Следующим основным видом органических энергоносителей является уголь.

На его долю приходится 25% производства основных энергоносителей и 40% энергоносителей для производства электроэнергии. Уголь является широко используемым в мировой практике материалом, а его запасы существенно превышают запасы нефти и газа.

Таблица 7.10. Распределение запасов угля по основным регионам

Общие запасы угля примерно в десять раз превышают общие запасы нефти и газа. В том случае, если развитие технологии в будущем позволит обеспечить функциональную конвертацию угля для замещения возможностей нефти и газа, то при сохранении существующего объема энергопроизводства (и сохранения в нем общей доли органических энергоносителей на уровне 80%), общих запасов угля, нефти и газа (около 4900 миллиардов тонн н.э.), будет достаточно для энергоснабжения в течение приблизительно 600 лет.

Из государств, обладающих основными запасами угля, развитую ядерную энергетику имеют США, Германия и Россия. Интенсивное развитие своей ядерной энергетики планирует также КНР, располагающая огромными ресурсами угля.

6.3. Перспективы ядерной энергетики.

Глобальные перспективы ядерной энергетики связаны с объемом запасов сырья для производства ядерного топлива и выбором ядерного топливного цикла. В настоящее время ядерная энергетика основана на уран-урановом топливном цикле (свежее ядерное топливо содержит изотоп U- 235 и U-238: отработавшее ядерное топливо содержит невыгоревший уран и наработанный плутоний) с использованием ядерных реакторов на тепловых нейтронах различных типов.

При этом роль возврата U-235 из ОЯТ для повторного использования невелика как из-за относительно малого объема переработки ОЯТ, так и небольшой доли невыгоревшего урана (30%). Невелика и роль в мировом ядерном топливном цикле используемого смешанного уранплутониевого ядерного топлива. Поэтому для существующего топливного цикла масштабы его роста практически ограничены возможностью однократного использования природного урана в ядерном топливе.

Общий объем установленных запасов природного урана со стоимостью до 130 долларов за килограмм оценивается в 4 миллиона тонн, из которых на страны СНГ приходится около 1,32 миллиона тонн или 33%. Распределение этих запасов урана по регионам и некоторым странам приведено в таблице 7.11.

Таблица 7.11. Распределение установленных запасов природного урана по регионам и некоторым странам

При этом на долю собственных запасов уранового сырья этой категории в России приходится

4,3% (170000 тонн).

Учет предполагаемых запасов урана (со стоимостью издержек производства до 220 долларов за килограмм) увеличивает оценку общих ресурсов урана до 13 миллионов тонн. По некоторым оценкам, в рамках этой категории запасы урана в России могут составить до 0,6 миллиона тонн.

Один энергоблок АЭС с электрической мощностью в 1 МВт производит в год в среднем 6,4 ТВт час электроэнергии (при КИУМ 73%) и потребляет урановое топливо, для изготовления которого расходуется около 160 тонн природного урана. В соответствии с этим общий расход природного урана в мировом производстве электроэнергии на АЭС может быть оценен в 55000 тонн в год. Таким образом, при сохранении существующего объема производства электроэнергии на АЭС (2500 ТВт час) установленных запасов урана достаточно в течение 70 лет.

Общий ресурс энергии, содержащийся в достоверных запасах природного урана, оценивается в 40 миллиардов тонн н.э., что в семь раза меньше ресурсов энергии в достоверных запасах нефти и газа. С учетом предполагаемых запасов урана его энергетический ресурс в существующем топливном цикле оценивается до 147 миллиардов тонн н.э., что в 3,4 раза меньше энергоресурсов запасов нефти и газа, и составляет около 3% от совокупных энергоресурсов органического топлива, включая уголь.

Таким образом, в глобальном масштабе при сохранении существующего типа ядерной энергетики ее значение может быть весьма ограничено для общего объема энергопроизводства.

Масштабный рост ядерной энергетики в случае его реализации должен предполагать существенное увеличение мощностей АЭС и производства электроэнергии (и, по-видимому, в перспективе тепла), с тем, чтобы при этом могла бы быть достигнута существенная экономия органических энергоносителей. Так, для того, чтобы сократить в два раза расход органических энергоносителей (от уровня в 65% до 32,5%) на производство электроэнергии, заменив эти мощности ядерной энергетикой, необходимо увеличить мощность АЭС в три раза по сравнению с существующим уровнем. Соответственно в рамках используемого ядерного топливного цикла в три раза возрастет расход природного урана, что приведет к истощению его установленных мировых запасов через 25 лет после достижения этого уровня мощности АЭС.

Эти цифры хорошо иллюстрируют невозможность претензий существующего вида ядерной энергетики занять лидирующие позиции в глобальном производстве электроэнергии даже при его существующих объемах. В то же время, в связи с ростом народонаселения и общим развитием мировой экономики рост производства электроэнергии в мире будет неизбежно происходить, и будет составлять, возможно, в среднем 1,8% в год. В этом случае уже через 50 лет объем производства электроэнергии возрастет в 2,4 раза и составит приблизительно 30000 ТВт час. Для сохранения доли ядерной энергетики в этом производстве на существующем уровне потребуется в 2,4 раза увеличить ее мощности.

Из этих оценок следует, что существенное увеличение роли ядерной энергии в мировой энергетике возможно только при переходе на новый топливный цикл. Такой цикл в принципе, как известно, может быть основан на использовании реакторов на быстрых нейтронах со сжиганием основного ядерного ресурса в виде U-238. Определенные возможности, по-видимому, могут быть связаны с использованием уран-ториевого топливного цикла. Такой переход, однако, требует полного переоснащения реакторной базы и развития мощных производств переработки ОЯТ для выделения из него плутония и его рециклирования в новое ядерное топливо, а также новой базы для уранториевой энергетики. Отметим, что энергетический ресурс достоверных запасов природного урана (при их использовании с КПД 50%) составляет в этом случае 40000 миллиардов тонн н.э., что в восемь раз превышает запасы всех органических энергоносителей. Серьезным препятствием для такого альтернативного пути развития ядерной энергетики является неудача проектов по созданию энергетических реакторов на быстрых нейтронах, направленных на демонстрацию возможности их длительной эффективной эксплуатации.

В рамках рассматриваемой проблемы существенно, что если традиционная ядерная энергетика может в принципе развиваться без переработки ОЯТ, то перспективная ядерная энергетика на основе реакторов на быстрых нейтронах предполагает переработку ОЯТ и выделение плутония для производства нового ядерного топлива.

Ниже в таблице 7.12 приведены мощности атомных электростанций в различных странах мира и прогнозные оценки развития атомной энергии в этих странах до 2010 года.

По прогнозам, мировые потребности в энергоносителях к середине века увеличатся в три раза по сравнению с существующими в настоящее время. В среднесрочной перспективе (2000–2020 годы) среднегодовые темпы роста потребления первичных энергоносителей в мире оцениваются в 1,4–2,7% в год. Рост потребления электроэнергии прогнозируется более высоким – 2,1–3,5% в год.

По-прежнему остаются неопределенными перспективы развития ядерной энергетики: прогнозируется как увеличение суммарной мощности АЭС мира на 1,2% в год, так и уменьшение их со скоростью 0,7% в год.

Структура потребления энергоносителей для производства электроэнергии в последние годы в разных странах изменяется по-разному. В США, Японии, странах Юго-Восточной Азии растет использование угля. В странах Европы расход угля снижается и несколько растет потребление газа. В целом в мире наблюдается незначительный рост расхода углеводородного топлива в производстве электроэнергии и практически стабильный вклад ГЭС и АЭС (19% и 16% соответственно).

После подписания Киотского протокола об ограничении выбросов парниковых газов в атмосферу 32 страны, в которых проживает 16% населения планеты, обязались снизить выбросы углекислого газа и других парниковых газов в атмосферу. Сенат США не ратифицировал Киотский протокол по политическим причинам. Явно прослеживается нежелание большинства государств присоединяться к Протоколу раньше других стран. Только во Франции и Великобритании в последние годы снизились выбросы углекислого газа, в основном, в результате развития ядерной энергетики.

Вопреки долгосрочным прогнозам энергетиков, предсказывающих весьма умеренный рост роли атомных электростанций (8% за 20 лет), выработка электроэнергии на АЭС Евросоюза увеличивается быстрее. Такая тенденция выглядит особенно внушительно, если принять во внимание, что Германия (второй по величине производитель атомной энергии в Евросоюзе после Франции) под нажимом «зелёных» приняла решение постепенно отказаться от использования атомных электростанций.

Таблица 7.12. Мощности ядерных реакторов в странах мира в 1990–2010 годах, МВт