CC BY
23
Электронное периодическое издание «Вестник Дальневосточного государственного технического университета» 2011 год № 1 (6)
05.00.00 Технические науки
УДК 338.001.36
В.Д. Павлов, Н.С. Хлопкин, Л.В. Лысенко, А.Н. Минаев, А.В. Буланов, М.В. Романовский
Павлов Владимир Дмитриевич - д-р техн. наук, директор отделения РНЦ «Курчатовский институт», г. Москва
Хлопкин Николай Сидорович - академик РАН, советник директора РНЦ «Курчатовский институт», г. Москва
Лысенко Леонид Васильевич - д-р техн. наук, профессор кафедры физики КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Калуга. E-mail: baldprice@mail.ru
Минаев Александр Николаевич - д-р техн. наук, заведующий кафедрой морских технологий и энергетики ДВГТУ, г. Владивосток. E-mail: aminaev@mail.ru
Буланов Александр Васильевич - д-р техн. наук, заместитель директора отделения РНЦ «Курчатовский институт», г. Москва. E-mail: avb22@yandex.ru
Романовский Михаил Владимирович - д-р техн. наук, заведующий кафедрой финансов СПУЭФ, г. Санкт-Петербург
ПАРАДИГМА РОССИЙСКОГО АТОМНОГО ФЛОТА В МИРОВОЙ ЭКОНОМИКЕ
В статье представлены результаты анализа перспектив использования органического топлива и сделан вывод об истощении в ближайшем будущем существующих запасов углеводородов. Выходом из создавшейся ситуации может быть разработка нефтяных месторождений в глубоководной части Мирового океана. Это заставляет по-новому взглянуть на возможности использования ядерной энергетики при создании технических глубоководных средств. На основании 30-летнего опыта работы в области создания морской техники с ядерными энергетическими установками авторы считают, что развитие данного направления позволит России занять лидирующее положение при освоении Мирового океана и возглавить международные мегапроекты в этой области.
Ключевые слова: энерготехнологическая безопасность, ядерная энергетика, глубоководная океанотехника.
Vladimir D. Pavlov, Nikolay S. Hlopkin, Leonid V. Lysenko, Alexander N. Minaev, Alexander V. Bulanov, Mikhail V. Romanovsky
THE GLOBAL ECONOMY PARADIGM OF THE RUSSIAN NUCLEAR-POWERED FLEET
In the present article the authors present the results of the analysis of organic fuel application potential and draw a conclusion that we experience the depletion of hydrocarbon reserves. The problem can be solved by developing oil fields in deep-water parts of the World Ocean. Therefore the possibility of usage of the nuclear-power engineering technologies for designing deep-sea vehicles is observed form a new angle. The authors of the article rely on their 30-year experience in designing hydrospace vehicle with nuclear propulsion units to claim that Russia can come to the forefront in dominating in the World Ocean and take the lead in international super projects of the sphere considered.
Key words: technological security, nuclear engineering, ocean engineering.
По прогнозу главы Международного энергетического агентства (МЭА) Нобуо Танака, в мире кончается нефть. Уже в следующем году спрос на нефть пойдет вверх, потребности человечества в черном золоте будут расти на 1 % в год. И если сейчас мы потребляем 85 млн баррелей в день, то к 2030 г. понадобится уже 105 млн баррелей нефти ежедневно. Из-за мирового экономического кризиса инвестиции в энергетику резко упали. Речь идет как о разработке нефтяных месторождений, так и об альтернативной энергетике. Добыть даже 90-95 млн баррелей в день - это проблематично. Чтобы избежать мирового дефицита энергии, за 20 лет надо вложить $ 26 трлн, считает господин Танака [1].
Одним из путей выхода из кризиса мировой экономики может быть освоение глубоководной части Мирового океана (3000-6000 м), которая составляет половину поверхности Земли. Это, прежде всего, запуск международного мегапроекта по освоению 6-километровых глубин Мирового океана. Такой ме-гапроект сегодня определяет энерготехнологическое антикризисное развитие всего мирового сообщества. Освоение абиссальной равнины (вместе с мелководной частью) Мирового океана является реальной парадигмой стабильного развития не только России, но и всей мировой экономики в ее постиндустриальном развитии [6]. Абиссальная равнина Мирового океана более доступна для промышленного освоения, чем Луна и ближний космос.
К техническим проблемам освоения Мирового океана необходимо отнести, прежде всего, энергоснабжение глубоководной океанотехники. Ядерная энергетика глубоководной океанотехники, по нашему мнению, и составляет новую парадигму российского гражданского атомного флота в мировой экономике [4].
Ядерные энергосиловые установки -
основа глубоководной океанотехники
Освоение глубоководной части Мирового океана даст человечеству возможность иметь несметные энергетические и минеральные запасы на многие столетия.
В соответствии с либеральной концепцией мировой экономики мировое развитие базируется на инвестиционной привлекательности передовых инновационных технологий. В парадигме гражданского российского атомного флота такими инновационными технологиями являются ядерные энергетические установки (ЯЭУ) для глубоководной океанотехники.
Стратегия развития экономики ближайшего будущего - это применение инновационных технологий для получения неограниченных ресурсов Мирового океана, что может стать доступным, по нашему мнению, только на основе атомной энергетики, в области которой у России исторически сложился огромный потенциал.
Вместе с тем, Россия обладает большим резервом мощностей в атомной судостроительной отрасли, загрузка которых в ближайшем будущем весьма проблематична. Поэтому напрашивается вывод о необходимости формирования долгосрочной федеральной целевой программы (с привлечением зарубежных инвестиций) по освоению богатств Мирового океана, включающей согласованную подпрограмму строительства соответствующего атомного флота. Это уже в краткосрочном периоде решает проблему создания новых рабочих мест и загрузки мощностей атомного судостроения и атомного машиностроения, что отвечает требованиям модернизации экономики, а в долгосрочной перспективе выдвигает Россию в первый ряд стран, освоивших потенциал Мирового океана с формированием конкурентных преимуществ. Источником финансирования
этого мегапроекта должно стать государственное партнерство с российскими энергетическими корпорациями.
Длительный опыт безопасной эксплуатации судовых ядерных энергетических установок на судах гражданского назначения в настоящее время имеется только в России (табл. 1), что подтверждает ее инновационный прорыв в данном направлении.
Таблица 1
Характеристики современных судов с ядерными энергетическими установками
Наименование судна Государство Год сдачи в эксплуатацию Тепловая мощность ЯЭУ, МВт Мощность на валу движителя, МВт Водоизмещение, т
Отто Ган ФРГ 1968 38 7,5 16 870
Муцу Япония 1974 7,5 8 242
Саванна США 1962 74 15 13 599
Севморпуть Россия 1988 135 29,4 61 000
Ленин Россия 1959 159x2 90x2 19 420
Арктика Россия 1975 171x2 55 23 000
50 лет Победы Россия 2007 171x2 55 25 168
Россия Россия 1985 171x2 55 23 000
Сибирь Россия 1978 171x2 55 23 000
Советский Союз Россия 1989 171x2 55 23 000
Ямал Россия 1992 171x2 55 23 000
Таймыр Россия 1989 171 21 000
Вайгач Россия 1990 171 21 000
Плавучая атомная теплоэлектростанция (ПАТЭС) Россия в постройке 170x2 электрическая 35x2 160 21 500
Старджис (3145) США 1968 10
Старджис (800) США 1969
С 1959 по 1991 гг. в СССР было построено 10 гражданских судов с ядерными энерготехническими установками: 9 ледоколов и 1 лихтеровоз. Российский атомный флот условно подразделяется на 3 поколения судов с ЯЭУ.
Первое поколение. Атомный ледокол «Ленин»
Осенью 1959 г. весь мир облетела сенсация: русские ввели в строй атомоход. Впервые в мире атомная энергия, поставленная на службу народному хозяйству, была использована на водном транспорте [2].
В декабре 2009 г. исполнилось 50 лет со дня передачи морскому флоту в эксплуатацию атомного ледокола «Ленин» - первого в мире гражданского судна с ядерной силовой установкой, ставшего настоящей легендой ледокольного флота. Это событие открыло эру гражданской атомной энергетики в освоении Мирового океана. Введение в эксплуатацию первого атомного ледокола сыграло выдающуюся роль в развитии Северного морского пути. Благодаря этому событию сроки навигации на нем увеличились в два раза - с 3,5 до 7 месяцев. Повысились скорость и безопасность проводки караванов, были открыты новые трассы грузовых операций и способы доставки грузов.
Использование ядерного источника энергии способствовало приданию атомоходам свойств, которых не могут иметь суда с двигателями на органическом топливе, - возможность длительно работать на высоких уровнях мощности и высокую автономность.
В 1953 г. И.В. Курчатов и А.П. Александров обратились в правительство с предложением построить атомный ледокол, необходимый для развития арктических районов Мирового океана. И.В. Курчатов и А.П. Александров считали, что огромные средства, вложенные в создание ядерной энергетической установки для подводных лодок, должны также быть использованы и в народном хозяйстве.
Атомный ледокол «Ленин» сыграл выдающуюся роль в становлении мирной энергетики на море. Он положил начало созданию уникального российского атомного флота. На нем были проверены в работе по прямому назначению и подтверждены высокая надежность и ресурс важнейшего оборудования морской реакторной установки. Особенно большой вклад здесь был внесен в отработку активных зон и повышение их энергозапаса.
Ледокол «Ленин» был настоящей кузницей кадров. Нет ни одного атомного ледокола, в составе экипажа которого не было бы моряков, начинавших морскую службу на ледоколе «Ленин». Экипажи ледокола героически вынесли все трудности освоения ядерного источника энергии.
Легендарный атомоход «Ленин» встал на вечную стоянку в Мурманском порту: теперь на ледоколе, который прослужил в северных широтах 30 лет и
провел через льды 3741 транспортное судно, откроется музей Арктики и освоения Северного морского пути.
Второе поколение атомоходов
В период с июня 1971 г. по октябрь 1992 г. на Балтийском заводе имени Серго Орджоникидзе в Ленинграде были построены атомные ледоколы «Сибирь», «Россия» (рис. 1), «Арктика» (рис. 2), «Советский Союз» и «Ямал». В течение 6,5 лет - с июня 1982 г. по январь 1988 г. - работники Керченского судостроительного завода «Залив» имени Б.Е. Бутомы создали лихтеровоз-кон-тейнеровоз «Севморпуть». Последний ледокол из серии типа «Арктика» - «50 лет Победы» (рис. 3) - спущен на воду в 1994 г.
Рис. 2. Атомный ледокол «Арктика»
Рис. 3. Атомный ледокол «50 лет Победы»
Третье поколение. Атомные ледоколы типа «Таймыр»
Атомные ледоколы «Таймыр» и «Вайгач» (рис. 4) были построены по заказу СССР на судостроительной верфи компании «Вяртсила» в Финляндии (без реакторного отсека) в период с января 1985 г. по март 1989 г. Атомный ледокол «Таймыр» был принят в эксплуатацию 30 июня 1989 г., а «Вайгач» -25 июля 1990 г.
Рис. 4. Атомный ледокол «Вайгач»
Одновременно строились или переоборудовались суда атомно-технологического обслуживания.
Благодаря работе атомных ледоколов продолжительность навигации в Арктике была увеличена с 3 до 10 месяцев, а в западном секторе Арктики транспортные операции осуществляются практически круглый год.
Плавучие атомные станции - основа ядерной энергетики для освоения Мирового океана
Перспективы гражданской судовой ядерной энергетики связаны с развитием плавучих атомных станций. Независимо от того, какой ядерной установкой снабжена плавучая станция, это - судовая установка. Необходимо отметить, что первая американская плавучая электростанция «Старджис» (БШ^б) была построена на базе грузового судна типа «Либерти».
Конструкция станции и всех ее элементов должна удовлетворять требованиям правил Российского морского регистра и нормативных документов Ростехнадзора для судовых установок, а в международном плане - требованиям Кода Международной морской организации (ИМО) по безопасности торговых атомных судов [3].
Опыт эксплуатации ЯЭУ ледоколов послужил основой для проектов плавучих атомных электростанций, в том числе для строящейся в настоящее время станции «Академик Ломоносов» с реакторной установкой типа КЛТ-40С. Эта установка представляет собой модификацию ледокольной реакторной установки. При этом были приняты меры по снижению воздействия нейтронов на материал корпуса реактора, что позволило продлить до 40 лет срок службы этого важнейшего элемента установки [5].
С целью снижения обогащения топлива по изотопу 235и до величины ниже 20 % (и выполнения тем самым рекомендации МАГАТЭ по нераспространению делящихся материалов), существующая на ледоколах канальная структура активной зоны была заменена кассетной конструкцией, что позволило увеличить удельную загрузку урана в активной зоне на 15 %.
Для увеличения в 2,5 раза ураноемкости при сохранении других высоких параметров топливной загрузки была заменена существующая топливная композиция в тепловыделяющих элементах на керметную.
Для перспективных плавучих атомных станций нужна специализированная реакторная установка. Такой установкой вполне может служить реакторная установка «Ритм-200», доведенная до своих номинальных параметров по продолжительности навигационной кампании. При одинаковой с КЛТ-40С мощности эта установка сможет работать без перезарядки топлива в течение межремонтного периода, избавив плавучую станцию от необходимости иметь хранилища отработавшего топлива и, самое главное, от выполнения операций с топливом вдали от ремонтного предприятия.
Выводы
1. Ядерная энергетика, используемая в океанотехнике, для освоения Мирового океана определяет перспективную парадигму российского гражданского атомного флота в мировой экономике.
2. Выход из кризиса мировой экономики многие аналитики видят в освоении глубоководной части Мирового океана (3000-6000 м), которая занимает половину поверхности Земли.
3. Три поколения эксплуатации судов гражданского назначения с ЯЭУ, а также строящиеся морские атомные электростанции позволяют России занять лидирующее положение при освоении Мирового океана и возглавить международные мегапроекты по этому направлению.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. В мире кончается нефть [Электронный ресурс]. 2007. URL: http://www.micrometan.ru/content.php?id=643 (дата обращения: 28.02.2011).
2. Легенда северных морей // Курчатовец. [М. : РНЦ «Курчатовский институт»]. 2009. № 9 (Специальный выпуск).
3. Первые опыты создания атомоходов в мире // Курчатовец. [М. : РНЦ «Курчатовский институт»]. 2009. № 9 (Специальный выпуск).
4. Три поколения // Курчатовец. [М. : РНЦ «Курчатовский институт»]. 2009. № 9 (Специальный выпуск).
5. Энергия будущего. О перспективах судовой ядерной энергетики // Курчатовец. [М. : РНЦ «Курчатовский институт»]. 2009. № 9 (Специальный выпуск).
6. Энерготехнологические процессы [Электронный ресурс]. 2000. URL: http://users.kaluga.ru/mgtu_ktz/text/Interv.htm (дата обращения: 28.02.2011).
