Один из транспортеров ТЭС-3#

ТЭС-3: мобильность, которая требовала подготовки площадки#

Самоходную атомную электростанцию задумывали как источник энергии для удалённых потребителей: её основные агрегаты должны были прибывать к ним на гусеничных машинах. Однако после доставки всё равно требовались земляные и строительные работы, прокладка коммуникаций и организация охлаждения. Это стало очевидно уже во время испытаний в Обнинске.

7 июня 1961 года реактор ТЭС-3 достиг критичности. 13 октября того же года турбина впервые приняла полезную электрическую нагрузку, и станция начала подавать электричество в систему «Мосэнерго». К 65-летию этого события важно рассмотреть не только устройство комплекса, но и пределы его транспортабельности: какое оборудование можно было привезти готовым, а что приходилось создавать на месте.

Задача для удалённых районов#

Для рудника, посёлка или угольного разреза, расположенных вдали от промышленной инфраструктуры, главной проблемой было не только производство электроэнергии, но и доставка всего необходимого. На Севере и в Сибири топливо для обычной электростанции пришлось бы регулярно завозить. Кроме того, требовались строительные материалы, оборудование и специалисты. Их нужно было доставлять туда, где промышленная база нередко заканчивалась задолго до самой площадки.

Вместо перевозки разрозненных агрегатов конструкторы предложили доставлять станцию, собранную и испытанную на заводе. На месте оставалось выполнить монтаж, но объём работ предполагалось ограничить. Такой подход должен был уменьшить вероятность непредвиденных проблем вдали от заводов — например, в тайге или на удалённом промысле.

Идею мобильной атомной электростанции в 1955 году выдвинул Ефим Славский. Обсуждались разные варианты транспортировки, в том числе атомный энергопоезд. В октябре 1956 года остановились на водо-водяной станции, установленной на гусеничных платформах. Эскизный проект разработали в 1957 году; среди его авторов были Юрий Сергеев и Дмитрий Бродер.

Предполагалось, что большую часть маршрута комплекс преодолеет по железной дороге, а от конечной станции до потребителя доберётся самостоятельно. Между переездами ТЭС-3 должна была работать на заранее подготовленной площадке, а не просто останавливаться в случайном подходящем месте.

Четыре платформы и единый энергетический цикл#

Оборудование разместили на удлинённых шасси, созданных на базе тяжёлого танка Т-10. На каждой стороне платформы находилось по десять опорных катков, а сверху располагались специальные корпуса вагонного типа. Общая масса четырёх самоходных машин с оборудованием составляла около 310 тонн.

Распределение агрегатов описано Н. Ю. Науменко и И. М. Мохиревой в статье, опубликованной в журнале «Известия вузов. Ядерная энергетика», № 1 за 2022 год. На первой платформе разместили реактор и системы, обеспечивавшие его работу. Вторая предназначалась для парогенераторного оборудования и циркуляционных насосов. На третьей установили турбогенератор, а четвёртую отвели под управление и вспомогательные системы.

Рабочий процесс строился следующим образом. Вода первого контура нагревалась в реакторе и передавала тепло воде второго контура через парогенераторы. Во втором контуре образовывался пар, который приводил в движение турбину, соединённую с электрогенератором. Затем пар охлаждался, конденсировался и возвращался в цикл.

Тепловая мощность реактора достигала 8,8 МВт, тогда как номинальная электрическая мощность генератора составляла 1,5 МВт. Оставшиеся 7,3 МВт нельзя было преобразовать в электричество — это тепло требовалось отводить системой охлаждения. Поэтому доставка тяжёлых машин была лишь одной частью задачи: для работы станции необходимо было также организовать отвод тепла.

Что требовалось построить на площадке#

После прибытия платформы соединяли трубопроводами и кабелями. Реактор и оборудование первого контура нуждались в радиационной защите. В Обнинске их установили в траншее глубиной примерно 2,8 метра. Её стены и перекрытие выполнили из сборного железобетона, а снаружи засыпали грунтом.

Платформы с турбогенератором и системой управления оставались над землёй. Таким образом, часть станции действительно доставлялась в собранном виде, но для защиты другого оборудования её приходилось включать в сооружение, созданное на месте.

Грунт обеспечивал дополнительную защитную массу без необходимости перевозить её целиком, однако до запуска требовались земляные и строительные работы. Платформа с реактором имела собственную перевозимую защиту, в том числе необходимую при обращении с остановленным реактором. Но во время работы на мощности её было недостаточно: требовались дополнительные защитные сооружения на площадке.

Отвод тепла также зависел от условий на месте. После остановки реактор продолжал выделять остаточное тепло; при перевозке его отводили воздушным радиатором. Во время выработки электричества технической водой охлаждался конденсатор турбины.

В Обнинске нагретую воду сбрасывали в брызгальный бассейн институтской ТЭЦ. Такой порядок описан Науменко и Мохиревой. Опытная ТЭС-3 использовала уже существовавшее хозяйство Физико-энергетического института (ФЭИ). Для работы на удалённом объекте потребовалось бы самостоятельно определить источник охлаждающей воды и место, куда отводить полученное тепло.

Испытания и выход на проектную мощность#

Комплексные заводские испытания завершились в июне 1960 года. Их проводили без загрузки ядерного топлива. В августе ТЭС-3 доставили на площадку ФЭИ в Обнинске, рядом с Первой АЭС, где начали подготовку к физическому и энергетическому пускам.

Первая полезная электрическая нагрузка была принята 13 октября 1961 года. После этого испытания продолжились: требовалось оценить поведение комплекса в рабочих режимах, а не только проверить запуск и передачу электричества в сеть.

Номинальной электрической мощности — 1,5 МВт — станция достигла 19 февраля 1962 года. Эта дата указана в разделе «Главные вехи» проекта «История Росатома». Последующая эксплуатация позволила оценить надёжность агрегатов и удобство обслуживания оборудования, распределённого между несколькими машинами.

Насос, который остановил работу#

В «Истории Росатома» сообщается о поломке главного циркуляционного насоса первого контура. Для его замены потребовался продолжительный останов станции. Причина неисправности и точная длительность простоя в этой публикации не приводятся.

Этот эпизод показывает практическую сторону эксплуатации автономного энергоблока. Запас топлива мог обеспечивать длительную работу, а тепловыделяющие элементы могли оставаться неповреждёнными, но циркуляция теплоносителя всё равно зависела от насоса. При его отказе требовалось добраться до агрегата, заменить его и проверить контур. Пока шли эти работы, станция не вырабатывала электричество.

Масштаб комплекса не отменял зависимости от отдельных узлов: даже атомный реактор на четырёх гусеничных платформах требовал возможности отремонтировать конкретное оборудование.

ТЭС-3 обслуживала смена из трёх человек, входивших в персонал Первой АЭС. Авторы статьи 2022 года положительно оценивали управляемость станции и удобство её обслуживания, а также указывали, что радиационных аварий не было.

При этом в отраслевой исторической публикации отмечались и сложности. Пульты управления находились на разных машинах, что затрудняло эксплуатацию и увеличивало потребность в персонале. Вопросы возникли и с баком биологической защиты: при дальнейшем совершенствовании конструкции предлагалось отказаться от него.

Юрий Гагарин на ТЭС-3#

Итоги проекта#

После завершения первой топливной кампании реактор остановили. Для второй кампании заранее планировали подготовить новую активную зону и продолжить эксперименты, однако до этого не дошло: работы прекратили. «История Росатома» связывает прекращение проекта с отказом Министерства обороны развивать это направление, не раскрывая мотивов решения.

Нет оснований утверждать, что программу закрыли из-за массы ТЭС-3 или поломки насоса. Неисправность вывела из строя конкретный агрегат, но сама по себе не определяла дальнейшую судьбу всего проекта.

Главным результатом стала проверка работоспособности энергоблока, составленного из перевозимых модулей. Советские инженеры довели его до номинальной электрической мощности и испытали в эксплуатации. Однако до серийного производства подобных станций дело не дошло.

Опыт ТЭС-3 показал, насколько далеко в то время можно было продвинуться в создании мобильной энергетики. Основное оборудование удавалось доставить к потребителю на гусеничных платформах, причём машины могли передвигаться своим ходом. Но площадка всё равно нуждалась в траншее, бетонных конструкциях, трубопроводах, кабелях и системе охлаждения. Платформы обеспечивали доставку станции, а её полноценная работа начиналась уже с подготовки инфраструктуры на месте.