Газовая турбина, модульный гелиевый реактор (ГТ-МГР, GT-MHR) — международный проект по созданию АЭС, отвечающей требованиям XXI века по безопасности, на базе высокотемпературного газоохлаждаемого реактора с гелиевым теплоносителем, работающим в прямом газотурбинном цикле. Английское название «Gas Turbine — Modular Helium Reactor (GT-MHR)». Создание двух реакторов такого типа наряду с реакторами на быстрых нейтронахБН-600 и БН-800 включено в российско-американскую программу утилизации оружейного плутония, не являющегося необходимым для целей обороны. Проект финансируется на паритетных началах Росатомом (РФ) и Департаментом энергетики и NNSA (США).
Создание установки, отвечающей требованиям к технологиям XXI века в отношении безопасности, конкурентоспособности и минимизации воздействия на окружающую среду.
Ввод в эксплуатацию первого блока ГТ-МГР не позднее 2023 г. с минимизацией НИОКР путём использования накопленного мирового опыта по технологии ВТГР.
Использование первого и нескольких последующих блоков для выжигания избыточного оружейного плутония.
Создание базы для последующего коммерческого применения данной технологии в целях производства электроэнергии и тепла для бытовых и промышленных нужд, включая производство водорода.
ТВЭЛы представляют собой микросферы из оксида плутония, оксида или нитрида урана диаметром 0,2-0,5 мм в многослойной оболочке из пиролитического углерода и карбида кремния. В соответствии с проектными расчётами, такой микроТВЭЛ способен эффективно удерживать осколки деления как при нормальных условиях эксплуатации (1250°С), так и при аварийных режимах (1600°С).
Оба модуля реакторной установки располагаются в вертикальных железобетонных шахтах, находящихся ниже уровня земли.
Основные технические характеристики
Мощность установки:
тепловая, МВт
электрическая, МВт
600 285
Теплоноситель
гелий
Циркуляция теплоносителя 1 контура
принудительная
Тип компоновки
интегральная
Диапазон изменения мощности
15 — 100 %
Параметры вырабатываемой электроэнергии
напряжение на клеммах генератора, кВ
частота тока, Гц
20 50
Параметры теплоносителя 1 контура
давление, МПа
температура на входе в реактор, С
температура на выходе из реактора, С
7,24
490
850
Расход электроэнергии на собственные нужды, МВт
7,5
Срок службы, лет
60
Сейсмостойкость оборудования
8 баллов (MSK 64)
Достоинства
Высокий КПД;
Упрощение конструкции АЭС благодаря модульному устройству реактора;
Использование топлива в виде микрочастиц с многослойным керамическим покрытием позволяет эффективно удерживать продукты деления при высоких степенях выгорания (до 640 МВт·сут/кг) и температурах (до 1600 °C);
Применение кольцевой активной зоны с низкой энергонапряжённостью позволяет осуществлять отвод остаточного тепла от реактора методами естественной циркуляции воздуха;
Многократное резервирование систем управления и защиты;
Проектом также предусматривается возможность утилизации оружейного плутония. Одна установка ГТ-МГР, состоящая из четырёх реакторов, за время эксплуатации способна переработать 34 тонны этого вещества. В соответствии с проектной документацией, такое облучённое топливо может захораниваться без дополнительной переработки.
Недостатки
Невысокая мощность. Для замены одного блока ВВЭР-1000 требуется четыре блока ГТ-МГР. Данный недостаток вызван, с одной стороны, применением газового теплоносителя, обладающего небольшой теплоёмкостью по сравнению с водой или натрием, и, с другой стороны, низкой энергонапряжённостью активной зоны как результата выполнения повышенных требований к безопасности реактора. Эта особенность ставит под сомнение доводы об упрощении конструкции АЭС с ГТ-МГР;
Образование в графитовом замедлителе большого количества долгоживущего β-активного углерода 14C, приемлемых способов утилизации которого не существует, а запасы, накопленные при эксплуатации реакторов РБМК, уже достаточно велики. При попадании в окружающую среду 14C имеет тенденцию накапливаться в живых организмах;
Отсутствие приемлемой схемы переработки и захоронения отработанного топлива. Переработка веществ, содержащих кремний, очень сложна для химической технологии. Таким образом, топливо, единожды попав в реактор, будет навсегда выведено из ядерно-топливного цикла.
В настоящее время нет отработанной промышленной технологии производства ТВЭЛов из плутония, что связано с его крайне сложной химией. Налаживание такого производства требует капиталовложений, сравнимых или даже превышающих вложения в переработку урана за всю историю атомной промышленности. Поэтому заявление об использовании ГТ-МГР для утилизации оружейного плутония выглядит достаточно сомнительным. При этом следует также учитывать, что в мире накоплено всего около 400 т плутония, то есть его может хватить на жизненный цикл всего 10 энергоблоков (по 4 реактора).
Использование гелия в качестве теплоносителя, так как в случае аварии, связанной с разгерметизацией реактора, весь теплоноситель неизбежно будет замещен более тяжелым воздухом.
Основные этапы
1995—1997 гг. — концептуальный проект.
2000—2002 гг. — эскизный проект.
2003—2005 гг. — технический проект.
2005—2008 гг. — ввод в эксплуатацию топливного производства для прототипного модуля.
2009—2010 гг. — ввод в эксплуатацию прототипного модуля ГТ-МГР.
2007—2011 гг. — ввод в эксплуатацию топливного производства для 4-х модульного энергоблока АС ГТ-МГР.
2012—2015 гг. — ввод в эксплуатацию 4-х модульного энергоблока АС ГТ-МГ
В настоящий момент идут более детальные разработки проекта.
Перспективы проекта
С профессиональной точки зрения, проект достаточно интересен, однако из-за перечисленных недостатков его промышленная реализация представляется сомнительной и более того, утопической.[источник не указан 4142 дня]
Thomas B. Kinger, Nuclear Energy Encyclopedia: Science, Technology, and Applications; 22.7.1 GT-MHR (page 247)
Ран Ф., Адамантиадес А., Кентон Дж., Браун Ч. Справочник по ядерным энерготехнологиям / Под ред. В. А. Легасова. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 752 с.
Костин В.И. и др. РАЗВИТИЕ ПРОЕКТА БЛОКА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ГТ-МГР // Атомная энергия. — 2007. — Т. 102. — С. 57-63.
Kostin V.I., Kodochigov N.G., Vasyaev A.V., Golovko V.F. Power Conversion Unit with Direct Gas-Turbine Cycle for Electric Power Generation as a Part of GT-MHR Reactor Plant Proc. of HTR-2004 // Conference on High-Temperature Gas-Cooled Reactors, Beijing, China, Sep. 22-24, 2004.
A.I. Kiryushin, N.G. Kodochigov, N.G. Kuzavkov et al. Project of the GM-MHR high-temperature helium reactor with gas turbine // Nucl. Engn. Design.. — 1997. — Т. 173. — С. 119-129.
Н.Г. Кодочигов и др. Расчетно-экспериментальные исследования нейтронно-физических характеристик активной зоны ГТ-МГР // Атомная энергия. — 2007. — Т. 102, вып. 1. — С. 63-68.