60 лет Первенцу отечественной малой энергетики – станции ТЭС-3

13 октября 2021 года исполнилось 60 лет со дня энергопуска в Обнинске первой в нашей стране АЭС малой мощности - транспортабельной малой энергетической установки (станции) – ТЭС-3. Параллельно, также в 1961 году, заработали транспортабельные малые установки и в США.

В настоящее время малая атомная энергетика в нашей стране (ПАТЭС, Якутия и др.) и в мире начинает развиваться в промышленных масштабах. Отечественное Ядерное общество и Музей мировой атомной энергетики (ММАЭ), научная общественность Обнинска, (идею также поддерживает депутат Государственной Думы ФС РФ Скляр Г.И.) предлагают разместить в городе монументальную историческую композицию, включающую оригинал (часть) ТЭС-3. которая сейчас находится на территории ФЭИ в нерабочем состоянии, и на её базе проводить информационно-просветительской работу. Создаётся инициативная группа для реализации этого проекта по увековечиванию данного исторического достижения.

Станция ТЭС-3 являлась одним из возможных вариантов ядерного энергоисточника для удаленных районов показала надежность в работе, хорошую управляемость, безопасность и удобство обслуживания, которое на последних этапах работы осуществлялось сменой из 3-х человек. Управление ТЭС-3 было подробно описано в докладе №310 на III Женевской конференции в 1964 году. Упрощенная схема и принцип действия передвижной атомной электростанции - ТЭС-3 - можно было рассмотреть на действующем макете, представленном в Политехническом музее с 1965 года. В рамках первой очереди ММАЭ в Доме Учёных в Обнинске сейчас развёрнута временная экспозиция Политехнического музея с неработающим макетом ТЭС-3.

Пульт управления ТЭС-3

Ниже приводится историческая справка, подготовленная сотрудниками Физико-энергетического института (Обнинск).

Транспортабельная электростанция ТЭС–3

13 октября 1961 года в ФЭИ был осуществлен энергетический пуск первой отечественной передвижной атомной электростанции малой мощности ТЭС-3.

• Начало проектирования – ноябрь 1956 года.
• Физический пуск – 7 июня 1961 года.
• Энергетический пуск – 13 октября 1961 года.
• Время эксплуатации: 13.10.1961–18.07.1965 г.г.

55 лет назад, 31 мая 1966 года. Первый космонавт Ю.А. Гагарин на ТЭС-3

В 50-е годы, когда зарождалась атомная энергетика, появлялись невероятно смелые идеи. Одна из них – сделать самоходную атомную электростанцию для работы на Крайнем Севере. Первым эту мысль высказал Министр Ефим Славский. В 1955 году Ефим Павлович Славский посетил ленинградский Кировский завод. Именно в беседе с директором ЛКЗ И.М. Синевым впервые прозвучало предложение о разработке мобильной атомной электростанции, которая могла бы питать электроэнергией удалённые гражданские и военные объекты. По характеру и цели создания транспортабельная электрическая станция, третьего проектного варианта явилась демонстрационно-экспериментальной установкой. Станция предназначалась для изучения экспериментальных данных, необходимых для разработок передвижных автономных источников энергии, которые могут быть использованы в труднодоступных районах Крайнего Севера и Сибири. Предложение Славского стало руководством к действию, и уже вскоре ЛКЗ в кооперации с Ярославским паровозостроительным заводом подготовил проекты атомного энергопоезда – передвижной АЭС небольшой мощности для транспортировки по железной дороге. Предусматривались два варианта – одноконтурная схема с газотурбинной установкой и схема с использованием паротурбинной установки самого локомотива. Вслед за этим к разработке идеи подключились и другие предприятия. Славский обладал неуемной пробивной энергией и громадными полномочиями. Он поручил разработку проекта обнинскому ФЭИ (тогда еще «Лаборатории В»). Разработка ТЭС-3 велась в соответствии с постановлением СМ СССР № 1389 -694 от 4/10. 1956 г. Была поставлена задача создания АЭС малой мощности, которая изготавливается на заводе в максимальной готовом виде и в тоже время должна удовлетворять весогабаритным требованиям перевозки железнодорожным транспортом. АЭС предназначалась для работы в автономных условиях. Ставилось также условие возможности перебазирования установки с невыгруженной зоной после работы на мощности. Очень скоро, в 1957 году, эскизный проект передвижной станции был готов. Его авторы – Юрий Анатольевич Сергеев и Дмитрий Леонидович Бродер. Ученые предложили поставить свою электростанцию на гусеницы, сделав ее практически вездеходной. Идея казалась заманчивой: станция на гусеницах воим ходом подойдет к какому-то руднику, поселку, угольному разрезу и начнет обеспечивать его энергией. А через год-три перейдет на другое место. Зачем в условиях вечной мерзлоты строить стационарную станцию, когда можно обойтись более экономичным и прогрессивным вариантом? В «железе» проект воплотили на Кировском заводе в Ленинграде. Два года спустя было произведено специальное оборудование для постройки опытных образцов ТЭС-3.

Работа по физике реактора ТЭС-3 началась в лаборатории № 15 (заведующий лаборатории Минашин М.Е.) группой из 5 человек под руководством Сергеева Ю.А. Эта группа совместно с сотрудниками здания 51, лаборатории Дубовского Б.Г., Бродера Д.Л., а также ОКБ Ленинградского Кировского завода разработала основные предложения по принципиальной схеме конструкции реактора и системой управления и биозащиты, которой были использованы при формировке технического задания на декабрь (1956 г.).

В 1957 г. В связи с дальнейшим развитием в ФЭИ работ малогабаритным реакторам (в том числе для транспортных установок) на базе группы Сергеева Ю.А. была образована лаборатория № 30, в которой сосредоточились работы по физике реактора и координация работ по установке ТЭС-3. Основными участниками были Сергеев Ю.А. Орехов В.И, Наумов В.А., Румянцев Г.Я., Минашин М.Е., Орлов В.В.

Эксперименты для ТЭС-3 выполнялись на трёх последовательно созданных физических стендах в лаборатории 12 (зав. Лаб. И.Г. Морозов.). Первая критическая сборка – весьма приблизительно моделировала реактор, так как была собрана на имевшихся в распоряжении ТВЭЛах, ранее используемых для АМ. Вторая и третья горячая сборка (стенд ТЭС-3) могла быть разогрета почти до проектных температур. Для созданной горячей сборки температурный эффект имитировался разбавлением воды муравьиной кислотой. Основные участники экспериментов: Дубовский Б.Г., Морозов И.Г., Ланцов М.Н., Плаксин Е.А., Федоров В.И., Федоров В.И. и др.

Работа на первой загрузке продолжалась до июля 1956 года и показала удовлетворительное соответствие проектных и физических характеристик установки, в том числе и физических. Этому способствовало большое число экспериментов. В ряде инженерных вопросов в ходе проектирования, проведение пуско-наладочных работ, освоение всех режимов работы ТЭС-3 большая заслуга принадлежит сотрудникам под руководством Ушакова Г.Н. и Мерзликина Г.В.

В 1961 г. установка АЭС ТЭС-3 была изготовлена и подготовлена к пуску на площадке ФЭИ. Физический пуск был осуществлён силами Лаборатории №2. Реактор достиг критичности 7 июня, а 13 октября 1961 года ТЭС-3 приняла первую электрическую нагрузку.

Станция выполнена по двухконтурной схеме с гетерогенным водо-водяным реактором тепловой мощностью 8,8 тыс. кВт, охлаждаемым водой под давлением 130 ат при температурах на входе реактора 275 °С и на выходе 300 °С. Расход воды в первом контуре установки 320 т/ч. В активной зоне реактора, имеющей форму цилиндра высотой 600 и диаметром 660 мм, размещены 74 тепловыделяющие сборки с высокообогащенным ураном. Средняя тепловая нагрузка в реакторе равна 0,6·106 ккал/(м2·ч), максимальная – 1,3·106 ккал/(м2·ч). Длительность кампании реактора 250 суток, а при частичной догрузке тепловыделяющих элементов – до 1 года. Мощность турбогенератора станции 1,5 МВт, однако три ее парогенератора могут давать пар давлением 20 ат и температурой 285 °С в количестве, достаточном для получения мощности на валу турбины до 2 МВт. Станция выполнена по двухконтурной схеме с гетерогенным водо-водяным реактором тепловой мощностью 8800 кВт, охлаждаемым водой в первом контуре под давлением 130 ат при температурах на входе реактора 275 °С и на выходе 300 °С. Реактор представлял собой цилиндр высотой 600 и диаметром 650 мм, в котором размещалось 74 тепловыделяющих сборки с высокообогащенным ураном.

Оборудование станции скомплектовано в четыре крупные блока и размещено в четырех вагонах на самоходных гусеничных платформах. Они соединены в определенной последовательности трубопроводами, причем реакторная и парогенераторная часть установлена в отдалении от электрической и управляющей.

В первом вагоне на гусеничном ходу представлен в разрезе водо-водяной реактор, с обслуживающими работу системами.

Во втором вагоне на гусеничном ходу – парогенератор, различное оборудование и циркуляционные насосы для подпитки первого контура, теплообменник, посредством которого тепло передается рабочему телу. В качестве рабочего тела используется вода.

В третьем вагоне на гусеничном ходу – турбогенератор мощностью 1,5 тыс. кВт, образовавшийся пар приводит в движение турбину генератора.

В четвертом вагоне на гусеничном ходу - пульт управления и вспомогательное оборудование. Общий вес оборудования, установленного на самоходах, около 210 тонн.

Для защиты от излучения во время работы вокруг первых двух самоходов сооружается на месте эксплуатации земляная защита. Кроме того, реакторный самоход снабжен транспортируемой биологической защитой, позволяющей производить монтажные и демонтажные работы уже через несколько часов после остановки реактора, а также перевозить реактор с частично или полностью выгоревшей активной зоной. При транспортировке охлаждение реактора осуществляется с помощью воздушного радиатора, обеспечивающего съем до 0,3% номинальной мощности установки.

Эксплуатация ТЭС-3 подтвердила ее работоспособность, позволила уточнить принципы АЭС и АТЭЦ для дальних районов, впервые осуществить опыт эксплуатации АЭС в режиме саморегулирования. За весь период эксплуатации в энергетическом режиме с 13.10.1961 по 18 .07.1965 гг.

ТЭС-3 проработала около 13000 часов без каких-либо аварий с нарушением пределов радиационной безопасности. Впоследствии программа была свёрнута. В 1980-х годах дальнейшее развитие идея транспортабельных крупноблочных атомных электростанций небольшой мощности получила в виде ТЭС-7 и ТЭС-8.

Параллельно, также в 1961 году, заработали транспортабельные малые установки и в США. Так, в статье В.Клифота описывается транспортабельная атомная энергетическая установка малой мощности с высокотемпературным реактором ML-1, работающим в блоке с газовой турбиной.

(Атомная энергия, Обзор иностранных изданий - 1961). В ноябре 1961 г. в Антарктиду были отправлены реактор РМ-ЗА электрической мощностью 1,5 Мвт для станции в Мак-Мёрдо и установка SNAP7С электрической мощностью 10 вт, использующие в качестве источника энергии излучение изотопа Sr90. В августе 1961 г. вступила в строй установка с Sr90 для питания энергией приборов метеорологической станции в канадской Арктике (Атомная энергия, том 12, вып.6– 1962 г. Развитие ядерных источников энергии малой мощности). С 19 по 30 мая1963 г. в Советском Союзе находилась делегация Комиссии по атомной энергии США во главе с председателем КАЭ Гленном Т.Сиборгом. 23 мая делегация посетила ФЭИ, в т.ч. ТЭС-3. (Атомная энергия, том. 15, вып. 1. - 1963 г.)

Управление ТЭС-3 было подробно описано в докладе №310 на III Женевской конференции в 1964 году. Упрощенная схема и принцип действия передвижной атомной электростанции - ТЭС-3 - можно было рассмотреть на действующем макете, представленном в Политехническом музее с 1965 года. Макет ТЭС-3 экспонировался во многих странах мира. На выставке ВДНХ она была удостоена диплома первой степени. Большая группа сотрудников ФЭИ (участников проекта) награждена медалями ВДНХ и отмечена правительственными наградами.