5. Ядерная энергетика

5.1. Общие сведения

1954 год – первый в мире атомный энергоблок (Обнинск) мощностью 5 Мвт. Сейчас выработка электроэнергии в России на АЭС достигает 16% от общего производства, а на северо-западе России – 42% (2004г.)

За рубежом первая АЭС промышленного назначения мощностью 46 Мвт была введена в эксплуатацию в 1956 в Колдер-Холле (Англия).Через год вступила в строй АЭС мощностью 60 Мвт в Шиппингпорте (США).

В 2000 году выработка «ядерной» электроэнергии в России составила 129 млрд КВт, что превысило, наконец, максимум 1989 года.

С 2001 по 2003 годы ежегодный прирост выработки составил почти 9 млрд квт час. За последние 5 лет выработка электроэнергии на АЭС увеличилась на 40% (7,6% в год) и составила в 2003 году 148,6 млрд КВт час.

В мире 442 энергоблока АЭС в 31 стране (см. таблицу),строятся еще в 6 странах. Это прежде всего страны Западной Европы, Северной Америки. На АЭС производится электроэнергии 16% общемирового (в1987 году тоже было 16%). АЭС обеспечили сокращение выброса продуктов сжигания углеводородов (ПГ) 600 млн.т. ежегодно.

Ядерный сектор энергетики наиболее значителен во Фpанции, Бельгии, Финляндии, Швеции, Швейцаpии, т.е. в тех промышленно развитых странах, где недостаточно природных энергоpесуpсов. Эти стpаны пpоизводят от четвеpти до трех четвертей своей электpоэнеpгии на АЭС. В СССР строили АЭС на западе, в том числе на Украине (только на Запорожской АЭС в 70-ти км от «Большого дуба» на Хортице 6 реакторов по 1.000.000 квт), в Литве (Инганинская АЭС), Армении, в странах СЭВ (Чехия, Венгрия, Словакия, Болгария), где тоже велика доля ядерной энергетики. США пpоизводят на АЭС пятую часть своей электpоэнеpгии, это составляет около одной пятой ее миpового пpоизводства.

В 2002 году к национальным энергосетям подключено 6 новых энергоблоков: 2 - на Циньшаньской АЭС (Китай), 2 - на Линьяоской АЭС (Китай), 1 - на АЭС «Ёнгван» в Южной Корее и 1 - на АЭС «Темелин» в Чехии. Кроме того, в 2002 году началось строительство 7 новых энергоблоков: 6 - в Индии и 1 - в КНДР (заливка первого бетона в рамках проекта Организации по развитию энергетики на Корейском полуострове - KEDO).

Общее число строящихся блоков в мире равно 32. МАГАТЭ указывает, что КНДР имеет один строящийся энергоблок, однако KEDO заявляет о заливке первого бетона под строительство основных зданий обоих энергоблоков. По данным МАГАТЭ, Индия сооружает 7 энергоблоков, но индийская сторона говорит о ведущемся строительстве 8 реакторов. МАГАТЭ считает, что в России в стадии строительства находится 3 энергоблока, хотя мы заявили о строительстве 4 блоков: на Калининской, Курской, Волгодонской и Балаковской АЭС.

В 2002 году были остановлены 4 энергоблока: 2 - в Болгарии на АЭС «Козлодуй» и 2 - в Великобритании, где остановлены АЭС «Брэдуэлл А» и «Брэдуэлл Б». Производство электроэнергии на них прекращено в марте 2002 г. после 40 лет эксплуатации.

Атомная энеpгетика остается предметом острых дебатов. Стоpонники и пpотивники атомной энеpгетики pезко pасходятся в оценках ее безопасности, надежности и экономической эффективности. Кроме того, шиpоко pаспpостpанено мнение о возможной утечке ядеpного топлива из сфеpы производства электpоэнеpгии и его использовании для пpоизводства ядеpного оpужия.

Таблица : количество и мощность действующих и сооружаемых реакторов и другие данные по ядерной энергетике отдельных стран.

Страна	Действующие реакторы		Сооружаемые реакторы		Производство электроэнергии на АЭС в 2003году		Общий опыт эксплуатации к июню 2004года
	Кол-во всего	МВт блоков	Кол-во всего	МВт блоков	ТВтч общего	% от пр-ва	годы
Соединенные штаты Америки	104 98298				763,74 19,86		2923
Франция	59 63363				420,70 77,68		1375
Япония	54 45464		2 2371		230,80 25,01		1150
Российская Федерация	30 20793		3 2825		138,39 16,54		776
Соединенное королевство	27 12052				85,31 23,7		1343
Республика Корея	19 15850		1 960		123,28 40,01		230
Германия	18 20643				157,44 28,10		657
Канада	17 12113				70,29 12,53		495
Индия	14 2550		8 3622		16,37 3,30		230
Украина	13 11207		4 3800		76,70 45,93		286
Швеция	11 9451				65,50 49,62		316
Испания	9 7584				59,36 23,64		223
Китай	9 6587		2 2000		41,59 2,18		43
В т.ч. Тайвань	6 4884		2 2600		37,37 21,5		137
Бельгия	7 5760				44,61 55,46		195
Чешская республика	6 3548				25,87 31,09		77
Словакия	6 2442				17,86 57,35		103
Швейцария	5 3200				25,93 39,73		146
Болгария	4 2722				16,04 37,71		131
Финляндия	4 2656				21,82 27,32		101
Венгрия	4 1755				11,01 32,69		76
Литва	2 2370				14,30 79,89		37
Бразилия	2 1901				13,34 3,65		26
Южная Африка	2 1800				12,66 6,05		39
Мексика	2 1310				10,51 5,23		24
Аргентина	2 935		1 692		7,03 8,59		51
Пакистан	2 425				1,81 2,37		36
Румыния	1 655		1 655		4,54 9,33		8
КНДР	1 1040						0
Словения	1 656				4,96 40,45		22
Нидерланды	1 449				3,80 4,48		59
Армения	1 376				1,82 35,48		36
Иран			2 2111				0
Всего:	442 363819		27 22676		2524,74		11364

В России 11 АЭС, 30 энергоблоков, с установленной мощностью 22,2 ГВт- 2003 год (в СССР было в 1900 году 35 ГВт) На карте не показана Волгодонская АЭС

Доля АЭС в мощности всех электростанций - 11 % Программа развития атомной энергетики России Россия будет строить АЭС за рубежом - 6 ГВт (Китай, Индия, Иран) .

В период 2011 - 2020 гг. - ввод новых энергоблоков - 28 ГВт

Замедление темпов развития ядерной энергетики обусловлено:

- возражения защитников окружающей среды;

- высокие процентные ставки на долгосрочные кредиты;

- меры по экономии энергии.

Существует для экологов не менее шести проблем для атомной энергетики будущего.

• безопасность реакторов.Все современные типы реакторов ставят человечество под угрозу риска глобальной аварии наподобие Чернобыльской. Такая авария может произойти по вине конструкторов, из-за ошибки оператора или в результате террористического акта. За пятьдесят лет атомщики не смогли создать реакторы с "внутренне присущей безопасностью", и, не исключено, что сотни миллионов долларов на проведение научно-экспериментальных и конструкторских работ так и будут затрачены впустую.

• экономическая.Строительство АЭС и ее безопасная работа оказываются намного дороже, чем строительство и работа станции такой же мощности на природном газе. По расчетам Европейской Комиссии, только для прекращения увеличения выброса двуокиси углерода с помощью АЭС, в Европе пришлось бы построить не менее 85 новых атомных реакторов. Если учесть, что строительство одного реактора обходится в 1 млрд. долл., то на решение проблемы глобального изменения климата с помощью АЭС надо затратить несколько триллионов долларов.

• накопление радиоактивных отходов.Новые реакторы произведут новые сотни тысяч тонн отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Это топливо требует такого же крайне осторожного обращения, как и высокоактивные отходы. До настоящего времени не существует приемлемой технологии переработки ОЯТ. Репроцессинг, который используется в России, Франции и Великобритании, ведет к беспрецедентному загрязнению окружающей среды долгоживущими радиоактивными элементами, порождает новые отходы и увеличивает расходы на атомную энергетику.

• вывод из эксплуатации реакторов, отслуживших свой век. Пока предлагается остановленные АЭС "законсервировать" на 50 лет и охранять. Все эти годы АЭС, которая сама уже не будет производить энергию, будет ее потреблять от других источников. Остановленная АЭС представляет собой десятки тонн радиоактивных отходов. Все ее части нужно будет демонтировать и радиоактивные остатки зданий и части конструкций реактора захоронить

• облегчение распространения ядерного оружия.Каждый реактор производит ежегодно плутоний в количестве, достаточном для создания нескольких атомных бомб. Примитивную атомную бомбу можно сделать из отработавшего ядерного топлива любой АЭС.

• отвлечение средствот развития менее опасной и более эффективной энергетики. Масштабное строительство новых реакторов будет отвлекать инвестиции в исследования и использование технологий, которые более эффективны и менее опасны, чем атомная.

С 1997 года действует Киотский протокол, определяющий квоты на ПГ для стран, подписавших этот протокол. Требовалось, чтобы развитые страны снизили на 6-8% выбросы ПГ к 2010 году по сравнению с 1990-м годом. Россия с 1990 по 1994 год сократила на 30% выбросы ПГ. Германия выполняет данный протокол. С 1 января 2005 года в ЕС действует схема торговли выбросами. Азия, в т.ч. Япония, Индия однозначно определили ядерную энергетику в качестве ключевого элемента их стратегии сокращения выбросов ПГ.

Но США вышла из протокола. Киотский протокол не выполняется прежде всего развивающимися странами, где имеются высокие темпы промышленного производства. Эгоизм «Золотого миллиарда» и неизбежное возрастание потребления энергии третьим миром делают выживание человечества в перспективе проблематичным.

Безопасность – проблема, решаемая на уровне отдельных стран и МАГАТЭ. Реакторы РБМК (15 в России и 2 в Литве) все усовершенствованы и пока успешно работают. Разработана «Конвенция по безопасности» - все страны ее выполняют.

Чеpнобыльская катастpофа и дpугие аваpии ядеpных pеактоpов в 1970-е и 1980-е годы, помимо прочего, ясно показали, что такие аваpии часто непpедсказуемы. Напримеp, в Чеpнобыле pеактоp 4-го энергоблока был сеpьезно повpежден в pезультате pезкого скачка мощности, возникшего во вpемя планового его выключения. Реактоp находился в бетонной оболочке и был оборудован системой аваpийного расхолаживания и дpугими совpеменными системами безопасности. Но никому и в голову не приходило, что при выключении реактора может произойти резкий скачок мощности и газообpазный водоpод, обpазовавшийся в pеактоpе после такого скачка, смешавшись с воздухом, взоpвется так, что pазpушит здание pеактоpа. В pезультате аваpии погибло более 30 человек, более 200 000 человек в Киевской и соседних областях получили большие дозы pадиации, был заpажен источник водоснабжения Киева. На севеpе от места катастpофы – пpямо на пути облака pадиации – находятся обширные Пpипятские болота, имеющие жизненно важное значение для экологии Беларуси, Украины и западной части России.

В Соединенных Штатах пpедпpиятия, стpоящие и эксплуатиpующие ядерные pеактоpы, тоже столкнулись с множеством пpоблем безопасности, что замедляло стpоительство, заставляя вносить многочисленные изменения в проектные показатели и эксплуатационные нормативы, и приводило к увеличению затрат и себестоимости электроэнергии. По-видимому, было два основных источника этих тpудностей. Один из них – недостаток знаний и опыта в этой новой отрасли энергетики. Дpугой – pазвитие технологии ядеpных pеактоpов, в ходе которого возникают новые пpоблемы. Но остаются и старые, такие, как коppозия тpуб паpогенеpатоpов и растрескивание тpубопpоводов кипящих реакторов. Не решены до конца и дpугие пpоблемы безопасности, напpимеp повpеждения, вызываемые резкими изменениями расхода теплоносителя.

Отработавшее топливо имеет большой уровень радиоактивности. Хотя его объем небольшой (за год футбольное поле толщиной 1.5 метра), но оно должно хранится в изоляции десятки тысяч лет (пока в России хранится на территории станции, где образовалось).

В перспективе возможно глубокое геологическое захоронение. Финляндия, Швеция, США выделили такие площади и начали работу по их освоению (пуск в 2010-2025 годах). Возможны международные хранилища.

Экономичность АЭС определяется её основными техническими показателями: единичная мощность реактора, кпд, энергонапряжённость активной зоны, глубина выгорания ядерного горючего, коэффициент использования установленной мощности АЭС за год. С ростом мощности АЭС удельные капиталовложения в неё (стоимость установленного квт) снижаются более резко, чем это имеет место для ТЭС. В этом главная причина стремления к сооружению крупных АЭС с большой единичной мощностью блоков. Для экономики АЭС характерно, что доля топливной составляющей в себестоимости вырабатываемой электроэнергии 30—40% (на ТЭС 60—70%). Поэтому крупные АЭС наиболее распространены в промышленно развитых районах с ограниченными запасами обычного топлива, а АЭС небольшой мощности — в труднодоступных или отдалённых районах, например АЭС в пос. Билибино (Якутская АССР) с электрической мощностью типового блока 12 Мвт. Часть тепловой мощности реактора этой АЭС (29 Мвт) расходуется на теплоснабжение. Наряду с выработкой электроэнергии АЭС используются также для опреснения морской воды. Так, Шевченковская АЭС (Казахская ССР) электрической мощностью 150 Мвт рассчитана на опреснение (методом дистилляции) за сутки до 150 000 т воды из Каспийского моря.

Отношение к атомной энергетике различно.

Турциястроит первый энергоблок АЭС.

Швециязакрыла первый энергоблок, закроет все атомные блоки к 2010 году, хотя они производили 50% ЭЭ.

Германияобъявила о намерении в перспективе закрыть все свои 19 АЭС.

Великобританиязакрывает некоторые блоки.

Болгарияимеет планы вывода из работы все четыре ядерных реактора советского производства.

Игналинская АЭСпокрывает 80% потребности Литвы в ЭЭ, поэтому будет работать до 2030 году.

Финляндия- АЭС составляет 18% установленной мощности и производит 30% ЭЭ.

Индия – к 2020 году мощность АЭС будет 20 ГВт.

Франция и Германия создают крупнейшую в мире компанию в области атомной энергетики. Новая компания намерена стать гигантом мирового ядерного рынка с годовым доходом порядка трех миллиардов долларов. Пока наши «зеленые» воюют против пуска РоАЭС, рядом рождается крупный конкурент российским атомщикам.

Но четыре западно-европейские страны приняли решение закрыть в перспективе свои ядерно-энергетические станции (Германия, Бельгия, Нидерланды, Швеция).

Последняя построенная новая АЭС в Западной Европе – «Сиво-2» во Франции в 1999году, строится с 2005 года только одна – в Финляндии, в Северной Америке – новых АЭС не строят.

В Бразилии, Индии, Китае проживает 40% населения мира. Пока на развивающийся мир приходится 5,6% мирового потенциала ядерной энергетики, но строительство ведется бурно. Индия и Китай – 2000 года введено в эксплуатацию девять новых АЭС и ещё 10 строится (государственные инвестиции).

В Азии сооружено в последнее время 22 из 31 всего построенных энергоблоков и сооружается ещё 18 из 27 сооружаемых в мире.

На рынках электроэнергии ОЭСР было отменено государственное регулирование. Эта мера одновременно повысила доходность и стоимость существующих АЭС и сделала новые ядерные инвестиции относительно менее привлекательными.

На существующих АЭС высокие затраты на строительство уже, как правило, окупились, и эксплуатационные расходы ниже тепловых ТЭС (но выше гидроэлектроэнергии).

Поэтому стремление к повышению эффективности АЭС:

1990 год – 71% времени вырабатывали электроэнергию, 2003 год – 84% (остальное время тех.обслуживание или перегрузка топлива)

США – эксплуатационные расходы менее 2 центов на кВт. ч., а на лучших АЭС на 40% еще ниже.

В целом производство электроэнергии на ядерном топливе дешевле, чем на угле, и значительно дешевле, чем на основе природного газа. Атомная энергетика менее чувствительна к колебаниям цен на топливо. Удвоение стоимости ядерного топлива увеличило бы стоимость электроэнергии на 2-4%. Удвоение стоимости природного газа увеличит стоимость электричества на 60-70%.

Но новые АЭС могут почти в три раза превышать стоимость ТЭС на органическом топливе, имеют большие размеры, дольше строить, возможны финансовые риски (капиталу требуется быстрое получение прибыли на основе вложенного капитала). Поэтому ядерная энергетика регулируется, как правило, государством. В западной Европе инвестиции переключаются на природный газ. Но положение может измениться, если рост цен на газ продолжится. Япония и Южная Корея где альтернативных вариантов гораздо меньше, в последние годы ввели в эксплуатацию 4 новых АТС и строят еще 3 таких станций. Поскольку эти страны особенно зависимы от перебоев в импорте природного газа и нефти, для них особенно привлекательны две особенности, характерные для поставок ядерного топлива:

1. ядерное топливо компактно, запасы могут храниться на АЭС, поэтому нет зависимости от бесперебойности поставок топлива.

2 залежи урана не так сконцентрированы, как запасы нефти и газа. Месторождение урана существуют в 43 странах, причем его значительные запасы имеются на всех континентах. В 2003 году Австралия, Канада и США произвели более 50% всей добычи урана в мире. Добыча урановой руды оправдана, если обходится не дороже 80$ за кг. Доступные месторождения в России близки к исчерпанию.

Известных запасов урана, освоение которых ведется с помощью нынешней технологии, в сегодняшних рыночных условиях и при современных условиях производства хватит приблизительно на 50-65 лет (доклад МАГАТЭ Вена 22.06.2004 г.). Ресурсы урана – запасы, разведанные с меньшей геологической достоверностью, не доступные при нынешней технологии добычи или не имеющие рыночной привлекательности, как минимум, вдвое больше. Имеются громадные ресурсы растворенного урана в фосфатах и морской воде. Но как извлечь?

Уран получают из урановых руд, содержащих 0,05–0,5% U. Руды практически не обогащаются, за исключением ограниченного способа радиометрической сортировки, основанной на излучении радия, всегда сопутствующего урану. В основном руды выщелачивают растворами серной, иногда азотной кислот или растворами соды с переводом урана в кислый раствор в виде UO2SO4 или комплексных анионов [UO2(SO4)3]4-, а в содовый раствор – в виде [UO2(CO3)3]4-. Для извлечения и концентрирования урана из растворов и пульп, а также для очистки от примесей применяют сорбцию на ионообменных смолах и экстракцию органическими растворителями (трибутилфосфат, алкилфосфорные кислоты, амины). Далее из растворов добавлением щёлочи осаждают уранаты аммония или натрия или гидроокись U (OH)4. Для получения соединений высокой степени чистоты технические продукты растворяют в азотной кислоте и подвергают аффинажным операциям очистки, конечными продуктами которых являются UO3 или U3O8; эти окислы при 650–800°C восстанавливаются водородом или диссоциированным аммиаком до UO2 с последующим переводом его в UF4 обработкой газообразным фтористым водородом при 500–600°C. UF4 может быть получен также при осаждении кристаллогидрата UF4·nH2O плавиковой кислотой из растворов с последующим обезвоживанием продукта при 450°C в токе водорода. В промышленности основным способом получения урана из UF4 является его кальциетермическое или магниетермическое восстановление с выходом урана в виде слитков массой до 1,5 т. Слитки рафинируются в вакуумных печах.

Вв топливе для атомного реактора концентрация изотопа урана с массовым числом 235 должна составлять 2–4%. Отработанное ядерное топливо по прежнему содержит более 98% своей первоначальной энергии. В настоящее время 1/3 отработавшего топлива в мире перерабатывается и рециркулируется в целях извлечения какой то части остаточной энергии. Такая энергия может извлекаться с помощью реакторов – размножителей (реакторов на быстрых нейтронах - бридеров -). В этом случае намного более эффективно используется природный уран, преобразуя нерасщепляемый изотоп урана с массовым числом 238 в расщепляемый плутоний-239. что позволило бы повысить коэффициент используемого топлива из известных ресурсов урана до 60%. В этом процессе и торий, присутствующий в природном ядерном топливе, также можно преобразовать в расщепляемый изотоп урана. В природе уран-235 встречается в незначительных количествах, так что нужды в ядерном топливе будут, по-видимому, удовлетворяться с помощью бридерных реакторов, хотя эти реакторы и дороже в настоящее время.

Если человечество перейдет на "быстрые" реакторы, то запасов хватит на 2 тыс лет

( министр атомной энергетики РФ Александр Румянцев). По его словам, к 2050 г ядерного топлива будет утилизироваться столько же, сколько будет производится. Министр отметил, что по оценкам депутатов Госдумы РФ на меры противодействия принятию законов по переработке в России отработанного ядерного топлива было истрачено около 30 млн долл.(кому это выгодно?).

В то же время, А.Румянцев подчеркнул, что при транспортировке высокоактивных отработавших материалов из АЭС используется система защитных мер. За всю историю перевозок не было ни одной радиационной аварии, хотя в атомной отрасли России в настоящее время используется около 10 тысяч специальных транспортных средств для перевозок радиоактивных материалов.

Многие страны работают над разработкой новых инновационных ядерных технологий:

- конструкции с короткими сроками сооружения и малыми эксплуатационными расходами;

- меньшие капитальные затраты;

- новые технологии (например, европейский реактор с водой под давлением (EPR)).

- производство водорода при помощи ядерных технологий, минуя промежуточное звено – производство электроэнергии.

По оценкам специалистов выработка электроэнергии на АЭС в мире к 2030 году вырастет на 70%. Но общее производство электроэнергии вырастет ещё больше. Доля АЭС в производстве электроэнергии снизится до 12% к2020 году.

По энергетической стратегии России выработка электроэнергии на АЭС в 2010 году достигнет 195 млрд КВт час, в 2020 году 300млрд КВт час. Производство тепловой энергии на АЭС достигнет 30 млн Гкал/год.

В России разрабатывается новый реактор ВВЭР мощностью 1500 МВт. В нашей стране работает единственный в мире мощный реактор на быстрых нейтронах БН-600, начинается строительство нового реактора БН-880 на Белоярской АЭС.

В России оказались «лишними» 34 тонны плутония, надобность в котором для обороны отпала. По соглашению с США планируется сжечь это топливо на АЭС. По оценкам ряда ученых это соглашение явно невыгодно России. Продажа оружейного урана за бесценок в США является преступлением перед будущими поколениями России.