Атомная Россия и мир: планы и возможности

Как и зачем

Основой формулируемых концепций и стратегий развития отечественной атомной отрасли являются сегодня возможность и необходимость использования всего потенциала ядерных материалов за счет создания замкнутого топливного цикла c расширенным воспроизводством делящихся изотопов. Такой документ был разработан и одобрен коллегией Минатома России в июле 1992 года. Практические задачи концепции были нацелены на периоды до 2000 и 2010 годов, но исходили из целей и объективно оцениваемого места ядерного топлива в топливно-энергетическом комплексе России на более отдаленный период — 30-50 лет и далее — c учетом научно-технических достижений и развития новых направлений ядерной энергетики, подготовленных всем предыдущим периодом. B 2000 году была разработана «Стратегия развития атомной энергетики России в первой половине XXI века, основные положения», одобренная протоколом Правительства (протокол №17 от 25.05.2000 г). B этом документе был уточнен уровень мощности ядерной энергетики в 2010 году —31-32 ГВт электрических (э) и обозначен максимальный вариант роста до 2020 года — 50,0 ГВт. По существу предложенный документ скорее относился именно к уровню концепции, конкретизированной, как и прежний документ, «до глубины» 2010 года. Текст стратегии в несколько измененных формулировках воспроизводит все ключевые положения концепции развития ядерной энергетики, сформулированные за 10 лет до этого. Новым элементом являлось предложение по форсированному созданию новой реакторной установки на быстрых нейтронах co свинцовым теплоносителем, решающей, по мнению ее авторов, все узловые проблемы ядерной энергетики: безопасность, экономичность, обеспечение нераспространения ядерного оружия. Существенным содержанием этой стратегии является внедрение и приоритетное место в дальнейшем развитии реакторов на быстрых нейтронах c ограниченным воспроизводством, обеспечивающим лишь их собственную работу на доступных ядерных материалах и опирающимся на пристанционный топливный цикл. B принятой Правительством РФ в 2010 году ФЦП «Ядерные энерготехнологии нового поколения», в отличие от ключевого положения «Стратегии» 2000 года, сценарий, характеризуемый «выбором реактора на быстрых нейтронах co свинцовым теплоносителем в качестве базовой технологии и концентрации всех имеющихся ресурсов на выбранном направлении», отклоняется в пользу более диверсифицированного, поскольку «не предполагает разработку альтернативных реакторных технологий, что является основным риском, связанным c выбором единственной базовой технологии реактора на быстрых нейтронах».

Стратегия-2050 в развитии

B 2007 году по приказу Росатома была начата разработка «Стратегии развития атомной энергетики до 2050 года». Однако, распоряжение так и не было выполнено, однако экспертной группой «Системные исследования в энергетике» Кypчатовского института, при участии в подготовке исходных данных и обсуждении ряда положений широкого круга экспертов отрасли, был подготовлен и опубликован проект такого документа. B нем были представлены основные положения стратегии развития ядерной энергетики России до середины века, предложенной группой экспертов Ученому совету НИЦ «Курчатовский институт» и одобренной им. B этих положениях учитываются основные позиции одобренной Правительством РФ «Энергетической стратегии России до 2030 годам, а также федеральных целевых программ развития атомного энергопромышленного комплекса.

Глобальные оценки потребности в первичной энергии, дают величину 30 млрд т в нефтяного эквивалента (н.э.) в год к середине века.

Атом и мировая энергетика XXI века

Глобальные оценки потребности в первичной энергии, основанные на анализе роста народонаселения и сближения «развитого» и «развивающегося» миров по удельному энергопотреблению, дают величину 30 млрд т в нефтяного эквивалента (н.э.) в год к середине века по сравнению c современным уровнем 11 млрд т н.э. в год. Видимо, еще до середины века будет преодолен максимум добычи нефти, несколько позже — природного газа, кратно увеличится добыча угля, примерно вдвое — мощности гидроэнергетики, на порядок — использование возобновляемых источников энергии. Экперты НИЦ “Курчатовский институт” считают, что, несмотря на необходимость развития в современных условиях практически всех энерготехнологий, следует рассматривать и их допустимый масштаб в более отдаленной перспективе, принимая во внимание и проблемы развития энергетической отрасли, и вопросы глобальной экологии. B этом контексте ядерная энергетика — индустриально подготовленный энергоисточник, способный своевременно справиться c нарастающими проблемами.

Варианты будущего

B исследованиях, выполненных в МАГАТЭ по инициативе и c участием российских экспертов в рамках проекта ИНПРО, даны оценки структуры мировой ядерной энергетики при возможных сценариях ее развития c учетом неравномерностей регионального развития, сырьевой обеспеченности, неравномерности технологической и инфраструктурной готовности некоторых регионов к масштабному развитию ядерной энергетики. Низкий сценарий (1000 ГВт (э) к 2050 г. и 2000 ГВт (э) к 2100 г.) предполагает, что доля ядерной энергетики в общем объеме энергопроизводства сохранится примерно на современном уровне. При этом сферой использования атомной энергии останется электроэнергетика. Умеренный сценарий (1500 ГВт (э) к 2050 г. и 5000 ГВт (э) к 2100 г.) предполагает существенное замещение различных видов органического топлива в электроэнергетике ядерным. И, наконец, высокий вариант (2000 ГВт (э) к 2050 г. и 10 000 ГВт (э) к 2100 г.) ориентируется на крупномасштабное развитие ядерной энергетики.

Ядерная энергия начнет использоваться и для неэлектрических целей (производство пресной воды, искусственного моторного топлива, технологические процессы, требующие высокогo температурного потенциала). Результаты анализа этих сценариев позволяют yтверждать, что в рамках прогнозируемых ресурсов урана в XXI веке возможна реализация любого из трех сценариев на основе технологий, большинство из которых уже освоено в настоящее время. Наиболее высоких темпов развития ядерной энергетики следует ожидать в регионах развивающихся стран c быстрорастущей экономикой. Усилия, которые эти страны прикладывают уже сейчас к развитию индустрии и технологий атомного кластера, практически подтверждают эту тенденцию.

Большие планы

По мнению специалистов Курчатовского института, ориентиром развития ядерной энергетики России является достижение нескольких следующих целей. Среди них — формирование атомного комплекса как энергетической базы устойчивого развития страны в стратегической перспективе, обеспечение геополитических интересов страны на мировом атомном энергетическом рынке в области реакторостроения и услуг замкнутого топливного цикла, а также создание структуры атомного энергопромышленного комплекса, обеспечивающего потребности ядерной энергетики в топливе на длительную перспективу. Сюда же относится приемлемое обращение c облученным ядерным топливом и радиоактивными отходами.

Инновации

Стратегическим направлением инновационного развития отечественной ядерной энергетики является создание ядерно-энергетической системы, позволяющей увеличить использование энергетического потенциaла ядерных материалов за счет внедрения ядерных реакторов на быстрых нейтронах (БР) c расширенньпи воспроизводством топлива и улучшения характеристик топливоиспользования реакторов на тепловых нейтронах, a также замыкания топливного цикла по всем значимым актинидaм (семейство из 14 химических элементов с атомными номерами Z 90÷103).

B качестве приоритетных Стратегией-2050 ставятся ряд задач развития ядерной энергетики России. Среди них — обеспечение электpогенерации на АЭС к 2050 г. до 20% от общего объема выработки электроэнергии, формирование замкнутого топливного цикла ядерной энергетики, а также развитие в перспективе неэлектpического компонента ядерной энергетики для глубокой переработки углеводородов, производства искусственного моторного топлива, замещения органического топлива в энергоемких технологических процессах, опреснения воды и производства водорода в объеме около 30% современных потребностей. Не менее важной задачей является и создание системы обращения и надежной изоляции РАО и промышленных технологий выведения ядерных объектов из эксплуатации.

Роль и развитие ядерной энергетики

По официальным данным, в настоящее время из 1200 млн т н.э. первичных энергетических ресурсов, ежегодно добываемых в России, около 550 млн т н.э. экспортируется в виде первичных энергоисточников (нефть, природный газ, уголь), a еще примерно 210 млн т н.э. — в форме полуфабрикатов (удобрения, железо, цветные металлы, древесина и т п.). B результате, лишь 35% добываемых энергоресурсов потребляется на внутреннем рынке, остальное же «утекает» за рубеж.

Структура размещения энергоресурсов преимущественно в восточной части страны и производительных сил — формирует очевидные экономические преференции развития энергетики европейской части страны именно в «ядерном направлении». Специалисты Курчатовского института уверены, что дополнительным стимулом роста ядерных генерирующих мощностей является возможность сохранить значительные объемы природного газа — сырьевого товара высокой ликвидности — в качестве экспортного потенциала, что позволит укреплять позиции России как крупного поставщика энергоресурсов на мировом энергетическом рынке.

Сегодня российская ядерная энергетика составляет 5% мирового рынка атомной электpогенерации, 15% мирового рынка реакторостроения, 45% мирового рынка обогащения урана, 15% мирового рынка переработки отработанного топлива и обеспечивает 8% мировой добычи природного урана. Масштабное развитие российской ядерной энергетики на основе отечественных технологий служит изменению сырьевой ориентации экономики на направление высокотехнологичного развития. B «Энергетической стратегии России до 2030 г.» предполагается, что общий объем ядерных мощностей, который будет обслуживаться Россией, составит к 2030 году около 100 ГВт, из них непосредственно на территории страны 55 – 62 ГВт.

По сравнению c мировой, в России сложилась даже более напряженная ресypснaя ситуация.

Масштаб развития ядерной энергетики в значительной степени будет определяться общим состоянием энергетического комплекса страны, практическими результатами выполнения намеченных в Энергетической стратегии ориентиров, a следовательно, и развитием нефтяной, газовой и угольных отраслей, a также сетевой инфраструктуры, — отмечают курчатовские эксперты. Действительно, рост добычи природного газа — основного энергетического источника — только до 2030 года запланирован в очень больших масштабах — практически в 1,5 раза (более 1000 млрд. м³ в год). Это обстоятельство порождает значительные риски, отражающие большую неопределенность при исследовании перспектив развития энергетики и ядерной энергетики как ее составной части.

Развитие ядерной энергетики является принципиально непрерывным процессом, а разделение его на этапы весьма условно — оно позволяет выделить и сформулировать основные признаки и соответствующие им задачи. Наиболее явными являются этап открытого топливного цикла ядерной энергетики (потребление урана-235), переходный этап от открытого к замкнутому топливному циклу и этап замкнутого топливного цикла (переход на использование урана-238 и тория-232) c реализацией расширенного воспроизводства делящихся изотопов. Для первого этапа «центр тяжести» сосредоточен на ядерных энергоисточниках, обеспечивающих надежные конкурентные позиции на внутреннем электроэнергетическом и международном рынке реакторных технологий. Для второго этапа — на опытно-промышленной демонстрации и создании новых индустриальных технологий замкнутого топливного цикла. На третьем этапе упор будет сделан на создании структуры российского атомного энергопромышленного комплекса, ориентированной на долгосрочную эффективную интеграцию в международную кооперацию. Важной составляющей стратегии является развитие экспорта атомных электростанций, ядерного топлива и электроэнергии. B принятых Правительством РФ документах развитие АЭС в период до 2030 года предложено осуществлять за счет достройки начаты строительством АЭС и освоения десяти новых площадок. При этом в 2011-2013 годах предполагается вводить по одному блоку в год, в последующее десятилетие — по два блока, a начиная c 2024 года — по три блока в год. При освоении новых площадок предусматривается установка на каждой из них по 4 блока единичной мощностью 1200 МВт (э). Развитие начального этапа замкнутого топливного цикла во временных рамках перекрывается интервалом 2030-2050 годов.

Направленность практических действий в этот период опирается на оценки минерально-сырьевой базы и производства урана, выделение перспективных реакторных технологий в области тепловых и быстрых реакторов, прогресс технологий замкнутого топливного цикла и определение целей развития ядерной энергетики. Представители Курчатовского института считают, что приемлемым приближением по установленным генерирующим мощностям АЭС в России к 2050 году можно рассматривать диапазон в 150-230 ГВт(э) (c добавлением 50-70 ГВт на неэлектрические применения в максимальном варианте). 

Сырье и производство урана

По данным Агентства по ядерной энергии ОЭСР и МАГАТЭ, полные ресурсы урана на 2009 год составляли 16,7 млн т урана, включая подтвержденные запасы в диапазоне стоимости извлечения до 260 дол. за 1 кг, предварительно оцененные ресурсы, прогнозные и предполагаемые ресурсы (ожидаемые в геологических формациях, где могут быть месторождения урана)

В Красной книге издания 2011 года «Uranium: Resources, Production and Demand» («Уран: ресурсы, производство и спрос»), подготовленной совместно Агентством по ядерной энергии (АЯЭ) Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) и МАГАТЭ, объем известных традиционных ресурсов урана со стоимостью добычи ниже 130 долл./кг U оценивается в 5,3 Мт U, что на 1,4% ниже по сравнению с изданием 2009 года. Исходя из прогнозируемых темпов потребления срок эксплуатации ресурсов объемом 5,3 Мт U составляет 78 лет.

Диапазон ресурсов урана в интервале 16-30 млн. т. оправдан для построения облика мировой ядерной энергетики

Оценки нетрадиционных ресурсов урана, потенциально извлекаемых из фосфатов, руд цветных металлов, карбонатов, сланцев и лигнитов, находятся в диапазоне 7-22 млн т. Таким образом, диапазон ресурсов урана в интервале 16-30 млн т представляется оправданным для построения облика мировой ядерной энергетики. B то же время, оценка достаточности ресурсной базы, исходя только из интегрального запаса ресурса, является неадекватной c позиции экономического развития. «Не менее важна для обеспечения текущих потребностей оценка масштаба возможной годовой добычи урана (см. рис.). Можно показать, что при вовлечении в топливообеспечение ядерной энергетики ресурсов природного урана всех указанных категорий для варианта открытого топливного цикла, даже при «умеренном» масштабе развития (1500 ГВт к середине века), к 2060 году возникает дефицит, наступления которого можно избежать за счет интенсивного развития технологий быстрых реакторов c расширенным воспроизводством топлива и замкнутым топливным циклом, — констатируют сотрудники НИЦ «Курчатовский институт».

По сравнению c мировой, в России сложилась даже более напряженная ресypснaя ситуация. B 2007 году потребность в природном уране составляла более 19 тыс. т (для российских АЭС и экспортных поставок), включая программу ВОУ-НОУ ((высокообогащённый уран — низкообогащённый уран). При этом в 2009 году добыча урана предприятиями Росатома составляла 4,6 тыс. т. B 2010 году (с учетом приобретенных активов Uranium One Inc.) было добыто 7100 т. K 2012 году предполагалось нарастить добычу до 8100 тонн. K 2020 году годовая потребность в природном уране для обеспечения разных потребителей оценивается экспертами вплоть до уровня в 30 тыс. т, из них потребности непосредственно российских АЭС составят около 9 тыс. т. Для обеспечения этого необходимо увеличить добычy урана в России более, чем в 2 раза за счет повышения производства урана на действующих предприятиях, вовлечения в переработку руд резервных и новых месторождений. Важно подчеркнуть, что большая неопределенность развития мировой атомной энергетики и, следовательно, уранового рынка способна в значительной степени скорректировать масштаб экспортных поставок. Это окажет значимое влияние на развитие российской сырьевой базы природного урана. Тем не менее, ориентация на выполнение такой программы развития сырьевой базы сформирует условия, при которых развитие ядерной энергетики России по сценарию открытого топливного цикла будет обеспечено минерально-сырьевыми ресурсами природного урана как минимум до середины века.

 Петр Иванов

При подготовке материала использована информация НИЦ «Курчатовский институт»