Obninsk NPP — historia pierwszej na świecie elektrowni jądrowej
27 czerwca 1954 r. Pod Moskwą, w mieście Obnińsk, uruchomiono pierwszą na świecie elektrownię jądrową (NPP-1) o mocy użytecznej 5000 kW.
Uran został odkryty w 1789 roku przez niemieckiego chemika Martina Klaprotha i nazwany na cześć planety Uran. Kilkadziesiąt lat później, w grudniu 1951 r., w eksperymentalnym reaktorze hodowlanym EBR-I w Arco w stanie Idaho w USA po raz pierwszy energia jądrowa wyprodukowała energię elektryczną — potrzebną do zasilania czterech żarówek. Jednak EBR-I nie jest przeznaczony do wytwarzania energii elektrycznej.
NPP-1 w Obnińsku to pierwsza na świecie elektrownia jądrowa produkująca energię elektryczną do użytku komercyjnego.
Pierwsza na świecie elektrownia jądrowa
W stworzeniu pierwszego na świecie Elektrownia jądrowa uczestniczyły wiodące instytuty, biura projektowe i fabryki ZSRR. Naukowym zarządzaniem problemem zajmuje się Instytut Energii Atomowej (IAE) i osobiście akademik I. V. Kurczatow. Od 1951 roku kierownictwo naukowo-techniczne powierzono Instytutowi Fizyki i Energii oraz jego dyrektorowi prof. D. I. Błohincewowi.
AKKrasin jest pierwszym zastępcą dyrektora. Rozwój elementów paliwowych (prętów paliwowych) kierował V.A. Malykh. Projekt reaktora został przeprowadzony przez zespół kierowany przez akademika NA Dolezhala i jego najbliższego asystenta P. I. Aleshenkova. Jeden z najważniejszych systemów — system sterowania i ochrony reaktora — został opracowany pod kierownictwem I. Ya Emelyanova, członka korespondenta Akademii Nauk ZSRR.
Budynek elektrowni jądrowej Obnisk w latach 50. XX wieku
W lutym 1950 r. naukowcy zaproponowali budowę eksperymentalnego reaktora w rejonie Moskwy, który generowałby 30 000 kW ciepła i 5 000 kW energii elektrycznej. Rada Ministrów ZSRR zatwierdziła projekt w maju 1950 r.
Pod koniec grudnia 1950 roku opublikowano projekt reaktora i elektrociepłowni, a pod koniec następnego roku rozpoczęto projektowanie szczegółowe i produkcję urządzeń. Budowę rozpoczęto w lipcu 1951 r.
Dla pierwszej elektrowni jądrowej wybrano wodno-grafitowy reaktor kanałowy. W nim moderatorem jest grafit, a woda służy do odprowadzania ciepła uwalnianego w elementach paliwowych (nawiasem mówiąc, uczestniczy również w moderowaniu neutronów).
ZSRR. Obwód Kaługa. Obnińsk. Reaktor pierwszej na świecie elektrowni jądrowej. Zdjęcie: TASS / Valentin Kunov
Podstawowa struktura reaktora energetycznego — złożona i kosztowna konstrukcja techniczna — jest dość prosta.
Reaktory kanałowe wodno-grafitowe, protoplasta pierwszej elektrowni jądrowej, składają się ze stosu bloków grafitowych z pionowymi otworami. Otwory tworzą jednolitą siatkę. Zawierają kanały paliwowe z elementami paliwowymi oraz urządzeniami kontrolno-zabezpieczającymi (CPS).
Opakowanie grafitowe umieszcza się w szczelnej przestrzeni reaktora wypełnionej gazem obojętnym. Przestrzeń reaktora jest utworzona przez płytę dolną, na której spoczywa mur, płaszcz boczny oraz płytę górną z otworami odpowiadającymi otworom w murze.
W celu odprowadzenia ciepła uwalnianego w elementach paliwowych pierwszej elektrowni jądrowej przewidziano dwa obiegi cyrkulacyjne.
Pierwszy obwód jest zamknięty. W nim woda (chłodziwo) jest podawana od góry do każdego kanału paliwowego, gdzie jest podgrzewana, a następnie wchodzi do wymiennika ciepła - generatora pary, po schłodzeniu, w którym pompy zwracają ją do reaktora.
W drugim obiegu, w generatorze pary, wytwarzana jest para, która napędza konwencjonalną turbinę.Reaktor energetyczny zastępuje tym samym kocioł parowy elektrociepłowni. Z tego powodu często nazywana jest parową elektrownią jądrową.
Schemat strukturalny reaktora pierwszej elektrowni jądrowej
Teraz urządzenie pierwszej elektrowni jądrowej wygląda na proste i zwyczajne. Szczególnie dla specjalistów. Ale prawie 70 lat temu, kiedy powstawał, nie było analoga, modelu ani ławki, na której można by sprawdzić wyniki obliczeń.
A pytań było wiele. Jak rozprowadzić wodę z obwodu pierwotnego do wszystkich 128 kanałów paliwowych i czterech dodatkowych ogniw paliwowych z każdego kanału i jak zmieni się ten rozkład, gdy zmieni się moc kanału (nieunikniona podczas pracy)?
Jak zachowa się reaktor, gdy ponownie nastąpi nieuchronna zmiana gęstości wody w kanale, zwłaszcza podczas jej nagrzewania podczas rozruchu i chłodzenia podczas wyłączania, gdy reaktor przechodzi z jednego zasilania w drugi itp.?
Wraz z uruchomieniem pierwszej elektrowni jądrowej otrzymano odpowiedzi na te i wiele innych pytań, które w pełni potwierdziły oczekiwania naukowców i konstruktorów elektrowni.
Rozwiązania zastosowane przy projektowaniu pierwszej elektrowni jądrowej okazały się na tyle skuteczne, że nawet teraz, po czterdziestu latach eksploatacji, nadal z powodzeniem wykorzystywana jest do eksperymentów naukowo-technicznych.
W 1956 roku Calder Hall 1, pierwsza komercyjna elektrownia jądrowa, została podłączona do brytyjskiej sieci krajowej. W 1958 roku otwarto pierwszą komercyjną elektrownię jądrową w USA, Shipport Nuclear Power Plant. W 1964 roku w Chinon nad Loarą działał pierwszy francuski reaktor energetyczny EDF1.
Przez około 4 lata, przed otwarciem syberyjskiej elektrowni jądrowej w Tomsku, Obnińsk pozostawał jedynym reaktorem jądrowym w Związku Radzieckim. Następną radziecką elektrownią jądrową, która została podłączona do ich sieci, była 100-megawatowa Elektrownia Białojarska nr 1 w 1964 r. (patrz — Elektrownie jądrowe Rosji).
Najbliżej reaktora w Obnińsku znajdowały się reaktory pierwszego stopnia elektrowni jądrowej Beloyar i elektrowni jądrowej Bilibin. Ale są też fundamentalne różnice. W elektrowni jądrowej Beloyarsk po raz pierwszy w światowej praktyce zastosowano jądrowe przegrzanie pary.
Doświadczenie w tworzeniu i dekada eksploatacji reaktorów kanałowych umożliwiły opracowanie projektu szeregowego reaktora energetycznego RBMK (high power wrzący reaktor). Jego schemat termiczny jest taki sam, jak w reaktorach z kanałami wodno-grafitowymi, ale elementy paliwowe nie są rurowe, ale w kształcie pręta, z okładziną ze stopu cyrkonu, który słabo pochłania neutrony.
18 takich prętów paliwowych łączy się w zespół paliwowy, który jest zamontowany na górze w cyrkonowej rurce, tworząc kanał paliwowy. Urządzenia zabezpieczające i sterujące biegną w tych samych rurach.
Konstrukcja kanałów paliwowych umożliwia ponowne załadowanie paliwa (za pomocą specjalnej maszyny) bez wyłączania reaktora, co jest nieuniknione w przypadku prawie wszystkich innych typów reaktorów. Wydłuża się czas pracy reaktora przy pełnej mocy i znacznie zwiększa się efektywność wykorzystania uranu.
Schemat strukturalny kanałowego reaktora wodno-grafitowego RBMK
Pierwszy RBMK o mocy elektrycznej 1000 MW został zainstalowany w Leningradzkiej Elektrowni Jądrowej, którą uruchomiono w 1973 roku. Te same reaktory zainstalowano w Czarnobylskiej Elektrowni Jądrowej.
Pod koniec 1983 roku w EJ Ignalinie uruchomiono pierwszy RBMK-1500. Tym samym w ciągu niespełna 30 lat moc jednostkowa reaktorów wzrosła 300-krotnie. Jeden RBMK-1500 ma taką samą moc, jak wszystkie elektrownie budowane w ramach planu GOELRO. Reaktor Ignalina przez kilka lat był najpotężniejszym na świecie.
Według Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej na świecie działają obecnie 443 cywilne reaktory jądrowe, a kolejnych 51 jest w budowie.
Główny panel kontrolny elektrowni jądrowej w Obnińsku
Elektrownia Obnińsk została zamknięta i wycofana z eksploatacji w kwietniu 2002 r., tj. pracowała bez awarii przez 48 lat, czyli o 18 lat dłużej niż pierwotnie planowano, aw tym czasie stacja przeszła tylko jeden remont generalny.
Trudno przecenić znaczenie pierwszej elektrowni jądrowej.Jej rola jest ogromna w rozwoju energetyki jądrowej, w uzasadnieniu rozwiązań technicznych zawartych w projektach kolejnych stacji, w szkoleniu wysoko wykwalifikowanej kadry.
W 2009 roku na bazie elektrowni jądrowej w Obnińsku utworzono muzeum energii jądrowej.