Schematy obiecujących elektrowni mikrojądrowych - woda pod ciśnieniem, hel, reaktor na neutrony szybkie. Źródło: atomic-energy.ru
Małe formy elektrowni jądrowej
Krajowi inżynierowie nie rozpoczęli budowy elektrowni jądrowych małej mocy wczoraj ani nawet przedwczoraj. Jeśli się zagłębisz historia inżynierii jądrowej, to pod koniec lat 50. można znaleźć unikalny projekt TES-3. Jest to gąsienicowy samobieżny pojazd energetyczny przeznaczony dla odległych obszarów Związku Radzieckiego.
Mobilna elektrownia jądrowa o mocy do 1 kW składała się z czterech podwozi czołg T-10: na pierwszym zamontowano reaktor wodny ciśnieniowy, na drugim generator pary, na trzecim turbogenerator, a na czwartym moduł sterujący. Masa unikalnego kompleksu wynosiła 310 ton, autonomia sięgała 250 dni i było to pierwsze tego typu doświadczenie na świecie. Eksperymentalna konfiguracja działała od 1961 do 1965 roku praktycznie bez awarii, co potwierdziło obietnicę tego kierunku.
Następnym krokiem był Pamir-630D, którego rozwój rozpoczął się w 1965 roku, ale prototypy zostały zmontowane dopiero w 1985 roku. Inżynierowie przetestowali reaktor jednopętlowy z chłodziwem opartym na tetratlenku diazotu na jednostce mobilnej, co z góry określiło złożoność projektu. Założono, że w przeciwieństwie do podwozia gąsienicowego rozstaw osi MAZ umożliwi poruszanie się po drogach infrastruktury publicznej. Gdyby nie Czarnobyl i związane z nim fobie, Pamir mógłby zostać przywołany i wprowadzony do powszechnego użytku.
Jedna z maszyn kompleksu TES-3
W latach 60. eksperymentowali z mobilnymi elektrowniami jądrowymi w Stanach Zjednoczonych. W szczególności zbudowali eksperymentalny ML-1 na potrzeby Pentagonu. W przeciwieństwie do sowieckiej technologii instalacja została zapakowana w cztery kontenery transportowe i próbowała być przystosowana do transportu lotniczego. Wszystko zostało zrobione w sześciu blokach, ale moc wyjściowa była niższa niż projekt, a projekt został zamknięty.
Temat mobilnych elektrowni jądrowych jest obszerny i interesujący, jeśli czytelnicy są zainteresowani tą historią, całkiem możliwe jest zagłębienie się w techniczne cechy projektów pilotażowych.
Produkt „Pamir-630D”
Znacznie większe niż mobilne platformy lądowe są pływające elektrownie jądrowe, na przykład rosyjski projekt Akademik Łomonosow. W 2019 roku Akademik dostarczył pierwszy prąd do miejscowości Pevek w Czukockim Okręgu Autonomicznym. Statek posiada dwa ciśnieniowe reaktory wodne o mocy do 70 MW oraz opcję odsalania wody morskiej. Szacunkowa żywotność - do 40 lat.
W przyszłości pojawią się zoptymalizowane pływające jednostki OPEB o mocy 100 MW, które są mniejsze w porównaniu do Akademika Łomonosowa iw ostatecznym koszcie. Ale te projekty są dobre dla obszarów przybrzeżnych Dalekiej Północy, zwłaszcza tych przylegających do Północnej Drogi Morskiej.
A co z obiektami o znaczeniu strategicznym oddalonymi od „kontynentu”?
Niepokojowe elektrownie jądrowe
Zasilanie odległych obiektów rosyjskiego Ministerstwa Obrony jest jednym z priorytetowych zadań rozwoju militarnego. Arktyka nigdzie nam nie ucieknie, ale z roku na rok będzie coraz więcej wtargnięć NATO. Można oczywiście importować węgiel i olej opałowy w staromodny sposób, ale o wiele wydajniej (i efektywniej) jest postawić małą elektrownię jądrową. Jedynym minusem jest to, że w przypadku wojny zniszczenie reaktora może spowodować małą katastrofę ekologiczną. Wystarczy spojrzeć na pasje wokół Zaporoskiej Elektrowni Jądrowej, aby zrozumieć wszystkie niuanse wojskowego wykorzystania cywilnego atomu.
Swego czasu Ministerstwo Obrony uruchomiło projekt badawczy Grom-2016, którego celem było oszacowanie kosztów zasilania obiektów wojskowych na dalekiej Północy. Mowa o jednostkach stacjonujących na Wyspie Wrangla, archipelagach Nowej Ziemi, Północnej Ziemi, Franciszka Józefa, Wysp Nowosyberyjskich i Przylądka Schmidta. Pływającą elektrownię jądrową, taką jak Akademik Łomonosow, można zamontować w każdej bazie, ale jest to kosztowne, a moc reaktorów statku jest zbyt duża.
Z czasem wyniki badań miały być ekstrapolowane na obiekty w głębi terytorium Rosji. Wymagana moc elektryczna dla każdego obiektu wojskowego nie przekracza 1,0–2,0 MW, czyli kilkakrotnie mniej niż działające, a nawet planowane pływające elektrownie jądrowe.
Należy zauważyć, że autorzy projektu z Petersburskiego Instytutu Badawczego Badań Systemów Wojskowych Logistyki Sił Zbrojnych FR jako priorytet obrali schemat termojonowych elektrowni jądrowych. Dla porównania, takie urządzenia służą do zasilania statków kosmicznych, są kompaktowe, ale też dość drogie.
Rosja opanowała produkcję małych termoelektrycznych elektrowni jądrowych typu Buk i Topaz o mocy od 2,5 do 7 kW. Waga waha się w zależności od wersji w granicach 900–1 000 kg, a zasoby są skąpe - nie więcej niż rok. Ma opracować prototyp termoelektrycznej elektrowni jądrowej, zlokalizowanej w betonowym szybie o średnicy 0,42 metra i głębokości około metra, przykrytym od góry zdejmowaną pokrywą. Taki kompaktowy reaktor powinien wytwarzać co najmniej 100 kW energii elektrycznej i służyć przez około 15 lat.
Koszt jednej „kopalni” elektrowni jądrowej to około miliarda rubli. Całkowite koszty rozwoju tylko na papierze przekraczają osiem miliardów rubli. To jednak tylko jedna z podanych opcji – w raporcie końcowym pojawiły się inne rodzaje produktów.
Elektrownia z klasycznym turbogeneratorem była dziesięciokrotnie mocniejsza i trzykrotnie droższa. Szacunkowy koszt rozwoju wynosi około 8,6 miliarda. Inżynierowie wojskowi proponują wziąć za podstawę rozwój lat 60-80, w tym wspomniane wyżej TPP-3 i Pamir-630D. Każdy moduł małej elektrowni jądrowej nie powinien być dłuższy niż 16 m, szerszy niż 3,2 m i wyższy niż 4 metry. Masa jest deklarowana w granicach 120 ton.
Co ciekawe, w raporcie wspomniano o specjalnym „zadaniu zdalnego monitoringu i kontroli stanu obiektu z możliwością jego likwidacji w przypadku bezpośredniego zagrożenia przejęciem przez wroga”.
Reaktor jądrowy - Konwerter „Topaz”. Istnieje propozycja wykorzystania rozwoju w ramach tego projektu do zasilania odległych garnizonów wojskowych. Źródło: wikipedia.org
Bez względu na to, jak fantastycznie wyglądają naukowe osiągnięcia wojska, mają one całkiem namacalne podłoże. To już się dzieje za granicą. Amerykanie pracują nad programem Delithium, który obejmuje kilka projektów. Najmniejsza to seria E-Vinci firmy Westinghouse. Wymagania dla elektrowni jądrowych – ponad osiem lat autonomicznej pracy, instalacja na obiekcie w 30 dni, produkcja ciepła i energii elektrycznej o łącznej mocy od 5 MW do 13 MW. Jeden moduł takiej cudownej instalacji powinien zmieścić się w standardowym kontenerze i ważyć nie więcej niż 40 ton.
Pierwsze prototypy mają powstać do 2025 roku. Trwają również prace nad mikromodułową elektrownią jądrową Holos firmy Filippone and Associates LLC. Jednostka ta powinna być dostarczana do oddalonych od lądu garnizonów samolotami C-5 i C-17.
Co ciekawe, jednym z priorytetowych celów budowy małych elektrowni jądrowych jest ograniczenie strat konwojów wojskowych. Logika jest następująca – Holos zmniejsza zapotrzebowanie obiektów wojskowych na paliwo płynne, co oznacza, że będzie mniej palących się ciężarówek z paliwem. Według statystyk w Afganistanie Amerykanie stracili 0,042 osoby na konwój, w Iraku - 0,026 osoby. Z ekonomicznego punktu widzenia Holos zwróci się w miejscu wdrożenia nie wcześniej niż za 500 dni.
Wykorzystanie małych elektrowni jądrowych do celów wojskowych zasadniczo nie zmieni teatru działań, ale może stać się potężnym bodźcem do rozwoju odpowiedniego kierunku cywilnego. Jak to już nie raz w historii się zdarzało.