Usinas nucleares móveis criadas na URSS e na Rússia

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

As usinas nucleares móveis soviéticas destinavam-se principalmente a funcionar em áreas remotas do Extremo Norte, onde não há ferrovias e linhas de transmissão de energia.

Na penumbra de um dia polar na tundra coberta de neve, uma coluna de veículos rastreados rasteja em linha pontilhada: veículos blindados, veículos todo-o-terreno com pessoal, tanques de combustível e … quatro máquinas misteriosas de tamanho impressionante, semelhantes a poderosos caixões de ferro. Provavelmente, esta ou quase a forma como seria a jornada de uma usina nuclear móvel para a instalação militar N, que protege o país de um inimigo potencial no coração do deserto gelado …

As raízes dessa história vão, é claro, à era do romance atômico - em meados da década de 1950. Em 1955, Efim Pavlovich Slavsky, uma das principais figuras da indústria nuclear da URSS, futuro chefe do Ministério da Construção de Médias Máquinas, que ocupou esse cargo de Nikita Sergeevich a Mikhail Sergeevich, visitou a fábrica de Leningrado Kirovsky. Foi em uma conversa com o diretor do LKZ I. M. Sinev pela primeira vez expressou uma proposta para desenvolver uma usina nuclear móvel que pudesse fornecer eletricidade a instalações civis e militares localizadas em regiões remotas do Extremo Norte e da Sibéria.

A proposta de Slavsky tornou-se um guia de ação e logo a LKZ, em cooperação com a locomotiva a vapor Yaroslavl, preparou projetos para um trem de energia nuclear - uma usina nuclear móvel (PAES) de pequena capacidade para transporte ferroviário. Duas opções foram consideradas - um esquema de circuito único com uma instalação de turbina a gás e um esquema usando uma instalação de turbina a vapor da própria locomotiva. Em seguida, outras empresas se juntaram ao desenvolvimento da ideia. Após a discussão, o projeto foi dado luz verde por Yu. A. Sergeeva e D. L. Broder do Instituto de Física e Energia de Obninsk (agora FSUE "SSC RF - IPPE"). Considerando aparentemente que a versão ferroviária limitaria a área de atuação da AES apenas aos territórios cobertos pela malha ferroviária, os cientistas propuseram colocar sua usina sobre trilhos, tornando-a quase todo-terreno.

Um esboço do projeto da estação apareceu em 1957, e dois anos depois, um equipamento especial foi produzido para a construção de protótipos de TPP-3 (uma usina transportável).

Naquela época, praticamente tudo na indústria nuclear tinha que ser feito "do zero", mas a experiência de criar reatores nucleares para necessidades de transporte (por exemplo, para o quebra-gelo "Lenin") já existia e podia-se contar com ela.

TPP-3 é uma usina nuclear transportável transportada em quatro chassis autopropelidos sobre esteiras com base no tanque pesado T-10. TPP-3 entrou em operação experimental em 1961. Posteriormente, o programa foi interrompido. Na década de 80, a ideia de usinas nucleares transportáveis de grandes blocos e de pequena capacidade recebeu maior desenvolvimento na forma de TPP-7 e TPP-8.

Um dos principais fatores que os autores do projeto tiveram que levar em consideração ao escolher uma ou outra solução de engenharia foi, obviamente, a segurança. Desse ponto de vista, o esquema de um reator de água pressurizada de circuito duplo de pequeno porte foi reconhecido como ótimo. O calor gerado pelo reator foi retirado pela água sob uma pressão de 130 atm, a uma temperatura na entrada do reator de 275 ° C e na saída de 300 ° C. Por meio do trocador de calor, o calor era transferido para o fluido de trabalho, que também servia como água. O vapor gerado movimentou a turbina do gerador.

O núcleo do reator foi projetado na forma de um cilindro de 600 mm de altura e 660 mm de diâmetro. Dentro foram colocados 74 conjuntos de combustível. Decidiu-se usar um composto intermetálico (um composto químico dos metais) UAl3, preenchido com silumin (SiAl), como composição do combustível. Os conjuntos consistiam em dois anéis coaxiais com esta composição de combustível. Um esquema semelhante foi desenvolvido especificamente para TPP-3.

Em 1960, o equipamento de potência criado foi montado em um chassi com esteiras emprestado do último tanque pesado soviético T-10, que foi produzido a partir de meados dos anos 1950 até meados dos anos 1960. É verdade que a base da usina nuclear teve que ser alongada, de modo que o canhão autopropelido (como começaram a chamar os veículos todo-o-terreno que transportavam a usina nuclear) tivesse dez cilindros contra sete para o tanque.

Mas, mesmo com essa modernização, era impossível acomodar toda a usina em uma máquina. TPP-3 era um complexo de quatro veículos automotores de potência.

O primeiro canhão automotor de potência carregava um reator nuclear com biossegurança transportável e um radiador de ar especial para a remoção do resfriamento residual. A segunda máquina estava equipada com geradores de vapor, compensador de volume e bombas de circulação para alimentar o circuito primário. A própria geração de energia era função da terceira usina autopropelida, onde ficava o gerador turbina com o equipamento da via de alimentação do condensado. O quarto carro desempenhava o papel de centro de controle da AES e também contava com equipamento de energia de reserva. Havia um painel de controle e uma placa principal com meios de partida, um gerador a diesel de partida e uma bateria.

A lapidaridade e o pragmatismo foram os primeiros violinos no projeto de veículos automotores motorizados. Como a TPP-3 deveria operar principalmente nas regiões do Extremo Norte, o equipamento foi colocado dentro de corpos isolados do tipo carroça. Em corte transversal, eram um hexágono irregular, que pode ser descrito como um trapézio colocado sobre um retângulo, que involuntariamente evoca uma associação com um caixão.

O AES foi projetado para operar apenas em modo estacionário, não poderia funcionar "on the fly". Para iniciar a estação, foi necessário organizar as usinas autopropelidas na ordem certa e conectá-las com dutos para o refrigerante e fluido de trabalho, bem como cabos elétricos. E foi para o modo estacionário de funcionamento que foi desenhada a proteção biológica do PAES.

O sistema de biossegurança consistia em duas partes: transportável e estacionária. A biossegurança transportada foi transportada junto com o reator. O núcleo do reator foi colocado em uma espécie de "vidro" de chumbo, que foi localizado dentro do tanque. Quando o TPP-3 estava operando, o tanque estava cheio de água. A camada de água reduziu drasticamente a ativação de nêutrons das paredes do tanque de bioproteção, corpo, estrutura e outras partes metálicas do canhão autopropelido de energia. Após o final da campanha (período de funcionamento da usina em um reabastecimento), a água foi escoada e o transporte realizado com tanque vazio.

A biossegurança estacionária era entendida como uma espécie de caixa feita de terra ou concreto, que, antes do lançamento da usina flutuante, deveria ser erguida em torno de usinas autopropelidas contendo um reator e geradores de vapor.

Visão geral do NPP TPP-3

Em agosto de 1960, o AES montado foi entregue em Obninsk, no local de testes do Instituto de Física e Engenharia de Energia. Menos de um ano depois, em 7 de junho de 1961, o reator atingiu a criticidade e, em 13 de outubro, foi inaugurada a usina. Os testes continuaram até 1965, quando o reator fez sua primeira campanha. No entanto, a história da usina nuclear móvel soviética acabou ali. O fato é que paralelamente o famoso instituto Obninsk desenvolvia outro projeto no campo da pequena energia nuclear. Era a usina nuclear flutuante "Sever" com um reator semelhante. Como o TPP-3, o Sever foi projetado principalmente para as necessidades de fornecimento de energia para instalações militares. E no início de 1967, o Ministério da Defesa da URSS decidiu abandonar a usina nuclear flutuante. Ao mesmo tempo, o trabalho foi interrompido na usina móvel no solo: o APS foi colocado em modo de espera. No final dos anos 1960, havia esperança de que a ideia dos cientistas de Obninsk ainda encontraria aplicação prática. Supôs-se que a usina nuclear poderia ser usada na produção de petróleo nos casos em que uma grande quantidade de água quente precise ser bombeada para as camadas de petróleo a fim de elevar as matérias-primas fósseis para mais perto da superfície. Consideramos, por exemplo, a possibilidade desse uso de AES em poços da região da cidade de Grozny. Mas a estação nem mesmo serviu de caldeira para as necessidades dos petroleiros chechenos. A operação econômica da TPP-3 foi considerada inadequada e, em 1969, a usina foi completamente desativada. Para todo sempre.

Para condições extremas

Surpreendentemente, a história das usinas nucleares móveis soviéticas não parou com o fim da Obninsk APS. Outro projeto, do qual sem dúvida vale a pena falar, é um exemplo muito curioso de uma construção soviética de energia a longo prazo. Foi iniciado no início dos anos 1960, mas trouxe algum resultado tangível apenas na era Gorbachev e logo foi "morto" pela radiofobia que se intensificou fortemente após o desastre de Chernobyl. Estamos a falar do projeto bielorrusso "Pamir 630D".

O complexo de NPP móvel "Pamir-630D" era baseado em quatro caminhões, que eram uma combinação de "reboque-trator"

Em certo sentido, podemos dizer que TPP-3 e Pamir estão ligados por laços familiares. Afinal, um dos fundadores da energia nuclear bielorrussa foi A. K. Krasin é um ex-diretor da IPPE, que esteve diretamente envolvido no projeto da primeira usina nuclear do mundo em Obninsk, Beloyarsk NPP e TPP-3. Em 1960, foi convidado a ir a Minsk, onde o cientista logo foi eleito acadêmico da Academia de Ciências da BSSR e nomeado diretor do departamento de energia atômica do Instituto de Energia da Academia de Ciências da Bielo-Rússia. Em 1965, o departamento foi transformado no Instituto de Energia Nuclear (agora o Instituto Conjunto de Energia e Pesquisa Nuclear "Sosny" da Academia Nacional de Ciências).

Durante uma de suas viagens a Moscou, Krasin soube da existência de uma ordem estatal para o projeto de uma usina nuclear móvel com capacidade de 500-800 kW. Os militares mostraram o maior interesse neste tipo de usina: eles precisavam de uma fonte compacta e autônoma de eletricidade para instalações localizadas em regiões remotas e adversas do país - onde não há ferrovias ou linhas de transmissão e onde é bastante difícil entregar uma grande quantidade de combustível convencional. Pode ser sobre como alimentar estações de radar ou lançadores de mísseis.

Levando em consideração o futuro uso em condições climáticas extremas, requisitos especiais foram impostos ao projeto. A estação deveria operar em uma ampla faixa de temperaturas (de –50 a + 35 ° С), bem como em alta umidade. O cliente exigiu que o controle da usina fosse o mais automatizado possível. Ao mesmo tempo, a estação teve que se ajustar às dimensões ferroviárias do O-2T e às dimensões das cabines de carga de aviões e helicópteros com dimensões de 30x4, 4x4, 4 m. A duração da campanha NPP foi determinada em não menos que 10.000 horas com um tempo de operação contínua de não mais que 2.000 horas. O tempo de implantação da estação não deveria ser superior a seis horas, e a desmontagem deveria ser feita em 30 horas.

Reator "TPP-3"

Além disso, os projetistas tiveram que descobrir como reduzir o consumo de água, que nas condições da tundra não é muito mais acessível do que o óleo diesel. Foi esta última exigência, que praticamente excluiu o uso de um reator de água, determinou em grande parte o destino do Pamir-630D.

Fumaça laranja

O designer geral e principal inspirador ideológico do projeto foi V. B. Nesterenko, agora membro correspondente da Academia Nacional de Ciências da Bielo-Rússia. Foi ele quem teve a ideia de usar não água ou sódio fundido no reator Pamir, mas tetróxido de nitrogênio líquido (N2O4) - e simultaneamente como refrigerante e fluido de trabalho, já que o reator foi concebido como um reator de circuito único, sem um trocador de calor.

Naturalmente, o tetraóxido de nitrogênio não foi escolhido por acaso, pois este composto possui propriedades termodinâmicas muito interessantes, como alta condutividade térmica e capacidade térmica, além de baixa temperatura de evaporação. Sua transição de um estado líquido para um estado gasoso é acompanhada por uma reação de dissociação química, quando uma molécula de tetraóxido de nitrogênio se quebra primeiro em duas moléculas de dióxido de nitrogênio (2NO2) e, em seguida, em duas moléculas de óxido de nitrogênio e uma molécula de oxigênio (2NO + O2). Com o aumento do número de moléculas, o volume do gás ou sua pressão aumentam drasticamente.

No reator, portanto, tornou-se possível implementar um ciclo fechado gás-líquido, o que conferiu ao reator vantagens em eficiência e compactação.

No outono de 1963, cientistas bielorrussos apresentaram seu projeto de uma usina nuclear móvel para consideração do conselho científico e técnico do Comitê Estadual para o Uso da Energia Atômica da URSS. Ao mesmo tempo, projetos semelhantes do IPPE, IAE im. Kurchatov e OKBM (Gorky). A preferência foi dada ao projeto bielorrusso, mas apenas dez anos depois, em 1973, um bureau de projeto especial com produção piloto foi criado no Instituto de Engenharia de Energia Nuclear da Academia de Ciências da BSSR, que iniciou o projeto e os testes de bancada das futuras unidades de reator.

Um dos problemas de engenharia mais importantes que os criadores do Pamir-630D tiveram que resolver foi o desenvolvimento de um ciclo termodinâmico estável com a participação de um refrigerante e um fluido de trabalho de tipo não convencional. Para isso, utilizamos, por exemplo, o estande “Vikhr-2”, que na verdade era uma unidade geradora de turbina da futura estação. Nele, o tetróxido de nitrogênio foi aquecido usando um motor de aeronave turbo VK-1 com pós-combustão.

Um problema separado era a alta corrosividade do tetróxido de nitrogênio, especialmente nos locais de transições de fase - ebulição e condensação. Se a água entrasse no circuito do gerador da turbina, o N2O4, tendo reagido com ele, daria imediatamente ácido nítrico com todas as suas propriedades conhecidas. Os oponentes do projeto às vezes dizem que, dizem eles, os cientistas nucleares bielorrussos pretendem dissolver o núcleo do reator em ácido. O problema da alta agressividade do tetróxido de nitrogênio foi parcialmente resolvido pela adição de 10% de monóxido de nitrogênio comum ao refrigerante. Essa solução é chamada de "nitrina".

No entanto, o uso de tetróxido de nitrogênio aumentou o perigo de se usar todo o reator nuclear, principalmente se lembrarmos que estamos falando de uma versão móvel de uma usina nuclear. Isso foi confirmado pela morte de um dos funcionários da KB. Durante o experimento, uma nuvem laranja escapou do duto rompido. Uma pessoa próxima inalou sem querer um gás venenoso que, tendo reagido com a água nos pulmões, se transformou em ácido nítrico. Não foi possível salvar o infeliz.

Usina flutuante Pamir-630D

Por que remover as rodas?

No entanto, os designers do "Pamir-630D" implementaram uma série de soluções de design em seu projeto, que foram projetadas para aumentar a segurança de todo o sistema. Em primeiro lugar, todos os processos dentro da instalação, desde o start-up do reator, foram controlados e monitorados por meio de computadores de bordo. Dois computadores funcionavam em paralelo e o terceiro estava em modo de espera "ativo". Em segundo lugar, um sistema de resfriamento de emergência do reator foi implementado devido ao fluxo passivo de vapor através do reator da parte de alta pressão para a parte do condensador. A presença de uma grande quantidade de líquido refrigerante no circuito do processo tornou possível, no caso de, por exemplo, uma queda de energia, remover efetivamente o calor do reator. Em terceiro lugar, o material do moderador, que foi escolhido como hidreto de zircônio, tornou-se um importante elemento de "segurança" do projeto. No caso de um aumento de emergência na temperatura, o hidreto de zircônio se decompõe e o hidrogênio liberado transfere o reator para um estado profundamente subcrítico. A reação de fissão para.

Anos se passaram com experimentos e testes, e aqueles que conceberam o Pamir no início dos anos 1960 só puderam ver sua criação no metal na primeira metade dos anos 1980. Como no caso do TPP-3, os projetistas bielorrussos precisaram de vários veículos para acomodar seu AES. A unidade do reator foi montada em um semi-reboque MAZ-9994 de três eixos com capacidade de carga de 65 toneladas, para o qual o MAZ-796 atuou como trator. Além do reator com bioproteção, esse bloco abrigava um sistema de resfriamento de emergência, um quadro de distribuição para necessidades auxiliares e dois geradores autônomos a diesel de 16 kW cada. A mesma combinação MAZ-767 - MAZ-994 carregava uma unidade de gerador de turbina com equipamento de usina de energia.

Além disso, elementos do sistema de controle automatizado de proteção e controle moviam-se nas carrocerias dos veículos KRAZ. Outro caminhão transportava uma unidade de energia auxiliar com geradores a diesel de duzentos quilowatts. São cinco carros no total.

Pamir-630D, como TPP-3, foi projetado para operação estacionária. Ao chegarem ao local de implantação, as equipes de montagem instalaram lado a lado as unidades do reator e do turbogerador e as conectaram por dutos com juntas vedadas. Unidades de controle e uma usina de backup foram colocadas a não mais de 150 m do reator para garantir a segurança do pessoal contra radiação. As rodas foram retiradas do reator e das unidades geradoras da turbina (reboques foram instalados nos macacos) e levadas para uma área segura. Tudo isso, claro, está no projeto, porque a realidade acabou sendo outra.

Modelo da primeira bielorrussa e ao mesmo tempo a única usina nuclear móvel do mundo "Pamir", que foi feita em Minsk

A partida elétrica do primeiro reator ocorreu em 24 de novembro de 1985, e cinco meses depois, Chernobyl aconteceu. Não, o projeto não foi encerrado imediatamente e, no total, o protótipo experimental do AES operou em diferentes condições de carga por 2.975 horas. No entanto, quando, na esteira da radiofobia que se abateu sobre o país e o mundo, repentinamente ficou sabendo que um reator nuclear de desenho experimental estava localizado a 6 km de Minsk, ocorreu um grande escândalo. O Conselho de Ministros da URSS imediatamente criou uma comissão para estudar a viabilidade de novos trabalhos no Pamir-630D. No mesmo 1986, Gorbachev demitiu o lendário chefe da Sredmash, E. P. de 88 anos. Slavsky, que patrocinou os projetos de usinas nucleares móveis. E não é surpreendente que em fevereiro de 1988, por decisão do Conselho de Ministros da URSS e da Academia de Ciências da BSSR, o projeto Pamir-630D tenha deixado de existir. Um dos principais motivos, conforme consta do documento, foi “insuficiente comprovação científica da escolha do refrigerante”.

Pamir-630D é uma usina nuclear móvel localizada em um chassi de automóvel. Foi desenvolvido no Instituto de Energia Nuclear da Academia de Ciências da BSSR

As unidades do reator e do gerador de turbina foram colocadas no chassi de dois caminhões tratores MAZ-537. O painel de controle e os aposentos dos funcionários estavam localizados em mais dois veículos. No total, a estação foi atendida por 28 pessoas. A instalação foi projetada para ser transportada por trem, mar e ar - o componente mais pesado era um veículo reator, de 60 toneladas, que não ultrapassava a capacidade de carga de um vagão padrão.

Em 1986, após o acidente de Chernobyl, a segurança do uso desses complexos foi criticada. Por razões de segurança, os dois conjuntos de "Pamir" que existiam naquela época foram destruídos.

Mas que tipo de desenvolvimento este tópico está tendo agora.

A JSC Atomenergoprom espera oferecer ao mercado mundial um projeto industrial de uma central nuclear de baixa potência da ordem de 2,5 MW.

O russo "Atomenergoprom" apresentou em 2009 na exposição internacional "Atomexpo-Belarus" em Minsk um projeto de uma instalação nuclear transportável modular de baixa potência, cujo desenvolvedor é NIKIET im. Dollezhal.

Segundo o projetista-chefe do instituto, Vladimir Smetannikov, uma unidade com capacidade de 2,4-2,6 MW pode operar por 25 anos sem recarregar o combustível. Presume-se que ele possa ser entregue pronto no local e lançado em dois dias. Não requer mais do que 10 pessoas para servir. O custo de um bloco é estimado em cerca de 755 milhões de rublos, mas a localização ideal é de dois blocos cada. Um desenho industrial pode ser criado em 5 anos, no entanto, cerca de 2,5 bilhões de rublos serão necessários para realizar P&D

Em 2009, a primeira usina nuclear flutuante do mundo foi instalada em São Petersburgo. A Rosatom tem grandes esperanças para este projeto: se for implementado com sucesso, espera encomendas estrangeiras maciças.

A Rosatom planeja exportar ativamente usinas nucleares flutuantes. De acordo com o chefe da estatal Sergei Kiriyenko, já existem clientes estrangeiros em potencial, mas eles querem ver como o projeto piloto será implementado.

A crise econômica joga a favor dos construtores de usinas nucleares móveis, apenas aumenta a demanda por seus produtos, - disse Dmitry Konovalov, analista da Unicredit Securities. “Haverá demanda justamente porque a potência dessas estações é uma das mais baratas. As usinas nucleares estão mais próximas das hidrelétricas a um preço por quilowatt-hora. E, portanto, a demanda será tanto nas regiões industriais quanto nas regiões em desenvolvimento. E a possibilidade de mobilidade e movimentação dessas estações as torna ainda mais valiosas, pois as necessidades de energia elétrica nas diferentes regiões também são diferentes”.

A Rússia foi a primeira a decidir construir usinas nucleares flutuantes, embora em outros países essa ideia também tenha sido ativamente discutida, mas eles decidiram abandonar sua implementação. Anatoly Makeev, um dos desenvolvedores do Iceberg Central Design Bureau, disse ao BFM.ru o seguinte: “Houve uma época em que surgiu a ideia de usar essas estações. Na minha opinião, a empresa americana ofereceu - ela queria construir 8 usinas nucleares flutuantes, mas tudo falhou por causa das "verdes". Também há dúvidas sobre a viabilidade econômica. As usinas flutuantes são mais caras do que as estacionárias e sua capacidade é pequena”.

A montagem da primeira usina nuclear flutuante do mundo começou no Estaleiro Báltico.

A unidade de energia flutuante, construída em São Petersburgo por encomenda da Energoatom Concern OJSC, se tornará uma poderosa fonte de eletricidade, calor e água potável para regiões remotas do país que estão constantemente passando por escassez de energia.

A estação deve ser entregue ao cliente em 2012. Depois disso, a fábrica planeja fechar mais contratos para a construção de mais 7 das mesmas estações. Além disso, clientes estrangeiros já se interessaram pelo projeto da usina nuclear flutuante.

A usina nuclear flutuante consiste em um navio não autopropelido de convés plano com duas usinas de reatores. Ele pode ser usado para gerar eletricidade e calor, bem como para dessalinizar a água do mar. Pode produzir de 100 a 400 mil toneladas de água doce por dia.

A vida útil da usina será de pelo menos 36 anos: três ciclos de 12 anos cada, entre os quais é necessário reabastecer as instalações do reator.

De acordo com o projeto, a construção e operação de tal usina nuclear é muito mais lucrativa do que a construção e operação de usinas nucleares terrestres.

A segurança ambiental da APEC também é inerente ao último estágio de seu ciclo de vida - o descomissionamento. O conceito de descomissionamento pressupõe o transporte da estação que já expirou sua vida útil até o local onde é cortada para disposição e descarte, o que exclui por completo o efeito da radiação na área hídrica da região onde o APPP é operado.

A propósito: A operação da usina nuclear flutuante será feita em regime de rodízio com a acomodação do pessoal de serviço na estação. A duração do turno é de quatro meses, após os quais a tripulação do turno é trocada. O número total do principal pessoal de produção operacional da usina nuclear flutuante, incluindo equipes de turno e reserva, será de cerca de 140 pessoas.

Para criar condições de vida que cumpram os padrões aceites, a estação disponibiliza uma sala de jantar, uma piscina, uma sauna, um ginásio, uma sala de recreação, uma biblioteca, uma televisão, etc. A estação possui 64 cabines individuais e 10 duplas para acomodar o pessoal. O bloco residencial fica o mais longe possível das instalações do reator e das instalações da usina. O número de atraídos pessoal permanente não produtivo do serviço administrativo e económico, que não é abrangido pelo regime de serviço rotativo, é de cerca de 20 pessoas.

De acordo com o chefe da Rosatom, Sergei Kiriyenko, se a energia nuclear da Rússia não for desenvolvida, em vinte anos ela pode desaparecer completamente. De acordo com a tarefa definida pelo Presidente da Rússia, até 2030 a participação da energia nuclear deve aumentar para 25%. Parece que a usina nuclear flutuante foi projetada para evitar que as tristes suposições da primeira se tornem realidade e para resolver os problemas colocados por esta, pelo menos em parte.