Мобильная ядерная энергетика: от батарейки до ПАТЭС

Продолжается развитие ядерной энергетики, и одним из самых интересных его направлений является создание компактных и мобильных энергоустановок. Они имеют заметные преимущества перед традиционными стационарными АЭС и могут находить применение в разных сферах. В последние годы в нашей стране разработано несколько подобных проектов, и самый известный уже доведен до эксплуатации.

Плавучая электростанция

22 мая 2020 г. в промышленную эксплуатацию была сдана первая отечественная плавучая атомная теплоэлектростанция (ПАТЭС) «Академик Ломоносов» пр. 20870. Станция развернута в порту г. Певек (Чукотский автономный округ). В декабре прошлого года она дала первый ток в локальные энергосети, а в июне началась подача тепла.

Главным элементом ПАТЭС является плавучий энергоблок – несамоходное судно особой конструкции водоизмещением более 21,5 тыс.т. Энергоблок оснащен двумя реакторными установками КЛТ-40С и двумя паротурбинными установками. «Академик Ломоносов» может производить электроэнергию и пар для отопления, а также осуществлять опреснение морской воды.

Энергоблок эксплуатируется вместе с особыми береговыми сооружениями. Ото льдов его защищает специальный мол-причал. Также на берегу располагается инфраструктура для передачи электричества и пара в местные распределяющие сети.



Максимальная мощность новейшей ПАТЭС по электроэнергии – 70 МВт. Максимальная тепловая мощность – 145 Гкал/ч. Утверждается, что такие характеристики достаточны для обеспечения населенного пункта на 100 тыс. жителей. Любопытно, что все население Чукотского АО вдвое меньше, и имеется серьезный запас по мощностям.

«Академик Ломоносов» сможет работать до 35-40 лет. Ежегодное техническое обслуживание и текущий ремонт могут производиться без прекращения эксплуатации. После 10-12 лет работы требуется средний ремонт в заводских условиях, после чего энергоблок может возвращаться к причалу и продолжать выработку энергии.

«Росатом» уже предлагает новый проект ПАТЭС с повышенными характеристиками. За счет замены двух установок КЛТ-40С на изделия РИТМ-200 можно довести генерацию до 100 МВт и улучшить другие параметры.

Пока по пр. 20870 построена только одна плавучая электростанция, которая теперь обеспечивает энергией удаленный регион. При этом российскими ПАТЭС уже заинтересовались несколько зарубежных стран, и в ближайшее время могут появиться реальные заказы. Россия достаточно активно «торгует» стационарными наземными АЭС, и теперь экспорт может расшириться за счет плавучих станций.

Карманный энергоблок

Получены примечательные результаты и в области сверхкомпактных энергоустановок. Так, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» на протяжении нескольких последних лет работает над «ядерной батарейкой» – т.н. бетавольтаическим источником тока на основе никеля-63. Первый прототип такого устройства представили в 2016 г., и в дальнейшем велось его совершенствование.

Принципы бетавольтаической системы достаточно просты. Батарея включает радиоактивный элемент, распадающийся с образованием β-частиц. Последние попадают на полупроводник-преобразователь, что приводит к образованию электрического тока. Используя разные делящиеся материалы, конфигурации полупроводников и т.д., можно создавать батареи с различными характеристиками.

«Ядерные батарейки» от МИСиС имеют любопытную конструкцию. В таком элементе собраны 200 слоев никеля-63 толщиной 2 мкм, разделенные 10-микронными алмазными преобразователями. Последние имеют микроканальную трехмерную структуру, что позволяет практически полностью поглощать образуемые β-частицы.

Готовая батарея имеет минимальные размеры – толщина не более 3-4 мм с учетом корпуса. Масса – 0,25 г. При этом рабочие характеристики столь же малы. Электрическая мощность – всего 1 мкВт. Впрочем, новое изделие от МИСиС выгодно отличается от других разработок повышенной эффективностью и меньшей стоимостью. Кроме того, оно способно выдавать ток в течение многих десятилетий.



В настоящее время отечественная «ядерная батарейка» бетавольтаического типа становится темой публикаций в научных изданиях и проходит мероприятия по международному патентованию. В дальнейшем возможно внедрение таких устройств в практику. Главной сферой применения станут различные исследовательские и специальные приборы с низким потреблением энергии и высокими требованиями по продолжительности работы. К примеру, это может быть аппаратура для морских или космических исследований.

Ядерные источники тока ранее пытались внедрять в медицине, но от них пришлось отказаться из-за негативных побочных воздействий. Новый вариант батареи не угрожает здоровью человека, благодаря чего его можно использовать в нейро- и кардиостимуляторах, различных имплантах и т.д.

Малогабаритные мобильные

В прошлом в нашей стране создавались малогабаритные атомные электростанции на самоходных или буксируемых шасси. Тогда ни один проект такого рода не дошел до массового производства и применения. Несколько лет назад стало известно о возобновлении этого направления.

В сентябре 2017 г. в отечественных СМИ появились сведения о старте работ по двум новым малогабаритным атомным энергоустановкам (МАЭУ). Разработка осуществляется по требованию министерства обороны и предусматривает создание энергоблоков мощностью 100 кВт и 1МВт. Они должны строиться на буксируемом шасси, обеспечивающем возможность быстрой переброски и развертывания на новом месте.



Утверждалось, что на разработку двух МАЭУ уйдет ок. 6 лет. Назначение таких изделий не раскрывалось, но фигурировали оценки об их возможном использовании для энергоснабжения удаленных объектов военного или гражданского назначения. Кроме того, высказывались предположения о возможном использовании МАЭУ в составе перспективных комплексов вооружения с высоким энергопотреблением. В начале 2018 г. были анонсированы принципиально новые образцы – и мобильные энергоустановки могли бы дополнить их.

С момента первых сообщений о разработке МЭАУ для Минобороны прошло почти три года, и новые подробности пока не появлялись. Возможно, следующие новости появятся позже, ближе к указанному сроку завершения работ. Однако нельзя исключать другой сценарий – проект могли прекратить, и потому никаких новостей можно не ждать.

Во всех сферах

Несмотря на все сложности и неоднозначную репутацию, ядерная энергетика представляет большой интерес для военных и гражданских структур. Одним из наиболее важных и перспективных направлений становятся малогабаритные и мобильные энергоустановки с теми или иными возможностями.

Российская ядерная отрасль активно занимается этим направлением, и регулярно поступают новости об очередных успехах, перспективных разработках и готовых образцах. Это позволяет делать оптимистичные прогнозы на будущее и ждать очередные достижения – научно-технические, практические и коммерческие.