AP1000

AP1000 — это водо-водяной ядерный реактор поколения III+ с мощностью около 1100—1200 МВт (электрических), разработанный американской компанией Westinghouse Electric Company. Относится к классу легководных реакторов с водой под давлением (PWR). Ключевыми особенностями AP1000 являются модульная конструкция, пассивные системы безопасности, которые не требуют вмешательства оператора или внешнего электроснабжения в течение 72 часов для отвода остаточного тепла, и упрощённая архитектура, позволяющая снизить стоимость строительства и эксплуатации.

История

Разработка AP1000 началась в конце 1990-х годов как эволюционное развитие реактора AP600 (мощностью 600 МВт), который также был спроектирован Westinghouse. Проект AP600 получил сертификат проектирования от Комиссии по ядерному регулированию США (NRC) в 1999 году, но не был реализован в виде коммерческих энергоблоков из-за экономических соображений. Для повышения экономической привлекательности мощность была увеличена до 1100—1200 МВт, что привело к созданию AP1000.

В 2004 году Westinghouse подала заявку на сертификацию AP1000 в NRC. Сертификат проектирования был выдан в декабре 2005 года, а в 2011 году — обновлённая версия (Certification Amendment 1). В 2006 году проект был выбран для строительства первых четырёх блоков в Китае (на площадках Саньмэнь и Хайян), что стало началом международного продвижения.

В 2007 году Westinghouse была приобретена японской Toshiba, а затем, в 2018 году, — канадско-британской Brookfield Business Partners. В 2022 году контроль над Westinghouse перешёл к канадской инвестиционной компании Brookfield Asset Management и американской Cameco.

Конструкция и принцип работы

AP1000 является двухконтурным реактором с водой под давлением. В первом контуре вода под высоким давлением (около 15,5 МПа) циркулирует через активную зону, нагреваясь до температуры около 320 °C, но не закипая. Во втором контуре вода превращается в пар, который вращает турбину, соединённую с генератором.

Активная зона и топливо

Активная зона AP1000 состоит из 157 тепловыделяющих сборок (ТВС) с обогащением урана-235 до 4,8 %. Топливные элементы — стержни из диоксида урана (UO₂) в циркониевой оболочке. Система управления включает 52 стержня с карбидом бора (B₄C), которые вводятся в активную зону для регулирования цепной реакции. Топливный цикл составляет 18—24 месяца.

Пассивные системы безопасности

Главное отличие AP1000 от реакторов предыдущих поколений — широкое использование пассивных систем безопасности, которые активируются естественными физическими процессами (гравитация, конвекция, сжатый газ) без необходимости в насосах, дизель-генераторах или действиях оператора.

• Система аварийного охлаждения активной зоны (PXS): включает большой резервуар с водой, расположенный над реактором, который при разрыве трубопровода первого контура автоматически подаёт воду самотеком.
• Пассивный отвод остаточного тепла (PRHR): теплообменник, погружённый в бассейн выдержки, отводит тепло от первого контура за счёт естественной циркуляции.
• Автоматическая депрессуризация (ADS): клапаны, сбрасывающие давление из первого контура, чтобы обеспечить подачу воды из резервуаров.
• Пассивное охлаждение защитной оболочки (PCCS): система, использующая естественную конвекцию воздуха и испарение воды с внешней поверхности стальной защитной оболочки для отвода тепла в атмосферу.

Эти системы рассчитаны на обеспечение безопасности в течение 72 часов без какого-либо внешнего вмешательства, а затем — на неопределённо долгий период при минимальном подвозе воды.

Модульная конструкция

AP1000 спроектирован с использованием модульного подхода: значительная часть оборудования (насосы, теплообменники, трубопроводы) изготавливается в заводских условиях и доставляется на площадку в виде готовых модулей. Это должно сократить сроки строительства и снизить риски, связанные с качеством работ на стройплощадке. Общее количество модулей — около 200, включая механические, электрические и строительные.

Строительство и эксплуатация

Китай

Первые в мире энергоблоки с AP1000 были построены в Китае:

• Саньмэнь-1 (провинция Чжэцзян) — подключён к сети в июне 2018 года.
• Саньмэнь-2 — в ноябре 2018 года.
• Хайян-1 (провинция Шаньдун) — в октябре 2018 года.
• Хайян-2 — в январе 2019 года.

Все четыре блока успешно прошли пусконаладочные работы и введены в коммерческую эксплуатацию. Китай также планирует строительство дополнительных блоков AP1000 на своих площадках.

США

В США по проекту AP1000 были построены два блока на АЭС «Вогтль» (штат Джорджия):

• Вогтль-3 — начал коммерческую эксплуатацию в июле 2023 года.
• Вогтль-4 — в апреле 2024 года.

Строительство этих блоков столкнулось с многолетними задержками и значительным превышением бюджета (первоначальная смета около 14 млрд долларов, итоговая — более 30 млрд долларов). Причины включали проблемы с качеством строительства, изменения в проекте, банкротство подрядчика Westinghouse в 2017 году (связанное с задержками и перерасходом средств) и судебные разбирательства.

Другие страны

Проект AP1000 рассматривался для строительства в ряде стран, включая Великобританию (проект на площадке Муресайд, позже отменён), Индию, Польшу, Болгарию, Украину и Турцию. На 2024 год реализованные проекты за пределами Китая и США отсутствуют.

Критика и проблемы

• Стоимость и сроки: Реализация AP1000 в США и Китае показала, что модульный подход не гарантирует соблюдения сметы и графика. Задержки и перерасход средств на АЭС «Вогтль» стали одними из крупнейших в истории атомной энергетики США.
• Сложность лицензирования: В США процесс сертификации проекта был длительным и дорогостоящим, что отпугнуло многих потенциальных заказчиков.
• Технические вопросы: В ходе эксплуатации выявлены отдельные проблемы, например, с вибрацией трубопроводов и работой главных циркуляционных насосов, которые потребовали доработок.
• Зависимость от поставщиков: Многие ключевые компоненты (например, насосы) производятся ограниченным кругом компаний, что создаёт риски для цепочки поставок.

Сравнение с другими реакторами поколения III+

AP1000 конкурирует с другими проектами реакторов поколения III+, такими как:

• ВВЭР-1200 (Россия) — водо-водяной реактор с активными и пассивными системами безопасности, широко эксплуатируется в России и за рубежом.
• EPR (Франция/Германия) — реактор с активными системами безопасности, более мощный (около 1600 МВт), но с более сложной конструкцией и высокой стоимостью.
• Hualong One (HPR1000, Китай) — реактор, разработанный на основе французских и китайских технологий, активно строится в Китае и экспортируется.

По сравнению с ними AP1000 отличается наиболее полным использованием пассивных систем безопасности, что теоретически упрощает эксплуатацию и снижает зависимость от внешнего электроснабжения. Однако практика показала, что строительство AP1000 может быть не менее дорогим и сложным, чем у конкурентов.

Перспективы

На 2024 год AP1000 остаётся одним из немногих сертифицированных проектов реакторов поколения III+ в США. Компания Westinghouse продолжает продвигать его на международных рынках, предлагая также модификацию AP1000 с увеличенной мощностью (AP1000+). Однако высокие капитальные затраты и длительные сроки строительства ограничивают его конкурентоспособность по сравнению с возобновляемыми источниками энергии и более дешёвыми проектами, такими как малые модульные реакторы (SMR).

Источники

• Westinghouse Electric Company. AP1000 Design Certification Documents.
• U.S. Nuclear Regulatory Commission. Final Safety Evaluation Report for AP1000.
• World Nuclear Association. Nuclear Power Reactors.
• International Atomic Energy Agency. Power Reactor Information System (PRIS).
• Отчёты о строительстве АЭС «Вогтль» (Georgia Power, Southern Nuclear Company).
• Публикации в журналах Nuclear Engineering International, Nuclear News.