Андрианов Ядерные технологии история, состояние, перспективы 2012

сидирование угледобывающей отрасли, тем самым отдавая приоритет ТЭС на угле.

В Швеции с января 2000 г. под давлением партии «зеленых» налог на производство электроэнергии на АЭС увеличен на

0,35 цент/(кВт·ч).

При открытии свободного рынка электроэнергии цены резко упали, поскольку выявились избытки мощностей в некоторых странах, и это не позволяло владельцам АЭС компенсировать капитальные затраты, выплачивать налоги и создавать накопления для строительства новых мощностей. Некоторые шведские компании стали покупать акции зарубежных энергетических фирм, владеющих электростанциями, в том числе АЭС, например в Германии. Однако в связи с неблагоприятными погодными условиями на Скандинавском полуострове, приведшими к снижению производства электроэнергии на ГЭС, цены в 2002–2003 гг. резко выросли, что позволило шведским фирмам развернуть широкую программу модернизации АЭС, направленную на повышение их мощности и усиление безопасности эксплуатации. Суммарные затраты на весь комплекс работ в период до 2020 г. оцениваются в $120 млн. Часть средств фирмы надеются получить от продажи электроэнергии с электростанций других типов.

На референдуме о будущем ядерной энергетики в марте 1980 г. христианские демократы и центристы хотели закрыть все АЭС Швеции как можно скорее – это был самый негативный подход из предлагавшихся на референдуме. Позднее в том же году парламент принял решение свернуть ядерную энергетику в стране к 2010 г.

Однако позиция властей начала меняться в конце 2008 г., когда либералы заявили о своем согласии на то, чтобы новые реакторы строились инвесторами без каких-либо политических ограничений. Лидеры федераций профсоюзов, в которые входят энергоемкие отрасли шведской промышленности (главным образом, сталеплавильной, бумажной и горнодобывающей) уже давно пытаются изменить отрицательное отношение социал-демократов к ядерной энергетике. Фактически эти федерации вместе с ядерной отраслью ведут проядерную кампанию. Шведская энергетика почти не загрязняет окружающую среду углекислым газом, так как наполовину состоит из гидроэлектростанций и почти наполовину – из АЭС.

51

Все четыре партии, входящие в коалиционное правительство Швеции, сегодня утвердили планы отменить национальный запрет и разрешить строительство новых реакторов. Соглашение по ядер- но-энергетической политике предусматривает, что новые блоки будут строиться исключительно в целях замены старых и только на уже существующих площадках.

Бельгия. К 1981 г. суммарная мощность трех энергоблоков составляла 1650 МВт(э). В стадии строительства находились четыре блока суммарной мощности 3800 МВт(э), два из которых были введены в эксплуатацию к концу 1984 г. К 2002 г. ввели ещё один блок, достигнув установленной мощности АЭС в 5760 МВт(э), после чего дальнейшее строительство было прекращено. Проведенная

в2001 г. замена парогенератора на АЭС Tihange-2 увеличила мощность блока на 48 МВт. Замена парогенераторов проводится постепенно на всех реакторах. За счет этой операции мощность всех семи блоков была увеличена в 1994–2002 гг. на 219 МВт.

Швейцария. Мощность каждого из реакторов Beznau-1, 2 была повышена с 350 до 365 МВт, Muehleberg – с 306 до 355 МВт, Goesgen – с 920 до 970 МВт, Leibstadt – с 942 до 1165 МВт. Компа-

ния BKW, эксплуатирующая АЭС Muehleberg, выступила с предложением продлить срок эксплуатации блока, который заканчивается

в2012 г., до 2020 г. Если будет выдана лицензия на продление срока службы, фирма намерена вложить 100 млн. швейц. фр. в модернизацию блока.

ВИталии решение о свертывании итальянской ядерной энергетики было принято в 1987 г. на основании результатов всеобщего национального референдума. АЭС Latina прекратила свою работу сразу после референдума, в декабре 1987 г. АЭС Enrico Fermi (Trino) и АЭС Caorso, проработавшая менее 10 лет, были остановлены в 1990 г.

Предложения возобновить в стране ядерно-энергетическую программу и начать строить новые АЭС появились в 2008 г. после избрания премьер-министром С. Берлускони, который считает ошибочным решение о ее свертывании. Несмотря на отсутствие национальной ядерной программы, страна поддерживала итальянскую энергетическую кампанию Enel в поиске путей расширения импорта ядерной электроэнергии, так как зависимость Италии в основном от ископаемого топлива привела ее к высоким ценам на элек-

52

троэнергию. В 2009 г. верхняя палата итальянского парламента, Сенат, принял пакет законов, дающих «зеленый свет» возрождению в стране ядерной энергетики.

2.3.2. Ядерная энергетика США

Ведущей страной индустриально развитого сообщества является США. Это не только самое богатое и мощное государство мира в экономическом и военном отношении, но и страна с самой развитой ядерной энергетикой, мощности которой составляют порядка

100 ГВт(э) (рис. 2.16, 2.17).

США – пионер развития ядерных технологий и страна, наиболее наглядно отразившая противоречия развития этой отрасли промышленности. Анализ процесса развития ядерной энергетики в США показателен с точки зрения оценки проблем ее развития в мире и понимания будущей роли мирного атома в глобальном контексте.

История развития ядерной энергетики в США. Начальные вехи развития ядерных технологий в мире тесно связаны с историей ядерной энергетики США:

•реализация первой самоподдерживающейся ценной реакции деления в ядерном реакторе (декабрь 1942 г. – Э. Ферми, Чикаго);

•выработка первого электричества от ядерного источника

(1951 г., реактор EBR-1);

•пуск первых реакторов на быстрых нейтронах (1946 г. – экспериментальный плутониевый реактор «Clementina», охлаждаемый ртутью; 1949 г. – экспериментальный EBR-1; 1964 г. – опытный реактор EF-60 МВт(э), 200 МВт(т)).

Впечатляющими представляются достижения США в области развития инновационной ядерно-энергетической технологии на базе реакторов на быстрых нейтронах, особенно если учесть историю развития быстрых реакторов в других странах. Так, в СССР

первые упоминания о начале обсуждения возможности создания быстрых реакторов относятся к 1949 г., а первая критическая сборка на быстрых нейтронах БР-1 начала функционировать в 1953 г.

Необходимо отметить, что руководство США под влиянием пионеров развития ядерной энергетики (Эйнштейна, Опейнгеймера, Вейнберга и др.) осознало как глобальную роль мирного ис-

53

пользования атомной энергии, так и мировую опасность распространения ядерного оружия. В 1953 г. президента США Эйзенхауэр выступил с инициативой «Atoms for peace» в ООН – впервые на столь высоком уровне была официально предсказана роль и опасность развития ядерной энергетики в мире. Эта инициатива легла в основу исторической резолюции Генеральной ассамблеи ООН о создании специальной организации – МАГАТЭ, призванной и ответственной за координацию и контроль развития ядерной энергетики в мирных целях.

На основе этой резолюции в 1957 г. было создано МАГАТЭ и проведены Женевские конференции по мирному использованию ядерной энергии, на которых специалисты ведущих ядерных держав (США, СССР, Англия, Франция, Индия и др.) представили рассекреченные данные о состоянии ядерной науки и техники в своих странах и предложения по кооперации в мирном использовании энергии ядра.

Энергетическая политика США, проводимая в 1960–70-е гг. в отношении ядерной энергетики под руководством Комиссии по атомной энергии США во главе с лауреатом Нобелевской премии, открывателем плутония Г. Сиборгом, привела к созданию самой мощной в мире системы ядерной энергетики мощностью 100 ГВт(э).

Впоследствии эта комиссия была упразднена, и ядерная энергетика стала частью деятельности Министерства энергетики США наряду с углем, нефтью, газом и ядерным оружейным комплексом. В силу целого ряда политических, экономических, социальных и конъюнктурных причин в США была потеряна перспектива развития ядерной энергетики, что выразилось в закрытии строительства

ипрекращении НИОКР в области быстрых реакторов и замкнутого топливного цикла с повторным использованием плутония.

Эта инициатива принадлежала администрации президента Картера, провозгласившей нераспространение приоритетом развития ядерной энергетики и связавшей достижение этой цели с запретом

ина переработку ОЯТ, прекратив тем самым разработку замкнутого ЯТЦ, и на развитие реакторов на быстрых нейтронах как наиболее опасного, по мнению администрации, пути к созданию ядерного оружия. По инициативе президента Картера в 1979–1981 гг. под эгидой МАГАТЭ была реализована программа Международной

54

оценки ядерного топливного цикла (МОЯТЦ). Эксперты из 18 ядерных держав провели анализ ЯТЦ с точки зрения оценки риска распространения. В результате длительного и тщательного научнотехнического и экономического анализа, изложенного в 8 томах, представители всех 18 стран не согласились с политикой американской администрации.

По прошествии более 25 лет ход развития ядерной технологии полностью подтвердил вывод комиссии МОЯТЦ. Оказалось, что с точки зрения военного распространения наиболее чувствительным элементом является этап обогащения урана. Центрифужная технология стала основным источником реальной опасности распространения ядерного оружия. Для иллюстрации достаточно упомянуть ситуации, возникшие вокруг ядерных программ Пакистана, Ливии, Северной Кореи, Ирана, ЮАР. Эта технология оказалась в 50–60 раз дешевле наработки плутония, менее заметной со спутников в связи с малыми размерами площадей заводов, в несколько раз быстрее и доступнее. Таким образом, принятая администрацией Картера политика отбросила США на 20–30 лет в разработке замкнутого ЯТЦ и реакторов-бридеров на быстрых нейтронах – основы развития полномасштабной энергетики. Решения руководства страны привели к демонтажу уже готового оборудования АЭС Клинч-Ривер с быстрым реактором и утрате опыта и знаний в связи с потерей научно-технических кадров.

Замораживание дальнейшего развития ядерной энергетики привело к росту зависимости от поставок нефти и газа, в том числе из нестабильного района Персидского залива, и обусловило последующие действия США в этом регионе.

Новая энергетическая политика США. В начале нового века Администрация США провозгласила новую национальную энергетическую стратегию, признающую важную роль ядерной энергетики для будущего развития страны, наряду с углем, нефтью, газом и гидроэнергетикой. Чрезмерное использование (>85 %) органического топлива в энергетическом и промышленном балансе в мире нашло свое отрицательное отражение и в экономике США. Так, в химической промышленности США в 1992 г. затраты на импорт энергетического сырья с лихвой покрывались доходами от экспорта продуктов его переработки: $25 млрд. и $40 млрд., соответст-

55

венно. В 2004 г. картина изменилась на противоположную: импорт сырья (нефти и газа) составил $100 млрд. и существенно (на $10 млрд.) перекрыл экспорт. Рост цен на сырье ведет к потере прибыльности химической промышленности США.

Реализация национальной стратегии по развитию ядерной энергетики требует как минимум сохранения ее доли в электроэнергетике США (~20 %) за счет (рис. 2.18):

•продления лицензии на эксплуатацию АЭС (продление сроков эксплуатации на 10–20 лет для ~60–80 АЭС в течение ближайших 10 лет);

•строительства новых атомных электростанций, начиная с 2010–2015 гг., как минимум, в замещение выводимых из эксплуатации АЭС;

•дальнейшего повышения эффективности работы существующих АЭС.

По последним прогнозам, чтобы сохранить существующую долю ядерной энергетики в интенсивно развивающемся энергетическом комплексе, ее генерирующие мощности необходимо удвоить

втечение следующих 50 лет. Для этого потребуется строительство ~150–200 новых АЭС к середине XXI столетия.

Все это происходит в рамках необходимости решения назревших долгосрочных проблем:

•долговременное обращение с отработанным ядерным топливом (ОЯТ);

•надежное и долговременное захоронение радиоактивных отходов АЭС;

•обращение с излишками «военного» и запасами «гражданского» плутония.

Администрация Клинтона пыталась решить все три указанные проблемы путем прямого геологического захоронения ядерных отходов, ОЯТ и плутония. С этой целью было начато строительство и лицензирование геологического хранилища вблизи Лас-Вегаса (Yoky-Mount). Однако в качестве государственной стратегии этот путь оказался несостоятелен, хотя бы по экономическим соображениям: для развивающейся ядерной энергетики США (300 ГВт(э) в следующие 50 лет) надо будет строить такие много миллиардные и долго строящиеся геологические хранилища каждые 10 лет. Сюда

56

нужно добавить будущие проблемы безопасного захоронения и проблему нераспространения материалов, содержащих плутоний.

Инициаторы «Новой энергетической политики США» проанализировали и представили программу решения возникших перед США проблем, неизбежно связанных с глобальными проблемами развития человечества, поскольку США – самый большой потребитель ресурсов и страна, оказывающая наибольшее влияние на окружающую среду. Ключевыми задачами программы, решению которых отводится существенная роль ядерной энергетики США, стали:

•существенное сокращение потребления нефти, ее импорт – как наиболее чувствительного элемента национальной энергетической безопасности;

•использование нового энергетического рынка развивающихся стран;

•значительное сокращение загрязнения окружающей среды в США, что позволит избежать пагубного влияния на климат в глобальном масштабе.

Для достижения поставленных задач необходимо омолодить на- учно-технические кадры, сохранить и передать знания, опыт; модернизировать систему подготовки кадров, развить инфраструктуру ядерной энергетики. В числе прочего это вселяет надежду на возможность, по мнению американских ученых, экспертов и исследователей, решить проблему оптимизации состава энергопотребления в глобальном масштабе в ближайшие 50 лет.

Вначале 2003 г. администрацией США было принято решение развивать технологию усовершенствованного ядерного топливного цикла с разделением продуктов деления и актиноидов с тем, чтобы

вдальнейшем по мере экономической целесообразности полезно их использовать или в виде плутониевого МОХ-топлива в легководных реакторах, или в виде усовершенствованного топлива реакторов на быстрых нейтронах. Одновременно было принято решение о целесообразности утилизации избыточного военного плутония через МОХ топливо легководных реакторов.

Вто же время администрация Буша получила в наследство негативные последствия этой 25-летней политики:

• практическое отсутствие технологии замкнутого ЯТЦ в США;

57

•практическая потеря компетентности в указанных выше вопросах (потеря кадров ученых и инженеров);

•потеря национальной системы образования по этим проблемам (достаточно вспомнить практическое исчезновение «актиноидной» научной школы Нобелевского лауреата Глена Сиборга);

•была утрачена кооперация национальных лабораторий США

сведущими в этих вопросах центрами мира (в первую очередь, Франции, Японии, России).

Вответ на это были приняты решительные меры:

•на поддержку ядерного образования в университетах направляются значительные средства;

•ежегодно на конкурсной основе выделяются десятки миллионов долларов на поддержание в университетах и национальных лабораториях проектов (НИР) по перспективным направлениям АЭС и их ЯТЦ;

•выделяется финансирование и организуется Международный проект GIF-IV (новое четвертое поколение АЭС) с участием 10 ведущих стран, и разрабатывается программа среднесрочного развития ядерной энергетики в США;

•дополнительно к международному проекту заключаются двухсторонние соглашения с ведущими странами в развитии инновационных технологий для АЭС и ЯТЦ (в первую очередь, с Францией и Японией);

•заключаются контракты с ведущими фирмами Западной Европы в области переработки ОЯТ и производства МОХ-топлива

(BNEL, Cogema (AREVA)).

Для практической реализации национальной ядерной стратегии выделяются необходимые средства, и на базе Национальной лаборатории уже планируется организация и проведения НИОКР и строительство установок для демонстрации новых перспективных технологий АЭС и ЯТЦ.

Целью реализации программы GEN-IV, рекомендованной ди-

ректорами национальных лабораторий Администрации США, является разработка и демонстрация современных реакторных систем IV поколения, которые смогут обеспечить значительный рост роли ядерной энергетики в первой половине XXI века.

Основой для этого станет разработка и создание:

58

•усовершенствованных реакторов на быстрых нейтронах, обеспечивающих долговременное решение топливной проблемы ядерной энергетики;

•разработка и создание высокотемпературного реактора с газовым охлаждением – основы атомно-водородной энергетики;

•реализацияусовершенствованной технологии замкнутого ЯТЦ. Ключевым моментом возможности решения поставленных за-

дач является усовершенствованная технология замкнутого ЯТЦ, определяющая как экономику будущей ядерной энергетики, ее экологическую приемлемость, так и возможность решения проблемы нераспространения.

Основное содержание новой стратегии нераспространения США заключается в следующем (программа GNEP):

•отсутствие «склада» свободно выделенного плутония благодаря совместному использованию трансурановых элементов;

•производство и использование высокообогащенного урана в центрах, поставленных под международный контроль;

•поддержание и контроль баланса между производством и использованием делящихся материалов (возврат ОЯТ);

•сокращение до минимума объема делящихся материалов для геологического захоронения (отказ от прямого захоронения ОЯТ, захоронение только продуктов деления после переработки ОЯТ);

•создание и предложение в лизинг малых АЭС с длительным интервалом между перегрузками, как гарантия топливоснабжения страны–потребителя.

По мнению американских разработчиков, реализация программы GEN-IV позволит решить долгосрочные задачи энергетической политики США. В соответствии с план-графиком реализации разработок IV поколения АЭС и замкнутого ЯТЦ планируется следующая последовательность действий (рис. 2.19):

•продление срока службы значительной части АЭС на ~20 лет (38 АЭС уже получили лицензию, 29 АЭС – в стадии рассмотрения);

•строительство новых усовершенствованных АЭС с легководными реакторами (рост доли в электроэнергетике – до 23 % к 2020 г.);

•строительство АЭС с реакторами IV поколения и увеличение доли ядерной энергетики в электроэнергетике до 30–50 % к 2050 г.;

59

• усовершенствование высокотемпературных ядерных реакторов для производства технологического тепла и электричества, для производства искусственного жидкого топлива, для транспорта и вытеснения органического топлива (прежде всего, нефти) из транспортного сектора.

В череде смен приоритетов в развитии ядерной энергетики США видно, что ключевым риском долгосрочного стратегического планирования развития этой отрасли промышленности, является то, что в реальном процессе принятия решений, горизонт планирования существенно меньше и совпадает, как правило, с политическими циклами.

2.3.3. Ядерная энергетика России

На сегодняшний день в мире построены АЭС с 56 ядерными реакторами ВВЭР (российской разработки, конструкции и проектирования), в том числе в Болгарии, Венгрии, Словакии, Чехии и в Финляндии (рис. 2.20). Из них в России – 16 ректоров. Последние АЭС с российскими реакторами ВВЭР построены в Китае (два реактора), в Иране (один реактор на АЭС Бушер), завершается строительство АЭС в Индии. АЭС с реакторами типа РБМК строились исключительно на территории Советского Союза, и только после распада СССР реакторы РБМК (последней конструкции из серии) оказались на территории Литвы и Украины. Сейчас эти АЭС с РБМК уже выведены из эксплуатации.

В1954 г. в СССР была пущена первая в мире АЭС (г. Обнинск, Калужская область) с выдачей электроэнергии в сеть.

Внастоящее время российские атомные электростанции включают в себя 32 действующих реактора общей мощностью около

23 ГВт(э) (рис. 2.21, 2.22):

•4 реактора ВВЭР-440/230 первого поколения или аналогичные реакторы, охлаждаемые водой под давлением;

•2 реактора с охлаждением водой под давлением ВВЭР440/213 второго поколения;

•10 реакторов нового поколения с водой под давлением ВВЭР-1000 с гермооболочкой, в основном проекта В-320;

•11 легководных графитовых реакторов РБМК, в настоящее время эксплуатирующихся только в России. Четыре самых старых

60