Конкуренты Росатома: Westinghouse. Строительство АЭС по-американски
Оговоримся сразу: в этой статье рассматривается только часть корпорации Вестингауз и ее деятельности на мировом рынке атомной энергии – та, которая отвечает за проектирование и строительство атомных электростанций.
То, как и что удается Вестингаузу на рынке ТВС – отдельная история.
«Геоэнергетика» уже касалась проблем американского атомного машиностроения и старения кадров, но только тезисно, а вот история о проектировании и строительстве реактора АР-1000 позволяет увидеть это в подробностях.
Напомним, что после аварии на АЭС Триангл-Айлэнд в 1979 году проектирование и строительство новых реакторов на территории США было просто прекращено.
Достраивались ранее начатые проекты, а вот нового не было даже в проектах до 1999 года. Но говорить, что эти 20 лет американцы вообще и Вестингауз в частности не делали для развития атомного проекта ничего – нельзя, причем нельзя ни в коем случае.
НИОКР по увеличению КИУМ (коэффициент использования установленной мощности – показатель, имеющий большое значение для любого реактора: насколько близко удается в ходе реальной эксплуатации подобраться к заявленной проектировщиками мощности) продолжались без остановок, постоянно шли работы и по оптимизации топливного цикла.
И результаты получились весьма впечатляющими: не увеличивая количества реакторов, американцы увеличили количество генерируемой на них электроэнергии с 240 млрд кВт часов до 750.
Более, чем в три раза – это действительно много, не стоит принижать достижения конкурентов. И большая часть этих работ была выполнена именно структурами Вестингауза, так что опыта этой компании явно не занимать.
И именно США первыми отказались от проектирования и строительства реакторов III поколения, посчитав их недостаточно безопасными, недостаточно экономичными и, следовательно, недостаточно конкурентоспособными.
В развитие этой идеи именно Вестингазу разработал то, что было названо проектом реактора поколения III+ – одобренный NRC (Комиссией по ядерному надзору, КЯН – русская аббревиатура) в 1999 году. Проект назывался АР-600 – реактор с заявленной электрической мощностью в 600 МВт.
И вот тут мы натыкаемся на удивительные события: ни одного реактора АР-600 построено так и не было, но при этом вся «передовая мировая общественность» точно знала, что это самый лучший проект всех времен и народов.
«AP-600 имеет вдвое меньше клапанов, на 80% меньше труб, на 70% меньше кабелей управления, на 35% меньше насосов и на 45% более сейсмоустойчив, чем существующие реакторы. На действующей электростанции реактор AP-600 может быть построен за 3 года.» Потрясающе, правда ведь?
И только один махонький, крошечный нюанс чуточку портит картину тотального триумфа атомного проекта США.
Мелочь, сущий пустяк, но мы, скрепя сердцем, просто вынуждены его упомянуть: с того самого 1999 года в мире не построено ни одного реактора АР-600. Но во всем остальном – все просто отлично, замечательно и превосходно!
Проект AP-1000 (Westinghouse, США), Фото: nuclearstreet.com
Вообще, отношения Вестингауза и КЯН – тема отдельного романа. Неисправимые оптимисты и жуткие пессимисты-консерваторы, скептически относящиеся к каждому новому виражу конструкторско-инженерной мысли… 1999 год, США обеспечили себя урановым сырьем контрактом ВОУ-НОУ, время оптимизма.
Успешно протолкнув проект АР-600 через КЯН, Вестингауз смело берет государственный кредит в размере 500 млн долларов и приступает к разработке реактора АР-1000 – та же идеология, что у АР-600, но практически удвоенная электрическая мощность.
Всего 13 000 человеколет конструкторских и экспериментальных работ – и в конце марта 2002 года проект АР-1000 лег на стол КЯН. Рассмотрение было достаточно быстрым: 30 декабря 2005 года КЯН подписала первое из окончательных одобрений проекта.
Подробности того, что происходило между Вестингауз и КЯН, никогда не озвучивались, но порядковый номер одобренного в 2005 году проекта достаточно красноречив – № 15. Видимо, далеко не все было так благостно, как нас хотят в этом уверить.
Проект № 15 вызвал огромный интерес у энергетиков: по расчетам Вестингауза, цена 1 кВт установленной мощности не должна была превысить 1,2 тысячи долларов в ценах 2001 года.
Да, стоит запомнить, что вот эта «цена 1 кВт установленной мощности» – очень важный интегральный показатель «экономики» АЭС. На пальцах: сколько денег нужно инвестировать в проект, чтобы получить 1 кВт заявленной мощности. Мощность АР-1000 – 1000 МВт, и Вестингауз декларировал, что запуск реактора обойдется всего в 1,2 млрд долларов.
Для мира АЭС – удивительно дешево, а потому не приходится удивляться повышенному вниманию к столь передовому проекту. Уже в 2006 году стали готовить заявки в КЯН на получение единой лицензии (строительство и эксплуатация) компании Duke Power и NuStart Energy Development.
Но еще в 2004 году началась удивительная история прихода Вестингауза и его АР-1000 в Китай. Еще не было получено одобрение от КЯН, а американцы уже вели переговоры о строительстве АР-1000!
Китайцы отказались от принципа референтности – «Покажи, как эта штука работает у тебя, я оценю и подумаю, стоит ли такую же строить у меня», чего прежде за ними никогда не водилось.
Дипломатическая встреча США и КНР, Фото: news.xinhuanet.com
Сами американцы оценивают контракт с китайцами, подписанный в 2006 году как… нет, не успех своей атомной энергетики и Вестингауза, а как большой дипломатический успех всей администрации Буша.
Стоит ли это комментировать или просто переведем с русского на русский? Американцы политическими и дипломатическими методами продавили контракт.
Но даже в такой ситуации китайцы смогли извлечь максимум пользы для себя. Вестингаузу было пообещано продолжение банкета – контракты на строительство аж сотни АР-1000 в обмен на сущий пустячок: передачу государственной китайской компании CNNPC (China National Nuclear Power Corporation) всей технологии строительства этого проекта.
Если точнее, то китайцы получили «авторские права» на развитие АР-1000 с большей мощностью: американцам остается сам АР-1000, а вот АР-1400 (китайский вариант аббревиатуры – СР-1400) будет уже чисто китайским.
Поведение американцев логически объяснимо: перспектива получения заказа на 100 реакторов кружила голову. Как понять поведение китайцев – вопрос несколько более сложный.
У меня вот впечатление, что они знали о проблемах атомного машиностроения США не просто много, а очень много. Грубо говоря, похоже, что китайцы планировали получить технологии и опыт строительства АЭС этого типа, точно зная, что американцы обос… ой, обайфонятся, в результате чего вся практическая часть работы будет выполняться самими китайцами.
Судя по всему, расчет (если таковой, конечно, имелся) оказался точным, хотя по деньгам удовольствие получилось не из дешевых.
Чтобы построить не 3D модель, а реальную АЭС для Китая, Вестингауз сразу стал искать помощников – уверенности в собственной компетенции не было изначально. В 2005 году был организован консорциум-триумвират в составе Вестингауза, Mitsubishy Heavy Industries и американской инжиниронговой компании Shaw Group Inc.
Именно этот консорциум в декабре 2006 года и подписал с Китаем контракт на строительство сразу 4 реакторов: по 2 на площадке АЭС «Санмэнь» (провинция Чжэцзян) и на площадке АЭС «Хайян» (провинция Шаньдун). 4 реактора, 8 млрд долларов. Уже не 1 200 за 1 кВт, но ведь инфляция, загранкомандировки специалистов, услуги массажистов…
Но, если без стеба, причина такого удорожания проекта была весьма серьезной. Ради экономии средств американцы предложили действительно новинку для атомной энергетики: они намеревались строить АЭС отдельными модулями прямо на заводах-изготовителях, чтобы на площадке оставалось только провести минимум монтажных работ.
Идея замечательная, вот только транспортный вопрос в случае с Китаем задачу не упрощал, а основательно осложнял. Грузы с такими габаритами и весами да через океан…
В числе прочих вариантов облегчения проекта, причем в буквальном смысле этого слова, было решение Вестингауза по защите контаймента. «Контаймент» – это уже типичный «атомный слэнг», прижившееся и ставшее общеупотребительным англоязычное название герметичной оболочки реактора.
Когда мы видим фотографии массивных зданий АЭС, мы, собственно говоря, и наблюдаем этот самый контайнмент в комплекте с его внешней защитой – последний физический барьер на пути распространения радиации в случае аварии реактора, разрывов трубопроводов и прочих ужасов.
Но уже на реакторах поколения III контайнмент стали дополнительно зашишать с наружной стороны – на случай всяких там падений самолетов, взрывов, ракетных ударов, землетрясений и т.п. В «Проекте № 15» Вестигауз предлагал внешнюю защиту стального контайнмента из метровой толщины бетона, армированного сталью.
За проектом АР-1000 весьма пристально и пристрастно следили группы зеленых и экологов в самих США, которых такой минималистский подход возмутил до самых глубин души.
Их протесты и пробили КЯН: в марте 2006 она отозвала свое одобрение проекта и потребовала усилить защиту контайнмента до максимума: она должна выдерживать прямое падение пассажирского авиалайнера. Вероятнее всего, именно по этой причине Вестингауз и предусмотрел запас по деньгам в контракте с Китаем.
Проект № 16 был подан на рассмотрение КЯН в мае 2007, в нем защита контайнмента стала составной конструкцией из слоев бетона, покрытыми изнутри стальными листами. КЯН приступила к изучению, и никто не предполагал, что анализ «самолетных поправок» займет ни много ни мало, а пять лет.
Проект AP-1000, Фото: westinghousenuclear.com
Называя Вестингауз «неисправимыми оптимистами», мы ни разу не кривили душой.
Еще шла борьба с КЯН, уже пришлось огорчить китайцев увеличением сметы, а американцы уже попытались выйти с проектом АР-1000 на рынок Великобритании. Бывшая метрополия церемониться не стала, и, чтобы выполнить все пожелания англичан, Вестингауз в сентябре 2008 озадачил КЯН «проектом №17».
В нем был перепроектирован компенсатор объема, откорректирована система контрольных приборов и автоматики и даже внесены изменения в конструкцию ТВС. Вот после этого, что называется, встали на уши едва ли не все имеющиеся в США антиядерные группы: проект реактора не сертифицирован в самой Америке, а уже продан за рубеж!
Достаточно авторитетный «Союз обеспокоенных ученых» заявил, что составная защита контайнмента – откровенная попытка удешевить проект за счет безопасности, Вестингауз стал получать угрозы судебных разбирательств…
А что Вестингауз? Васька слушает, да ест: в феврале 2008 начались работы на площадке Санмэнь, в мае 2009 Вестингауз подписал меморандум о взаимопонимании с NPCIL – государственным оператором всех АЭС Индии, в ноябре 2009 подал заявку на участие в тендере на строительство реакторов в Чехии.
Еще раз: вся эта экспансия на новые рынки происходила с нелицензированным проектом. Какие слова использовать для комментариев – решать вам, уважаемые читатели.
КЯН не долго безучастно наблюдала за шалостями подопечных: в сентябре 2009 она признала изменения, предусмотренные «проектом №17», недостаточными. Либо, господа хорошие, вы переделываете защитную оболочку, либо показываете экспериментальные доказательства ее надежности.
Возражения со стороны Вестингауза, разумеется, были, но КЯН на них никак не отреагировал, так что Вестингам пришлось пообещать предоставить проект с порядковым номером уже 18 в январе 2010 года.
Китайцы предпочли действовать методом не только кнута, но и пряника: в декабре 2009 года контролирующий атомный проект орган КНР вынес соломоново решение: лицензии на законтрактованные блоки не отзывать – они находятся не в сейсмоопасных районах, а вот лицензии на новые выдавать только после того, как Вестингауз удовлетворит все требования американской КЯН.
Все это было бы более-менее терпимо, если бы официальное сообщение властей КНР на этом и заканчивалось. Но текст оказался длиннее, чем хотелось бы американцам.
И снова придется ввести в оборот еще одно «атомное» понятие, которое часто пишут в виде аббревиатуры – ГЦН, главный циркуляционный насос. Что это такое и почему он именно «главный»? То, что вокруг активной зоны реактора «обернуты» трубки с теплоносителем – это понятно.
Задача теплоносителя – забрать тепло ядерной реакции и отнести его туда, где при его помощи и осуществляют нужную нам работу: вращение вала турбины. Забирая тепло, теплоноситель тем самым не позволяет реактору нагреваться выше заданных параметров, тем самым обеспечивая его безопасность.
Вот ГЦН и обеспечивает эту циркуляцию, причем при любом режиме работы. При пуске нужно малое давление, во время работы на полную мощность – очень высокое, ГЦН не должен вырубиться мгновенно при аварии и даже при обесточивании, ГЦН не должен давать ни одной протечки теплоносителя.
Функций и требований столько, что, конечно, он – «главный». Но атомная энергетика – то место, где много безопасности не бывает, поэтому МАГАТЭ запрещает работу реактора, если в его конструкции предусмотрено меньше трех ГЦН.
В проекте АР-1000 их 4 штуки, то есть под китайский контракт надо было изготовить 16 ГЦН. Типичная задача для атомного машиностроения, с которым в США не все так однозначно. Отсутствие практики изготовления подобных механизмов не могла не сказаться…
Изначально, похоже, Вестингауз исходил из простой идеи: мы, бравые американцы, неплохо умеем делать ГЦН для реакторов атомных подводных лодок, вот этот опыт и будем использовать. Ну да, у АПЛ реактор маленький, у АР-1000 большой, но разве размер имеет значение?..
Извините за технические подробности, но такая вот тема, что без них никак. Что такое ГЦН для реактора АПЛ? Насос с мощностью от 100 до 400 hp. Что за единица такая – hp?
Америка – страна не только айфонов, но и галлонов с милями, вот и тут ребята чудят по полной: 1 hp – это 1 лошадиная электрическая сила.
Прекратите смеяться! Речь идет о самой великой из великих и самой передовитой из передовитых стран! И даже не просите пересчитать эти самые hp в привычные всему миру ватты – калькулятор вам в помощь: 1 hp = 746 ватт.
И стоит на АПЛ этот самый ГЦН в герметичной стальной оболочке – она предохраняет насос от заводнения.
Вот Вестингауз и решил: сделаем все то же самое, только большое. Во-о-от. То, что ГЦН для АР-1000 большой – чистая правда: 6.9 метра на 1,6 метра и вес 91 тонна. Ну, ладно, металла в США хватает, никто и не спорит.
Но, джентльмены! ГЦН для АР-1000 должен иметь мощность 7 000 этих ваших электрических лошадей! А самое большое, что вы делали – всего 400. Вы точно справитесь?..
Мы есть исключительная нация, нам любые проблемы по плечу, а ваши вопросы нам … вам по пояс будет. И что, вот эту герметичную стальную оболочку тоже ставить будете? Оф кос!
Но тогда ведь к ним ни с каким ремонтом не подберешься за все время работы АЭС, а это 60 лет! В общем, мы не то чтобы вам не верим, но очень хотим увидеть это сначала как-то вот отдельно от реактора, ибо никогда такого инженерного чуда не встречали. Даже русские центрифуги работают 30, ну 40 лет, а тут 60! Покажете?
Да не вопрос! – ответили Вестинги и стали думать, кто такую диковину сделать-то способен. И наняли на подряд компанию, которая делала ГЦН для подлодок – CurtissWright Corp. Те, увидев техническое задание, перепихнули заказ дальше – компании Woolaston Alloy. Вот эти ребята и попробовали…
Вот сухие строчки отчета проверки первых двух ГЦН, проведенных китайцами: на одном согрели к черту подшипники, на втором были разрушены вольфрамовые лопатки рабочего колеса. 2:0. Вестингауз был «вынужден признать некорректную работу ГЦН в режиме без нагрузки». Без нагрузки, Карл!..
2010 год ушел на эксперименты под наблюдением представителей заказчика – китайцы прекратили благодушничать и подошли к проблеме максимально жестко. В 2011 году очередной эксперимент показал, что ГЦН могут работать и без поломок – все запчасти остались целы.
Вот только локальный перегрев вынудил прекратить испытания уже на 14-м цикле из 50 запланированных. Знаете, если подробно описывать все проблемы этих флотских ГЦН для АЭС – долго получится, давайте лучше речитативом. 2009 – подшипники и лопатки; 2011 – перегрев; 2013 – от одной из лопаток отвалился кусок; конец 2013 – проверка уплотнителя показала, что ГЦН начнет «сифонить» лет через 5-6; 2015 – при испытаниях лопатки пошли мелкими трещинами.
Какие уж тут сроки сдачи АЭС в эксплуатацию? Эксперименты, проверки – какая уж тут первоначальная смета? Китайские АЭС должны были запустить в 2012, потом в 2013, в 2014…
Сейчас называют 2017. И какие такие 1 200 долларов за 1 кВт? Последняя цифра, которую сквозь зубы процедили офонаревшие от происходящего китайцы – 3 900, но было это в 2011 году.
Сейчас неофициально считается, что получится не менее 8 500… Да, с ГЦН, по мнению дотошных китайцев, справиться все таки удалось: в апреле этого года были установлены на штатные места первые 8 из 16 запланированных.
Смогут ли они проработать 60 лет без единого ремонта? Остается только наблюдать.
Но для начала хочется узнать, что сами реакторы вошли в строй. Росатом, который работать с ВВЭР-1200 начал значительно позже, уже дает ток для ЕЭС России, а то, что происходит на китайских площадках, мы уже показывали на красивых фотографиях в предыдущей заметке об американском конкуренте Росатома.
Впрочем, давайте вернемся к проблеме лицензирования. Проект № 18 был предоставлен на рассмотрение КЯН не в январе, а только в мае 2010 года.
КЯН заставил провести дополнительные испытания защитной оболочки контайнмента, которые были признаны удовлетворительными осенью 2010, и в декабре КЯН приступила к полному изучению проекта. Возможно, все бы прошло удачно, да только в марте 2011 грянула Фукусима…
Удивляться тому, что уже в апреле КЯН вернула проект Вестингаузу, потребовав переучесть влияние землетрясений на работу реактора, не приходится. В июне Вестингауз это задание выполнил – на свет появился проект № 19, который КЯН и лицензировала, наконец, 22 декабря 2011 года.
Строительство AP-1000, Фото: westinghousenuclear.com
Список технических проблем Вестингауза можно продолжать и продолжать – мы ведь взглянули лишь на китайские контракты. Хватает проблем и на территории самих Штатов: точно так же летят сроки, точно так же растут сметы, оказывается отбракованными те самые модули, которые должны были удешевить и ускорить монтаж узлов АЭС.
При всем этом Вестингауз продолжает великолепную пиар-компанию, по всему миру не умолкает шумиха вокруг АР-1000. Вот только в самих Штатах как строили только 4 таких реактора, так и строят – желающих рисковать больше не становится, энергетические компании ждут, чем закончится строительство уже начатого.
Вестингауз выигрывает конкурсы за пределами США – были успехи в Чехии и в Болгарии, вот только строительство не пошло: при прочих равных Вестингауз остается частной компанией, финансировать строительство даже такому гиганту из собственных средств чересчур накладно.
У китайцев финансов хватает, китайцы вполне довольны тем, что Вестингауз выполняет свои обязательства по передаче технологий. К примеру, в Китае окончено строительство завода по сборке ТВС для строящихся АР-1000 – топливом Китай будет обеспечивать себя сам.
Мало того: китайские специалисты, которые вот уже столько лет возятся с проектом АР-1000, набрали большой опыт и уверенно заменяют своих бывших инструкторов и учителей в цехах заводов и на площадке. При этом после всех историй со сроками, сметами, лицензиями, контайнментом, ГЦН никакой речи о контракте на 100 реакторов никто же и не пытается вести – поезд, что называется, уже ушел.
Выдержит ли Росатом атаки своего американского конкурента? Время покажет, но пока не видно предпосылок для тотальных успехов Вестингауза.
Да, политический истеблишмент США вполне способен навязывать тем или иным странам контракты на строительство АР-1000, но примеры Чехии и Болгарии рекламными успехами назвать тяжело: продавили, нагнули, а строительства так и не потянули. Вестингаузу все еще нечего показать, кроме красивых фотографий со строительных площадок и 3D моделей.
А наш ВВЭР-1200 в Нововоронеже дает ток, количество серьезных иностранных делегаций на эту АЭС уже успело перевалить за 4 десятка. Вестингауз так и не способен предлагать хоть какие-то решения по проблеме ОЯТ, у Вестингауза нет собственных рудников и своего обогащения – до уровня комплексности предлагаемых Росатомом решений ему не просто далеко, а очень далеко.
Противопоставление компетенции Росатома только политического давления и закулисных маневров вряд ли даст серьезный результат – по меньшей мере до того момента, пока американцам не удастся восстановить собственное атомное машиностроение. Так что запас времени у Росатома имеется, и запас весьма приличный.
А закончить хочется, как ни странно, снова воспоминанием о контракте ВОУ-НОУ. Что бы ни говорили многочисленные критики, неоспоримым остается одно: деньги по этому контракту позволили России сохранить главную ценность нашего атомного проекта – Людей, Профессионалов с большой буквы.
Потому в России есть, кому проектировать, есть, кому строить, эксплуатировать. Жива традиция, в отрасль приходят новые люди – значит, будут и новые успехи. Остается решить «маленькую» проблему: страна, и молодежь в первую очередь, должны действительно знать о собственных атомных успехах.
Вот только, к огромному сожалению, большие СМИ и не думают заботиться об этом. Хочется верить, что все изменится и сохранять оптимизм.
В конце-то концов – в этом году конкурс в МИФИ добрался до цифры 2 человека на 1 место!..
19.09.2016 г.
Источник.
