Судовая ядерная энергетика

Проблемы развития корабельной атомной техники

В Советском Союзе, имевшем опыт применения ядерной энергии на ледоколах, решили проверить возможности атомных грузовых судов на практике. Вначале, основываясь на своей ледокольной реакторной установке типа ОК-900, нынешнее ОАО «ОКБМ Африкантов» разработало такую установку для супертанкера типа «Крым», генеральный проектант которого – ЦКБ «Балтсудопроект» – проработал соответствующую модернизацию судна. Однако реализация идеи атомного грузового судна была осуществлена тем же ЦКБ «Балтсудопроект» на лихтеровозе ледового класса «Севморпуть». Это судно более 20 лет работает на трассах Северного морского пути. Требуется тщательный анализ, прежде всего экономический, и осмысление опыта эксплуатации лихтеровоза, работавшего вначале и не на ледовых трассах, заходившего в порты Вьетнама, Сингапура и Северной Кореи.

Так или иначе, но жизнь показала, что ядерная энергетика незаменима на судах, длительное время, годами, работающих без захода в порт, и доставка органического топлива к которым весьма дорога и проблематична. Это, бесспорно, ледоколы на арктических трассах.

Среди потенциальных потребителей ядерной энергии называются также буровые суда, работающие в Арктике, рыболовные плавбазы, подводные танкеры. Необходимо отметить, что проект планируемого к строительству рядом европейских стран научно-исследовательского суперледокола AURORA BOREALIS выглядел бы гораздо эффектнее не с дизельной, а с ядерной энергетической установкой.

Первым в мире гражданским атомным судном был ледокол «Ленин», плававший с 1959 до 1989 года, причем его эксплуатация была прекращена по причине износа самого судна, а не его атомной установки. Атомный ледокол «50 лет Победы», вступивший в строй в 2007 году, является, по-видимому, последним из серии проектов, начатых ледоколом «Арктика» в 1974 году. В настоящее время в работе осталось четыре линейных ледокола этой серии и два мелкосидящих атомных ледокола «Таймыр» и «Вайгач». Их сроки службы истекают и, несмотря на работы по их продлению, к концу следующего десятилетия из ныне действующих ледоколов останется только «50 лет Победы».

Новый проект

Поэтому в последние годы началось проектирование нового универсального атомного ледокола, способного, меняя осадку, работать как на основных трассах Северного морского пути, так и на его мелководных участках.

Новый ледокол проектирует традиционное для атомных ледоколов конструкторское бюро ОАО «ЦКБ «Айсберг». Ледокол, ввод в эксплуатацию которого намечается после 2015 года, обеспечит круглогодичную навигацию в западном секторе Арктики: в Баренцевом, Печорском и Карском морях, а также на мелководных участках Обской губы и реки Енисей до порта Дудинка. Универсальность ледокола заключается в его способности менять осадку от 10,5 м на глубоководных участках трассы до 8,5 м – на мелководных. Причем такое качественное изменение происходит всего лишь за несколько часов. Конечно, ледопроходимость ледокола в его мелкосидящей ипостаси будет несколько ниже, но останется вполне достаточной для выполнения своих функций.

В летне-осенний период ледокол сможет работать и в восточных районах Арктики, причем его способность преодолевать трехметровые льды позволит, по-видимому, и здесь продлить сроки навигации. Обладая шириной на 5 метров большей, чем ледоколы типа «Арктика», новый ледокол обеспечит проводку современных крупнотоннажных судов, появление которых на Северном морском пути ожидается уже в ближайшее время.

Перспективы обновления

Модернизация транспортного флота и прогнозируемый в следующие десятилетия рост перевозок по Северному морскому пути, особенно нефти и сжиженного газа, а также появление транзитных перевозок по направлению Европа – Юго-Восточная Азия, предъявляет новые требования к энергетической установке ледокола. Если установки современных ледоколов работают при средней мощности 30–50% от номинальной, а значительная часть времени у ледоколов тратится на ожидание проводимых судов, то в перспективе ледокол должен будет работать на мощности, близкой к номинальной. Экономические соображения потребуют минимизации времени простоев, связанных с техническим обслуживанием, перезарядкой ядерного топлива и т.д.

Новые требования к энергетической установке ледокола послужили хорошим поводом для разработки новой реакторной установки. Прежняя ледокольная установка разрабатывалась в 60-е годы прошлого века и уже не может считаться вполне современной.

Благодаря настойчивости энтузиастов, в ОКБМ сегодня завершен технический проект совершенно новой реакторной установки, получившей название РИТМ-200. Сотрудники «Курчатовского института» принимали непосредственное участие в проектировании этой установки. Они исследовали на математических моделях ее динамические характеристики, обосновывали водно-химический режим, выполняли нейтронно-физические расчеты. Были выполнены работы по обоснованию возможности контролируемого пуска реактора после длительной остановки.

Несомненно, что создание установки РИТМ-200 является значительным шагом в развитии судовой ядерной техники. Интегрированная компоновка реактора, сниженная энергонапряженность активной зоны, а также другие конструктивные решения значительно повышают ее безопасность, надежность и экономичность. Обладая кроме указанных преимуществ большим модернизационным потенциалом, эта установка определяет перспективы судовой ядерной энергетики на следующие десятилетия.

Говоря об этих перспективах, нельзя не упомянуть о такой ветви судовой энергетики, как плавучие атомные станции. Независимо от того, какой ядерной установкой снабжена плавучая станция, это – судовая установка, потому что плавучая станция – судно.

Плавучие АЭС

Конструкция станции и всех ее элементов должна удовлетворять требованиям правил Российского морского регистра судоходства и нормативных документов Ростехнадзора для судовых установок, а в международном плане – требованиям кода Международной морской организации (ИМО) по безопасности торговых атомных судов.

С другой стороны, именно судовые ядерные энергетические установки послужили основой для проектов плавучих атомных станций, в том числе для строящейся в настоящее время и достаточно хорошо известной станции «Академик Ломоносов» с реакторной установкой типа КЛТ-40С.

Она представляет собой модификацию ледокольной реакторной установки. Были приняты меры по снижению воздействия нейтронов на материал корпуса реактора, что позволило продлить до 40 лет срок службы этого важнейшего элемента станции. Существенные изменения затронули конструкцию активной зоны. Была поставлена и достигнута цель: снизить обогащение топлива по изотопу 235U до величины ниже 20%, выполнив тем самым рекомендацию МАГАТЭ по нераспространению делящихся материалов.

Опыт эксплуатации первой плавучей станции, пуск которой намечен на конец 2012 года, покажет, насколько правильными были те или иные решения. Однако ясно, что для перспективных плавучих атомных станций, конечно же, нужна специализированная реакторная установка. При ближайшем рассмотрении оказывается, что такой установкой вполне может служить та же РИТМ-200. При одинаковой с КЛТ-40С мощности она сможет работать без перезарядки топлива в течение межремонтного периода, избавив плавучую станцию от хранилищ отработавшего топлива и, самое главное, от операций с топливом вдали от ремонтного предприятия.

Может создаться впечатление, что перспективы развития судовой ядерной энергетики связаны не только с одним видом реакторов – водо-водяным, но и вообще только с одной проектируемой ныне реакторной установкой.

На ближайшие 10–20 лет это действительно так. К тому же в дальнейшем установка может быть подвергнута значительной модернизации, а при необходимости может быть создан мощностной ряд подобных установок.

Что касается других видов реакторов (с жидкометаллическим теплоносителем, газоохлаждаемых), обладающих таким, например, положительным свойством, как повышенный КПД, целесообразность и перспективность их применения на гражданском флоте требует внимательного изучения.