"Три тройки" в мировой энергетике

ТРИ ВЫЗОВА

В докладе Виктора Цибульского (РНЦ «Курчатовский институт») на круглом столе «АЭС: технологии безопасности» в сентябре 2009г. отмечены три глобальных вызова, стоящих перед мировой энергетикой: рост энергопотребления, сокращение ресурсной базы, экологические проблемы.

Рост энергопотребления пропорционален росту численности населения планеты (которое продолжает увеличиваться). Вслед за ростом энергопотребления в промышленно развитых странах, резко пошедшим вверх с 1920-х годов, в развивающихся странах подобный рост начался с 1960-х годов, и продолжается аналогичными темпами, порою даже с опережением. Пик добычи нефти приходится на 2000–2025г.г., газа – в разных странах находится в интервале между 2000–2040г.г.;  но к 2100 году, и по оптимистичному, и по пессимистичному сценарию ожидается существенный спад. Причина – в исчерпаемости запасов. Так, по состоянию на 2005г., нефти уже добыто 152 млрд. т., доказанные резервы – 179 млрд. т.; газа уже добыто 86 трлн. куб.м., доказанные резервы 180 трлн.куб.м. При этом не следует забывать, что все легкодоступные месторождения уже выработаны, а значит, каждая вновь добытая единица органического топлива будет обходиться всё дороже.

С учётом вышеизложенного, начиная с 2010г. прогнозируется появление неудовлетворённого энергетического спроса, который будет нарастать и к 2050г. составит более 5 млн.т. нефтяного эквивалента.

Энергосбережение не сможет угнаться за повышением энергетического спроса: средний темп его прироста составляет лишь 0,8% в год.  Кроме этого, приращение потребления органических видов топлива привело за последнее столетие к скачкообразному приросту пополнения атмосферы углекислым газом, метаном и закисью азота.

ТРИ ОТВЕТА

К схожим выводам пришёл французский эколог Бруно Комби.  Свои взгляды он аргументировал за круглым столом «Атомная энергетика и общественное мнение», который состоялся в рамках III Международной конференции и выставки «Атомэко-2009» в октябре.

Согласно исследованиям эколога, за последние 100–150 лет в мире происходит резкий рост энергопотребления, при том, что порядка 90% энергии дают органические виды топлива. В результате ежечасно в атмосферу Земли выбрасывается 3 млн. тонн углекислого газа («Представьте, что всего за несколько минут нашей беседы атмосферу планеты пополнили ещё сотни тысяч тонн двуокиси углерода», - заметил Бруно Комби). Мировое развитие требует всё больше энергии, и удержаться от экологического коллапса можно лишь усилиями сразу по трём направлениям: энергосбережение, возобновляемые источники энергии и чистая ядерная энергетика.


Причём, среди них атомная энергия имеет неоспоримое преимущество. Так, чтобы заменить 1 атомный энергоблок аналогичными по мощности ветровыми станциями, пришлось бы заставить всё средиземноморское побережье от Генуи (Италия) до Барселоны (Испания) башнями «ветряков», по высоте вдвое превышающих Собор Парижской Богоматери! Атомная же энергетика – компактная и концентрированная. Её отходы также компактны, к тому же созданы технологии по их переработке.

По мнению эколога, ядерная энергия может рассматриваться как чистый и абсолютно необходимый для сохранения природы источник энергии, как единственный ресурс, который способен удовлетворить энергетические нужды планеты, в то же время оберегая экологическую среду. Поэтому Бруно Комби не просто поддерживает атомную энергетику, но и создал международную организацию «Защитники природы ЗА атомную энергию» (www.ecolo.org)., объединяющую свыше 9 тысяч защитников окружающей среды в 60 странах, и стал автором одноимённой книги, которую представил на выставке российскому читателю.

ТРИ ПРИОРИТЕТА

Гендиректор Госкорпорации Росатом Сергей Кириенко, выступая в сентябре на пленарном заседании 53-й сессии Генеральной конференции МАГАТЭ, обозначил три приоритета в развитии атомной энергетики (АЭ):
- оптимизация технологии реакторов ВВЭР, доминирующих в гражданской АЭ;
- создание инфраструктуры новой технологической платформы АЭ на основе энергоблоков с реакторами на быстрых нейтронах и замыкания ядерно-топливного цикла;
- в долгосрочной перспективе – продолжение работ по освоению технологий управляемого термоядерного синтеза.

Последний тезис касается международного проекта по сооружению экспериментального термоядерного реактора ITER в Кадараше (Франция). Семь стран, включая Россию, пытаются совместными усилиями «приручить» термоядерный процесс. Впрочем, ещё в период научно-технической революции, с 1960-х годов, мечтательные физики твердят нам, что вот-вот овладеют термоядерной энергетикой. Пока получается плоховато. По последним данным, начало строительства ITER отложено в очередной раз – теперь до апреля 2010г. Несмотря на это, учёные утверждают, что смогут уложиться в ранее оговоренный срок сооружения – 2018г., чтобы уже с 2026г. можно было начать проведение экспериментов на реакторе. Даже если им удастся выдержать эти сроки, длительный путь от экспериментального реактора до стабильно работающего серийного энергоблока промышленной мощности позволит мировой энергетике опереться на термоядерный синтез не ранее 2050г.

Замыкание ядерно-топливного цикла (ЗЯТЦ) с помощью быстрых реакторов выполнить значительно реалистичнее и ближе по срокам. Накоплен существенный опыт эксплуатации быстрых натриевых реакторов, причём не экспериментальных, а уже промышленного уровня мощности: 25 лет отработал БН-350 в Казахской ССР, почти 30 лет отработал (и продлевает срок эксплуатации) БН-600 в России (Свердловская область). Здесь же строится БН-800, на котором завершится отработка элементов ЗЯТЦ. Выбраны две площадки (Сибирь и Челябинская область) для создания завода по уран-плутониевому МОКС-топливу (причём планируется использовать уже существующие индустриальные мощности). По текущему состоянию дел вполне реально к 2020 – 2022г.г. получить головной энергоблок БН-1200 для дальнейшего серийного строительства и замыкания ЯТЦ атомной энергетики. Мировой выбор – также за быстрыми реакторами: Франция к 2012г. определится с концепцией нового быстрого реактора, а к 2040 получит ЗЯТЦ; правительство Японии признало разработку быстрых реакторов ключевым элементом энергетической стратегии; Китай заключает договоры на строительство российских БН-800…

Мировой интерес к переходу на новую технологическую платформу очевиден: природные запасы урана-235, используемого ныне действующими реакторами на «тепловых» нейтронах, сопоставимы с запасами нефти. А с переходом на ЗЯТЦ и вовлечением в процесс урана-238 топливное обеспечение атомной энергетики вырастет в 50-70 раз (например, «самая атомная» страна Франция посчитала, что ей в этом случае хватит собственных запасов ядерного топлива на 8 тысяч лет).

Оптимизация технологии легководных энергетических реакторов предусматривает несколько стадий: ввод в структуру АЭ эволюционных (ВВЭР «АЭС-2006», настоящее время), инновационных (Супер-ВВЭР к 2020 – 2025г.г.) и революционных (4-го поколения к 2030 – 2035г.г.) реакторов.

Реакторы проекта «АЭС-2006» – эволюционное развитие типа ВВЭР-1000, более экономичные, более мощные, с уменьшением материалоёмкости при изготовлении и увеличением срока службы. Кроме того, активно ведутся работы по нескольким инновационным концептуальным проектам легководных реакторов: со сверхкритическим давлением теплоносителя (ВВЭР-СКД), пароводяным теплоносителем (ПВЭР), в т.ч. со сверхкритическим давлением пара (ПСКД), шарообразными микротвэлами (ВВЭР-МТ) и т.д. За счёт сверхкритического (порядка 24 МПа и выше) давления теплоносителя и применения водяного пара, утеснения активной зоны и других новшеств разработчики предполагают уменьшить замедление нейтронов, тем самым приблизив нейтронный спектр легководных реакторов к быстрым реакторам. Таким образом, по их мнению, реакторы новой концепции смогут сочетать в себе два магистральных преимущества: широко освоенной в АЭ водной технологии теплоносителя и возможности участия новых реакторов в ЗЯТЦ, в том числе путём самовоспроизводства топлива (хотя коэффициент воспроизводства, конечно, ожидается существенно более низким, чем в традиционных быстрых реакторах БН). Рассматриваются и проекты реакторов с изменяющимся в ходе работы спектром нейтронов, и возможность вовлечения в АЭ тория, запасы которого в природе превышают запасы урана.

Удастся ли разработчикам создать «водяной быстрый» реактор – покажет будущее. Тем более, что не все из этих проектов увидят воплощение: ОАО «Концерн Энергоатом» отберёт для продолжения работ наиболее успешные концепции по критериям срока реализации, стоимости и сроков НИОКР, баланса между эволюционностью и революционностью предлагаемых решений.

Но то, что работы по развитию технологий и поиску новых решений продолжаются даже в годы экономического кризиса, свидетельствует о том, что атомная энергетика признана приоритетом в предотвращении мирового энергетического коллапса.

Руслан НОВОРЕФТОВ