Проблемы и перспективы ядерной энергетики россии
Атомная отрасль России – это мощный комплекс предприятий, организаций и научно-технических институтов. В ее состав входят около двухсот предприятий, на которых работают свыше трёхсот тысяч человек. В структуре отрасли четыре крупных научно-производственных комплекса: предприятия ядерно-топливного цикла, ядерно-оружейного назначения, научно-исследовательские институты и предприятия атомной энергетики.
На сегодняшний день в России эксплуатируются 10 атомных электростанций (в общей сложности 32 энергоблока установленной мощностью 24,2 ГВт), которые вырабатывают около 16% всего производимого электричества. При этом в Европейской части России доля атомной энергетики достигает 30%, а на Северо-западе — 37%. Российская ядерная энергетика считается одной из самых передовых в мире по уровню научно-технических разработок в области проектирования реакторов и выпуска ядерного топлива, опыту эксплуатации атомных станций, качеству подготовки и квалификации персонала АЭС. [1]
Однако, область ядерной энергетики ещё и самая уязвимая. С одной стороны её большая перспективность - стоимость электроэнергии АЭС значительно ниже стоимости энергии угольных, а в перспективе - и газовых станций, с другой – опасность, которая может возникнуть в результате аварии или радиоактивность ядерных отходов и отработанного ядерного топлива (ОЯТ).
В первые годы ядерной энергетики аспекты безопасности и экологических последствий приносились в жертву экономической и политической целесообразности, а проблемы обращения с ОЯТ считались второстепенными и их решение откладывалось. Проблема обращения с отработанным ядерным топливом с каждым годом все более обострялась потому, что, во-первых, аккумулировалась десятилетиями и, во-вторых, стала широкомасштабной технологией – в настоящее время в мире эксплуатируется 442 ядерных энергоблока. Выгрузка ОЯТ из типичного блока составляет приблизительно 25 т/год, и в настоящее время в мире накоплено 324 тыс. т. При этом ни одна из стран не перешла к использованию технологий, позволяющих полностью решить проблему обращения с отработанным ядерным топливом и радиоактивными отходами (РАО).
В мире приняты две системы обращения с ОЯТ:
- окончательное захоронение (открытый топливный цикл);
- переработка (замкнутый топливный цикл).
Швеция, Финляндия, Канада, США, Чехия, Германия сегодня ориентируются на прямое захоронение ОЯТ, однако ни одного геологического могильника для ОЯТ, который мог бы гарантировать безопасность на тысячелетия, в мире не создано. Сторонниками переработки являются Россия, Великобритания, Франция, Япония, Индия.
Стоимость переработки ОЯТ в мире составляет около 500 евро за один килограмм тяжелого металла плюс-минус 100 евро - в зависимости от типа топлива, степени его "выгорания" и перерабатывающих мощностей.
Сегодня в России функционирует только одно предприятие по переработке отработанного ядерного топлива – завод РТ-1, комбината «Маяк» в г. Озерске (Челябинская область). Здесь перерабатывается ядерное топливо реакторов АЭС и подводных лодок. Мощность завода - 400 тонн в год. Здесь получают энергетический плутоний, различные изотопы, обогащенный уран. Завод принимает как российское, так зарубежное топливо. Финансовые поступления от переработки зарубежного ОЯТ, включая топливо с украинских АЭС, были около 1 млрд. руб. в год. Информации по расценкам на переработку ОЯТ отечественных АЭС нет. Руководство комбината "Маяк" и руководители завода выступают за ввоз ОЯТ из-за рубежа. Причина простая: им за переработку топлива наших, реакторов ВВЭР-440 и реакторов подводных лодок не платят!
Услуги по хранению ОЯТ предоставляет Горно-химический комбинат (ГХК) в г. Железногорске (Красноярский край). Хранилище ГХК также принимает ОЯТ как российских, так и зарубежных АЭС. Но, по данным специалистов ГХК, если ОЯТ, например, украинских АЭС комбинат принимает по 360 долл. за килограмм (что также, скорее всего, не отражает реальной стоимости хранения), то российских - всего по 60 долларов. Здесь необходимо добавить, что хранение подразумевает ограниченный по времени срок (до 40 лет), после чего ОЯТ либо надо перерабатывать, либо отправлять в могильник. В обоих случаях это ведет к дополнительным расходам, размер которых оценить сложно.
Учитывая то, что ежегодно российского ОЯТ поступает до 150 т, недовыплаты комбинату за хранение топлива российских АЭС достигают не менее 1,3 млрд. руб. в год. Это одна из причин, почему ГХК не имеет должной физической защиты. [2]
Атомная энергетика нуждается в расширении существующих хранилищ для ОЯТ. По планам Минатома, до 2010 г. предполагалось расширение уже действующего "мокрого" хранилища и строительство нового центрального (федерального) "сухого" хранилища, которое оценивалось в 15 млрд. руб.
Почему следует перерабатывать отработанное ядерное топливо? Причина проста - несмотря на потенциальную опасность, ОЯТ является ценным продуктом, содержащим различные элементы, которые можно использовать повторно, в том числе и для производства энергии. Радиохимическая переработка ОЯТ обеспечивает полное использование энергетического потенциала урана, плутониевые загрузки реакторов на быстрых нейтронах (БН), а также минимизирует количество и объем образующихся отходов.
Природных запасов урана пригодного для использования в ядерной энергетике становится все меньше, его добыча весьма дорогостояща и опасна, а это значит, что неиспользование отработанного ядерного топлива, которое на 96% подлежит повторному использованию (отходы на 95% состоят из урана и на 1% – из плутония) равносильно глупости.
В соответствии с планами Минатома, после 2010 г. в строй должно было войти хранилище для долговременного хранения неперерабатываемого облученного ядерного топлива и захоронения отвержденных высокоактивных отходов в Нижнеканском гранитоидном массиве. По данным экспертов Международного форума по ядерному разоружении (Nuclear Disarmament Forum AG), в числе которых и специалисты Ядерного центра Российской Федерации, стоимость этого могильника оценивается в 100 млн. долл. Однако, по некоторым источникам, строительство этого хранилища завершится лишь к 2035году.
Большое число отработанного ядерного топлива и ядерных отходов в настоящее время хранятся на пристанционных хранилищах, в специальных контейнерах. Срок хранения ОЯТ в таких контейнерах не менее 50 лет. Такое решение не снимает проблему, а только откладывает ее решение. Хранилище ядерных отходов надо строить, а ОЯТ перерабатывать.
Что касается перспектив, то здесь у «Росатома» так же немало наработок. «Росатом» принимает активное участие в международных исследовательских проектах, в частности, в реализуемом по инициативе России международном проекте по созданию термоядерного экспериментального реактора — ИТЭР, за основу которого приняты российские установки «Токамак».
По линии сотрудничества с Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ) «Росатом» участвует сразу в трёх международных инновационных исследовательских проектах. Это проекты по созданию ядерных реакторов нового поколения ИНПРО и «Поколение IV», а также проект «Глобальная ядерно-энергетическая инициатива», целью которого является создание ядерного реактора с замкнутым топливным циклом с минимальным количеством радиоактивных отходов.
Ученые и специалисты России уже много лет ведут разработки ядерных реакторов с так называемой естественной безопасностью. На таком реакторе принципиально не могут быть тяжелые аварии, защита от них базируется только на законах физики. Даже, если все стержни регулирования мощности и аварийной защиты будут извлечены, разрушения топлива не произойдет. Для этого в таком реакторе будет использоваться тяжелый металлический теплоноситель (свинец или свинец-висмут). Такой теплоноситель не горит, не вытекает в больших количествах из активной зоны. Будет использоваться плотное ядерное топливо и равновесное количество делящихся элементов (сколько делится и выделяет энергию, столько же вновь образуется).
Описанные выше реакторы будут работать на быстрых нейтронах, что позволит вовлечь в топливный цикл уран-238 (его в природе 99,3%), вместо урана-235, который используется сейчас и торий-232, при распаде которого практически не происходит образование актиноидов. Помимо этого, содержание тория в земной коре в пять раз превышает содержание урана. Этих ресурсов России и человечеству хватит на тысячи лет для использования в базовой энергетике существенно большей по сравнению с сегодняшней.
Реакторы на быстрых нейтронах позволяют трансмутировать (преобразовать) долгоживущие (тысячи лет) изотопы в короткоживущие (сотни лет), а это, в свою очередь, позволяет их окончательно захоранивать в геологические формации, сохраняя один и тот же уровень радиации в земле (сколько взяли урана и тория, столько вернули после нескольких сотен лет). Радиоактивные отходы при такой технологии занимают небольшой объем, для них не потребуются большие территории и подземные объемы. Поскольку упомянутые реакторы производят сами для себя ядерное топливо (из урана-238 плутоний-239, который также активно используется в ядерных реакциях), то нет накопления отработавшего ядерного топлива, образуется замкнутый топливный цикл. [3]
Создание технологического базиса новой платформы атомной энергетики на быстрых нейтронах с замыканием ядерного топливного цикла лежит в основе разрабатываемой Федеральной целевой программы «Ядерные энерготехнологии нового поколения». Программа рассчитана на 2010—2020 годы и направлена на развитие атомных технологий следующего поколения. Россия является признанным мировым лидером в развитии реакторов на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем, а также единственной страной в мире, которая в течение многих лет промышленно эксплуатирует реактор этого типа большой мощности (БН-600 на Белоярской АЭС).
Согласно Федеральной целевой программе «Развитие атомного энергопромышленного комплекса России на 2007-2010 годы и на перспективу до 2015 года» и другим документам к 2025 году доля электроэнергии, выработанной на атомных электростанциях Российской Федерации, должна увеличиться с 16 до 25%. Будет построено 26 новых энергоблоков, введено в эксплуатацию два блока Нововоронежской АЭС-2, три блока на Ленинградской АЭС-2, один блок на Волгодонской АЭС, один блок Курской АЭС-2, один энергоблок БН-800 Белоярской АЭС. [4]
Подводя итог сказанному, следует предельно серьезно отнестись к проблеме переработки отработанного ядерного топлива, поскольку это ресурс, на 96% подлежащий повторному использованию. Трансмутация (переработка ОЯТ) и реализация перспективных направлений, описанных выше – залог будущего ядерной энергетики России и мира в целом.