Варианты атомного ренессанса

Ядерная энергетика представляет собой по сути дела возобновляемый источник энергии.
Евгений Савченко. «Озарение». Картина из коллекции художника

Рост цен на нефть вызывает двойное чувство. С одной стороны, это наполнение Стабилизационного фонда России, с другой стороны – ощущение опасности. Анализ показывает, что цены на нефть растут вследствие глобального процесса наращивания промышленного потенциала развивающихся стран и соответствующего роста потребности в энергии. В ближайшие десятилетия необходимо увеличить производство энергии в два-три раза. На первое место выходит вопрос о располагаемом ресурсе того или иного источника энергии. Есть, казалось бы, очевидное решение – это возобновляемые источники энергии. Атомная энергия не относится к категории возобновляемого ресурса, но ее способность воспроизводить топливо из сырья, объемы которого во много раз превышают ресурс исходного топлива, переводит ее в разряд практически возобновляемых неисчерпаемых источников энергии. Другая особенность атомной энергии – высокий температурный потенциал – создает возможность ее использования не только для производства электричества, но и для энергообеспечения технологических процессов, и в частности для производства водорода.

Россия одна из первых почувствовала необходимость ренессанса атомной энергетики и заявила об этом на саммите ООН 2000 года. Ее развитие в ближайшее время до 2015 года определено государственными решениями, в частности, недавно принятой Федеральной целевой программой. Программа предусматривает активное наращивание атомных мощностей и соответствующей инфраструктуры. Это блоки АЭС с реакторами ВВЭР, работающие на уране по открытому циклу.

Чтобы избежать на этом пути возможных ошибок, трансформируемый в настоящее время Росатом счел необходимым разработать Стратегию развития атомной энергетики России до середины века.

Одна из таких экспертных групп (в нее вошло более 30 ведущих специалистов из десятка институтов Росатома, Минобразования и РАН, в том числе специалисты Курчатовского института) представила свое видение развития атомной энергетики России до середины века в следующей логической цепочке: Цели – Базовые принципы и условия – Направления, пути, этапы – Структура – Промышленная база – Механизмы реализации – Международное партнерство и конкуренция.

Видение целей развития атомной энергетики страны можно кратко определить так: удовлетворение потребностей страны в энергии за счет увеличения доли атомной энергетики в первичных источниках при нарастающих ограничениях использования органического топлива, обеспечение конкурентных позиций страны на мировом атомном энергетическом рынке в области реакторостроения и услуг топливного цикла, создание структуры атомного энергопромышленного комплекса, гарантированно обеспечивающей на длительную перспективу потребности атомной энергетики в топливе, ориентируясь на доступные природные ресурсы. Очевидно, что достижение этих целей должно быть ограничено жесткими условиями, обеспечивающими сочетание «большой» атомной энергетики с приоритетными долгосрочными тенденциями развития страны, в том числе с обеспечением ядерной, радиационной, экологической безопасности и гарантий нераспространения на всех этапах жизненного цикла ядерных установок и во всех звеньях предприятий атомного энергопромышленного комплекса; конкурентоспособностью «ядерной» продукции в системе топливно-энергетического комплекса на внутреннем и внешнем рынке; формированием атомного энергопромышленного комплекса на основе передовых технологий должно способствовать переходу страны к инновационному типу развития при сохранении глобальных конкурентных преимуществ России в сфере энергетики.

Ныне доля атомных мощностей в энергобалансе страны составляет всего 16%, что существенно ниже по сравнению с развитыми экономиками мира (38%). Решения правительства о поэтапном выходе на рыночное ценообразование на природный газ, безусловно, вводят атомную энергетику в зону конкурентоспособности и обеспечивает экономические условия ее воспроизводства. Эти обстоятельства предопределяют первый этап стратегии атомной отрасли ближайших десятилетий – наращивание атомных мощностей на основе освоенных технологий водо-водяных реакторов (ВВЭР). Это направление формируется в соответствии с заданиями ФЦП «Развитие атомного энергопромышленного комплекса России на 2007–2010 годы и на перспективу до 2015 года», и его реализация должна обеспечить достижение доли ядерной электрогенерации 25–30% к 2030 году.

В расчетах материальных балансов и инфраструктуры, обеспечивающей развитие этого направления, следует учесть тенденцию дальнейшего наращивания мощностей на базе этой технологии за пределами 2030 года и нацеленность Атомэнергопрома завоевать до 20% заказов на строительство АЭС за рубежом. Емкость зарубежного рынка на этот период оценивается 300–600 ГВт (эл.).

Снабжение топливом этого пакета реакторов до середины века не вызывает опасений при использовании разведанных и прогнозируемых запасов экономически приемлемого урана. Однако если учесть весь срок службы построенных реакторов и дальнейший рост атомной энергетики в стране и за рубежом, то невозможно однозначно гарантировать достаточность топлива при использовании традиционного открытого цикла.

Для снижения риска требуется найти и подготовить дополнительные источники топлива. Все это определяет второе направление стратегии – ввод в систему атомной энергетики быстрых реакторов с расширенным воспроизводством топлива и замкнутого топливного цикла. Реализация этого инновационного направления предполагает создание структуры атомной энергетики, которая на длительную перспективу гарантированно обеспечит потребности в топливе. В рамках этого направления решается задача наращивания мощностей при строительстве тепловых и быстрых реакторов и одновременно закладывается основа топливообеспечения крупномасштабной атомной энергетики на длительную перспективу за счет вовлечения в ядерный топливный цикл сырьевых изотопов: урана-238 и тория-232.

Даже крупномасштабное внедрение атомной энергетики в сферу электрической генерации не решает проблему растущего спроса на моторное топливо и проблему энергообеспечения промышленных технологий и коммунального сектора.

Неминуемо развитие третьего направления – внедрение атомных мощностей в энергоемкие отрасли промышленности и коммунального сектора. Реализация этого направления наряду с наращиванием производства электроэнергии должна обеспечить замещение органического топлива в энергоемких отраслях промышленности и коммунального сектора с достижением значительной доли ядерной энергии в энергопотреблении таковых отраслей к 2050 году. Это включает: разработку и создание системы атомных станций средней и малой мощности для автономного регионального энергоснабжения; разработку и сооружение энергоблоков с высокотемпературным модульным реактором для эффективного получения электроэнергии, высокопотенциального технологического тепла и водорода и разработку технологии производства водорода в составе атомной энерготехнологической станции.

Возможные варианты

Для понимания структуры будущей атомной энергетики рассмотрим два варианта. В первом варианте масштаб атомной энергетики составляет 110 ГВт в электрическом эквиваленте, что соответствует сценарию развития ТЭК с большими объемами использования природного газа в электроэнергетике и промышленности. Второй вариант характеризуется ограничениями использования природного газа, что требует развития мощностей атомной энергетики к 2050 году до уровня 300 ГВт. И в том, и в другом вариантах генерация энергии обеспечивается сочетанием быстрых и тепловых реакторов. Реакторы на тепловых нейтронах нацелены удовлетворить разнородные потребности пользователей: электроэнергия, коммунальное тепло, технологии, водород, широкий диапазон мощностей, регулирование нагрузки. Реакторы на быстрых нейтронах обеспечивают базовое производство энергии, расширенное воспроизводство топлива (Pu, U-233), замыкание топливного цикла.

В первом варианте развитие замкнутого топливного цикла базируется на вводе быстрых реакторов с умеренным коэффициентом воспроизводства (КВ ~ = 1,3). Во втором варианте, уже начиная с 2030 года, требуется ввод нового поколения бридеров с КВ ~ = 1,5. Кроме этого, предполагается развитие ториевого топливного цикла с использованием U-233.

Интегральный по России расход природного урана к 2050 году составляет для первого варианта 450 тыс. тонн, а для второго – 700 тыс. тонн. Важно отметить, что функционирование атомной энергетики за пределами 2050 года потребует дальнейшего расхода природного урана. С целью сокращения масштаба потребления природного урана необходимо наряду с использованием быстрых реакторов с высоким коэффициентом воспроизводства вводить модифицированные водо-водяные реакторы, оптимизированные для работы в замкнутом топливном цикле. Необходимость обеспечить глобальную энергетическую безопасность в условиях растущей напряженности использования органического топлива стимулирует многие страны мира решать эту проблему путем развития атомной энергетики. Ожидается существенное повышение спроса на товары и услуги атомной отрасли на внешнем рынке. Ядерный комплекс России способен поставлять на мировой рынок конкурентоспособные и высокотехнологичные продукты. В большей степени это относится к товарам и услугам ядерного топливного сектора (обогащение, производство топлива, обращение с ОЯТ). Повышение доли высокотехнологичной продукции ядерного сектора на внешнем рынке будет соответствовать стратегической линии ухода России из роли сырьевого поставщика.

России предстоит активно участвовать в международном сотрудничестве. Среди проектов международного сотрудничества следует отметить развивающиеся по российской инициативе проекты ИНПРО и МЦЯЦ.

ИНПРО – международный проект МАГАТЭ, разработанный по инициативе России с широким участием стран. Проект направлен на выработку облика мировой атомной энергетики и согласование направлений и масштабов НИОКР.

Проект МЦЯЦ (Международные центры ядерного цикла) ориентирован на поиск путей решения проблемы нераспространения ядерных материалов и чувствительных технологий в условиях вовлечения развивающихся государств в использование ядерной энергии. В качестве начальной фазы МЦЯЦ Россия предложила создание Международного центра по обогащению урана. Естественным развитием идеи международных центров ядерного цикла является ее распространение в перспективе на переработку ядерного топлива, производство МОКС-топлива, а в дальнейшем изоляцию радиоактивных отходов и, возможно, лизинг малых ЯЭУ.

Реализация долгосрочной атомной программы принципиально зависит от организации работ по управлению использованием атомной энергии. Важно, чтобы при организации управления были охвачены все стороны и этапы жизни атомной энергетики: исследования, разработки, научно-техническая база, промышленное производство и строительство, информационные системы, образование и кадры. С этой целью создается государственная корпорация по атомной энергии Росатом, которая нацелена выполнять полный цикл работ по атомному энергопромышленному комплексу от добычи урана – генерации энергии – до обращения с РАО «ЕЭС России».