки станции в случае аварии. Многие ядерные реакторы Gen III+ имеют уловитель расплава активной зоны (ядерный ловец). Если топливная оболочка, корпус реактора и связанные с ним трубопроводы расплавятся, образующийся расплав (корий) попадет в уловитель, который удержит расплавленный материал и обеспечит его охлаждение. Это, в свою очередь, защитит последний барьер – герметичное защитное здание. В качестве примера, Росатом установил 200-тонный уловитель расплава активной зоны в реактор ВВЭР в качестве первого крупногабаритного оборудования в здании реактора Руппур-1, назвав его «уникальной системой защиты». В 2017 году Росатом начал коммерческую эксплуатацию реактора ВВЭР-1200 блока №1 Нововоронежской АЭС-2 в центральной России, что стало первым в мире полным запуском реактора Gen III+.

Первые реакторы

Первые реакторы третьего поколения были построены в Японии в виде усовершенствованных реакторов с кипящей водой. 5 августа 2016 года реактор ВВЭР-1200/392M поколения III+ был введен в эксплуатацию (первое подключение к энергосети) на Нововоронежской АЭС-2 в России, став первым действующим реактором поколения III+. Несколько других реакторов поколения III+ находятся на завершающей стадии строительства в Европе, Китае, Индии и Соединенных Штатах. Следующими реакторами поколения III+, введенными в эксплуатацию, стали реактор AREVA EPR на АЭС Тайшань (первое подключение к энергосети 29 июня 2018 года) и реактор Westinghouse AP1000 на АЭС Санмен (первое подключение к энергосети 30 июня 2018 года) в Китае. В Соединенных Штатах проекты реакторов сертифицируются Комиссией по ядерному регулированию (NRC). По состоянию на 2020 год комиссия одобрила семь новых проектов и рассматривает еще один проект, а также вопрос о продлении срока действия истекшей сертификации.

Ответ и критика

Сторонники ядерной энергетики и некоторые, кто ранее критиковал её, признали, что реакторы третьего поколения в целом безопаснее старых реакторов. Эдвин Лайман, старший научный сотрудник Союза заинтересованных ученых, подверг критике конкретные конструктивные решения, направленные на снижение стоимости, примененные к двум реакторам третьего поколения – AP1000 и ESBWR. Лайман, Джон Ма (старший инженер-конструктор из NRC) и Арнольд Гундерсен (консультант, выступающий против атомной энергетики) выражают обеспокоенность по поводу, как им кажется, недостатков в стальном герметичном корпусе и бетонной защитной оболочке вокруг AP1000, а именно недостаточного запаса прочности герметичного корпуса в случае прямого попадания самолета. Другие инженеры не разделяют эти опасения и утверждают, что здание сдерживания обладает более чем достаточным запасом прочности и коэффициентом безопасности. В 2008 году Союз обеспокоенных ученых назвал EPR единственным новым проектом реактора, рассматриваемым в Соединенных Штатах, который "кажется, обладает потенциалом быть значительно более безопасным и устойчивым к атакам, чем современные реакторы". Также возникали проблемы при изготовлении прецизионных деталей, необходимых для безопасной эксплуатации этих реакторов, включая превышение сметы, поломки деталей и чрезвычайно жесткие допуски по размерам стальных компонентов, что создает трудности при строительстве новых реакторов во Франции на АЭС Фламанвиль.

Реакторы третьего поколения, действующие или строящиеся

Разработчик(и) Название реактора Тип МВт (нетто) МВт (брутто) МВт (тепловых) Примечания General Electric, Toshiba, Hitachi ABWR; US ABWR BWR 1350 1420 3926 В эксплуатации на Кашивазаки с 1996 года. Сертифицирован NRC в 1997 году. Изначально планировалось назвать "ACC 1000", но в итоге получил название "Hualong One" или "HPR 1000". Энергоблоки 3–6 будут первыми, использующими конструкцию HPR 1000, а строительство энергоблоков 3 и 4 ведется с 2017 года. ОКБМ Африкянтов VVER 1000/428 990 1060 3000 Первая версия проекта AES 91, разработанная и использованная для энергоблоков 1 и 2 Тяньвань, которые были введены в эксплуатацию в 2007 году. VVER 1000/428M 1050 1126 3000 Другая версия проекта AES 91, также разработанная и использованная для Тяньвань (на этот раз для энергоблоков 3 и 4, которые были введены в эксплуатацию в 2017 и 2018 годах соответственно). VVER 1000/412 917 1000 3000 Первая построенная конструкция AES 92, использованная для Куданкулама.

Проекты III поколения, еще не принятые или не построенные

Разработчик(и) Наименование реактора(ы) Тип МВт (нетто) МВт (брутто) МВт-т Примечания General Electric, Hitachi ABWR II BWR 1638 1717 4960 Улучшенная версия ABWR. Неопределенный статус разработки. Mitsubishi APWR;US APWR;EU APWR;APWR+ PWR 1600 1700 4451 Два блока, запланированных для строительства на станции Цуруга, были отменены в 2011 году. Лицензирование NRC США на два блока, запланированных для станции Comanche Peak, было приостановлено в 2013 году. Оригинальный APWR и обновленные версии US APWR/EU APWR (также известные как APWR+) значительно отличаются по конструктивным характеристикам, при этом APWR+ обладает более высокой эффективностью и электрической мощностью. Westinghouse AP600 600 619 Сертифицирован NRC в 1999 году. Combustion Engineering System 80+ 1350 1400 Сертифицирован NRC в 1997 году. OKBM Afrikantov VVER 1000/466(B) 1011 1060 3000 Это был первый проект АЭС-92, разработанный для строительства на планируемой Беленской АЭС, но строительство было впоследствии остановлено. Candu Energy Inc. EC6PHWR 750 2084 EC6 (Enhanced CANDU 6) является модернизированной версией предыдущих конструкций CANDU. Как и другие конструкции CANDU, он способен использовать необогащенный природный уран в качестве топлива. AFCR 740 2084 Реактор Advanced Fuel CANDU является модификацией конструкции EC6, оптимизированной для максимальной гибкости в использовании топлива, включая возможность переработки различных топливных смесей и даже тория. В настоящее время находится на поздней стадии разработки в рамках совместного предприятия между SNC Lavalin, CNNC и Shanghai Electric. Различные (см. статью МКЭР) MKER BWR 1000 2085 Разработка на основе ядерного реактора РБМК. Устраняет все конструктивные ошибки и недостатки реактора РБМК, добавляет полное защитное сооружение и пассивные системы ядерной безопасности, такие как пассивная система охлаждения активной зоны. Физическим прототипом МКЭР-1000 является 5-й блок Курской АЭС. Строительство Курска-5 было отменено в 2012 году, и вместо него, начиная с 2018 года, ведется строительство ВВЭР-ТОИ, которое продолжается по состоянию на 2018 год. (см. статью РБМК)

Реакторы поколения III+, действующие или строящиеся

Разработчик(и) Наименование реактора(ы) Тип МВт (нетто) МВт (брутто) МВт(тепло) Первое подключение к сети Примечания Westinghouse, Toshiba AP1000 PWR 1117 1250 3400 2018 06 30 Sanmen NRC сертифицирован Dec 2005. OKB Gidropress VVER 1200/392M 1114 1180 3200 2016 08 05 Нововоронеж II Серия VVER 1200 также известна как проект AES 2006/MIR 1200. Эта конкретная модель была первоначальной референсной моделью, используемой для проекта VVER TOI. VVER 1200/491 1085 1199 3200 2018 03 09 Ленинград II VVER 1200/509 1114 1200 3200 В стадии строительства на АЭС "Аккую" как АЭС "Аккую-1 и 2". Подключение к сети планируется в 2023 и 2024 годах. VVER 1200/523 1080 1200 3200 2,4 ГВт Руппурская АЭС в Бангладеш находится в стадии строительства. Два энергоблока VVER 1200/523 общей мощностью 2,4 ГВт планируется ввести в эксплуатацию в 2024 и 2025 годах. VVER 1200/513 1200 3200 Стандартизированная версия VVER 1200, частично основанная на конструкции VVER 1300/510 (которая является текущей референсной конструкцией для проекта VVER TOI). VVER 1300/510 1115 1255 3300 Конструкция VVER 1300 также известна как проект AES 2010 и иногда ошибочно обозначается как проект VVER TOI. VVER 1300/510 основан на VVER 1200/392M, который первоначально использовался в качестве референсной конструкции для проекта VVER TOI, хотя VVER 1300/510 теперь выполняет эту роль (что привело к путанице между конструкцией АЭС VVER TOI и конструкцией реактора VVER 1300/510). В настоящее время планируется строительство нескольких блоков на нескольких российских АЭС. Первые блоки строятся на Курской АЭС. BARC IPHWR 700 PHWR 630 700 2166 2021 1 10 Какрапар Преемник отечественного PHWR мощностью 540 МВт с увеличенной мощностью и дополнительными функциями безопасности. В стадии строительства и планируется ввод в эксплуатацию в 2020 году. На блоке 3 Какрапарской АЭС 22 июля 2020 года был достигнут первый критический уровень. Блок 3 был подключен к сети 10 января 2021 года.

Проекты поколения III+ не приняты или не построены

Разработчик(и) Название реактора(ы) Тип MWe (нетто) MWe (брутто) MWth Примечания Toshiba EU ABWR BWR 1600 4300 Обновленная версия ABWR, разработанная для соответствия требованиям ЕС, увеличения мощности реактора и улучшения конструкции до поколения III+. Areva Kerena 1250 1290 3370 Ранее известный как SWR 1000. Основан на немецких конструкциях BWR, главным образом на конструкции блоков Гундремминген B/C. Разработан совместно компаниями Areva и E.ON. General Electric, Hitachi ESBWR 1520 1600 4500 Основан на нереализованном проекте SBWR, который, в свою очередь, был основан на ABWR. Рассматривается для строительства блока №3 АЭС North Anna. Отказ от использования циркуляционных насосов в пользу конструкции, полностью основанной на естественной циркуляции (что крайне необычно для реактора с кипящей водой). KEPCO APR+ PWR 1505 1560 4290 Преемник APR 1400 с увеличенной мощностью и дополнительными функциями безопасности. Areva, Mitsubishi ATMEA1 1150 3150 Проект строительства завода в Синопе не был реализован. ОКБ «Гидропресс» VVER 600/498 600 1600 По сути, уменьшенная версия VVER 1200. Планируется коммерческое внедрение к 2030 году на Кольской АЭС. Candu Energy Inc. ACR 1000 PHWR 1085 1165 3200 Advanced CANDU Reactor – гибридная конструкция CANDU, сохраняющая тяжеловодородный замедлитель, но заменяющая тяжелую воду в качестве теплоносителя обычной легкой водой, что значительно снижает стоимость тяжелой воды по сравнению с традиционными конструкциями CANDU, но лишает реактор характерной для CANDU возможности использования природного необогащенного урана в качестве топлива. BARC IPWR 900 PWR 900 2700 Первый в Индии легководный реактор, конструкция поколения 3+, основанная на реакторе CLWR B1 подводной лодки класса Arihant.