Современное состояние атомной энергетики России
Нынешний вклад атомных станций в энергетику страны значителен, и в последние годы он стабильно возрастает. Десять АЭС общей установленной мощностью в 22,2 ГВт произвели в 2002 году около 140 млрд кВт.ч электроэнергии, что составляет уже 16 % её общего производства. Как известно, АЭС России являются электростанциями федерального уровня. Их доля поставки электроэнергии на федеральный оптовый рынок энергии и мощности составляет 41 %. В энергетической зоне Центра России доля ядерной энергетики достигает
30 %, Северо-Запада – 40 %, Средней Волги и Юга – более 25 %. По ядерному энергетическому производству на АЭС Россия занимает пятое место в мире.
В 2000 и 2001 годах за счёт атомной энергетики было достигнуто около 50 % прироста производства электроэнергии, а в 2002 году – почти 100 %.
Принятые после чернобыльской аварии беспрецедентные меры по повышению безопасности позволяют надёжно эксплуатировать АЭС и предприятия ядерного топливного цикла, исключив в последние годы радиационные инциденты даже самого низкого уровня по классификации МАГАТЭ.
Безаварийная работа, а также подключение к сети первого блока Волгодонской АЭС и запланированный в этом году физический пуск очередного блока Калининской АЭС объективно демонстрируют, особенно в последние годы, свершившийся факт: окончание периода застоя в ядерной энергетике России. Государственное одобрение «ядерного» курса в энергетике содержится в принятой «Стратегии развития атомной энергетики России в первой половине XXI века», которая имеет конкретное отражение в инвестиционной программе электроэнергетики России. Рост российского производства ядерной энергии в последние годы за счёт улучшения использования установленной мощности был эквивалентен вводу в строй пяти энергоблоков мощностью 1 млн кВт каждый.
Необходимыми предпосылками и объективными условиями развития национальной атомной энергетики являются:
- устойчивое увеличение потребности в электроэнергии в ближайшие десятилетия;
- конкурентоспособность ядерной электро- и тепловой энергетики;
- сырьевое обеспечение;
- инвестиционные возможности и производственные мощности;
- экологически и политически приемлемые технологии обращения с отработавшим топливом и радиоактивными отходами.
Прогноз потребности в электроэнергии и ценовых показателей
Несмотря на запланированное снижение энергоёмкости валового продукта, энергетическая стратегия России предусматривает увеличение потребления электроэнергии
- ~ на 20 % к 2010 году и
- ~ на 50 % к 2020 году.
Изобилие и разнообразие энергетических ресурсов позволяет России проводить гибкую политику по удовлетворению своих энергетических потребностей в XXI веке. Страна располагает примерно 40 % мировых запасов природного газа и 5 % нефти, является третьим из крупнейших обладателей разведанных запасов угля. Однако необходимость устойчивого повышения производства энергии неизбежно будет сопровождаться истощением дешёвых ресурсов органического топлива.
Прогнозируемое снижение добычи природного газа в России и уже начавшийся вывод его из электроэнергетики ставит задачу восполнения потребления первичной энергии за счёт альтернативных источников, в первую очередь угля. Однако уголь является по существу региональным топливом, его перемещение в европейский регион войдёт в неизбежное противоречие с возможностями транспортной системы, что стимулирует переход на другие виды топлива. К тому же увеличение потребления угля будет сильно сдерживаться из-за экологических ограничений.
Растущая доля экспорта энергоресурсов является ещё одной важной чертой российского топливно-энергетического комплекса. За последние годы она составила 60 % внутреннего потребления энергетических ресурсов России. В течение двух следующих десятилетий объём поставок России на внешние рынки не должен существенно уменьшаться. Это необходимо для сохранения роли России – одного из ключевых партнёров в решении глобальных энергетических проблем.
В настоящее время себестоимость электроэнергии, вырабатываемой на АЭС, является самой низкой, уступая только гидроэнергетике, которая не может обеспечить запланированный прирост производства и поддерживать базисную нагрузку.
Сравнение тарифов атомных и тепловых станций показывает, что АЭС имеют значительный конкурентный запас по тарифу. Существенным моментом является то, что даже для передовых парогазовых электростанций затраты на топливо составляют около
70 %, в то время как для АЭС они остаются на уровне примерно 15 %. Этим объясняется ощутимое влияние на тепловую энергетику цен на топливо. При планируемом трёхкратном росте внутренних цен на газ к 2020 году за счёт вынужденной разработки труднодоступных месторождений себестоимость электроэнергии на парогазовых электростанциях возрастёт в 2,5 раза.
Очевидные стоимостные преимущества ядерной электроэнергии инициировали процесс заключения непосредственными потребителями прямых договоров с АЭС на покупку их дешёвой продукции. Примечательным фактом стало подписание в декабре прошлого года РАО «Газпром» и концерном «Росэнергоатом» совместного протокола о намерениях по повышению эффективности транспортировки природного газа с использованием электроэнергии АЭС для газотранспортных организаций. Это не только доказывает высокую конкурентоспособность ядерной электроэнергии, но свидетельствует о том, что в топливно-энергетическом комплексе начался процесс интеграции, и атомной энергетике отводится стабилизирующая роль в энергообеспечении этого процесса.
Неудивительно поэтому, что наиболее крупномасштабные предложения по экономии органического топлива в стране и обеспечению устойчивого развития России исходят от ядерно-энергетического сектора. Запланированный рост производства электроэнергии может быть достигнут в большой степени за счёт атомной энергетики.
Сырьевая база атомной энергетики
Принципиальным является вопрос об обеспечении атомной энергетики сырьём. Разведанные запасы природного урана в нашей стране составляют 165 тыс. т, по этому показателю мы занимаем 7-е место в мире.
Среднегодовая потребность в природном уране с учётом экспорта составит до 2010 года около 13 тыс. т и, при планируемых темпах развития, в 2010 – 2020 годах – 16–17 тыс. т. Простая арифметика показывает, что может наступить дефицит сырья.
Однако на проблему долгосрочного топливообеспечения ядерной энергетики на основе тепловых реакторов вплоть до перехода к энергетике на быстрых реакторах, имеющей практически неисчерпаемые сырьевые ресурсы, позволяют с оптимизмом смотреть следующие факторы:
- имеющиеся складские запасы урана, образованные в период предполагаемых высоких темпов развития ядерной энергетики;
- уран различной степени обогащения, высвобожденный ядерно-оружейным комплексом;
- дальнейшее усовершенствование разделительных технологий, которые уже сейчас превосходят мировой уровень, и их использование для извлечения урана-235, находящегося в отвалах, образовавшихся на ранней стадии деятельности обогатительных предприятий;
- перевод АЭС на топливо- сберегающий цикл, экономящий до 20 % природного урана;
- возврат в топливный цикл регенерированного урана, что сегодня удовлетворяет до 30 % потребностей АЭС России;
- увеличение добычи урана в России, в том числе за счёт резервных месторождений;
- создание совместных предприятий с Казахстаном, имеющим второе место в мире после Австралии по запасам урана – 629 тыс. т;
- оптимизация экспортно-импортной политики.
Российский ядерный топливный цикл
Немаловажным аргументом в пользу развития атомной энергетики является сложившаяся инфраструктура ядерного топливного цикла, который имеет все необходимые элементы и производственные мощности, обеспечивающие любой сценарий развития атомной энергетики в ближайшем десятилетии. В отличие от большинства стран с атомной энергетикой, которые интегрированы на международном уровне и зависят от конъюнктуры цен на рынке, национальный ядерный топливный цикл при необходимости может быть автономным.
Имеется также определённый избыток мощностей атомного машиностроения, который позволяет не только выполнять запланированную национальную программу, но и одновременно вести строительство пяти энергоблоков за рубежом.
Если говорить о стратегических планах развития атомной энергетики у нас в стране, то здесь целесообразно разделить среднесрочную и отдалённую перспективу.
В отдалённой перспективе длительное существование ядерной энергетики возможно при переходе к замкнутому топливному циклу с использованием быстрых реакторов. Эта стратегия определена в известных документах Минатома России и концептуально обозначена на международном уровне проектом ИНПРО, разрабатываемым под эгидой МАГАТЭ, а также проектом «Поколение IV», инициированным США.
В указанных документах предусматривается сооружение демонстрационных образцов быстрых реакторов, в том числе высокотемпературных для водородной энергетики, в период до 2030 года. Данные документы не рассматривают до 2030 года промышленное использование ториевого сырья. Таким образом, с большой долей вероятности можно утверждать, что до указанного периода времени и в более далёкой перспективе основу мировой и российской ядерной энергетики будут по-прежнему составлять водо-водяные тепловые реакторы.
В ближайший период увеличение выработки электроэнергии будет осуществляться за счёт повышения КИУМ, достройки блоков высокой и средней степени готовности на Калининской, Курской, Волгодонской и Балаковской АЭС, а также модернизации и продления срока службы действующих АЭС. Планируемое повышение КИУМ к 2010 году до 81 % эквивалентно вводу в строй 3-х новых блоков-миллионников.
Такое развитие атомной энергетики может осуществляться при использовании собственных инвестиций Минатома без привлечения средств извне, что также является преимуществом отрасли.
Развитие после 2010 года имеет ряд трудностей, поскольку будут достроены блоки с высокой и средней степенью готовности при одновременном снижении темпов увеличения КИУМ. В период после 2010 года развитие должно быть основано на блоках ВВЭР нового поколения. Это требует существенного увеличения инвестиций, которые могут быть получены отраслью за счёт ценовой политики на рынке электроэнергии, а также при централизованной поддержке государства.
Последнее очень важно, но для этого в ближайшее десятилетие надо доказать широкой общественности, специалистам это и так понятно, что атомная энергетика действительно стала безопасной и является весомым стабилизирующим фактором, без которого невозможно обеспечить энергетическую безопасность страны.
В период после 2010 года планируется пуск первых реакторов будущего, использующих новые виды топлива: быстрый реактор с натриевым теплоносителем БН–800, быстрый реактор со свинцовым теплоносителем БРЕСТ, модульный реактор с гелиевым теплоносителем ГТ–МГР. Главной задачей этих реакторов является не подтверждение физических принципов их работы, а исследование их безопасности и уровня возможных технико-экономических показателей, в том числе и при использовании передовых газотурбинных технологий.
На этот период также запланирована опытная эксплуатация прототипа АТЭЦ малой мощности с реакторами судового типа и стационарной АТЭЦ средней мощности. Преимущества и необходимость развития этого типа энергетики очевидны, особенно на фоне смещения добывающей промышленности в труднодоступные районы Крайнего Севера России.
В целом, текущая фаза развития атомной энергетики подтвердила жизнеспособность ядерной энергии. Принципиальные пути решения этих проблем уже известны, и после их реализации в текущем столетии станет возможным начало новой фазы использования ядерной энергии – крупномасштабного ядерно-энергетического развития.
Обращение с ОЯТ
Обращение с отработанным топливом и радиоактивными отходами является важной областью функционирования и развития атомной энергетики.
Как известно, в мире существует три концепции обращения с отработавшим топливом: переработка ОЯТ на радиохимических заводах для повторного вовлечения в топливный цикл урана и плутония, прямое захоронение ОЯТ и длительное хранение с отложенным решением.
Та или иная концепция обращения с ОЯТ зависит от принятой национальной стратегии в отношении развития атомной энергетики и её роли в будущем энергообеспечении.
Очевидно, что разнообразные виды топлива, которые были опробованы в период становления атомной энергетики, как у нас, так и в ведущих ядерных державах, не представляют интереса для регенерации и подлежат прямому захоронению как отходы. Однако это несущественная часть общего объёма ОЯТ.
Теоретически, при многократном замыкании ядерного топливного цикла тепловых реакторов по урану и плутонию возможно повысить в несколько раз долю использования природного урана и тем самым увеличить эффективный сырьевой потенциал. Однако с позиции стоимости электроэнергии в условиях больших запасов относительно дешёвого урана цикл с переработкой отработавшего топлива экономически менее эффективен, чем открытый топливный цикл. Вовлечение плутония в цикл сопровождается удорожанием топлива, а при многократном замыкании топливного цикла по урану возникает проблема чётных изотопов урана, которые ухудшают нейтронно-физические характеристики топлива или существенно повышают его радиоактивность. Без создания специальных разделительных каскадов невозможно многократно рециклировать по урану отработавшее топливо. При увеличении глубины выгорания топлива и соответствующего накопления чётных изотопов урана даже одноразовое замыкание по урану при современной технологии может стать проблематичным.
Очевидно, что это не относится к ЯТЦ быстрых реакторов, замыкание цикла которых по урану и плутонию является необходимым условием развития широкомасштабной ядерной энергетики.
В России в настоящее время продолжает действовать радиохимический завод РТ–1, пущенный в середине 70-х годов с проектной мощностью 400 т тяжелого металла в год и осуществляющий одноразовое замыкание топливного цикла по урану-235. Экономическая выгода переработки части топлива обусловлена своеобразием сложившейся структуры большой и малой, в том числе и военной, ядерной энергетики. Целесообразность переработки отработанного высокообогащённого топлива очевидна ввиду высокого остаточного содержания урана-235. Смешение высокообогащённого регенерированного урана с ураном, полученным из отработавшего топлива ВВЭР–440, имеющего относительно низкое выгорание по урану-235, позволяет получать слабообогащённое топливо для реакторов РБМК. На период модернизации завода также запланирована переработка отработавшего топлива ВВЭР–1000 с высоким содержанием урана-235.
Для основного количества ОЯТ в России принята концепция промежуточного хранения, что не является отложенным решением, а рассматривается как технологическая стадия, которая существенно снижает радиоактивность продукта и облегчает дальнейшую радиохимическую переработку в целях сырьевого обеспечения широкомасштабной энергетики будущего.
Минатом уже приступил к практической реализации своей концепции, начав работы по созданию централизованного хранилища ОЯТ на Горно-химическом комбинате, где в более далёкой перспективе запланировано размещение радиохимического комплекса РТ–2.
Накопление ОЯТ происходит во множестве географических регионов, нецентрализованно, проводится по различным стандартам. Поскольку из ОЯТ уже хорошо известными химическими технологиями может быть выделен энергетический плутоний, пригодный для создания ядерного взрывного устройства, а также радионуклиды, которые могут быть использованы для создания радиологической «грязной» бомбы, то возникает и политический аспект этой проблемы.
В этой связи понятны усилия Минатома по подготовке нормативно-правовой и технической базы для осуществления централизованного долговременного хранилища ОЯТ, в том числе и зарубежного происхождения, на территории России. Только курс на создание хранилищ большой мощности на территории стран, имеющих собственное ядерное оружие и не нуждающихся в использовании плутония из ОЯТ для военных целей, может обеспечить принцип нераспространения ядерных материалов и снизить риск возможного радиоактивного загрязнения окружающей среды.
Обращение с РАО
Если вернуться к первому тезису, то есть к необходимым условиям развития атомной энергетики, то нельзя не остановиться на проблеме обращения с радиоактивными отходами, особенно с высоким уровнем активности.
Промышленные технологии иммобилизации и окончательного удаления среднеактивных и низкоактивных отходов разработаны и действуют, однако проблема окончательного размещения высокоактивных отходов до сих пор находится в стадии изучения.
Технология обращения с РАО – весьма специфическая область с точки зрения экономики, поскольку не относится к обычной индустрии, где спрос и предложение взаимосвязаны.
Теоретически при использовании технологии фракционирования и трансмутации возможно минимизировать количество и снизить активность РАО, однако ввиду технической сложности в ближайшее время технологии трансмутации вряд ли найдут применение.
На заводе РТ–1 ПО «Маяк» помимо перевода РАО в алюмо-фосфатное стекло применяется фракционирование нуклидов по уровню активности и другим свойствам. Как перспективные рассматриваются технологии заключения наиболее опасных радионуклидов в минералоподобные матрицы. Если для обычных радионуклидов можно найти существующие аналоги химически стойких минералов, то для плутония и младших актиноидов это требует большого объёма исследований, поскольку в природе они не встречаются.
ИТЭР
Альтернативой ядерной энергетики будущего может стать термоядерная энергетика. Значительный объём исследований в области управляемого термоядерного синтеза сделал возможным создание проекта Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР), выполненного в тесной международной кооперации с участием России. Однако планируемая стоимость энергии, инновационный характер проекта не позволяют рассчитывать на значительную долю этого вида энергии в национальном энергообеспечении в первой половине XXI века даже при самых оптимистичных прогнозах. В то же время за пределами текущего века ядерная энергетика синтеза может стать одним из наиболее эффективных решений энергетических проблем будущего.
Таким образом, с позиций современных знаний атомная энергетика в XXI веке будет стабилизирующим фактором энергообеспечения человечества, причём не конкурирующим, а дополняющим другие виды энергопроизводства.
Выводы
В заключение хотелось бы отметить, что Россия взяла чёткий курс на развитие атомной энергетики, её интеграции в топливно-энергетический комплекс.
Инициатива президента России В.В. Путина содержит призыв к международному сотрудничеству в области высоких технологий на одном из ключевых направлений развития цивилизации, где Россия имеет сегодня сильные позиции. Мы готовы использовать накопленный в России потенциал, вступая в международное научно-техническое сотрудничество по крупномасштабной ядерной энергетике XXI века.
