Анализ тенденций, особенностей и перспектив развития ядерной отрасли РФ

     2 Анализ    тенденций, особенностей  и перспектив развития  ядерной отрасли РФ

     Осуществляемая  Минатомом государственная политика России по ядерной энергетике определена Программой развития атомной энергетики РФ на 1998-2005 годы и на период до 2010 года [1]. В ней поставлены задачи обеспечения безопасного и рентабельного функционирования ядерно-энергетического комплекса и создания усовершенствованных АЭС для строительства в следующем десятилетии.

     Необходимость выработки долговременной стратегии  вызвана тем, что завершающий  период её первого этапа связан со сложными и противоречивыми процессами: энергонасыщенные развитые страны Америки и Европы в условиях стабилизации топливного рынка сворачивают свои ядерные программы, а наиболее заинтересованные в увеличении производства энергии развивающиеся страны, особенно Азии, начинают с повторения не во всём удачного пути, пройденного в XX веке ядерными державами.

     Рост  мировых потребностей в топливе  и энергии при ресурсных и  экологических ограничениях традиционной энергетики делает актуальной своевременную  подготовку новой энергетической технологии, способной взять на себя существенную часть прироста энергетических нужд, стабилизируя потребление органического  топлива. Активные исследования новых  возобновляемых источников энергии  и управляемого термоядерного синтеза  пока не позволяют рассматривать  их в качестве реалистических конкурентоспособных  способов крупномасштабного замещения  традиционного топлива.

     Полувековое развитие атомной энергетики не привело  пока к ядерной технологии, готовой  в масштабах мировой энергетики конкурировать с традиционной энерготехнологией. Но исходя из большого практического  опыта её первого этапа эта  задача может быть решена.

     Атомная энергетика обладает важными принципиальными особенностями по сравнению с другими энерготехнологиями:

• ядерное топливо имеет в миллионы раз большую концентрацию энергии и неисчерпаемые ресурсы;
• отходы атомной энергетики имеют относительно малые объёмы и могут быть надёжно локализованы, а наиболее опасные из них можно “сжигать” в ядерных реакторах.

     Это открывает принципиально новые возможности и перспективы:

• в реализации такого топливного цикла, при котором из ограниченных природных запасов топливного сырья в течение тысячелетий можно получать необходимое количество энергии для удовлетворения энергопотребности человечества при любом прогнозируемом сценарии развития цивилизации;
• в осуществлении такого замкнутого технологического цикла, при котором воздействие атомной энергетики на окружающую среду будет существенно меньше, чем воздействие других традиционных энерготехнологий;
• в развитии энергетики для удалённых районов и для крупных транспортных средств;
• в замещении ядерным топливом органического топлива, которое в отличие от первого может быть эффективно использовано для других целей: химический синтез, транспорт и т.д.

     Таким образом, атомная энергетика потенциально обладает всеми необходимыми качествами для постепенного замещения значительной части- энергетики на ископаемом органическом топливе и становления в качестве доминирующей энерготехнологии.

     Создание  необходимых предпосылок и реализация принципиальных особенностей атомной  энергетики составляют основное содержание стратегии её развития.

     Востребованность  принципиальных особенностей атомной  энергетики будет означать востребованность крупномасштабной атомной энергетики.

     Значение  развития ядерной технологии и атомной  энергетики для России определяется её национальными интересами:

• ядерные технологии в рассматриваемый период остаются основой обороноспособности России;
• атомная энергетика без ограничений со стороны дешевого и общедоступного топлива открывает новые возможности в развитии экономики России;
• крупномасштабная атомная энергетика переносит центр тяжести в энергетическом производстве с топливодобывающих отраслей и транспорта топлива на современные наукоёмкие ядерные и сопутствующие неядерные технологии, а в экспорте - с топливного сырья на продукцию этих технологий, что даст новый импульс социальному и культурному развитию России;
• развивающаяся атомная энергетика позволит избежать опасностей, связанных с исчерпанием органического топлива и международными конфликтами из-за его источников, что будет способствовать стабилизации международной обстановки;
• вовлечение плутония из сокращаемых ядерных боеголовок и ядерного топлива (ЯТ) в сбалансированный по нему замкнутый топливный цикл быстрых реакторов будет способствовать режиму нераспространения; с переводом же в дальнейшем тепловых реакторов в торий-урановый цикл, построенный подобным образом, отпадёт нужда в технологиях обогащения урана и выделения Ри или ²³³U, что будет являться важной технологической предпосылкой к полному запрещению ядерного оружия и значительным фактором увеличения глобальной безопасности;
• способствуя безопасному экономическому и социальному развитию и сохранению среды обитания, атомная энергетика будет давать весомый вклад в рост продолжительности и качества жизни граждан России.

     Инициатива  России по выработке долговременной ядерной стратегии вполне соответствует  ее традиции и статусу в этой области, ее собственным интересам и глубоким интересам мирового сообщества. Разработка стратегии должна быть нацелена на решение долговременных топливно-энергетических проблем не только России, а мира и исходить из представлений о  вероятном развитии мировой энергетики в рассматриваемый период и далее.

     Будущее атомной энергетики России зависит  от решения трёх главных задач:

• поддержание безопасного и эффективного функционирования действующих АЭС и их топливной инфраструктуры;
• постепенное замещение действующих АЭС энергоблоками традиционных типов повышенной безопасности (энергоблоки третьего поколения) и осуществление на их основе в последующие 20-30 лет умеренного роста установленной мощности атомных энергоблоков и увеличения экспортного потенциала;
• разработка и овладение в промышленных масштабах ядерной энерготехнологией, отвечающей требованиям крупномасштабной энергетики по экономике, безопасности и топливному балансу.

     Стратегия развития атомной энергетики России в первой половине XXI века утверждена решением коллегии Минатома 21 декабря 1999 г. 

2.1 Современное  состояние атомной энергетики

     В России сегодня эксплуатируются 29 ядерных  энергоблоков общей установленной  электрической мощностью 21,2 ГВт. В  их числе 13 энергоблоков с реакторами типа ВВЭР, 11 энергоблоков с реакторами типа РБМК, 4 энергоблока типа ЭГП  Билибинской АТЭЦ с канальными водографитовыми  реакторами и один энергоблок на быстрых  нейтронах БН-6ОО. Россия имеет уникальный опыт эксплуатации реакторов на быстрых  нейтронах - БН-350 и БН-600 (безаварийная работа в течение 20 лет).

     Продолжается  эксплуатация в режиме энергообеспечения  канальных уран-графитовых промышленных реакторов в г. Северске (Сибирская АЭС) и г. Железногорске.

     Кроме этого, на стадии высокой степени  достройки находятся 5 энергоблоков: на Ростовской АЭС два блока с  ВВЭР-1000, на Калининской АЭС ВВЭР-1000, на Балаковской АЭС ВВЭР-1000 и на Курской АЭС РБМК-1000.

     Несмотря  на значительную роль, которую играет атомная энергетика, сегодня можно  говорить об определённом её кризисе. Об этом свидетельствует наметившаяся перспектива падения её доли в  мировом энергопроизводстве, сворачивание ядерных программ и разработок по быстрым реакторам в развитых странах Запада. Кроме того, АЭ подвергается критике, вплоть до требования ее полного  закрытия. И хотя в подобной критике  часто присутствует субъективизм, а  то и полная необъективность, следует  признать, что веские основания для  критики имеются. Атомная энергетика, как и любая технология, требует  совершенствования. Более того, имеются  и особые основания для обостренного внимания к ней:

• потенциальная опасность аварий с большим экологическим и экономическим ущербом (реальность этой опасности подтверждена рядом аварий);
• накопление высокоактивных и долгоживущих отходов;
• связь ядерной энергетики с опасностью распространения ядерного оружия и ряд других.

     Современные ядерные реакторы при существующем масштабе атомной энергетики являются достаточно безопасными установками. Несмотря на случавшиеся и случающиеся время от времени аварии и инциденты, нельзя забывать о том, что атомная энергетика наработала уже около 8000 реакторо-лет, из них -5000 без крупных аварий после апреля 1986 г. Это – серьезный успех ядерной технологии.

     Безопасность  настоящего поколения реакторов  обеспечивается, главным образом, увеличением  числа различных систем безопасности и систем ограничения выхода активности, ужесточением требований к оборудованию и персоналу. В результате АЭС  становятся все более и более  сложными и, следовательно, - более и  более дорогими. Можно сказать, что  при господствующей в настоящее  время философии безопасности атомная  энергетика близка к её экономически “предельному” уровню: дальнейшее наращивание систем безопасности ведёт к неминуемой потере конкурентоспособности атомной энергетики.

     Анализ  современного состояния атомной  энергетики позволяет сделать следующие  выводы:

• Эксплуатационная безопасность современной атомной энергетики является приемлемой для существующих масштабов её использования при условии постепенного замещения действующих энергоблоков на реакторы третьего поколения.
• Ресурсы природного рентабельно извлекаемого из недр урана ограничены. При доминирующей сегодня практике “сжигания” урана в тепловых реакторах эти ресурсы будут исчерпаны уже в следующем веке, как в России, так и в мире в целом. Переработка отработавшего топлива при рецикле Рu (МОХ-топливо) в тепловых реакторах может лишь ненамного продлить эти сроки, увеличивая затраты и снижая возможность последующего развития на быстрых реакторах.
• Конкурентоспособность атомной энергетики под бременем растущих расходов на безопасность, обеспечиваемую наращиванием инженерных систем, имеет устойчивую тенденцию к снижению.

2.2 Особенности  размещения атомной энергетики

     Особенностями размещения предприятий атомной  промышленности является то, что они  могут находиться в отдалённых районах  и не зависят от местоположения источников топлива, так как они используют уран, который имеет большое удельное содержание энергии. Но атомные реакторы нельзя располагать вблизи густонаселённых  районов в связи с опасностью аварии. А также есть недостатки, связанные со сложностью строительства  и эксплуатации, а также с трудностями  связанными с переработкой и захоронением ядерных отходов, демонтажем ядерных  установок АЭС (через 25-30 лет их работы). 

2.3 Долгосрочные  прогнозы

     В настоящее время атомная энергетика сохраняет свои позиции как один из основных мировых источников энергии.

     На  ядерную энергию приходится - 6% мирового топливно-энергетического баланса  и - 17% производимой электроэнергии.

     Прогнозируется  рост мощностей АЭС, прежде всего  в странах Азии и Азиатско-тихоокеанского региона (Китай, Южная Корея, Индия, Япония), а также некоторых стран  Восточной Европы (Чешская Республика, Словацкая Республика) и ряда стран, входящих в Содружество Независимых  Государств (Россия, Украина, Казахстан). У целого ряда стран есть намерение  вступить в “ядерный энергетический клуб” (Турция, Иран, Индонезия, Вьетнам). Однако по современным прогнозам  МАГАТЭ, даже при осуществлении этих намерений общемировая доля ядерной  электроэнергии в электропроизводстве  в ближайшие 20-25 лет снизится до 12-15%.

     Долгосрочные  прогнозы мировой атомной энергетики весьма противоречивы, что отражает и отношение к ней общества, и неблагоприятную для нее конъюнктуру, и настроения в самом ядерном сообществе после неудавшейся попытки решить все ее проблемы с ходу.

     Возможные варианты развития атомной энергетики России представлены на рисунке 1. 

       
Рисунок 1 - Воспроизводство и развитие мощностей АЭС до 2030 г. 

     По  результатам прогнозных оценок Института  систем энергетики им. Л.А. Мелентьева (ИСЭМ) СО РАН общий вклад атомной  энергетики в мировой энергетический баланс может возрасти к 2100 г. до 30%.

     Международное Энергетическое Агентство (IEA/OECD 1998) прогнозирует к 2020 г. снижение доли атомной энергетики в производстве электричества до -10% при сохранении общей установленной  мощности атомных энергоблоков на сегодняшнем  уровне.

     Министерство  энергетики США (EIA/DOE 1999) в качестве наиболее вероятного сценария рассматривает  снижение к 2020 г. установленной мощности атомных энергоблоков на 10% в мире и на 25% в развитых странах.

     Прогнозы  Института энергетических исследований РАН указывают на возможность  роста производства электроэнергии АЭС России до 160 млрд. кВт·ч в 2010 г. и до 330 млрд. кВт·ч в 2020 г.

     Ожидаемое к середине XXI века почти удвоение населения Земли, в основном за счёт развивающихся стран, и приобщение их к индустриальному развитию может  привести к удвоению мировых потребностей в первичной и к утроению (до 6000 ГВт) в электрической энергии. Атомная энергетика, отвечающая требованиям  крупномасштабной энергетики по безопасности и экономике, могла бы взять на себя существенную часть прироста мировых  потребностей в топливе и энергии [~4000 ГВт (эл.)]. Развитие к середине века мировой атомной энергетики такого масштаба явилось бы радикальным средством стабилизации потребления обычных топлив и предотвращения следующих кризисных явлений:

• истощения дешёвых ресурсов углеводородных топлив и возникновение конфликтов вокруг их источников, дестабилизации мирового топливного цикла;
• достижения опасных пределов выбросов продуктов химического горения.

2.4 Оценка потенциальных  возможностей атомной энергетики

     Мировые ресурсы урана в наиболее богатых  месторождениях с концентрацией  металла в рудах >=0,1% в настоящее  время оцениваются следующим  образом: разведанные - несколько более 5 млн. т, потенциальные – 10 млн. т.

     За  время жизни ( ~50 лет) тепловой реактор (ЛВР) мощностью 1 ГВт (эл.) потребляет ~ 10⁴ природного U, поэтому 10⁷ т U позволяют ввести 1000 блоков АЭС с такими реакторами, из которых ~ 350 ГВт (эл.) работают сейчас, а 650 ГВт (эл.) могут быть введены в следующем веке. В результате в первой половине XXI века мощности мировой АЭ на тепловых реакторах с учётом вывода из эксплуатации отработанных блоков могут вырасти вдвое, но ее вклад в производство энергии будет постепенно падать, а во второй половине века сойдет на нет.

     Ежегодная потребность современной атомной  энергетики России в природном уране  составляет 2800-3300 т, а с учетом экспортных поставок ядерного топлива ~ 6000-7700 т. При имеющихся ресурсах урана (залежи в недрах, складские запасы на горнодобывающих предприятиях, запасы высокообогащённого урана) срок функционирования отечественной атомной энергетики на тепловых реакторах, если оставаться на уровне мощности - 20 ГВт (эл.), составляет ~ 80-90 лет. Замыкание топливного цикла тепловых реакторов с вовлечением энергетического плутония и регенерированного урана продлит этот срок на 10-20 лет в зависимости от способа изготовления регенерированного топлива.

     Имеющиеся мировые и российские запасы природного урана не могут обеспечить устойчивого  долговременного развития атомной энергетики на тепловых реакторах. 
 

     Таблица 1 - Общее потребление первичных энергоносителей, доля первичных энергоносителей, используемых для производства электроэнергии и доля АЭС в потреблении первичных энергоносителей в регионах мира в 2004 г. и 2009 г. 

     Итак, при любом варианте развития в  крупномасштабной ядерной энергетике будущего могут найти свое место  разные типы реакторов на тепловых нейтронах при доминирующей роли быстрых реакторов. Двухкомпонентную схему с покрытием дефицита топлива  для тепловых реакторов за счёт избыточного  производства в быстрых реакторах  следует рассматривать лишь как  отдалённую перспективу. В рассматриваемый  период тепловые реакторы будут работать на ²³⁵U, но для следующих этапов следует начать подготовку их к переводу в торий-урановый цикл с производством недостающего ²³³U в ториевых бланкетах быстрых реакторов. При накоплении в них ²³³U с концентрацией в тории, необходимой для тепловых реакторов изготовление торий-уранового топлива не потребует извлечения чистого ²³³U.

     Структура атомной энергетики России в рассматриваемый  период будет в значительной степени  определяться масштабами её востребованности. При умеренном росте установленной  мощности АЭС атомная энергетика России останется в течение ближайших  десятилетий практически однокомпонентной, с незначительной энергетической долей  быстрых реакторов. В случае интенсивного развития атомной энергетики решающую роль в ней станут играть быстрые  реакторы, т.к. топливная база тепловых реакторов в России не может обеспечить устойчивого роста установленной  мощности (1-2 ГВт/год) и при таком  варианте она будет исчерпана  уже в первой половине XXI века. 

      СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 

1. Программа развития атомной энергетики Российской Федерации на 1998-2005 годы и на период до 2010 года: Постановление Правительства  Российской Федерации от 21 июля 1998 г. № 815.
2. Белая книга ядерной энергетики /Под общ. ред. проф. Е.О. Адамова: Первое издание. М:ГУП НИКИЭТ, 1998. “Энергетика: цифры и факты”: По материалам МАГАТЭ “Energy, electricity and nuclear power...” IAEA, Vienna, 1998 (M.: ЦНИИатом-информ, 1999, № 1).
3. Nuclear Technology Review 2000: GOV/INF/2000/XXX/ Vienna: IAEA, 2000.
4. Nucl. Europe World-scan. 1998. N 11-12. P. 57-58.
5. Энергетическая стратегия России до 2020 г.: Проект. Минтопэнерго России, 2000.