Материалы портала «Научная Россия»

Дело на ближайшее тысячелетие

Дело на ближайшее тысячелетие
О перспективах развития атомной энергетики и путях решения актуальных задач в этой области рассказывает научный руководитель научно-исследовательского и конструкторского института энерготехники (НИКИЭТ), научный руководитель проектного направления «Прорыв

О перспективах развития атомной энергетики и путях решения актуальных задач в этой области рассказывает научный руководитель научно-исследовательского и конструкторского института энерготехники (НИКИЭТ), научный руководитель проектного направления «Прорыв», доктор технических наук, профессор Евгений Олегович Адамов

 

- Евгений Олегович, зачем в ядерной энергетике понадобилась новая платформа?

- Перевод ядерной энергетики на замкнутый топливный цикл, в основе которого реакторы на быстрых нейтронах, служит решению пяти ключевых проблем, первая из которых – безопасность, а вторая – конкурентоспособность. Нельзя забывать и о сырьевом обеспечении, решении проблемы ОЯТ и высокоактивных отходов, а также нераспространении делящихся материалов и оружейных технологий.

- Разве быстрые реакторы выгоднее обычных, тепловых?

- Вкладывая средства в какую-то новую технологию, вы сразу значительного эффекта не получите. Однако достигнув некоего определенного уровня развития, технология уже не требует большого вложения средств, а наоборот дает отдачу. Потом происходит насыщение ее возможностей и вы можете сколько угодно в нее вкладывать, но эффект будет опять очень маленький.

Ядерная энергетика в том, что касается тепловых и прежде всего водо-водяных реакторов, достигла насыщения возможностей. На них нельзя эффективно замкнуть топливный цикл и тем решить проблему топливообеспечения. Именно на АЭС с реакторами на тепловых нейтронах и водяными теплоносителями произошли наиболее крупные аварии (в США, СССР и Японии), которые нанесли отрасли небывалый репутационный ущерб.

Ядерная энергетика должна стать безопасной, оставаясь при этом конкурентоспособной. А наращивание барьеров безопасности, чем мы давно уже занимаемся, - это наращивание капитальной составляющей. Поэтому отрасль все время снижала свою конкурентоспособность.

Задача, которую мы ставим в проекте, - достичь конкурентоспособности не только по стоимости киловатт-часа, но и по капитальной составляющей с генерацией на органическом топливе.

- Третья проблема, насколько я понимаю, – ограниченность запасов ядерного топлива. Четвертая – утилизация ОЯТ. А пятая?

- Это проблема нераспространения ядерного оружия. Вся ядерная энергетика изначально есть продукт военной отрасли. На одних и тех же центрифугах можно доводить обогащение по изотопу урана-235 до 4%, для ядерного реактора, а можно – до 90%, для ядерного заряда. Именно об этом «шестерка» сейчас у Ирана и спрашивала: «Вы, ребята, нарабатываете в своих центрифугах уран для ядерной энергетики или для оружия?» Кроме того, из ОЯТ можно выделить оружейный плутоний. Но быстрый реактор – всеядный, для него нет необходимости разделять уран, плутоний, другие минорные изотопы: надо из ОЯТ удалить продукты деления и вернуть делящиеся материалы для работы в активную зону.

Ни одна технология полностью не снимает проблему опасности распространения. Но можно технологически усилить режим нераспространения: отказаться и от выделения оружейно чистых урана и плутония в процессе переработки ОЯТ и от обогащения уранового сырья (технологии разделения изотопов).

- Без разделения не будет оружейного материала?

- Совершенно верно, хотя это и не означает, что его нельзя получить другими путями. Не нужно исторически используемой технологии обогащения. Ирану можно сказать: «Господа, если вы не хотите под прикрытием ядерной энергетики создавать атомное оружие, стройте реакторы на быстрых нейтронах».

- А почему не строят?

- Хотели. Когда Организацией по атомной энергии Ирана руководил вице-президент страны Голамреза Агазаде (1998–2009), он был готов присоединиться к нашему проекту. Американцы помешали. Первая договоренность с Министерством энергетики США по организации совместного проекта (тот же «Прорыв» по содержанию) решала целый спектр проблем: и безопасности, и нераспространения ядерных технологий, и экономической конкурентоспособности... Но тут из Госдепа, через Эрнеста Мониса* (тогда он был первым заместителем министра, а сейчас возглавляет Министерство энергетики США) поступил месседж: прекратите работы в Бушере. Полная бессмыслица: никто не строил сначала атомные станции, чтобы создать ядерное оружие. Я об этом разговаривал и с Эллом Гором, и с Биллом Клинтоном во время его последнего визита в Москву - не помогло. Бушер, как вы знаете, достроен, и первый блок АЭС с августа 2012 г. работает на стопроцентной мощности, а хорошую сферу возможного сотрудничества потеряли: здесь совместно могли бы быть решены и обострившиеся в настоящее время в США проблемы ОЯТ, не потребовались бы санкции, которые через столько лет наконец договорились снять с Ирана.

Исследовательский реактор на быстрых нейтронах БР-10- Переход от тепловых реакторов к реакторам на быстрых нейтронах - это эволюция или революция?

- Скорее тяжелый технический процесс, который, к сожалению, пока тормозится. По разным причинам.

Я в июне был на Белоярской станции. Там сейчас работает БН-600 и готовится к энергетическому пуску БН-800. Развитие быстрых реакторов вообще идет эволюционно, начиная с БР-5 и БР-10 в Физико-энергетическом институте. Потом были реакторы в Шевченко, в Актау, БН-350, потом БН-600 и, наконец, БН-800. Еще исследовательский реактор БОР-60 в Димитровграде (НИИАР). Но все они, хотя и решали практические задачи (выработка тепловой и электрической энергии на БН и реакторные испытания на БОР), но были дотационными. Я считаю, что теперь наступила очередь коммерческого применения. Однако до сегодня АЭС с этими реакторами не стали экономически конкурентоспособными.

- Но ведь быстрыми реакторами занимаются не только в России. Как дела у Китая, Франции?

- Китай уже построил быстрый реактор мощностью 60 МВт, практически всю технологию взяв у нас. При этом они не постеснялись запатентовать то, что мы запатентовать поленились. Активно в этой области работали до Фукусимы японцы. На стадии пуска АЭС с БР мощностью 500 МВт в Индии.

Французы не сумели решить технические проблемы. «Феникс»** у них еще более-менее сносно работал, а у «Суперфеникса» мощностью 1,2 тыс. МВт коэффициент использования установленной мощности в среднем не превысил 10%. Это КПД хорошего паровоза. Сумма физических и технологических проблем, а также проблем управления оказалась достаточно сложной.

- Мы их решили?

- Уже два десятка лет безаварийно и с высоким КИУМ (более 86% в 2014 г.) работает БН-600 на Белоярской АЭС.

У меня достаточно высокая степень уверенности, что мы решим комплексно и задачу замыкания ядерного топливного цикла. В составе опытно-демонстрационного комплекса (ОДЭК), который уже начали строить на площадке Сибирского химического комбината, предусматриваются и производство топлива, и реактор на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем, который будет использовать это топливо, и комплекс по переработке ОЯТ на месте. Реализуется полный пристанционный замкнутый ядерный топливный цикл.

Возможно, к концу столетия примерно 50% электроэнергии в России будет производиться на АЭС

 

- И когда это все может заработать?

- Темпы у нас сегодня, конечно, не такие, как 70 лет назад, на заре первого атомного проекта. Тогда первый реактор сделали за три года, а ядерную бомбу – за четыре. Сегодня только на переход на новое топливо уходит до 30 лет. Но на этом фоне «Прорыв» выглядит неплохо. Прошло три года, а мы на Белоярской атомной станции испытываем уже девятую тепловыделяющую сборку. Это сотни твэлов. Первую, с выгоранием более 6%, выгрузили, осенью она пойдет на послереакторные исследования. Вполне можно сказать, что мы продвигаемся энергичнее и быстрее, чем многие аналогичные проекты. Да и результативность на вложенный рубль высокая.

- Есть ли фундаментальные проблемы, которые стоят на пути проекта или создают дополнительные риски?

- В академическом плане фундаментальных проблем нет. В практическом - нам противостоят бюрократия, неразвитость целого ряда структур, которые имеют право принимать решения, ничего не понимая в сути вопроса. От этого страдают не только атомное дело, но и многие другие наши отрасли.

Хорошая затея с конкурсами, без которых нельзя заключать контракты: должна и коррупцию свести под корень, и сказаться на снижении цен при закупках. Но когда хорошо известно, что качественно работу могут выполнить два-три, а иногда и вообще только одно предприятие, – зачем конкурс? В период моей дружбы с Westinghouse Electric Company, когда они показывали системы управления для модернизируемых АЭС в Питтсбурге, я спросил о конкурсе - так они удивились. У нас, говорят, постоянный поставщик в течение 20 лет, зачем же конкурс?

- Какие индивидуальные принципы заложены в «Прорыв»?

- Люди. Если не считать строителей, суммарно в проекте работает около 1,5 тыс. человек. Как и в любом деле, определяющее значение имеют десятки. Они отбираются в соответствии с очень высокими критериям квалификации и пониманием важности вызова, с которым мы работаем. Если человек понимает, что это вызов времени, природе, человечеству, если у него горят глаза – наш человек. Нет – иди, работай где-то еще. Именно поэтому, по решению С.В. Кириенко, для основных специалистов проекта установлена высокая мотивационная планка. У нас ни банковским служащим, ни работникам «Газпрома» не завидуют.

- Какие технологические проблемы следует решить для того, чтобы точно убедиться в правильности выбранного направления?

- Существует дорожная карта, в соответствии с которой и решаются все проблемы. Составлена она была еще в 2012 г. - и только что актуализирована. Часть задач мы решаем быстрее, чем предполагалось, часть, к сожалению, медленнее.

Вот наиболее характерный момент. Есть такой пьюрекс-процесс (регенерация урана и плутония посредством экстракции, технологический процесс переработки облученного ядерного топлива. - Примеч. ред.), предусматривающий работу с водными растворами. Вода под действием облучения разлагается, это радиолиз. Поэтому ОЯТ, прежде чем перерабатывать, чтобы замкнуть цикл, нужно долго выдерживать. Если цикл будет замыкаться через 10, 15, 20 лет, то увеличится потребность в делящихся материалах, омертвляемых при хранении, и увеличатся объемы хранилищ топлива. Это кратно повышает затраты. Мы поставили для себя задачу довести внешний топливный цикл до одного года. Для этого пьюрекс-процесс не годится, водные растворы не используешь. Науке давно известны другие, в частности пирохимические технологии, где имеют дело с солями, с электрохимией. Таким образом, общие академические задачи здесь тоже решены, но осталось достаточно много нюансов в технологиях, технологических проблем. Впрочем, все они решаемы.

Для опытного комплекса мы поставили технологии «в затылок»: пирохимией рассчитываем снять основную активность, а дочистить продукты поможет гидрометаллургия (тот самый пьюрекс).

- Что нам даст замыкание топливного цикла с экономической точки зрения? Сократится потребность в горнорудной урановой отрасли, в объемах хранения?

- Хотите попугать геологоразведчиков? Давайте. По моим данным, у нас в стране сейчас достоверно разведанных запасов урана - примерно 600 тыс. т. Атомная энергетика в нашей стране по электропроизводству сегодня занимает почти 18%, хотя доля ее установленной мощности среди других генераций - 11%. Если ее вклад увеличить раз в пять, то до конца столетия запасов хватит, а дальше ни разведка не нужна будет, ни покупать ничего не надо будет - мы будем заниматься топливным самовоспроизводством. Баланс замыкается. Геологи отдыхают.

Но «Росатом» – один из крупнейших экспортеров, в том числе и ядерного топлива, для построенных нами АЭС. Если это направление будет активно развиваться, собственных запасов урана может и не хватить. Нужно будет либо использовать зарубежные активы госкорпорации по урановому сырью, либо прописывать условия: мы приходим в такую-то страну строить атомную станцию, а они покупают уран на мировом рынке. Здесь могут быть разные подходы.

- Напоследок хочется пофантазировать. Когда-то мы почти полностью перешли с дровяного отопления на угольное. Потом с угольного - на нефть и газ. Сейчас на очереди атомная и, может быть, еще термоядерная энергетика. Когда мы дойдем до того, что у нас ядерной энергии будет не 18%, а хотя бы 70-80%?

- Прежде всего, это определяется тем, когда пять проблем, о которых я сказал, будут технологически решены. Оружие нужно любой ценой, ядерная энергетика - не любой. Сейчас она приблизилась к границе своей конкурентоспособности и не всем внушает уверенность в плане безопасности. Для развития крупномасштабной ядерной энергетики необходимо решить ряд животрепещущих проблем. Самая больная из них - аварии, приводящие к эвакуации населения, провоцирующие банальные человеческие страхи. Не менее значимая – утилизация отходов. Справившись с ними, мы сможем на практике реализовать то, о чем мечтал еще Менделеев: перестать «топить ассигнациями», бездарно сжигать бесценное химическое сырье – нефть и газ.

Дальнейшее определяется практическими потребностями. Я считаю, что уже с начала 2030 гг. мы вполне можем последовательно, в дополнение к работающим блокам, начать переводить ядерную энергетику на замыкание топливного цикла на быстрых реакторах. Существующие и вновь вводимые до 2030 г. блоки с ВВЭР будут работать практически до конца столетия. Наши аналитики посчитали, что к концу столетия в России можно выйти примерно на 50% производства электроэнергии на АЭС. Высвобождаются для внеэнергетического использования или экспортных потребностей огромные количества газа и нефти.

Сейчас мы соревнуемся с Китаем. Он собирается к 2020 г. задействовать примерно 30 ГВт и заложить еще 36. Это колоссальный темп. У нас сегодня в работе примерно 25 ГВт. Стратегия энергетического развития предусматривает повышение мощности к 2030 г. до ~35 ГВт, а к 2050 г. - и до 50 ГВт, и тут уже существенную долю могут обеспечить АЭС с реакторами на быстрых нейтронах.

Что касается термояда, тут все будут определять опять же экономические факторы. Термоядерный синтез по отношению к ядерной энергетике деления - это все равно что скальпель против топора. Мы топором занимаемся, а термояд - это скальпель. Это очень тонкая технология.

- Но топор ведь тоже нужен.

- Конечно, скальпелем дров не нарубишь.

Беседовал Валерий Чумаков

 

 

* Эрнест Монис - американский физик-ядерщик, министр энергетики США, в описываемые времена – заместитель министра

 

** «Феникс» - энергетический реактор-размножитель на быстрых нейтронах в ядерном центре Маркуль. Запущен в 1973 г., заглушен в 2010 г.. «Суперфенкис» был построен там же, проработал с 1985 по 1998 г.

евгений адамов прорыв реакторы на быстрых нейтронах росатом уран-235 энергетика

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий