Инженеры в Китае впервые успешно выработали электроэнергию с помощью турбины мегаваттного класса, работающей исключительно на чистом гелии. Объект построен компанией CNNC Huaxing, дочерним предприятием Китайской национальной ядерной корпорации (CNNC). Это первый в стране случай, когда высокомощная турбина приводится в действие гелием в качестве основного рабочего тела.
Испытания предоставили важные инженерные данные, необходимые для перехода малых газоохлаждаемых реакторов от чертежей к серийному производству.
Замкнутый цикл с гелием
Традиционные электростанции полагаются на пар или открытые газовые системы, которые выбрасывают рабочее тело после одного цикла. Новая испытательная установка использует замкнутую систему цикла Брайтона. Конструкция удерживает чистый гелий внутри герметичной сети трубопроводов, постоянно рециркулируя газ, что предотвращает потери тепла и поддерживает стабильное внутреннее давление.
Гелий обладает уникальными физическими преимуществами для высокотемпературных ядерных сред. Он химически инертен, что исключает коррозию внутренних компонентов реактора даже при экстремальных температурах. Благодаря лёгкости, гелий быстро расширяется под воздействием тепла, приводя в движение специализированные лопасти турбины с минимальными потерями энергии.
«В отличие от традиционной открытой системы с режимом „использовать и выбросить», этот испытательный стенд — точный и строгий „энергетический диспетчер», позволяющий гелию многократно циркулировать в замкнутом трубопроводе, что значительно повышает эффективность и стабильность работы», — отметили в CNNC.
Требования к точности инженерии
Однако удержание гелия требует прецизионной инженерии. Поскольку атомы гелия очень малы, инженерам пришлось спроектировать герметичный контур так, чтобы он выдерживал высокое давление без микропротечек.
Строительство стенда потребовало тесной интеграции строительных работ и специализированного ядерного оборудования. Специалистам CNNC Huaxing пришлось собирать тяжёлые конструктивные элементы, сохраняя выравнивание с точностью до микрона для высокоскоростной турбинной системы. Отклонение компонентов даже на долю миллиметра могло вызвать сильные вибрации и разрушить гелиевые уплотнения. Рабочие сварили и проверили каждый стык труб, чтобы гарантировать герметичность контура.
«Столкнувшись с серией технических вызовов, включая междисциплинарное строительство испытательного стенда, сложные строительные работы и специальные трубопроводы, а также требования к точности монтажа на микроуровне, CNNC Huaxing опиралась на оптимизацию процессов и технологические прорывы, чтобы поэтапно преодолеть все трудности и успешно завершить проект», — заключили в компании.
Глобальный тренд к газоохлаждаемым микрореакторам
Испытание подчёркивает более широкий глобальный сдвиг в сторону высокотемпературных газоохлаждаемых микрореакторов. В США Военно-воздушные силы недавно выбрали компанию NANO Nuclear Energy для адаптации технологии микрореактора KRONOS для военных баз. Как и китайская испытательная установка, конструкция KRONOS использует инертный гелий вместо жидкой воды для охлаждения активной зоны реактора.
Поскольку гелий заменяет воду в качестве теплоносителя, такие реакторы не требуют размещения вблизи рек или побережий. Это позволяет компактным автономным ядерным генераторам работать в изолированных военных гарнизонах и удалённых промышленных объектах.