Развитие ядерной энергетики в россии

Развитие ядерной энергетики в россии

В текущем году отмечается семидесятилетие атомной отрасли российской энергетики. Это динамически развивающаяся сфера экономики страны. Россия уверенно реализует намеченные в прежние годы планы по дальнейшему развитию отечественной ядерной энергетики, участвует в международных проектах, а также разрабатывает инновационные ядерные технологии. Внедряя их не только в самой России, но и в зарубежных странах.

Основной пик российской атомной энергетики пришелся на 1980-е годы. Выработка электроэнергии на атомных электростанциях после некоторого застоя, наблюдавшегося в середине девяностых годов прошлого века, значительно увеличилась.

У России в ядерной энергетике имеется технология полного цикла, начиная от добычи и производства топлива, до надежного захоронения ядерных отходов. Она, одновременно интегрирована в мировые процессы ядерной отрасли, но в то же время, самодостаточна и дает импульсы к развитию в других странах.

На рисунке ниже показано схематически устройство атомного реактора, предназначенного для обслуживания электрической станции. Здесь мы видим: урановые стержни, являющиеся ядерным горючим, графит, играющий роль замедлителя ядерной реакции, отражатель, имеющий назначение удерживать нейтроны в атомном реакторе, и защитную бетонную оболочку толщиной в несколько метров, предохраняющую от проникновения из атомного реактора во внешнюю среду нейтронов и гамма-лучей.

Вода или какой-либо жидкий металл, например калий, натрий, свинец, прогоняются насосом из атомного реактора в теплообменник, где они отдают свое тепло воде, циркулирующей в змеевике теплообменника, а затем возвращаются обратно в атомный реактор. Вода же, нагретая в змеевике теплообменника, превращается в пар высокой температуры и давления и по паропроводу направляется в паровую турбину, приводящую во вращение генератор электрической энергии.

Схема устройства атомного реактора с замедлителем из графита

Самая мощная АЭС России – Балаковская. Ее годовая мощность по генерации тридцать миллиардов килоВатт-часов. После ввода второй очереди она станет самой мощной АЭС Европы, сравнявшись с Запоржской АЭС в Украине. Большая часть российских объектов ядерной энергетики расположено в европейской части страны.

Применяющиеся в настоящее время на большинстве атомных электростанций ядерные технологии требуют топлива, запасы которого в стране намного уступают разведанным запасам природного газа. Но, тем не менее, доля генерации на атомных станциях высока. Так, в европейской части Российской Федерации она превышает сорок процентов. В среднем по стране — чуть меньше пятой доли всей генерации.

На сегодняшний день основной упор в научных разработках в области технологий ядерной энергетики делается на управляемый термоядерный синтез. Этому направлению по мнению экспертов принадлежит будущее.

Россия неоспоримо лидирует в мире в разработке реакторов, работающих по технологии быстрых нейтронов. Такие энергетические блоки весьма перспективны. Они дают возможность расширения топливной базы, сводят к минимуму отходы в ядерной энергетике, поскольку обладают замкнутым циклом. Такие инновационные технологии существуют в считанных странах, развивающих собственную ядерную энергетику. Эксперты признают технологическое лидерство России на мировом атомном рынке и ее полную независимость в этом вопросе.

Всемирная ядерная ассоциация признала Россию всемирным лидером в разработке новых технологий для АЭС. Важнейшая политическая и экономическая стратегия Российской Федерации – это поставка в другие страны оборудования для ядерной энергетики, технологий, услуг.

На начало 2014 года специалисты Росатома имели в своем портфеле заказы на два десятка энергетических блоков для АЭС. Часть проектов уже осуществлялась, часть находилась в стадии планирования. Общая сумма иностранных заказов – более ста миллиардов долларов. Заказчиков устраивает относительная дешевизна российских технологий, их безопасность. Однако, решающую роль в выборе партнеров по возведению АЭС играет то, что российские эксперты передают иностранным партнерам свои опыт и знания.

Государственная корпорация Росатом является единственной в мире, которая предлагает на мировом рынке атомной энергетики полный комплекс услуг. Российские специалисты не только возводят атомные электростанции, монтируют максимально безопасные энергоблоки и осуществляют их пуск, поставляют ядерное топливо, но и выводят отработавшие свой ресурс блоки из эксплуатации, готовят национальные кадры, участвуют в научных разработках своих зарубежных партнеров.

Благодаря сотрудничеству с Россией, многим странам удалось создать собственную ядерную энергетику с нуля. Российская Федерации возводит за своими пределами рекордное количество ядерных энергоблоков, больше, чем любая другая страна в мире. И число заказов с каждым годом увеличивается.

Так прошлый год начинался с двадцати заказов, рассчитанных на десять лет, к концу года их уже стало двадцать восемь. Сумма контрактов впервые в истории перешла отметку в сто миллиардов долларов, для сравнения, 2013 год дал цифру в семьдесят четыре миллиарда.

Два проекта Росатома по возведению атомных электростанций в Иране и Индии по оценкам специалистов являются «проектами 2014 года», при этом они находятся в мировом тренде, по части внедрения самых современных технологий, позволяющих получать электрическую энергию наиболее чистым и эффективным способом.

Подобный технологический переход совершается своевременно. Разведанные во всем мире запасы урана не в состоянии обеспечить стабильное развитие атомной энергетики при использовании устаревших тепловых реакторов. По расчетам специалистов, в случае достижения российскими АЭС к 2030 году плановой мощности по генерации электроэнергии в 60 гига-Ватт, а это увеличение производства в четыре раза, разведанных запасов урана хватит лишь на 60 лет.

Технология реакторов на быстрых нейтронах значительно расширит топливный ресурс атомной энергетики. За такой технологией будущее. Разработки российских ученых, инженеров позволят в дальнейшем развиваться атомной энергетике без оглядок на топливо в обозримом временном пространстве. И это не только проект, который предстоит реализовать. Ни одна страна в мире не обладает подобным российскому опытом. Вот уже двадцать лет на крупнейшей отечественной атомной электростанции успешно эксплуатируется энергоблок на быстрых нейтронах.

Атомная энергетика, это та отрасль, где необходимо долгосрочное планирование. Поэтому у России существует стратегия развития АЭС до середины двадцать первого века. Ее составляет несколько основных постулатов. Ядерное топливо должно воспроизводится. Эксплуатация основывается на принципе естественной безопасности, атомная энергетика должна обладать конкурентоспособностью.

Естественная безопасность – фундаментальный принцип. При его обеспечении в принципе исключены серьезные аварии реактора, связанные с его разрушением и выбросом радиоактивных веществ в окружающую среду, а так же тяжелые аварии на предприятиях, производящих ядерное топливо. Еще он включает в себя малое количество радиоактивных отходов, образующихся в процессе производства топлива и эксплуатации реакторов, подлежащих захоронению.

Стратегия развития атомной энергетики России предусматривает именно эти принципы развития, что сделает производство электроэнергии на АЭС вполне безопасным и экологически чистым. При этом параллельно будут ужесточаться экологические требования. Реакторы нового типа станут более конкурентно способными по сравнению с установками, работающими на природном газе. В дальнейшем их вывод из эксплуатации станет не таким затратным.

Успехи последних лет дают основания утверждать о масштабной востребованности российской атомной энергетики в ближайшем будущем. Хотя, еще совсем недавно многие сомневались в этом.

По уровню научно-технических разработок российская атомная энергетика является одной из лучших в мире. Предприятия имеют огромные возможности для решения повседневных или масштабных задач. Специалисты прогнозируют перспективное будущее в этой области, так как РФ имеет большие запасы руд для выработки энергии.

Краткая история развития атомной энергетики в России

Атомная отрасль берет свое начало со времен СССР, когда планировалось реализовать один из авторских проектов о создании взрывчатки из уранового вещества. Летом, в 1945 году благополучно прошло испытание атомное оружие в США, а в 1949 году на Семипалатинском полигоне впервые использовали ядерную бомбу РДС-1. Дальнейшее развитие атомной энергетики в России было следующим:

  • 1953 год – применение взрывчатого устройства РДС-6с;
  • 1954 год – запуск первой станции, строительством которой руководил известный профессор И.В. Курчатов;
  • 1955 год – запуск реактора «БР-1», основанного на нейронах;
  • 1957 год – создана подводная конструкция, называемая «проект К-3»;
  • 1959 год – построен ледокол, получивший название «Ленин». Он имел мощную ядерную систему;
  • 1980-е годы – начато конструирование Горьковской и Воронежской АЭС, способных повысить эффективность атомной энергии;
  • 1990-е годы – введены в эксплуатацию три энергоблока;
  • 1998 год – увеличение производства на 8 млрд. кВт*ч, введение в эксплуатацию нового блока на Волгодонской АЭС;
  • 2008 год – выработка энергии АЭС составила почти 162 млрд. кВт*ч, что оказалось на 2% выше предыдущего периода;
  • 2009-2011 год – рост производительности АЭС по отношению к предыдущему году на 0,6%, 0,5% и 1,7% соответственно;
  • 2015 год – Ростовская АЭС получила дополнительно 25% мощности на 3-м энергоблоке.
Читайте также:  Создание картин своими руками

Научно-производственные коллективы трудились много лет для достижения высокого уровня в атомном оружии, и останавливаться на достигнутом не собираются. Позже вы узнаете о перспективах в этой области до 2035 года.

Действующие АЭС в России: краткая характеристика

В настоящее время существует 10 действующих АЭС. Особенности каждой из них будут рассмотрены далее.

  1. Балаковская АЭС – является крупнейшим в России производителем электроэнергии. Неоднократно было получено звание «Лучшая АЭС». В ней используются четыре блока ВВЭР-100 с двухконтурной схемой. Они были внедрены еще 80-90-х годах. Оборудование имеет герметичную защиту с железобетонным слоем. Расположена Балаковская АЭС в Саратовской области, в 12.5 км от Балаково, на левом берегу Саратовского водохранилища.
  2. Белоярская АЭС им. И.В. Курчатова – первая крупная ядерная энергетическая станция в СССР. Она единственная, кто имеет энергоблоки разных типов:
  • №1 и №2 с реактором АМБ;
  • №3 с реактором БН-600.

Вырабатывает до 10% от общего объема электрической энергии. В настоящее время многие системы Свердловска находятся в режиме длительной консервации, а эксплуатируется только энергоблок БН-600. Белоярская АЭС расположена в г. Заречный.

  1. Билибинская АЭС – единственный источник, снабжающий теплом г. Билбино и имеющий мощность 48 МВт. Станция вырабатывает около 80% энергии и соответствует всем требованиям, предъявляемым к установке аппаратуры:
  • максимальная простота эксплуатации;
  • повышенная надежность работы;
  • защита от механических повреждений;
  • минимальный объем монтажных работ.

Система имеет важное преимущество: при неожиданном прерывании работы блока ей не наносится вред. Станция расположена в Чукотском автономном округе, в 4,5, расстояние до Анадыря – 610 км.

  1. Калининская АЭС. Благодаря удобному географическому расположению производит высоковольтную энергию. Мощность оборудования равна 4000 МВт. В состав входят очереди из энергетических блоков №1, №3 и №4. Применяются реакторные установки типа ВВЭР-1000.
  2. Кольская АЭС – первая отечественная станция, построенная за пределами полярного круга. Она включает в себя конструкции ВВЭР-440 проекта В-230 и В-213, благодаря чему вырабатывает энергию до 60%. Мощность устройства – 1760 Вт. В связи с небольшим спадом потребления ресурсов и ограничением транзита электроэнергии, устройства работают сейчас в режиме диспетчеризации. Рассматриваемая атомная станция расположена в Мурманской области, на берегу озера Имандра.
  3. Курская АЭС – важнейший узел Единой системы, обеспечивающий энергией большинство промышленных предприятий Курской области. Станция состоит из четырех блоков РБМК-1000 и имеет мощность 4 ГВт. Отличается тем, что в качестве теплоносителя применяется очищенная вода, которая циркулируется по определенной схеме. Сооружение находится в Курской области, на берегу реки Сейм (в районе г. Курчатов).
  4. Ленинградская АЭС – первая в России станция, имеющая мощнейшие реакторы РБМК-1000, а также мощность 3200 МВт. Она образована от компании ОАО «Концерн Росэнергоатом» и обеспечивает более 50% энергопотребления, создавая необходимый потенциал безопасности. Станция расположена в Ленинградской области на побережье финского залива (в районе города Сосновый бор).
  5. Нововоронежская АЭС – первая отечественная организация, имеющая реакторы ВВЭР. Она состоит из трех очередей: энергоблоки №1 (ВВЭР-210 и ВВЭР-365), №3, №4 (ВВЭР-440) и №5 (ВВЭР-1000). Каждый из них является головным. Мощность варьируется от 417 до 1000 мВт, в зависимости от типа устройства. Уровень снабжения электроэнергией составляет 85. Нововоронежская станция находится недалеко от Воронежа, на левой стороне Дона.
  6. На Юге России крупнейшей атомной электростанцией является Ростовская. Она производит до 40% энергии благодаря двум энергоблокам ВВЭР-1000 с мощностью 1000 мВт. Станция относится к числу унифицированных проектов, удовлетворяющих требования поточного производства. Она располагается в районе г. Волгодонск (Ростовская область) в 205 км от областного центра.
  7. Смоленская АЭС – крупная организация, способная ежегодно выдавать более 80% энергии благодаря трем блокам РБМК-1000. В 2010 году она была признана лучшей по культуре безопасности. Станция расположена в 150 километрах до Десногорска.

Каково состояние атомной энергетики сегодня?

Сегодня существует более 200 предприятий, специалисты которых не покладая рук трудятся над совершенством атомной энергетики России. Поэтому мы уверенно двигаемся вперед в этом направлении: разрабатываем новые модели реакторов и постепенно расширяем производство. Согласно мнению участников Всемирной ядерной ассоциации, сильная сторона России — развитие технологий на быстрых нейронах.

Российские технологии, многие из которых были разработаны компанией «Росатом», высоко ценятся за рубежом за относительно небольшую стоимость и безопасность. Следовательно, у нас достаточно высокий потенциал в атомной отрасли.

Зарубежным партнерам РФ оказывает множество услуг, касающихся рассматриваемой деятельности. К их числу относится:

  • возведение атомных энергоблоков с учетом правил безопасности;
  • поставка ядерного топлива;
  • вывод использованных объектов;
  • подготовка международных кадров;
  • помощь в развитии научных работ и ядерной медицины.

Россия строит большое количество энергоблоков за границей. Успешно были такие проекты, как «Бушер» или «Куданкулам», созданные для иранской и индийской АЭС. Они позволили создавать чистые, безопасные и эффективные источники энергии.

Какие проблемы, связанные с атомной отраслью, возникали в России?

В 2011 году на строящейся ЛАЭС-2 произошел обвал металлических конструкций (вес около 1200 тонн). В ходе надзорной комиссии обнаружилась поставка несертифицированной арматуры, в связи с чем были приняты следующие меры:

  • наложение штрафа на ЗАО «ГМЗ-Химмаш» в размере 30 тыс. руб.;
  • выполнение расчетов и проведение работ, направленных на усиление арматуры.

По мнению Ростехнадзора, главной причиной нарушения является недостаточный уровень квалификации специалистов «ГМЗ-Химмаш». Слабое знание требований федеральных норм, технологий изготовления подобного оборудования и конструкторской документации привело к тому, что многие подобные организации лишились лицензий.

В Калининской АЭС повысился уровень тепловой мощности реакторов. Такое событие крайне нежелательно, так как появляется вероятность возникновения аварии с серьезными радиационными последствиями.

Многолетние исследования, проведенные в зарубежных странах, показали, что соседство с АЭС приводит к росту заболеваний лейкемией. По этой причине в России было множество отказов от эффективных, но очень опасных проектов.

Перспективы АЭС в России

Прогнозы дальнейшего использования атомной энергии противоречивы и неоднозначны. Большинство из них сходится к мнению, что к середине XXI века потребность возрастет в связи с неизбежным увеличением численности населения.

Министерство энергетики РФ сообщило энергетическую стратегию России на период до 2035 года (сведения поступили в 2014 году). Стратегическая цель атомной энергетики включает в себя:

  • существенное улучшение топливного баланса;
  • сбережение ценных и невозобновляемых ресурсов от нецелевого применения;
  • решение проблем выбросов парниковых газов;
  • повышение доли высокотехнологичных и наукоемких продуктов в экспорте;
  • создание серийных атомных электростанций с реакторами на быстрых нейронах для воспроизводства энергии за счет собственной топливной базы;
  • снижение цен на оптовом рынке в долгосрочной перспективе, позволяющее повысить конкурентоспособность российской экономики и увеличить скорость развития промышленности.

С учетом установленной стратегии, в дальнейшем предусматривается решить следующие задачи:

  • улучшить схему производства, обращения и захоронения топливно-сырьевых ресурсов;
  • развить целевые программы, обеспечивающие обновление, устойчивость и повышение эффективности имеющейся топливной базы;
  • реализовать наиболее эффективные проекты с высоким уровнем безопасности и надежности;
  • увеличить экспорт ядерных технологий.

Государственная поддержка массового производства атомных энергоблоков – основа благополучного продвижения товаров за рубеж и высокой репутации России на международном рынке.

Что препятствует развитию атомной энергетики в России?

Развитие атомной энергетики в РФ сталкивается с определенными трудностями. Вот основные из них:

  1. Безопасность. Важно сделать профессиональный вывод конструкции, имеющий надежную внутреннюю систему защиту. Это позволит избежать серьезных аварий по вине неопытных специалистов либо при совершении террористического нападения.
  2. Экономичность вырабатываемой энергии. При детальном изучении схемы финансирования атомной энергетики России обнаруживается, что строительство станции и безопасная работа обходятся дороже, чем стоимость энергии, вырабатываемой на угольных и даже газовых станциях. Следовательно, нужно искать варианты минимизации затрат без ущерба качества и безопасности.
  3. Снижение выпуска диоксида углерода. Уровень выброса вредных веществ АЭС намного выше электростанций с комбинированным циклом на природном газе. Чтобы избежать негативных последствий от глобального потепления климата на планете, необходимо построить не менее 85 атомных реакторов, уменьшающих выпуск диоксида углерода.
  4. Снятие с эксплуатации реакторов на АЭС. В настоящее время обостряется проблема по безопасной утилизации радиоактивных отходов. Приблизительно через 20 лет большинство реакторов выработают свои ресурсы. Их понадобится остановить, а отходы надо надежно утилизировать на длительный срок. Все это потребует немалых финансовых вложений.
  5. Опасность использования АЭС для распространения ядерного оружия. При обращении с отработавшим ядерным топливом нередко происходят серьезные сбои. В результате совершенных ошибок террористы могут создать множество грязных ядерных взрывных устройств. Предотвращение усиливающейся угрозы больших государственных затрат.
  6. Вложение средств не на развитие систем энергетики. При создании новых реакторов инвестиции не направляются на создание эффективных и менее опасных технологий. Рассматривая энергетическую стратегию, Правительство РФ не видит способов создать действительно экологичную и безопасную систему.
Читайте также:  Профиль п образный д меб щита

В России атомная энергетика является одним из важных секторов экономики. Успешная реализация разрабатываемых проектов способна помочь развить остальные отрасли, но для этого нужно приложить немало усилий.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

В.И. Рачков ГНЦ РФ «Физико-энергетический институт», Обнинск

В докладе представлены основные положения разрабатываемой в Росатоме стратегии развития атомной энергетики (АЭ) России в период до 2050 года. В разрабатываемой новой редакции стратегии, так же как и в предыдущей (2000 г.), понимается, что масштабное развитие АЭ в 21 веке в России и мире возможно только при переходе на технологии быстрых реакторов и замкнутого топливного цикла. Акцент в новой редакции делается на необходимость скорейшей коммерциализации уже проверенных технологий быстрых натриевых реакторов, где Россия является признанным мировым лидером.

Решение задачи по модернизации экономики страны невозможно без увеличения доли высоких технологий в структуре народного хозяйства и экспорта страны. Атомный энергетический комплекс (АЭК) — один из немногих комплексов страны, который обладает значительным потенциалом в решении задачи по модернизации энергетики и экономики.

В связи с необходимостью повышения роли АЭ в решении макроэкономических проблем страны возникают вопросы, связанные с поиском путей развития технологической базы АЭК. Каков потенциал и каковы пределы использования современных ядерных энерготехнологий в решении макроэкономических проблем страны? Какими характеристиками должны обладать ядерные энерготехнологии нового поколения? Когда и как должен быть организован оптимальный перевод АЭ на ядерные энерготехнологии нового поколения? Это основные вопросы, стоящие сегодня перед разработчиками обновляемой стратегии развития АЭ России в период до 2050 года, основные положения которой представляются ниже для обсуждения.

2. ПРЕДЕЛЫ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛАТФОРМЫ АЭ

2.1. Атомная энергетика в энергообеспечении устойчивого развития страны

Энергообеспечение устойчивого развития страны и мира в целом представляется одной из важнейших задач, в решении которых АЭ могла бы сыграть важную роль. Решение этой задачи многим видится на пути существенного увеличения суммарной доли неорганического топлива (атомная энергия, ГЭС, возобновляемые источники энергии) в общей структуре энергопотребления.

Существующий в мире парк АЭС суммарной мощностью 372 ГВт (э) произвел в 2009 году около 15% выработанной суммарной электроэнергии. Современные АЭС с тепловыми реакторами, работающие на урановом топливе, достаточно безопасны и экономически эффективны во многих странах мира для наращивания базовых мощностей в электроэнергетике. По оценкам МАГАТЭ (2009) ожидается, что к 2030 году суммарная мощность АЭС в мире возрастёт до 500-800 ГВт (э), хотя доля атомной электроэнергии в общем балансе может и несколько снизиться.

Доля российских АЭС в выработке электроэнергии сегодня примерно такая же, как в мире в целом — 16%.

В рамках принятой энергетической стратегии России (ЕС-2030) перед АЭК стоит задача по увеличению этой доли до 19 — 20% к 2030 году. Прогнозируемый в рамках ЕС-2030 рост мощностей АЭС к 2030 году лежит в пределах от 52 до 62 ГВт (э). Такой рост может быть обеспечен строительством АЭС с усовершенствованными ВВЭР.

Что касается долгосрочной перспективы, то здесь представляется целесообразным рассмотреть возможность повышения доли атомной электроэнергии до уровней 30 и более процентов — современных уровней использования АЭ во многих индустриальных странах. Достижение таких уровней в России потребует увеличения суммарной мощности АЭС к середине века до 100 и более ГВт (э) и последующего длительного (сотни лет) функционирования АЭ на этом уровне мощности.

Возможность достижения такого уровня развития АЭ на базе технологий тепловых реакторов и открытого ядерного уранового топливного цикла уже представляется весьма сложным из-за накопления значительных объёмов ОЯТ и несоответствия имеющейся сырьевой базы. Последнее связано с тем, что тепловые реакторы используют в качестве основного делящегося материала уран-235, содержание которого в добываемом природном уране только 0,7 %.

2.2. Задачи по расширению экспортного потенциала АЭК

Другая макроэкономическая проблема, стоящая перед страной, в решении которой атомная энергетика также может оказать значительный вклад — это преодоление сырьевой зависимости экспорта страны. Решение этой проблемы видится на пути существенного повышения доли высокотехнологической продукции в структуре экспорта. АЭК — один из немногих комплексов страны, который обладает конкурентными на внешних рынках высокотехнологическими продуктами и услугами. Ключевая задача для АЭК — значительно (в разы) расширить экспортный потенциал российских ядерных энерготехнологий и услуг.

Современные российские ядерные энерготехнологии (АЭС с ВВЭР, услуги по обогащению урана, урановое топливо) обладают определённой конкурентной привлекательностью на внешнем рынке. По российским проектам за рубежом построено 52 энергоблока, из них сегодня работают 37 энергоблоков АЭС в 9 странах.

Однако дальнейшее расширение экспортного потенциала АЭК на базе технологий ВВЭР усложняется в связи с появлением на рынках тепловых реакторов нового поколения (3+) с улучшенными показателями в области безопасности и эксплуатационных режимов.

Кроме того, необходимо понимать, что экономическая эффективность экспортируемых и используемых внутри страны АЭС с тепловыми реакторами в определенной степени условна в силу отсутствия продемонстрированных решений по обращению с ОЯТ. Применительно к российским реакторам это такие проблемы:

накопление в стране ОЯТ ВВЭР-1000 и РБМК с неопределенными сроками хранения и вариантами окончательного обращения с этими ОЯТ; • оказание услуг по возврату ОЯТ экспортируемых АЭС с ВВЭР с неопределённым будущим этих ОЯТ.

3. НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПЛАТФОРМА АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ РОССИИ

3.1. Потенциал технологий быстрых реакторов и замкнутого топливного цикла

С самого начала становления мирного атома в США и СССР были выдвинуты идеи по АЭ на быстрых реакторах (БР) с замкнутым топливным циклом (ЗТЦ). Основная цель создания новой технологической платформы (НТП) на базе БР и ЗТЦ — обеспечение возможности крупномасштабного развития АЭ, не ограниченного проблемами сырья и отходов.

Решение сырьевой проблемы в рамках НТП обеспечивается сменой сырьевой базы АЭ с U-235 (0,7 % природного U) на практически неограниченный U-238 (99,3 % природного урана).

Замыкание топливного цикла АЭ на БР позволяет также минимизировать накопление ОЯТ в АЭ и найти пути оптимального обращения с различными высокоактивными отходами, отличающимися длительными периодами полураспада.

Многие индустриальные страны имели в 60-80-е годы национальные программы по созданию таких технологий БР и ЗТЦ. Ряд чрезвычайно сложных проблем технологического, экономического и социально-политического плана стоял на пути реализации этих национальных программ.

В технологической области перед каждой страной стояли сложнейшие задачи: выбрать, разработать и довести до коммерческого уровня использования три взаимоувязанные технологии: 1) АЭС с БР; 2) Производство смешанного уран-плутониевого топлива; 3) Переработка ОЯТ для извлечения плутония и компактирования отходов.

Сегодня за рубежом интерес к освоению систем с БР проявляют страны, которые уже масштабно используют АЭ (Франция, Япония, Республика Корея, США) или планируют её масштабное использование (Индия, Китай).

3.2. Состояние технологий НТП в России

Россия сегодня — мировой лидер в освоении технологий БР. В стране 30 лет на БАЭС успешно работает единственный на сегодня в мире опытно -промышленный быстрый реактор БН-600 с натриевым теплоносителем мощностью 600 МВт (э).

На основе этого уникального опыта разработан и строится прототипный быстрый реактор БН-800, мощностью 880 МВт(э), проектируется коммерческий БН-К мощностью 1200 МВт(э).

В стране также накоплен многолетний опыт эксплуатации реакторной установки со свинцово -висмутовым теплоносителем на атомной подводной лодке. На основе этого опыта сегодня в рамках государственно-частного партнерства разрабатывается проект быстрого реактора СВБР — 100 мощностью 100 МВт (э) для многоцелевого использования в региональной энергетике.

Читайте также:  Модель абсолютного черного тела

Кроме того, в России ведутся исследования на концептуальном уровне по возможности создания БР на свинцовом теплоносителе.

В нашей стране разработаны и продемонстрированы на опытно-промышленном и экспериментальном уровнях соответственно технологии замкнутого топливного цикла:

• водная технология переработки ОЯТ реакторов ВВЭР-440 и БН-600 на заводе РТ-1;

• таблеточная технология производства оксидного смешанного уран-плутониевого топлива (МОКС)

На сегодня в стране сложилась уникальная ситуация. Накоплен опыт и ведутся разработки:

• по трем разным типам теплоносителей БР (натриевый; свинцово-висмутовый; свинцовый);

• по трем разным типам топлива для БР (МОКС топливо на основе таблеточной технологии изготовления; МОКС топливо на основе вибротехнологии; нитридное топливо;

• по трем разным типам технологии переработки ОЯТ (водная химия; пирохимия; газофторидная химия).

Понятно, что доведение каждой технологии до результата — коммерческого использования — потребует значительных усилий и времени — это нереально и чревато рисками безрезультатной траты денег.

В этих условиях перед Росатомом стоит актуальная задача выработки стратегии замыкания ядерного топливного цикла АЭ с приемлемыми финансовыми рисками.

4. РАЗРАБОТКА СТРАТЕГИИ РАЗВИТИЯ АЭ НА ПЕРСПЕКТИВУ ДО 2050 ГОДА

4.1. «Идеализированный» подход

Разработка стратегии развития АЭ включает в себя определение целей развития АЭ, задач и приоритетов в освоении технологий, позволяющих наиболее эффективно и с минимальными рисками решать поставленные задачи.

При разработке предыдущего варианта стратегии долгосрочного развития АЭ (2000 г.) использовался подход, который можно охарактеризовать как «идеализированный». Он включал в себя:

• выработку идеалистических требований к ядерным технологиям нового поколения;

• развитие только тех технологий, которые удовлетворяли идеалистическим требованиям.

В результате применения такого подхода в качестве базовых технологий для развития были выбраны непроверенные технологии, существовавшие на уровне концептуальных разработок: БР со свинцовым теплоносителем; нитридное топливо и пирохимическая переработка ОЯТ.

Реализация такого «идеализированного» подхода на практике оказалась затруднительной:

• из-за риска нереализуемости или экономической нецелесообразности реализации выбранных технологий;

• из-за риска потери возможности реализации уже проверенных технологий при решении реальных проблем АЭ и страны.

Эти риски, а также стоящие перед АЭК актуальные задачи в области энергобезопасности и преодоления сырьевой зависимости экспорта страны привели к необходимости корректировки стратегии развития её АЭ. Для корректировки стратегии используются рекомендации, разработанные в рамках международного проекта ИНПРО (МАГАТЭ).

4.2. Системный подход

МАГАТЭ рекомендует описание проблем развития АЭ, выбор критериев и оценку перспективности ядерных энерготехнологий проводить с учётом разработанных в рамках международного проекта ИНПРО так называемых базовых принципов создания инновационных ядерных энергетических систем (ИЯЭС). С учетом рекомендаций ИНПРО/МАГАТЭ при корректировке стратегии решено было использовать «системный» подход, суть которого заключается в необходимости:

• проведения оценки относительной перспективности различных технологий, находящихся только на одинаковых стадиях их освоения:

I. НИР в обоснование реализуемости технологии.

П. Демонстрация работоспособности и возможности достижения заявленных параметров технологии.

III. Коммерциализация технологии.

IV. Коммерческое использование.

• Коммерциализации только тех ИЯЭС, которые уже продемонстрировали возможность значительного улучшения параметров топливного цикла, характерных для современных АЭС.

На основе изложенного подхода были разработаны предложения по поэтапному замыканию топливного цикла АЭ России с минимизацией финансовых и технологических рисков.

5. ЭТАПЫ РЕАЛИЗАЦИИ СТРАТЕГИИ РАЗВИТИЯ АЭ РОССИИ

5.1. Задачи индустрии по замыканию топливного цикла в перспективе до 2030

Сравнительный анализ различных технологий БР и ЗТЦ показал, что только по одной технологической системе может быть принято решение о коммерциализации. Это ядерно-энергетическая система «БН(МОКС)», состоящая из успешно продемонстрированных технологий БР с натриевым теплоносителем, таблеточного МОКС топлива и водной переработки ОЯТ.

Анализ показывает что ЯЭС «БН(МОКС)» может быть доведена до коммерческого уровня в период до 2030 г. Для коммерциализации системы БН(МОКС) потребуется:

• до 2020 года запустить и обеспечить надёжную эксплуатацию БН-800, а затем БН-К на МОКС топливе;

• до 2030 ввести малую серию БН-К с опытно-промышленной инфраструктурой ЗТЦ, включающей в себя завод РТ-2 по переработке ОЯТ ТР и БН и производство МОКС топлива для БН.

Конкурирующими системами на мировых рынках в период коммерческого использования БН(МОКС) (2030-2050 гг) будут два типа ЯЭС:

• система АЭС с усовершенствованными тепловыми реакторами на урановом топливе (США, Ю. Корея);

• система АЭС с усовершенствованными тепловыми реакторами с использованием уранового топлива в 2/3 зоны и МОКС топлива в 1/3 зоны реактора. (Франция, Япония).

Сравнение конкурирующих систем показывает принципиальные преимущества ЯЭС БН(МОКС) по всем параметрам топливного цикла. Ключевой момент успеха системы БН(МОКС) на рынках — это достижение приемлемых параметров в области экономики и безопасности.

По предварительным оценкам, при достижении приемлемых показателей в области экономики и безопасности система БН(МОКС) может оказать значимый вклад в решение системных проблем страны и АЭК:

• мощность АЭ России при необходимости может быть увеличена до 100 и более ГВт(э);

• к 2030 году могут быть решены проблемы накопления ОЯТ тепловых реакторов, поскольку для ввода АЭС с БН потребуется переработать все ОЯТ ВВЭР и РБМК;

• система БН(МОКС) обладает привлекательными качествами для экспорта в интенсивно развивающиеся Китай и Индию;

• АЭС с БН(МОКС) без воспроизводящих экранов в пакете с топливобеспечением (поставка свежего топлива и возврат ОЯТ) могут стать предметом экспорта в третьи страны;

• создание системы БН(МОКС) позволит АЭК расширить экспорт ТР с привлекательным пакетом их топливообеспечения (поставки свежего топлива и возврат ОЯТ).

5.2. Задачи науки по созданию технологий НТП нового поколения для использования в долгосрочной перспективе

Базовые технологии системы БН(МОКС) в основе своей были созданы и продемонстрированы в рамках предыдущих программ страны по развитию технологий БР и ЗТЦ.

В рамках новой ФЦП ядерные энерготехнологии нового поколения (ЯЭНП) предусмотрены НИР по созданию и демонстрации перспективных технологий НТП нового поколения.

Основные системные требования к технологиям НТП нового поколения выражаются в необходимости дальнейшего улучшения показателей базовой системы БН (МОКС) в следующих направлениях:

• экономичность и безопасность.

• расширение сферы использования АЭ;

• оптимальное решение проблемы ВАО;

• расширение экспортного потенциала АЭК. Так, например, освоение технологии СВБР-100

может расширить область применения АЭ с включением регионального уровня. Освоение технологии свинцового теплоносителя может повысить уровень безопасности и экономичности АЭ. Освоение сухих методов переработки может улучшить экономические показатели и увеличить темпы ввода новых БР. Освоение вибротехнологии может позволить реализовать концепцию «грязное» топливо — «чистые» отходы. Освоение плотного топлива позволяет увеличить темпы воспроизводства плутония.

Ожидаемый срок разработки и демонстрации перечисленных выше технологий — до 2030 года, а массового коммерческого использования успешно продемонстрированных технологий — после 2040 года.

Актуальная сегодня в рамках ФЦП задача — выработать приоритеты и сконцентрировать усилия на разработках и демонстрации минимального числа наиболее перспективных технологий.

При выработке системных требований к технологиям НТП нового поколения необходимо будет ориентироваться также на работы за рубежом в рамках национальных и международных программ, таких, как «Генерация 4» и ИНПРО.

Новая технологическая платформа на базе технологий быстрых реакторов и замкнутого цикла может стать одним из ключевых ответов на вызовы, связанные с необходимостью модернизации экономики и изменения экспортной структуры страны.

Для реализации потенциала НТП в среднесрочной перспективе необходима коммерциализация индустрией уже проверенных быстрых натриевых реакторов и базовых технологий замкнутого топливного цикла.

Для сохранения лидерства в области НТП и использования потенциала АЭ для решения проблем долгосрочной перспективы сегодня актуальны НИР в рамках ФЦП ЯЭНП, направленные на создание ядерных энерготехнологий нового поколения.

1. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года. Расп. Правительства РФ от 13 ноября 2009 г. №1715-р.

2. Guidance for the application of an assessment methodology for innovative nuclear system. INPRO manual -overview of the methodology. IAEA-TECDOC-1575 Rev.l Nov. 2008.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector