Mobilna energetyka jądrowa: od baterii do FNPP
Holowanie FNPP „Akademik Łomonosow” do miejsca pracy. Zdjęcie "Rosatom"
Rozwój energetyki jądrowej trwa, a jednym z jej najciekawszych obszarów jest tworzenie kompaktowych i mobilnych elektrowni. Mają znaczną przewagę nad tradycyjnymi stacjonarnymi elektrowniami jądrowymi i mogą być stosowane w różnych dziedzinach. W ostatnich latach w naszym kraju powstało kilka podobnych projektów, a najsłynniejszy z nich został już uruchomiony.
pływająca elektrownia
22 maja 2020 r. oddano do komercyjnej eksploatacji pierwsza pływająca pływająca elektrownia jądrowa (FNPP) Akademik Łomonosow pr.20870. Stacja jest rozmieszczona w porcie Pevek (Czukocki Okręg Autonomiczny). W grudniu ubiegłego roku oddała pierwszy prąd do lokalnych sieci energetycznych, aw czerwcu rozpoczęto dostawy ciepła.
Głównym elementem FNPP jest pływająca jednostka napędowa - statek bez własnego napędu o specjalnej konstrukcji o wyporności ponad 21,5 tys. ton. Blok energetyczny wyposażony jest w dwa bloki reaktora KLT-40S oraz dwa zespoły turbin parowych. Akademik Łomonosow może produkować energię elektryczną i parę do ogrzewania, a także odsalać wodę morską.
Blok energetyczny eksploatowany jest wraz ze specjalnymi obiektami lądowymi. Jest chroniony przed lodem przez specjalne molo. Na lądzie zlokalizowana jest również infrastruktura do przesyłu energii elektrycznej i pary do lokalnych sieci dystrybucyjnych.
„Akademik Łomonosow” w porcie Pevek. Zdjęcie "Rosatom"
Maksymalna moc najnowszej FNPP pod względem energii elektrycznej to 70 MW. Maksymalna moc cieplna to 145 Gcal/h. Twierdzi się, że takie cechy są wystarczające, aby zapewnić osiedlenie dla 100 tys. mieszkańców. Ciekawe, że cała populacja Okręgu Autonomicznego Czukotki jest o połowę mniejsza i istnieje poważna rezerwa pod względem pojemności.
„Akademik Łomonosow” będzie mógł pracować do 35-40 lat. Coroczną konserwację i bieżące naprawy można przeprowadzać bez przerywania pracy. Po 10-12 latach eksploatacji wymagana jest przeciętna naprawa fabryczna, po której jednostka napędowa może wrócić do nabrzeża i nadal wytwarzać energię.
Rosatom już proponuje nowy projekt FNPP o zwiększonej wydajności. Zastępując dwa bloki KLT-40S blokami RITM-200 można zwiększyć produkcję do 100 MW i poprawić inne parametry.
Do tej pory zbudowano tylko jedną pływającą elektrownię wzdłuż linii nr 20870, która obecnie dostarcza energię do odległego regionu. Jednocześnie kilka zagranicznych krajów już zainteresowało się rosyjskimi FNPP, aw niedalekiej przyszłości mogą pojawić się realne zamówienia. Rosja dość aktywnie „handluje” stacjonarnymi lądowymi elektrowniami jądrowymi, a teraz eksport może wzrosnąć dzięki elektrowniom pływającym.
Bateria Betawoltaiczna firmy MISiS. Zdjęcie: NUST MISIS
Kieszonkowy zasilacz
Niezwykłe wyniki uzyskano również w dziedzinie ultrakompaktowych elektrowni. Tym samym Państwowa Akademia Technologiczna „MISiS” od kilku lat prowadzi prace nad „baterią jądrową” – tzw. źródło prądu betawoltaicznego na bazie niklu-63. Pierwszy prototyp takiego urządzenia został zaprezentowany w 2016 roku, a następnie został ulepszony.
Zasady systemu betawoltaicznego są dość proste. Bateria zawiera pierwiastek radioaktywny, który rozpada się na cząstki β. Te ostatnie spadają na konwerter półprzewodnikowy, co prowadzi do powstania prądu elektrycznego. Wykorzystując różne materiały rozszczepialne, konfiguracje półprzewodników itp. można tworzyć baterie o różnych właściwościach.
„Baterie jądrowe” firmy MISiS mają ciekawą konstrukcję. W takim elemencie montowanych jest 200 warstw niklu-63 o grubości 2 mikronów, oddzielonych 10-mikronowymi przetwornikami diamentowymi. Te ostatnie mają trójwymiarową strukturę mikrokanalikową, która umożliwia prawie całkowite wchłonięcie utworzonych cząstek β.
Gotowa bateria ma minimalny rozmiar - grubość nie większą niż 3-4 mm, biorąc pod uwagę obudowę. Waga - 0,25 g. Jednocześnie parametry wydajności są równie małe. Moc elektryczna - tylko 1 μW. Jednak nowy produkt MISiS wypada korzystnie w porównaniu z innymi rozwiązaniami pod względem zwiększonej wydajności i niższych kosztów. Ponadto jest w stanie dostarczać prąd przez wiele dziesięcioleci.
Mobilna jednostka napędowa TES-3 jest jednym z wczesnych opracowań tej klasy. Fot. Wikimedia Commons
Obecnie krajowa „bateria jądrowa” typu betawoltaicznego staje się przedmiotem publikacji w czasopismach naukowych i przechodzi międzynarodowe działania patentowe. W przyszłości możliwe jest wprowadzenie takich urządzeń do praktyki. Głównym obszarem zastosowania będą różne instrumenty badawcze i specjalne o niskim zużyciu energii i wysokich wymaganiach dotyczących czasu eksploatacji. Na przykład może to być sprzęt do badań morskich lub kosmicznych.
Źródła prądu jądrowego były wcześniej próbowane w medycynie, ale musiały zostać porzucone ze względu na negatywne skutki uboczne. Nowa wersja baterii nie zagraża zdrowiu człowieka, dzięki czemu może być stosowana w neuro- i rozrusznikach serca, różnych implantach itp.
Mały telefon
W przeszłości w naszym kraju powstawały małe elektrownie jądrowe na podwoziach samobieżnych lub holowanych. Wtedy żaden projekt tego typu nie trafił do masowej produkcji i zastosowania. Kilka lat temu dowiedział się o wznowieniu tego kierunku.
We wrześniu 2017 r. w krajowych mediach pojawiły się informacje o rozpoczęciu prac nad dwoma nowymi małymi elektrowniami jądrowymi (MAEU). Rozbudowa realizowana jest na zlecenie MON i przewiduje powstanie bloków energetycznych o mocy 100 kW i 1 MW. Powinny być zbudowane na holowanym podwoziu, co pozwoli na szybkie przemieszczenie i rozmieszczenie w nowej lokalizacji.
Mobilna elektrownia jądrowa „Pamir-630D” - projekt z czasów sowieckich. Rysunek Tehnoomsk.ru
Argumentowano, że wybudowanie dwóch MAEU zajmie ok. 6 tys. 2018 lat. Przeznaczenie takich produktów nie zostało ujawnione, ale oszacowano możliwość ich wykorzystania do zasilania odległych obiektów wojskowych lub cywilnych. Ponadto poczyniono założenia dotyczące możliwości wykorzystania MAEU jako części zaawansowanych systemów uzbrojenia o wysokim zużyciu energii. Na początku XNUMX roku ogłoszono zupełnie nowe modele - a mobilne elektrownie mogłyby je uzupełnić.
Od pierwszych raportów z rozwoju MEAU dla Ministerstwa Obrony minęły prawie trzy lata, a nowe szczegóły jeszcze się nie pojawiły. Prawdopodobnie następujące wiadomości pojawi się później, bliżej określonej daty zakończenia. Nie można jednak wykluczyć innego scenariusza – projekt mógł zostać zakończony, a zatem nie można spodziewać się żadnych wiadomości.
We wszystkich obszarach
Pomimo wszystkich trudności i niejednoznacznej reputacji, energia jądrowa cieszy się dużym zainteresowaniem struktur wojskowych i cywilnych. Jednym z najważniejszych i perspektywicznych obszarów są małe i mobilne elektrownie o różnych możliwościach.
Rosyjski przemysł jądrowy aktywnie angażuje się w tym obszarze, a informacje o nowych sukcesach, obiecujących osiągnięciach i gotowych próbkach są regularnie otrzymywane. Pozwala nam to optymistycznie prognozować przyszłość i czekać na kolejne osiągnięcia – naukowe, techniczne, praktyczne i komercyjne.
informacja