Atom Mirnyj Bolszoj, część 2

Pojedynczy blok w polskiej elektrowni węglowej z lat ’70 produkował 120-200 MW energii elektrycznej. We współczesnym bloku tego typu możemy wytworzyć 900-1100 MW. Nasze elektrownie wodne w zdecydowanej większości (ponad 700 obiektów) produkują 0,1-10 MW, a największa „Solina” potrafi dostarczyć do sieci około 200 MW. Lądowe turbiny wiatrowe wytwarzają 1,5-7 MW energii elektrycznej, a turbiny morskie dochodzą nawet do 18 MW – przy czym należy pamiętać, że wartości te są zależne od siły wiatru, więc średnie wykorzystanie możliwości „wiatraków” wynosi 25-30%. Panel fotowoltaiczny w „pełnym słońcu” to jedynie 350-450 W. A ile energii elektrycznej jesteśmy w stanie wyprodukować z użyciem reaktora jądrowego?  

Instytut Kurczatowa prace koncepcyjne nad cywilnym reaktorem jądrowym (do celów energetycznych) rozpoczął już w 1949 r. Opracowaniem teoretycznym zajmował się Sawielij Feinberg, natomiast za konstrukcję reaktora miał odpowiadać Nikołaj Dolleżal. Podobnie jak w przypadku technologii reaktorowej dla okrętów podwodnych, prace te pozostawały w sferze teoretycznej aż do śmierci Stalina. Pierwszy radziecki cywilny reaktor jądrowy do produkcji energii elektrycznej – AM-1 (Atom Mirnyj 1 – Pokojowy Atom 1) a zarazem pierwszą europejską elektrownię jądrową uruchomiono 27 czerwca 1954 r. w Obnińsku, mieście położonym około 120 km na południowy zachód od Moskwy. Podobnie jak konstrukcje wojskowe, AM-1 był reaktorem kanałowym, z moderatorem w postaci grafitu, chłodzonym wodą lekką. Rdzeń załadowany 560 kg ₂₃₅U o wzbogaceniu 5% generował 30 MW ciepła. Ogrzewana w rdzeniu woda zamieniała się w parę i napędzała turbiny generatora prądu o mocy 5 MW. Mimo niewielkiej mocy, reaktor AM-1 miał ogromne znaczenie propagandowe. Pierwszą w Europie elektrownię jądrową odwiedzili między innymi Jawaharlal Nehru (pierwszy premier niepodległych Indii), Kim Ir Sen (Korea Północna) oraz Ho Chi Minh (Wietnam Północny). W propagandzie ZSRR dużą rolę odgrywał portret „kobiety pracującej” – o Walentynie Tierieszkowej, pierwszej kobiecie w kosmosie słyszał prawie każdy, minimalnie interesujący się historią podboju kosmosu. Podobnie w przypadku elektrowni w Obnińsku pierwszą na świecie kobietą – operatorem reaktora jądrowego, została Taisija Kołyżenkowa. Ponadto AM-1 pełnił rolę szkoleniową dla przyszłych operatorów, oraz testową dla elementów mających  powstać w przyszłości reaktorów. Obnińska elektrownia pracowała do 29 kwietnia 2002 roku.

Projekt reaktora AM-1 stanowił podstawę konstrukcji kolejnych dwóch reaktorów pracujących w drugiej radzieckiej eksperymentalnej elektrowni jądrowej – w Biełorajsku, miasteczku położonym około 60 km na wschód od Jekaterynburga. Uruchomiony w 1964 r. reaktor AMB-1 (Atom Mirnyj Bolszoj – Wielki Pokojowy Atom) nazywany również AMB-100 wytwarzał 100 MW energii elektrycznej, a uruchomiony w 1967 r.  AMB-2 (AMB-200) dzięki wykorzystaniu przegrzewu pary w reaktorze produkował 200 MW energii elektrycznej. Rdzeń reaktora miał 9,6 m średnicy oraz 9 m wysokości i zbudowany był z grafitowych bloczków o wymiarach podstawy 20x20cm oraz wysokości 60cm. Reaktory te uważane są za prototypy „najsłynniejszych” radzieckich reaktorów RBMK. Do sterowania i nadzoru pracy reaktorów stworzono system komputerowy KARAT, którego zadaniem było zbieranie i archiwizacja danych pochodzących z czujników reaktorów, monitorowanie parametrów bezpieczeństwa oraz wspomaganie operatorów przy regulacji mocy.

Ciekawą wariacją na temat reaktorów AM/AMB są uruchomiane od 1974 r. cztery jednostki EGP-6 w elektrowni jądrowej Bilibino (okręg Czukocki).  Pojedynczy reaktor wytwarza 12 MW mocy elektrycznej, a dzięki zmodyfikowaniu kaset paliwowych do chłodzenia reaktora wystarczy naturalna cyrkulacja wody (bez użycia pomp).

Druga linia pierwotnie eksperymentalnych radzieckich elektrowni jądrowych wywodzi się z reaktorów zaprojektowanych na potrzeby okrętów podwodnych. Reaktory WWER (Wodo-Wodianoj Energeticzeskij Rieaktor – wodno-wodny reaktor energetyczny) są odpowiednikiem zachodnich jednostek PWR (Pressurized Water Reactor – reaktor wodny ciśnieniowy) i różnią się od nich przede wszystkim ułożeniem wytwornic pary oraz kształtem kaset paliwowych. Patronat naukowy nad projektem reaktora objął Instytut Kurczatowa, podstawy teoretyczne opracował Sawielij Feinberg a za konstrukcję odpowiedzialne było przedsiębiorstwo OKB Gidropress. Elementem charakterystycznym dla reaktorów WWER (a także PWR) jest wykonany z odpornej na promieniowanie stali ferrytycznej zbiornik ciśnieniowy, w którym umieszczony jest rdzeń reaktora. Ściany zbiornika są bardzo grube – zazwyczaj w zakresie 100-200 mm, a wnętrze jest dodatkowo pokryte warstwą stali nierdzewnej. Do zbiornika wtłaczana jest woda pod ciśnieniem 15-16 MPa, która w kontakcie z kasetami paliwowymi nagrzewa się do temperatury około 320-330^oC. W układzie tym woda pełni zarówno rolę chłodziwa jak i moderatora (stąd nazwa wodno-wodny). Krążąca w obiegu pierwotnym (reaktorowym) woda przechodziła przez generator pary, tworząc parę wodną poruszającą śmigła turbiny generatorów prądu elektrycznego w obiegu wtórnym. Pierwszy tego typu reaktor – WWER-210 – został uruchomiony w 1964 r. jako pierwszy blok elektrowni jądrowej w Nowoworoneżu (na terenie sąsiadującego z Ukrainą obwodu woroneskiego). Zgodnie z nazwą generował on 210 MW energii elektrycznej. Drugi blok tej elektrowni oddano do eksploatacji w 1969 roku a pracował w nim udoskonalony reaktor WWER-365 o mocy elektrycznej 365 MW. Rok później uruchomiona została kolejna wersja reaktora o mocy 440 MW, czyli jak można się domyślić WWER-440 – model ten stał się podstawą radzieckiego eksportu technologii energetyki jądrowej do zaprzyjaźnionych krajów. Reaktory WWER-440 pracują do dziś w europejskich elektrowniach jądrowych takich jak: Bochunice, Mochovce (obydwie na Słowacji), Dukovany (Czechy), Paks (Węgry), Równe, Chmielnicki (obydwie na Ukrainie), Loviisa (Finlandia). Reaktory WWER-440 miały pracować także w niedokończonej polskiej elektrowni jądrowej Żarnowiec. Kolejne wersje rozwojowe tego typu reaktorów uruchamiano podobnie jak poprzednie w elektrowni jądrowej Nowoworoneż, a były to odpowiednio model WWER-1000 w 1981 roku oraz WWER-1200 w 2017 roku.

W 1965 r. wśród naukowców Instytutu Kurczatowa zrodziła się idea reaktora dwufunkcyjnego – produkującego energię elektryczną dla potrzeb cywilnych oraz pluton dla potrzeb wojskowych. Wstępny projekt zakładał wytwarzanie 4000 MW ciepła oraz 1000 MW energii elektrycznej. Projekt otrzymał nazwę RBMK (Rieaktor Bolszoj Moszcznosti Kanalnyj – Reaktor Kanałowy Dużej Mocy). Do połowy lat ’60 XX wieku radziecka energetyka jądrowa pozostawała w fazie eksperymentalnej i mimo pionierskich rozwiązań ZSRR w tej dziedzinie został daleko w tyle nie tylko za USA ale także państwami Europy Zachodniej, a podstawowym źródłem energii elektrycznej w Związku Radzieckim były elektrownie węglowe. O ile rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną dało się rozwiązać budową kolejnych elektrowni węglowych, tak rzucona przez zachód rękawica w wyścigu rozwoju technologii jądrowej nie mogła w ZSRR pozostać bez odpowiedzi. Budowę pierwszej elektrowni atomowej mającej pokazać wyższość radzieckiej nauki nad zachodnią powierzona została, jako najbardziej doświadczonemu w temacie – Ministerstwu Budowy Maszyn Średnich. Ministerstwo to, jak sama nazwa wskazuje, było odpowiedzialne za przemysł zbrojeniowy z gałęzią jądrową włącznie. W 1966 roku minister Jefim Sławski wezwał na konsultacje przedstawicieli Instytutu Kurczatowa, celem wyboru technologii oraz lokalizacji nowej elektrowni jądrowej. Podczas tego spotkania, Sawielij Feinberg zaprezentował projekt idealnego reaktora przeznaczonego do produkcji dużych ilości energii elektrycznej oraz (co było jego oczkiem w głowie) plutonu. Sławski miał wtedy odpowiedzieć „Sawielij, plutonu mamy pod dostatkiem, stwórzcie niezawodny reaktor energetyczny.” Powstaje zatem pytanie, czy Minister Sławski blefował chcąc ostudzić zapędy Feinberga, czy też jego słowa były zgodne z radziecką rzeczywistością? W 1966 wojskowe reaktory jądrowe w ZSRR wyprodukowały 3600 kg ₂₃₉Pu, a sumując produkcję od uruchomienia reaktora „A” było to około 23 t ₂₃₉Pu. Do wyprodukowania bomby atomowej potrzeba około 15 kg czystego ₂₃₉Pu, lub 10 kg ₂₃₉Pu otoczonego płaszczem z ₂₃₅U, a po zastosowaniu odpowiednich reflektorów neutronowych wymagana ilość ₂₃₉Pu spada do około 5 kg. Ostatecznie mając do wyboru technologie RBMK oraz WWER, Feinbergowi udało się przekonać Sławskiego do pierwszej z nich. Różnice zdań pojawiły się także w przypadku wyboru lokalizacji elektrowni – Nikołaj Dolleżal ze względów bezpieczeństwa proponował niezamieszkałe tereny Syberii, natomiast Anatolij Aleksandrow przekonywał, że radzieckie reaktory są tak bezpieczne, iż można by je budować nawet na Placu Czerwonym. 29 września 1966 r. Rada Ministrów ZSRR oraz Komitet Centralny Komunistycznej Partii Związku Radzieckiego podjęły uchwałę „O planie budowy i oddawania do eksploatacji elektrowni jądrowych”. Dokument ten określał program budowy elektrowni jądrowych w latach 1966-1975 w oparciu o reaktory RBMK-1000. Ponadto, pierwszym obiektem tego typu miała być Leningradzka Elektrownia Jądrowa. Zgodnie z uchwałą za budowę tego obiektu odpowiadało Ministerstwo Budowy Maszyn Średnich (J. Sławski), za konsultacje naukowe odpowiadał Instytut Kurczatowa (A. Aleksandrow, S. Feinberg) a projektantem zostało biuro NIKIET (N. Dolleżal).

Elektrownie Jądrowe w oparciu o reaktory RBMK planowano początkowo wybudować w czterech lokacjach:

1. Leningradzka Elektrownia Jądrowa. Położona około 70 km na zachód od Leningradu (obecnie Petersburga), w pobliżu osady Sosnowy Bór nad Zatoką Koporską, stanowiącą część Zatoki Fińskiej. Pierwsze prace budowlane rozpoczęto 1 marca 1970 r., a reaktor Leningrad-1 podłączono do sieci energetycznej 21 grudnia 1973 r. W tym samym roku, osada Sosnowy Bór rozbudowana dla potrzeb pracowników elektrowni uzyskała prawa miejskie. Ostatecznie w elektrowni pracowały cztery reaktory RBMK-1000 generujące 4000 MW energii elektrycznej. Reaktor Leningrad-1 został wyłączony w 2018 r., reaktor Leningrad-2 został wyłączony w 2020 r. a reaktory Leningrad-3 oraz Leningrad-4 pracują do dziś.
   
   
2. Kurska Elektrownia Atomowa. Położona około 60 km na zachód od miasta Kursk. Dla potrzeb pracowników elektrowni w 1968 r. założono miasto Kurczatow. Pierwsze prace przy budowie elektrowni rozpoczęto 1 czerwca 1972 r. A reaktor Kursk-1 podłączono do sieci 19 grudnia 1976 r. Po wybudowaniu Leningradzkiej Elektrowni Jądrowej odpowiedzialność za budowę kolejnych bloków RBMK przeniesiono na Ministerstwo Energetyki, co generowało pewne trudności związane z uzyskaniem potrzebnych materiałów budowlanych oraz aparatury – co było spowodowane niższym priorytetem zamówień cywilnych w stosunku do zamówień wojskowych. W Kurskiej Elektrowni Jądrowej pracowały cztery reaktory RBMK-1000 o mocy elektrycznej 1000 MW każdy. Jednostkę Kursk-1 wyłączono z eksploatacji w 2021 r. a Kursk-2 w 2024 r. Reaktory Kursk-3 oraz Kursk-4 pracują do dziś. Budowę kolejnych bloków przerwano – odpowiednio Kursk-6 w 1996 r. a Kursk-5 w 2012 r.
   
3. Czarnobylska Elektrownia Jądrowa. Położona około 18 km na północny zachód od miasteczka Czarnobyl, w pobliżu osady Kopaczi. Dla potrzeb pracowników elektrowni 4 lutego 1970 r. utworzono miasto Prypeć. Pierwsze prace przy budowie elektrowni rozpoczęto 15 sierpnia 1972 r. Reaktor Czarnobyl-1 o mocy elektrycznej 800 MW oddano do eksploatacji 26 września 1977 r. a został on wyłączony z eksploatacji w 1996 r. Ponadto pracowały tam reaktory Czarnobyl-2 (moc elektryczna 1000 MW) wyłączony w 1991 r., Czarnobyl-3 (1000 MW mocy elektrycznej) wyłączony w 2000 r. oraz Czarnobyl-4 (1000 MW mocy elektrycznej) zniszczony 26 kwietnia 1986 r. Elektrownię planowano rozbudować do 8 lub 12 (w zależności od źródeł) reaktorów. Ostatecznie budowę reaktorów Czarnobyl-5 i Czarnobyl-6 przerwano w 1988 r.
   
4. Smoleńska Elektrownia Atomowa. Położona około 150 km na południowy wschód od miasta Smoleńsk. W 1974 r. na potrzeby pracowników elektrowni wybudowano miasto Diesnogorsk. Pierwsze prace budowlane rozpoczęto 1 października 1975 r. a reaktor Smoleńsk-1 o mocy 1000 MW podłączono do sieci 9 grudnia 1982 r. Jednostka ta podobnie jak kolejne 1000 MW Smoleńsk-2 oraz Smoleńsk-3 pracują do dziś. Budowę czwartego bloku elektrowni przerwano w 1993 r.

 Po 1975 r. zaplanowano budowę kolejnych dwóch elektrowni atomowych:

1. Ignalińska Elektrownia Jądrowa. Położona obecnie na Litwie, około 50 km na północny wschód od miasta Ignalino. W 1975 r. dla pracowników elektrowni wybudowano miasto Wisaginia. Pierwsze prace budowlane elektrowni rozpoczęto 1 stycznia 1978 r. a reaktor RBMK-1500 Ignalina-1 o mocy elektrycznej 1500 MW podłączono do sieci w grudniu 1983 r. a wyłączono z eksploatacji w 2004 r. W Ignalińskiej elektrowni pracowała również druga jednostka RBMK-1500, którą wyłączono w 2009 r. Budowę bloku Ignalina-3 przerwano w 1988 r. równocześnie z anulowaniem projektu budowy kolejnej jednostki Ignalina-4.  
2. Elektrownia Jądrowa Kostroma – miała znajdować się w okolicach miasta Buj znajdującego się około 100 km na północny wschód od miasta Kostroma. W 1979 r. rozpoczęto budowę podstawowej infrastruktury oraz osiedla dla pracowników. Początkowo planowano uruchomić tam dwa reaktory RBMK-2400 jednak budowa tak dużych jednostek okazała się niemożliwa. Następnie plany zmieniono na bloki RBMK-1500 – czyli odpowiedniki budowanych w Ignalińskiej Elektrowni Jądrowej. Z powodu protestów mieszkańców, w wyniku przeprowadzonego referendum budowę obiektu przerwano w 1990 r. W późniejszym okresie planowano jeszcze budowę elektrowni w oparciu o reaktory WWER jednak te plany również nie zostały zrealizowane.

c.d.n.