Курсовая работа студента группы НП1_2 Еровиченкова А.С.
Финансовая Академия при Правительстве Российской Федерации
Кафедра “Экономическая география и региональная экономика”
Москва - 1997
Предпосылки развития атомной энергетики
Россия была, есть и будет одной из ведущих энергетических держав мира. И это не только потому, что в недрах страны находится 12% мировых запасов угля, 13% нефти и 36% мировых запасов природного газа, которых достаточно для полного обеспечения собственных потребностей и для экспорта в сопредельные государства. Россия вошла в число ведущих мировых энергетических держав, прежде всего, благодаря созданию уникального производственного, научно-технического и кадрового потенциала топливно-энергетического комплекса (ТЭК).
Но экономический кризис последних лет существенным образом затронул и этот комплекс. Производство первичных энергоресурсов в 1993 г. составило 82% от уровня 1990 и продолжало падать. Уменьшение потребления топлива и энергии, обусловленное общим экономическим спадом, временно облегчило задачу энергообеспечения страны, хотя в ряде регионов пришлось вынужденно ограничивать потребление энергии. Отсутствие необходимых инвестиций не позволило в 90-х годах компенсировать естественное выбытие производственных мощностей и обновлять основные фонды, износ которых в отраслях ТЭК колеблется в пределах 30-80%. В соответствии с нормами безопасности требуют реконструкции и до половины АЭС.
Следует заметить, что в 1981-1985 гг. среднегодовой ввод мощностей в электроэнергетике был 6 млн. кВт в год, а в 1995 г. - только 0,3 млн. кВт. В 1995 году в России произведено 860 млрд. кВт\час, а в 1996 г. в связи со снижением спроса и износом установленного на электростанциях оборудования - 840 млрд.. кВт\час.
Производство электроэнергии на электростанциях России (млрд. Квт-ч)
| 1990 | 1995 | 2000 | 2005 | |
| ВСЕГО | 1082 | 860 | 922 | 1020 |
| ГЭС и ГАС | 167 | 177 | 166 | 180 |
| КЭС | 397 | 252 | 242 | 249 |
| ТЭЦ | 400 | 332 | 392 | 457 |
| АЭС | 118 | 99 | 122 | 134 |
Таблица 1
Доля России в объёме мирового производства электроэнергии составляла в 1990 г 8,2%, а в 1995 г сократилась до 7,6%.
В 1993 году по производству электроэнергии на душу населения Россия занимала 13-е место в мире (6297 кВт\ч).
В 1991-1996 гг. электропотребление в России снизилось более чем на 20%, в том числе в 1996 г - на 1%. В 1997 г впервые в 90-е годы ожидается рост производства электроэнергии.
В начале 90-х годов установленные энергетические мощности России превышали 7% мировых. В 1995 г установленная мощность электроэнергетики России составляла 215,3 млн. кВт, в том числе доля мощностей ТЭС - 70%, ГЭС - 20% и АЭС - 10%.
В 1992-1995 гг. было введено 66 млн. кВт генерирующих мощностей. В настоящее время 15 млн. кВт оборудования ТЭС выработали ресурс. В 2000 году таких мощностей будет уже 35 млн. кВт и в 2005 году - 55 млн. кВт. К 2005 году предельного срока эксплуатации достигнут агрегаты ГЭС мощностью 21 млн. кВт (50% мощностей ГЭС России). На АЭС в 2001-2005 гг. будут выведены из эксплуатации 6 энергоблоков общей мощностью 3,8 млн. кВт.
По оценкам экспертов в настоящее время на 40% электростанций России используется устаревшее оборудование.Если не будут приняты меры по обновлению генерирующего оборудования, то динамика его старения к 2010 году будет выглядеть следующим образом: (тыс. млн. кВт)
| 1995 г | 2000 г | 2005 г | 20010 г | |
| ВСЕГО | 17,0 | 49,3 | 83,3 | 108,5 |
| ТЭС | 14,2 | 35,3 | 55,1 | 75,1 |
| ГЭС | 2,8 | 14,0 | 24,0 | 25,0 |
| АЭС | - | - | 3,8 | 8,4 |
Таблица 2
В этих условиях для обеспечения прогнозируемого спроса на электрическую энергию и мощность потребуется значительная реконструкция действующих, а затем и строительство новых электростанций. Но какой вид энергии самый экономичный, безопасный и экологически чистый? На развитие какой отрасли направить основные средства? На сегодняшний день при выборе источника электроэнергии нельзя не отметить актуальность такого фактора, как ограниченность источников энергии.
Ограниченность источников энергии.
Современные темпы энергопотребления составляют примерно 0,5 Q в год, однако они растут в геометрической прогрессии. Так, в первой четверти следующего тысячелетия энергопотребление, по прогнозам, составит 1 Q в год. Следовательно, если даже учесть, что темпы роста потребления электроэнергии несколько сократятся из-за совершенствования энергосберегающих технологий, запасов энергетического сырья хватит максимум на 100 лет.
Однако положение усугубляется еще и несоответствием структуры запасов и потребления органического сырья. Так, 80% запасов органического топлива приходится на уголь и лигниты и лишь 20% на нефть и газ, в то время как 8/10 современного энергопотребления приходится на нефть и газ. Следовательно, временные рамки еще более сужаются.
Альтернативой органическому топливу и возобновляемым источником энергии является гидроэнергетика. Однако и здесь источник энергии достаточно сильно ограничен. Это связано с тем, что крупные реки, как правило, сильно удалены от промышленных центров либо их мощности практически полностью использованы. Таким образом, гидроэнергетика, в настоящий момент обеспечивающая около 10% производства энергии в мире, не сможет существенно увеличить эту цифру.
Огромный потенциал энергии Солнца (порядка 10 Q в среднем в сутки) мог бы теоретически обеспечить все мировые потребности энергетики. Но если отнести эту энергию на один квадратный метр поверхности Земли, то средняя тепловая мощность получится не более 200 Вт/м, или около 20 Вт/м электрической мощности при кпд преобразования в электроэнергию 10%. Это, очевидно, ограничивает возможности солнечной энергетики при создании электростанций большой мощности (для станции мощностью 1 млн. кВт площадь солнечных преобразователей должна быть около 100 км). Принципиальные трудности возникают и при анализе возможностей создания генераторов большой мощности, использующих энергию ветра, приливы и отливы в океане, геотермальную энергию, биогаз, растительное топливо и т.д. Все это приводит к выводу об ограниченности возможностей рассмотренных так называемых “воспроизводимых” и относительно экологически чистых ресурсов энергетики, по крайней мере, в относительно близком будущем. Хотя эффект от их использования при решении отдельных частных проблем энергообеспечения может быть уже сейчас весьма впечатляющим, суммарная доля воспроизводимых ресурсов в ближайшие 40 50 лет не превысит 15 20%.
Конечно, существует оптимизм по поводу возможностей термоядерной энергии и других эффективных способов получения энергии, интенсивно исследуемых наукой, но при современных масштабах энергопроизводства, при практическом освоении этих возможных источников потребуется несколько десятков лет из-за высокой капиталоемкости (до 30% всех капитальных затрат в промышленности требует энергетика) и соответствующей инерционности в реализации проектов. Так что в перспективе до середины следующего века можно ориентироваться на существенный вклад в мировую энергетику лишь тех новых источников, для которых уже сегодня решены принципиальные проблемы массового использования и создана техническая база для промышленного освоения. Единственным здесь конкурентом традиционному органическому топливу может быть только ядерная энергетика, обеспечивающая уже сейчас около 20% мирового производства электроэнергии с развитой сырьевой и производственной базой для дальнейшего развития отрасли.
Важнейшие факторы развития атомной энергетики
На все более конкурентном и многонациональном глобальном энергетическом рынке ряд важнейших факторов будет влиять не только на выбор вида энергии, но также и на степень и характер использования разных источников энергии. Эти факторы включают в себя:
оптимальное использование имеющихся ресурсов;
сокращение суммарных расходов;
сведение к минимуму экологических последствий;
убедительную демонстрацию безопасности;
удовлетворение потребностей национальной и международной политики.
Для ядерной энергии эти пять факторов определяют будущие стратегии в области топливного цикла и реакторов. Цель заключается в том, чтобы оптимизировать эти факторы.
Хотя достижение признания со стороны общественности не всегда включалось в качестве важнейшего фактора, в действительности этот фактор является жизненно важным для ядерной энергии. Необходимо открыто и достоверно ознакомить общественность и лиц, принимающих решения, с реальными выгодами ядерной энергетики. В следующем ниже обсуждении содержатся элементы убедительной аргументации. Растущее нежелание общественности, особенно в промышленно развитых странах, соглашаться с вводом новых промышленных установок сказывается на политике во всем энергетическом секторе и влияет на осуществление всех проектов энергетических установок.
Максимальное использование ресурсов
Известные и вероятные запасы урана должны обеспечить достаточное снабжение ядерным топливом в краткосрочном и среднесрочном плане, даже если реакторы будут работать главным образом с однократными циклами, предусматривающими захоронение отработавшего топлива. Проблемы в топливообеспечении атомной энергетики могут возникнуть лишь к 2030 году при условии развития и увеличения к этому времени атомных энергомощностей. Для их решения потребуются разведка и освоение новых месторождений урана на территории России, использование накопленных оружеййного и энергетического плутония и урана, развитие атомной энергетики на альтернативных видах ядерного топлива. Одна тонна оружейного плутония по теплотворному эквиваленту органического топлива при “сжигании” в тепловых реакторах в открытом топливном цикле соответствует 2,5 млрд. куб. м. природного газа. Приближенная оценка показывает, что общий энергетический потенциал оружейного сырья, с использованием в парке АЭС также реакторов на быстрых нейтронах, может соответствовать выработке 12-14 трлн. киловатт-часов электроэнергии, т.е 12-14 годовым её выработкам на уровне 1993 года, и сэкономить в электроэнергетике около 3,5 трлн.кубометров природного газа. Однако по мере роста спроса на уран и уменьшения его запасов, обусловленного необходимостью удовлетворять потребности растущих мощностей атомных станций, возникнет экономическая необходимость оптимального использования урана таким образом, чтобы вырабатывалась вся потенциально содержащаяся в нем энергия на единицу количества руды. Существуют разнообразные способы достижения этого в ходе процесса обогащения и на этапе эксплуатации. В долгосрочном плане потребуются повторное использование наработанных делящихся материалов в тепловых реакторах и внедрение быстрых реакторов-размножителей.
2. Достижение максимальной экономической выгоды
Поскольку затраты на топливо относительно низки, для общей экономической жизнеспособности ядерной энергии весьма важно сокращение суммарных расходов за счет снижения затрат на разработку, выбор площадки, сооружение, эксплуатацию и первоначальное финансирование. Устранение неопределенностей и изменчивости требований лицензирования, особенно перед вводом в эксплуатацию, позволило бы осуществить более прогнозируемые стратегии капиталовложений и финансовые стратегии.
Потребности в инвестициях согласно результатам СИАРЭ (млрд. долларов)(СИАРЭ - Совместное исследование альтернатив развития электроэнергетики)
| Высокое энергопотребление | Низкое электропотребление | |
| Производство | электроэнергии | |
| 1995-2000 гг | 21-26 | 9-10 |
| 2001-2005 гг | 25-32 | 14-20 |
| Всего | 46-58 | 23-30 |
| Энерго | сбережение | |
| 1995-2000 гг | 3-4 | 2-3 |
| 2001-2005 гг | 5-11 | 3-8 |
| Всего | 8-15 | 5-11 |
| Передача | энергии | |
| 1995-2000 гг | 2-3 | 1-3 |
| 2001-2005 гг | 5-5 | 3-5 |
| Всего | 7-8 | 4-8 |
| Суммарные | потребности | |
| 1995-2000 гг | 26-34 | 12-16 |
| 2001-2005 гг | 35-48 | 20-33 |
| Всего | 61-81 | 32-49 |
Таблица 3
3. Достижение максимальной экологической выгоды
Хотя ядерная энергия с точки зрения объемов потребляемого топлива, выбросов и образующихся отходов обладает явными преимуществами по сравнению с нынешними системами, использующими ископаемые виды топлива, дальнейшие меры по смягчению соответствующих экологических проблем могут оказать значительное влияние на отношение общественности.
Сравнительные данные по топливу и отходам (тонн в год для электростанции мощностью 1000 МВт)
Таблица 4
Поскольку общее влияние ядерного топливного цикла на здоровье людей и окружающую среду невелико, внимание будет направлено на улучшенные методы в области радиоактивных отходов. При этом была бы оказана поддержка целям устойчивого развития и в то же время повышена конкурентоспособность по сравнению с другими источниками энергии, для которых также должны надлежащим образом решаться вопросы отходов. В реакторные системы и в топливные циклы могут быть внесены изменения, сводящие к минимуму образование отходов. Будут вводиться проектные требования по уменьшению количеств отходов и такие методы сокращения объемов отходов, как компактирование.
4. Максимальное повышение безопасности реакторов
Ядерная энергетика в целом имеет отличные показатели безопасности: в эксплуатации находится 433 реактора, работающих в среднем более чем по 20 лет. Однако чернобыльская катастрофа показала, что весьма тяжелая ядерная авария может привести к радиоактивному загрязнению в масштабах страны и региона. Хотя вопросы безопасности и экологии становятся важнейшими для всех источников энергии, многие воспринимают ядерную энергетику как особенно и органически небезопасную. Обеспокоенность по поводу безопасности в сочетании с соответствующими регламентационными требованиями будет в ближайшее время по-прежнему оказывать сильное влияние на развитие ядерной энергетики. В целях снижения масштабов реальных и возможных аварий на установках будет осуществлен ряд подходов. Чрезвычайно эффективные барьеры (такие, как двойные защитные оболочки) снизят вероятность значительных радиологических последствий аварий за пределами площадок до крайне низкого уровня, устраняя необходимость в планах аварийных действий. Повышение характеристик целостности корпуса реактора и реакторных систем также позволит снизить вероятность возникновения последствий на площадке. Внутренняя безопасность конструкций и технологических процессов на станциях может быть повышена скорее путем включения пассивных функций безопасности, чем активных систем защиты. В качестве жизнеспособного варианта могут появиться высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы, использующие керамическое графитное топливо с высокой теплостойкостью и целостностью, снижающее вероятность выброса радиоактивного материала.
Плюсы и минусы атомной энергетики
За 40 лет развития атомной энергетики в мире построено около 400 энергоблоков в 26 странах мира с суммарной энергетической модностью около 300 млн. кВт. Основными преимуществами атомной энергетики являются высокая конечная рентабельность и отсутствие выбросов в атмосферу продуктов сгорания (с этой точки зрения она может рассматриваться как экологически чистая), основными недостатками потенциальная опасность радиоактивного заражения окружающей среды продуктами деления ядерного топлива при аварии (типа Чернобыльской или на американской станции Тримайл Айленд) и проблема переработки использованного ядерного топлива.
Остановимся сначала на преимуществах. Рентабельность атомной энергетики складывается из нескольких составляющих. Одна из них независимость от транспортировки топлива. Если для электростанции мощностью 1 млн. кВт требуется в год около 2 млн. т.у.т. (или около 5 млн. низкосортного угля), то для блока ВВЭР-1000 понадобится доставить не более 30 т. обогащенного урана, что практически сводит к нулю расходы на перевозку топлива (на угольных станциях эти расходы составляют до 50% себестоимости). Использование ядерного топлива для производства энергии не требует кислорода и не сопровождается постоянным выбросом продуктов сгорания, что, соответственно, не потребует строительства сооружений для очистки выбросов в атмосферу. Города, находящиеся вблизи атомных станций, являются в основном экологически чистыми зелеными городами во всех странах мира, а если это не так, то это происходит из-за влияния других производств и объектов, расположенных на этой же территории. В этом отношении ТЭС дают совсем иную картину. Анализ экологической ситуации в России показывает, что на долю ТЭС приходится более 25% всех вредных выбросов в атмосферу. Около 60% выбросов ТЭС приходится на европейскую часть и Урал, где экологическая нагрузка существенно превышает предельную. Наиболее тяжелая экологическая ситуация сложилась в Уральском, Центральном и Поволжском районах, где нагрузки, создаваемые выпадением серы и азота, в некоторых местах превышают критические в 2-2,5 раза.
К недостаткам ядерной энергетики следует отнести потенциальную опасность радиоактивного заражения окружающей среды при тяжелых авариях типа Чернобыльской. Сейчас на АЭС, использующих реакторы типа Чернобыльского (РБМК), приняты меры дополнительной безопасности, которые, по заключению МАГАТЭ (Международного агентства по атомной энергии), полностью исключают аварию подобной тяжести: по мере выработки проектного ресурса такие реакторы должны быть заменены реакторами нового поколения повышенной безопасности. Тем не менее в общественном мнении перелом по отношению к безопасному использованию атомной энергии произойдет, по-видимому, не скоро. Проблема утилизации радиоактивных отходов стоит очень остро для всего мирового сообщества. Сейчас уже существуют методы остекловывания, битумирования и цементирования радиоактивных отходов АЭС, но требуются территории для сооружения могильников, куда будут помещаться эти отходы на вечное хранение. Страны с малой территорией и большой плотностью населения испытывают серьезные трудности при решении этой проблемы.
Ядерная топливно-энергетическая база России.
Пуск в 1954 году первой атомной электростанции мощностью всего лишь 5000 кВт стал событием мировой важности. Он ознаменовал начало развития атомной энергетики, которая может обеспечить человечество электрической и тепловой энергией на длительный период. Ныне мировая доля электрической энергии, вырабатываемой на АЭС, относительно невелика и составляет около 17 процентов, но в ряде стран она достигает 50-75 процентов. В Советском Союзе была создана мощная ядерно-энергетическая промышленность, которая обеспечивала топливом не только свои АЭС, но и АЭС ряда других стран. В настоящее время на АЭС России, стран СНГ и Восточной Европы эксплуатируются 20 блоков с реакторами ВВЭР-1000, 26 блоков с реакторами ВВЭР-440, 15 блоков с реакторами РБМК и 2 блока с реакторами на быстрых нейтронах. Обеспечение ядерным топливом этих реакторов и определяет объем промышленного производства твэлов и ТВС в России. Они изготавливаются на двух заводах: в г.Электросталь - для реакторов ВВЭР-440, РБМК и реакторов на быстрых нейтронах; в г-Новосибирске - для реакторов ВВЭР-1000.Таблетки для твэлов ВВЭР-1000 и РБМК поставляет завод, находящийся в Казахстане (г.Усть-Каменогорск).
В настоящее время из 15 атомных электростанций, построенных в СССР, 9 находятся на территории России; установленная мощность их 29 энергоблоков составляет 21242 мегаватта. Среди действующих энергоблоков 13 имеют корпусные реакторы ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор, активная зона которого размещается в металлическом или из предварительно напряженного бетона корпусе, рассчитанном на полное давление теплоносителя), 11 блоков- канальные реакторы РМБК-1000(РМБК - графито-водяной реактор без прочного корпуса. Теплоноситель в этом реакторе протекает через трубы, внутри которых находятся тепловыделяющие элементы), 4 блока- ЭГП (водо-графитовый канальный реактор с кипящим теплоносителем) по 12 мегаватт каждый установлены на Билибинской АТЭС и еще один энергоблок снабжен реактором БН-600 на быстрых нейтронах. Следует заметить, что основной парк корпусных реакторов последнего поколения был размещен на Украине (10 блоков ВВЭР-1000 и 2 блока ВВЭР-440).
Новые энергоблоки.
Сооружение нового поколения энергоблоков с корпусными реакторами (с водой под давлением) начинается в этом десятилетии. Первыми из них станут блоки ВВЭР-640, конструкция и параметры которых учитывают отечественный и мировой опыт, а также блоки с усовершенствованным реактором ВВЭР-1000 с существенно повышенными показателями безопасности. Головные энергоблоки ВВЭР-640 размещаются на площадках г. Сосновый Бор Ленинградской области и Кольской АЭС, а на базе ВВЭР-1000 - на площадке Нововоронежской АЭС.
Разработан также проект корпусного реактора ВПБЭР-600 средней мощности с интегральной компоновкой. АЭС с такими реакторами смогут сооружаться несколько позже.
Названные типы оборудования при своевременном выполнении всех научно-исследовательских и опытных работ обеспечат основные потребности атомной энергетики на прогнозируемый 15-20-летний период.
Существуют предложения продолжать работы по графито-водяным канальным реакторам, перейти на электрическую мощность 800 мегаватт и создать реактор, не уступающий реактору ВВЭР по безопасности. Такие реакторы могли бы заменить действующие реакторы РБМК. В перспективе возможно строительство энергоблоков с современными безопасными реакторами БН-800 на быстрых нейтронах. Эти реакторы могут быть использованы и для вовлечения в топливный цикл энергетического и оружейного плутония, для освоения технологий выжигания актиноидов (радиоактивных элементов-металлов, все изотопы которых радиоактивны).
Перспективы развития атомной энергетики.
При рассмотрении вопроса о перспективах атомной энергетики в ближайшем (до конца века) и отдаленном будущем необходимо учитывать влияние многих факторов: ограничение запасов природного урана, высокая по сравнению с ТЭС стоимость капитального строительства АЭС, негативное общественное мнение, которое привело к принятию в ряде стран (США, ФРГ, Швеция, Италия) законов, ограничивающих атомную энергетику в праве использовать ряд технологий (например, с использованием Рu и др.), что привело к свертыванию строительства новых мощностей и постепенному выводу отработавших без замены на новые. В то же время наличие большого запаса уже добытого и обогащенного урана, а также высвобождаемого при демонтаже ядерных боеголовок урана и плутония, наличие технологий расширенного воспроизводства (где в выгружаемом из реактора топливе содержится больше делящихся изотопов, чем загружалось) снимают проблему ограничения запасов природного урана, увеличивая возможности атомной энергетики до 200-300 Q. Это превышает ресурсы органического топлива и позволяет сформировать фундамент мировой энергетики на 200-300 лет вперед.
Но технологии расширенного воспроизводства (в частности, реакторы-размножители на быстрых нейтронах) не перешли в стадию серийного производства из-за отставания в области переработки и рецикла (извлечения из отработанного топлива «полезного» урана и плутония). А наиболее распространенные в мире современные реакторы на тепловых нейтронах используют лишь 0,50,6% урана (в основном делящийся изотоп U238 , концентрация которого в природном уране 0,7%). При такой низкой эффективности использования урана энергетические возможности атомной энергетики оцениваются только в 35 Q. Хотя это может оказаться приемлемым для мирового сообщества на ближайшую перспективу, с учетом уже сложившегося соотношения между атомной и традиционной энергетикой и постановкой темпов роста мощностей АЭС во всем мире. Кроме того, технология расширенного воспроизводства дает значительную дополнительную экологическую нагрузку. .Сегодня специалистам вполне понятно, что ядерная анергия, в принципе, является единственным реальным и существенным источником обеспечения электроэнергией человечества в долгосрочном плане, не вызывающим такие отрицательные для планеты явления, как парниковый эффект, кислотные дожди и т.д. Как известно, сегодня энергетика, базирующаяся на органическом топливе, то есть на сжигании угля, нефти и газа, является основой производства электроэнергии в мире Стремление сохранить органические виды топлива, одновременно являющиеся ценным сырьем, обязательство установить пределы для выбросов СО; или снизить их уровень и ограниченные перспективы широкомасштабного использования возобновляемых источников энергии все это свидетельствует о необходимости увеличения вклада ядерной энергетики.
Учитывая все перечисленное выше, можно сделать вывод, что перспективы развития атомной энергетики в мире будут различны для разных регионов и отдельных стран, исходя из потребностей и электроэнергии, масштабов территории, наличия запасов органического топлива, возможности привлечения финансовых ресурсов для строительства и эксплуатации такой достаточно дорогой технологии, влияния общественного мнения в данной стране и ряда других причин.
Отдельно рассмотрим перспективы атомной энергетики в России. Созданный в России замкнутый научно-производственный комплекс технологически связанных предприятий охватывает все сферы, необходимые для функционирования атомной отрасли, включая добычу и переработку руды, металлургию, химию и радиохимию, машино- и приборостроение, строительный потенциал. Уникальным является научный и инженерно-технический потенциал отрасли. Промышленно-сырьевой потенциал отрасли позволяет уже в настоящее время обеспечить работу АЭС России и СНГ на много лет вперед, кроме того, планируются работы по вовлечению в топливный цикл накопленного оружейного урана и плутония. Россия может экспортировать природный и обогащенный уран на мировой рынок, учитывая, что уровень технологии добычи и переработки урана по некоторым направлениям превосходит мировой, что дает возможность в условиях мировой конкуренции удерживать позиции на мировом урановом рынке.
Но дальнейшее развитие отрасли без возврата к ней доверия населения невозможно. Для этого нужно на базе открытости отрасли формировать позитивное общественное мнение и обеспечить возможность безопасного функционирования АЭС под контролем МАГАТЭ. Учитывая экономические трудности России, отрасль сосредоточится в ближайшее время на безопасной эксплуатации существующих мощностей с постепенной заменой отработавших блоков первого поколения наиболее совершенными российскими реакторами (ВВЭР-1000, 500, 600), а небольшой рост мощностей произойдет за счет завершения строительства уже начатых станций. На длительную перспективу в России вероятен рост мощностей в переходом на АЭС новых поколений, уровень безопасности и экономические показатели которых обеспечат устойчивое развитие отрасли на перспективу.
В диалоге сторонников и противников атомной энергетики необходимы полная и точная информация по состоянию дел в отрасли как в отдельной стране, так и в мире, научно обоснованные прогнозы развития и потребности в атомной энергии. Только на пути гласности и информированности могут быть достигнуты приемлемые результаты. Более 400 блоков во всем мире (по данным, содержащимся в Информационной системе МАГАТЭ по энергетическим реакторам на конец 1994 года, в 30 странах эксплуатируется 432 АЭС общей мощностью приблизительно 340 ГВт) обеспечивают весомую долю потребностей общества в энергии. Миллионы людей в мире добывают уран, обогащают его, создают оборудование и строят атомные станции, десятки тысяч ученых работают в отрасли. Это одна из наиболее мощных отраслей современной индустрии, ставшая уже ее неотъемлемой частью. И хотя взлет атомной энергетики сейчас сменяется периодом стабилизации мощностей, учитывая позиции, завоеванные атомной энергетикой за 40 лет, есть надежда, что она сможет сохранить свою долю в мировом производстве электроэнергии на довольно длительную перспективу, пока не будет сформирован единый взгляд в мировом сообществе на необходимость и масштабы использования атомной энергетики в мире.
Список литературы :
1.”Ядерная энергетика в альтернативных энергетических сценариях” Энергия 1997 №4
2.”Некоторые экономические аспекты современного развития атомной энергетики”Вестник МГУ 1997 №1
3.”Положение и перспективы развития электроэнергетики России”БИКИ 1997 №8
4.Международная жизнь 1997 №5,№6
5.ВЕК 1996 №18, №13
6.Независимая газета 30.01.97
8.”Стратегия ядерной энергии” Международная жизнь 1997 №7
9 “О перспективах атомной энергетики в России” июнь 1995
В преддверии величайшей социальной революции в истории человечества разум обязан искать пути смягчения предстоящего переходного процесса. Такое смягчение может быть достигнуто, если мы сумеем сформулировать такие энергетические программы, которые дадут надежду людям на существенное увеличение энергетического производства без воздействия на биосферу Земли.
Поэтому сегодня важнейшей задачей, стоящей перед человечеством, является проблема создания экологически чистой энергетики, энергетики, способной работать длительное время без существенного влияния на биологическое равновесие планеты.
После решения уйти из ракетной тематики я, по рекомендации моего друга, профессора Московского энергетического института Михаила Ефимовича Дейча, встретился с его учеником, директором ВНИИ атомного энергетического машиностроения Геннадием Алексеевичем Филипповым. На моё признание в том, что я не знаю даже терминологии в стационарной энергетике, он ответил просто: «Ничего, разберётесь. Для меня главное то, что Вас рекомендовал Дейч». В результате, не зная ни тематики, ни одного человека в институте, я стал его заместителем по науке.
Я достаточно быстро вошёл в новую для себя проблематику. После Чернобыльской катастрофы министр энергетического машиностроения СССР Владимир Макарович Величко назначил меня руководителем работ по линии министерства на ЧАЭС. Наше министерство, обладая десятками крупнейших заводов, было поставщиком примерно 70% оборудования на все АЭС страны. Близкое знакомство в течение примерно года (с мая 1986 по июль 1987) с реальными проблемами радиационного поражения заставили меня начать плотно думать о будущей энергетике. В результате я пришёл к пониманию того, что в современном виде у атомной энергетики перспектив нет.
Основное назначение атомной энергетики – сократить потребление органического топлива и тем самым уменьшить потребление атмосферного кислорода и эмиссию углекислого газа в атмосферу Земли. Атомная энергетика в современном виде не в состоянии решить эту проблему. Несмотря на сорокалетнюю историю развития, её доля в общем энергетическом балансе планеты составляет всего несколько процентов. С точки зрения влияния на решение основной задачи, атомной энергетики сегодня просто нет. Есть только связанные с ней проблемы.
Прогнозы развития атомной энергетики, базирующейся на реакциях деления изотопов U 235 и Pu 239 , являются крайне пессимистическими. Увеличение генерирующих мощностей было запланировано только до 2007–2008 годов, да и то в основном за счёт Юго-Восточной Азии (3/4 всех новых мощностей планировалось ввести именно там). Во всех западных странах заказы на ввод новых блоков в предстоявшее десятилетие и далее были аннулированы. После 2008–2010 годов предполагалось начать массовый вывод из эксплуатации блоков, отработавших свой ресурс, что всегда бывает сопряжено с перемещением и захоронением огромных масс радиоактивных отходов. Западная общественность к проблеме перемещения отходов и сооружению хранилищ на своей территории относится резко отрицательно.
В учёном совете нашего института, например, начали появляться работы по выводу АЭС из эксплуатации. Предлагается практически их не трогать, а просто консервировать и ждать сотни лет. Причём стоить всё это будет сотни миллионов долларов по каждой станции плюс десятки миллионов ежегодно. Если и далее продолжить строительство современных АЭС, сколько же таких дорогостоящих памятников мы будем иметь уже в ближайшее время?
Наиболее популярна программа замкнутого топливного цикла с использованием быстрых реакторов для наработки плутония. В этой программе плутонию предназначается роль основного делящегося материала. (При широком развитии современной атомной энергетики без плутония не обойтись просто потому, что запасы 35-го урана по энергоёмкости не превышают разведанных запасов, например, нефти и газа). Программа абсолютно бесперспективна просто потому, что технологии с плутонием не могут найти широкого применения, поскольку плутоний является основным материалом для бомб. Для Запада нет ничего страшнее передачи плутониевых технологий развивающимся странам. А без развития атомной энергетики в этих странах проблему эмиссии не решить. Западные страны не будут развивать атомную энергетику из-за отходов, а развивающимся не дадут, поскольку Запад не хочет, чтобы плутоний оказался в других руках. Так что с бридерами тупик, и напрашивается следующий вывод: сегодня нет реальных предложений для решения основной технологической проблемы нашего времени, проблемы сокращения эмиссии углекислоты и потребления атмосферного кислорода . Есть только, что называется, организационные подходы, о которых говорилось выше. Они приведут к резкому обострению ситуации между 2010 и 2015 годами. Поэтому сегодня крайне важно предложить энергетическую программу, которая сумела бы ослабить напряжённость в международных отношениях в период перехода к адекватным формам социальной организации. По существу, сегодня речь идёт о спасении западной цивилизации от чрезмерных потерь .
Есть ещё одно чрезвычайно важное обстоятельство, которое делает невозможным широкое распространение современных ядерных технологий. Оно заключается в том, что современные технологии ориентированы на использование урана-235, а его, как было сказано, мало. К середине текущего века энергетические потребности человечества за счёт только земных ресурсов удовлетворить будет невозможно. Потребуется промышленно-энергетический выход в космос. Единственным средством для этого является как раз уран-235, поскольку с помощью химии крупные задачи в космосе решены быть не могут. Поэтому бездумное сжигание урана-235 – это не просто глупость, а преступление перед человечеством.
Для того чтобы найти подходы к решению энергетической проблемы, я в течение всех 90-х годов искал пути создания чистой ядерной энергетики. Такая схема вроде бы обозначилась. И если это действительно так, то это будет последний сравнительно дешёвый технологический подарок человечеству в период наступления сложнейших социальных преобразований.
Дело в том, что выделение положительной энергии при делении ядер начинается с массовых чисел в районе 60. В частности, деление ядер свинца и висмута, имеющих массовое число несколько больше двухсот, даёт энергию около 140–150 MэВ, в то время как уран и плутоний дают примерно 200 MэВ. Однако деление U 235 и Pu 239 , составляющих основу современной ядерной энергетики, происходит под действием нейтронов сравнительно низкой энергии (до 1 МэВ). Ядра же «неделящихся» актиноидов (Th, U 238) делятся при энергии более 1 MэВ. Нейтроны высоких энергий (более 10 МэВ) на Земле имеются только в космических лучах, интенсивность которых крайне мала. Поэтому основные процессы взаимодействия нейтронов высоких энергий с ядрами различных веществ (сечения ядерных реакций) изучены довольно слабо.
В принципе, нейтроны любых энергий можно получить при использовании ускорителей протонов. Однако эти ускорители имели до последнего времени крайне малые коэффициенты полезного действия. Только в конце XX века появились технологии, позволяющие создать ускорители протонов достаточно высокой эффективности. Это дало возможность начать эксперименты в области так называемой электроядерной энергетики. Все в мире пошли по пути получения на ускорителях нейтронов с энергией, достаточной для деления U 235 . Для этой цели требовались ускорители с энергией не более 1–1,5 ГэВ. В случае с «неделящимися» изотопами этой энергии мало.
Включиться в программу электроядерных экспериментов по урановой программе на ускорителе в г. Дубна нам помог последний из могикан советской атомной техники академик Валерий Иванович Субботин. Я с ним познакомился в 1986 году во время работы чернобыльских комиссий. В. И. Субботин познакомил меня с Александром Михайловичем Балдиным, директором лаборатории физики высоких энергий Объединённого института ядерной физики в г. Дубна. Александр Михайлович дал нам возможность принять участие в эксперименте на синхрофазотроне ИЯФ. Формально мы должны были разработать аппаратуру теплофизических измерений для уран-свинцовых сборок, используемых в электроядерных экспериментах. Поставить вопрос о проведении эксперимента сразу на сборках, состоящих из материалов актиноидной группы, было абсолютно нереально. Поэтому я договорился о проведении эксперимента на большой чисто свинцовой сборке при энергии протонов в 5 ГэВ. Однако принять участие в работе я не смог, поскольку после этого я надолго попал в больницу.
Эксперимент был выполнен в июле 1998 года. Его проводила большая международная группа, лидерами в которой были учёные из ФРГ. К сожалению, в части методического обеспечения той задачи, которую я ставил, он был сделан плохо. Я не был поставлен в известность о проведении эксперимента. Поэтому я не смог дать своих предложений по его методическому обеспечению. Термопары нормально сработали, большего для программы деления урана не требовалось, а потому материалы эксперимента, никем не востребованные, пролежали почти год. Когда после выхода из больницы в мае 1999 года я узнал, что эксперимент выполнен, я попросил показать мне его результаты. Одного взгляда на экспериментальные кривые было достаточно, чтобы увидеть то, что положительный результат всей программы не исключён.
Дело в том, что если реакция деления свинца не играет особой роли, то тепловыделение должно происходить только в центре свинцовой сборки за счёт торможения заряженных частиц, образующихся после разрушения ядер свинца и имеющих малый пробег в плотном веществе свинца. Однако было обнаружено, что термопара, расположенная на периферии мишени, начала нагреваться одновременно с центральными термопарами в момент включения пучка, к тому же всего в два раза слабее, чем центральная. Оценки показывают, что ни теплопроводность, ни нагрев за счёт термализации нейтронов, ни гамма-излучение, ни нагрев за счёт заряженных частиц не могут обеспечить наблюдаемый темп разогрева периферийной зоны. Об этом же говорят расчёты, которые были выполнены по моей просьбе Институтом прикладной математики РАН им. М. В. Келдыша по коду Лос-Аламосской лаборатории США. В эксперименте же грелась и периферия сборки. Это могло быть связано только с делением свинца. Результат требовал немедленной проверки, ввиду его исключительной важности.
Я начал требовать проведения чистого эксперимента по своей методике. Я написал массу писем В. В. Путину и членам его Правительства. Всё безрезультатно. Дело упирается, очевидно, в то, что у атомного лобби имеется огромное желание заработать на завозе отработавшего топлива из-за рубежа в Россию. Доказательство возможности создания ядерной энергетики, не использующей U 235 и Pu 239 , закроет навсегда этот миф. (Когда проводились слушания по этому вопросу в Думе, из всех специалистов, работающих в атомной энергетике, только В. И. Субботин и я выступили против варианта с завозом отработанного топлива. Нам не давали говорить. У меня, например, просто выключили микрофон.)
Каких-либо перспектив у современной схемы ядерной энергетики в любом случае просто нет. Видит Бог, я делал и буду делать всё, что могу, чтобы провести свой эксперимент. Его необходимо выполнить, ввиду его чрезвычайной важности. Тем более, что Миннауки и Минатом финансируют совершенно бессмысленные работы по делению урана в электроядерных схемах. Будто бы уран не делится и без ускорителей. В России существует большая, хорошо финансируемая программа по этой теме, руководимая министром Минатома.
Когда этот раздел был уже написан, мне позвонили из Миннауки и сообщили, что решение о финансировании эксперимента, наконец, после трёх лет изнурительной борьбы принято и его финансирование открыто. Эксперимент пройдёт в Протвино на ускорителе Института физики высоких энергий в марте – апреле 2002 года. Я не знаю, что повлияло на принятие этого решения. Депутат Государственной Думы от Арзамаса доктор физико-математических наук Иван Игнатьевич Никитчук послал два запроса в Министерство науки. В последнее время я предпринял несколько достаточно резких шагов. В частности, я имел откровенный разговор по телефону с первым заместителем министра Миннауки С. Б. Алёшиным. Мне представляется, что мне удалось его убедить.
Этот эксперимент мне нужен, чтобы точно знать, имеем ли мы последний технологический резерв для смягчения сложнейших социальных процессов в ближайшем будущем. Но если и его результат окажется отрицательным, то остаются только весьма болезненные организационные решения, о которых я говорил выше.
В настоящее время более 18% электроэнергии, вырабатываемой в мире, производится на ядерных реакторах, которые, к тому же, в отличие от электростанций, работающих на органическом топливе, не загрязняют атмосферу. Неоспоримый плюс ядерной энергии – ее стоимость, которая ниже, чем на большинстве электростанций иных типов. По разным оценкам, в мире насчитывается около 440 ядерных реакторов обшей мощностью свыше 365 тыс. МВт, которые расположены более чем в 30 странах.
Атомная энергетика является одним из основных мировых источников энергообеспечения. В 2000–2005 гг. в строй было введено 30 новых реакторов. Основные генерирующие мощности сосредоточены в Западной Европе и США.
Для обеспечения прогнозируемых уровней электро- и теплопотребления в максимальном варианте спроса необходим ввод генерирующих мощностей АЭС до 6 ГВт в текущем десятилетии (энергоблок 3 Калининской АЭС, энергоблок 5 Курской АЭС, энергоблок 2 Волгодонской АЭС, энергоблоки 5 и 6 Балаковской АЭС, энергоблок 4 Белоярской АЭС) и не менее 15 ГВт до 2020 года (с учетом воспроизводства энергоблоков первого поколения – 5,7 ГВт), а также до 2 ГВт АТЭЦ. В результате суммарная установленная мощность атомных станций России должна увеличиться до 40 ГВт при среднем КИУМ порядка 85% (уровень ведущих стран с развитой атомной энергетикой).
В соответствии с этим основными задачами развития атомной энергетики являются:
модернизация и продление на 10–20 лет сроков эксплуатации энергоблоков действующих АЭС;
повышение эффективности энергопроизводства и использования энергии АЭС;
создание комплексов по переработке радиоактивных отходов АЭС и системы обращения с облученным ядерным топливом;
| Изм. |
| Лист |
| № документа |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 2201.ДП.02.00.000.ПЗ |
| Изм. |
| Лист |
| № документа |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 2201.ДП.02.00.000.ПЗ |
воспроизводство выбывающих энергоблоков первого поколения, в том числе путем реновации после завершения продленного срока их эксплуатации (при своевременном создании заделов);
расширенное воспроизводство мощностей (средний темп роста – примерно 1 ГВт в год) и строительные заделы будущих периодов;
освоение перспективных реакторных технологий (БН-800, ВВЭР-1500, АТЭЦ и др.) при развитии соответствующей топливной базы.
Важнейшими факторами развития атомной энергетики являются повышение эффективности выработки энергии на АЭС за счет снижения удельных затрат на производство (внутренние резервы) и расширение рынков сбыта энергии атомных станций (внешний потенциал).
К внутренним резервам АЭС (около 20% энерговыработки) относятся:
повышение НИУМ до 85% с темпом роста в среднем до 2% в год за счет окращения сроков ремонтов и увеличения межремонтного периода, удлинения топливных циклов, снижения числа отказов оборудования при его модернизации и реновации, что обеспечит дополнительное производство электроэнергии на действующих АЭС около 20 млрд кВтч в год (эквивалентно вводу установленной мощности до 3 ГВт при удельных капитальных затратах до 150 долл./кВт);
повышение КПД энергоблоков за счет улучшения эксплуатационных характеристик и режимов с дополнительной выработкой на действующих АЭС более 7 млрд кВтч в год (равноценно вводу мощности 1 ГВт при удельных капитальных затратах порядка 200 долл./кВт);
снижение производственных издержек, в том числе за счет сокращения расхода энергии на собственные нужды (до проектных значений, составляющих около 6%) и уменьшения удельной численности персонала.
Внешний потенциал – расширение действующих и создание новых рынков использования энергии и мощности АЭС (более 20% энерговыработки):
развитие производства тепловой энергии и теплоснабжения (в том числе создание АТЭЦ), электроаккумуляция тепла для теплоснабжения крупных городов, использование сбросного низкопотенциального тепла;
| Изм. |
| Лист |
| № документа |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 2201.ДП.02.00.000.ПЗ |
развитие энергоемких производств алюминия, сжиженного газа, синтетического жидкого топлива, водорода с использованием энергии АЭС.
Достижение установленных параметров стратегического развития атомной энергетики России предусматривает реализацию:
потенциала максимального повышения эффективности АЭС, воспроизводства (реновации) и развития мощностей атомных станций;
долгосрочной инвестиционной политики в государственном атомноэнергетическом секторе экономики;
эффективных источников и механизмов достаточного и своевременного обеспечения инвестициями.
Потенциальные возможности, основные принципы и направления перспективного развития атомной энергетики России с учетом возможностей топливной базы определены Стратегией развития атомной энергетики России в первой половине XXI века, одобренной в 2000 году Правительством Российской Федерации.
Перспективы долгосрочного развития атомной энергетики связаны с реальной возможностью возобновления и регенерации ядерных топливных ресурсов без потери конкурентоспособности и безопасности атомной энергетики. Отраслевая технологическая политика предусматривает эволюционное внедрение в 2010–2030 годах новой ядерной энерготехнологий четвертого поколения на быстрых реакторах с замыканием ядерного топливного цикла и уран-плутониевым топливом, что снимает ограничения в отношении топливного сырья на обозримую перспективу.
Развитие атомной энергетики позволит оптимизировать баланс топливно-энергетических ресурсов, сдержать рост стоимости электрической и тепловой энергии для потребителей, а также будет способствовать эффективному росту экономики и ВВП, наращиванию технологического потенциала для долгосрочного развития энергетики на основе безопасных и экономически эффективных атомных станций.
| Изм. |
| Лист |
| № документа |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 2201.ДП.02.00.000.ПЗ |
Даже если атомная электростанция работает идеально и без малейших сбоев, ее эксплуатация неизбежно ведет к накоплению радиоактивных веществ. Поэтому людям приходится решать очень серьезную проблему, имя которой – безопасное хранение отходов.
Отходы любой отрасли промышленности при огромных масштабах производства энергии, различных изделий и материалов создают огромной проблемой. Загрязнение окружающей среды и атмосферы во многих районах нашей планеты внушает тревогу и опасения. Речь идет о возможности сохранения животного и растительного мира уже не в первозданном виде, а хотя бы в пределах минимальных экологических норм.
Радиоактивные отходы образуются почти на всех стадиях ядерного цикла. Они накапливаются в виде жидких, твердых и газообразных веществ с разным уровнем активности и концентрации. Большинство отходов являются низкоактивными: это вода, используемая для очистки газов и поверхностей реактора, перчатки и обувь, загрязненные инструменты и перегоревшие лампочки из радиоактивных помещений, отработавшее оборудование, пыль, газовые фильтры и многое другое.
Газы и загрязненную воду пропускают через специальные фильтры, пока они не достигнут чистоты атмосферного воздуха и питьевой воды. Ставшие радиоактивными фильтры перерабатывают вместе с твердыми отходами. Их смешивают с цементом и превращают в блоки или вместе с горячим битумом заливают в стальные емкости.
Труднее всего подготовить к долговременному хранению высокоактивные отходы. Лучше всего такой «мусор» превращать в стекло и керамику. Для этого отходы прокаливают и сплавляют с веществами, образующими стеклокерамическую массу. Рассчитано, что для растворения 1 мм поверхностного слоя такой массы в воде потребуется не менее 100 лет.
В отличие от многих химических отходов, опасность радиоактивных отходов со временем снижается. Бoльшая часть радиоактивных изотопов имеет период
| Изм. |
| Лист |
| № документа |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 2201.ДП.02.00.000.ПЗ |
Необходимо учитывать, что высокоактивные отходы долгое время выделяют значительное количество теплоты. Поэтому чаще всего их удаляют в глубинные зоны земной коры. Вокруг хранилища устанавливают контролируемую зону, в которой вводят ограничения на деятельность человека, в том числе бурение и добычу полезных ископаемых.
Предлагался еще один способ решения проблемы радиоактивных отходов – отправлять их в космос. Действительно, объем отходов невелик, поэтому их можно удалить на такие космические орбиты, которые не пересекаются с орбитой Земли, и навсегда избавиться радиоактивного загрязнения. Однако этот путь был отвергнут из-за опасности непредвиденного возвращения на Землю ракеты-носителя в случае возникновения каких-либо неполадок.
В некоторых странах серьезно рассматривается метод захоронения твердых радиоактивных отходов в глубинные воды океанов. Этот метод подкупает своей простотой и экономичностью. Однако такой способ вызывает серьезные возражения, основанные на коррозионных свойствах морской воды. Высказываются опасения, что коррозия достаточно быстро нарушит целостность контейнеров, и радиоактивные вещества попадут в воду, а морские течения разнесут активность по морским просторам.
Эксплуатация АЭС сопровождается не только опасностью радиационного загрязнения, но и другими видами воздействия на окружающую среду. Основным является тепловое воздействие. Оно в полтора-два раза выше, чем от тепловых электростанций.
При работе АЭС возникает необходимость охлаждения отработанного водяного пара. Самым простым способом является охлаждение водой из реки, озера, моря или специально сооруженных бассейнов. Вода, нагретая на 5–15 °С, вновь возвращается в тот же источник. Но этот способ несет с собой опасность ухудшения экологической обстановки в водной среде в местах расположения АЭС.
| Изм. |
| Лист |
| № документа |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 2201.ДП.02.00.000.ПЗ |
В последние годы стали применять систему воздушного охлаждения водяного пара. В этом случае нет потерь воды, и она наиболее безвредна для окружающей среды. Однако такая система не работает при высокой средней температуре окружающего воздуха. Кроме того, себестоимость электроэнергии существенно возрастает.
Заключение
Энергетическая проблема – одна из важнейших проблем, которые сегодня приходится решать человечеству. Уже стали привычными такие достижения науки и техники, как средства мгновенной связи, быстрый транспорт, освоение космического пространства. Но все это требует огромных затрат энергии. Резкий рост производства и потребления энергии выдвинул новую острую проблему загрязнения окружающей среды, которое представляет серьезную опасность для человечества.
Мировые энергетические потребности в ближайшее десятилетия будут интенсивно возрастать. Какой-либо один источник энергии не сможет их обеспечить, поэтому необходимо развивать все источники энергии и эффективно использовать энергетические ресурсы.
На ближайшем этапе развития энергетики (первые десятилетия XXI в.) наиболее перспективными останутся угольная энергетика и ядерная энергетика с реакторами на тепловых и быстрых нейтронах. Однако можно надеяться, что человечество не остановится на пути прогресса, связанного с потреблением энергии во всевозрастающих количествах.
Список используемой литературы
1) Кесслер «Ядерная энергетика» Москва: Энергоиздат, 1986 г.
2) Х. Маргулова «Атомная энергетика сегодня и завтра» Москва: Высшая школа, 1989 г.
3) Дж. Коллиер, Дж. Хьюитт «Введение в ядерную энергетику» Москва: Энергоатомиздат, 1989 г.
| Изм. |
| Лист |
| № документа |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 2201.ДП.02.00.000.ПЗ |
©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-11
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:
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 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.
- 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.
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:
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:
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.
Атомная энергетика не относится к возобновляемым энергетическим ресурсам. Тем не менее, ее часто рассматривают как альтернативу традиционной энергетике, базирующейся на углеводородных ресурсах. Интересы экономического развития, обострение ситуации на рынках энергоресурсов, глобальное изменение климата и многие другие проблемы привели к «ренессансу» атомной энергетики в мире. Так, Президент России Д.А. Медведев в связи с глобальным изменением климата отметил в своем блоге, что «принято решение о поэтапном увеличении доли возобновляемых источников энергии в энергобалансе страны. Доля атомной энергии будет увеличена к 2030 г. на 25 процентов»*5.
Безопасность
В 1970-е гг. казалось, что ничто не сможет остановить стремительный рост мировой атомной энергетики. Прогнозы исходили из того, что в 1990 г. установленная мощность АЭС в СССР составит 110 ГВт, а в мире – более 1000 ГВт (из которых 530 ГВт придется на США)*6. Программа развития атомной энергетики, принятая в СССР в 1980 г., предусматривала доведение суммарной установленной мощности АЭС до 100 ГВт в 1990 г. Это поступательное движение прервалось двумя тяжелыми авариями – на АЭС Три-Майл-Айленд (США) в 1979 г. и на Чернобыльской АЭС (СССР) в 1986 г.
В результате к 1990 г. не только не оправдались прогнозы роста, но и были поставлены под сомнение перспективы ее дальнейшего развития. Отдельные страны принимали решения о свертывании атомной энергетики, другие принимали решения об отказе от строительства новых блоков.
Жизнь оказалась сложнее. И дело здесь не только в том, что многие страны просто не смогли отказаться от АЭС из-за высокой доли в производстве электроэнергии, но и в том, что кризис в конечном счете пошел на пользу отрасли. Она смогла извлечь нужные уроки из тяжелого опыта и сменить парадигму – на первый план вышла безопасность как непременное условие функционирования и развития отрасли и ее приемлемости в глазах общества.
Было много сделано:
вложены огромные средства в программы повышения безопасности и модернизации реакторов первого поколения;
стал рассматриваться весь жизненный цикл атомной энергетики, включая вывод из эксплуатации и обращение с отходами;
требования к безопасности стали предметом не только национального, но и международного регулирования.
За эти годы существенные изменения претерпели экономические показатели АЭС. Ранее несомненным преимуществом атомных энергоблоков были более низкие издержки, связанные с топливной составляющей, по сравнению со станциями, работающими на органическом топливе. Когда цены на нефть стабилизировались, резко возросшие затраты на безопасность в атомной энергетике в значительной мере «съели» конкурентное преимущество в виде более низкой топливной составляющей. С другими производителями электроэнергии пришлось конкурировать «на равных», имея при этом в качестве «груза» еще и негативный общественный фон.
На протяжении десятка лет мировая атомная энергетика пыталась адаптироваться к новым реалиям, обрести свое лицо и найти точки роста. Это стало приносить свои плоды. Если еще несколько лет назад новые АЭС были востребованы в основном в странах с быстро развивающейся экономикой – Китае, Индии, то сегодня на пороге атомного «ренессанса» стоят и развитые страны.
Заметную роль в переосмыслении роли АЭС сыграли новые экологические приоритеты: из-за проблемы глобального изменения климата простое наращивание мощностей тепловой энергетики стало менее приемлемым, по крайней мере, в европейских странах. Свой вклад вносит и напряженная ситуация на рынке органического топлива, сложившаяся в последние годы.
*5 www.kremlin.ru
*6 Ядерная энергия. Экспертные оценки развития. Курчатовский институт, 1949–2008 годы. Москва, ИздАТ, 2008, с. 29.
Атомная энергетика сегодня – это 17% производства электроэнергии в мире и 372 ГВт установленной мощности, из которых более половины приходится на три страны – США, Францию и Японию (100, 63 и 47 ГВт соответственно). Масштабы нового строительства пока относительно скромны, но заявленные планы развития весьма амбициозны. Только Китай, имеющий АЭС установленной мощностью 9 ГВт, поставил цель нарастить мощности до 40 ГВт к 2020 г. и сейчас рассматривает возможность увеличения до 70 ГВт к этому сроку.
период до 2015 года». ФЦП предусмотрено создание инфраструктуры обращения с РАО и ОЯТ тепловых реакторов. Наряду с этим идет развитие законодательных подходов. Важное место должен занять федеральный закон «Об обращении с радиоактивными отходами», проект которого находится в Госдуме. Его основная цель – создание финансовых механизмов долгосрочного обращения с РАО, а также регистрация всех имеющихся отходов, мест и условий их размещения для принятия решений о дальнейшем обращении с ними.
Долгосрочные вызовы, проблемы наследия
Задачи, которые сегодня приходится решать, связаны не только с будущим, но и с прошлым. Основные ядерные державы, прежде всего США и Россия, имеют тяжелый груз «ядерного» наследия – последствий оборонной деятельности в годы гонки вооружений. К «наследию» собственно атомной энергетики можно отнести вопросы обращения с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ) и радиоактивными отходами (РАО). Практически до
1980-х гг. повсеместно использовалась практика отложенных решений – происходило накопление ОЯТ и РАО, но вопросы их окончательной изоляции не были решены ни организационно, ни технически, ни экономически.
За прошедшие годы многие страны приняли соответствующее законодательство, внедрили финансовые механизмы и стали реализовывать программы строительства объектов по обращению с ОЯТ и РАО. Сегодня этим вопросам уделяется первостепенное внимание не только в национальном законодательстве. Соответствующие обязательства вытекают из положений «Объединенной конвенции о безопасности обращения с отработавшим топливом и о безопасности обращения с радиоактивными отходами» (принята в г. Вене 5 сентября 1997 г. на дипломатической конференции Международного агентства по атомной энергии). Россия ратифицировала Конвенцию в 2005 г.
В России практические мероприятия в области «наследия» реализуются в рамках Федеральной целевой программы (ФЦП) «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2008 год и на Проекты современных реакторов предусматривают достаточно длительные сроки эксплуатации – 50-60 лет. Однако заглядывать приходится не просто на ближайшие полвека, а гораздо дальше. Ведь сегодня необходимо учитывать этапы всего жизненного цикла, включая вывод из эксплуатации, который будет иметь место после окончания работы, сооружение объектов инфраструктуры для безопасного обращения с РАО, создание элементов замкнутого топливного цикла, а также системы финансового обеспечения этой деятельности на годы вперед.
Атомная энергетика – наукоемкая и высокотехнологичная отрасль. Производство электроэнергии путем использования реакторов на тепловых нейтронах освоена в промышленном масштабе, и в этом смысле можно сказать, что это «старая» технология, хотя она и относится к области высоких. И ее дальнейшее усовершенствование, прежде всего оптимизация экономических и технологических параметров, имеет свои ограничения. Топливный «резерв» реакторов на тепловых нейтронах определяется запасами урана-235, а они в значительной мере ограничены. Такие реакторы используют менее 1% урана, и, как следствие, на «вы- ходе» имеется значительный объем неиспользованного ОЯТ. Обращение с ОЯТ в технологии тепловых АЭС значительно «удорожает» заключительный этап топливного цикла, а с ним и цикл в целом.
Решая задачи развития в среднесрочном плане, атомная энергетика должна уже сегодня думать и о своих долгосрочных перспективах. Дело в том, что в этой отрасли разработка и промышленное освоение новой технологии идет длительное время и может потребовать нескольких десятилетий. Фактически эта задача решается на протяжении жизни нескольких поколений. И вряд ли кто-то может с уверенностью сказать, какая именно из технологических идей или наработок окажется наиболее перспективной и востребованной десятки лет спустя.
Курс – на развитие
Для того чтобы Россия могла сохранить достигнутый уровень выработки электроэнергии, требуется вводить новые мощности взамен выбы- вающих. Сегодня, например, 40% установленной мощности тепловых электростанций – это устаревшее оборудование. К 2020 г. уже 57% действующих тепловых электростанций отработают свой ресурс.
Российская атомная энергетика – это 31 энергоблок установленной мощностью 23 ГВт и 16% электроэнергии, вырабатываемой в стране. Ее доля в производстве электроэнергии в европейской части страны почти в два раза выше – 30%. Проектный срок службы, который закладывался при строительстве энергоблоков, 30 лет. Хотя он рассчитан с большим запасом и может быть сегодня продлен на 10–20 лет, строительство новых энергоблоков необходимо просто потому, что старые будут выводиться из эксплуатации.
Однако страна не может обречь себя на нулевое развитие, а без энергетики экономический рост невозможен. Чтобы обеспечить будущий рост, решения в области электроэнергетики необходимо принимать и реализовывать задолго до того, как такие потребности возникнут. Новые объекты не могут быть созданы немедленно и с нуля по чисто техническим причинам, не говоря уже про все остальные. Например, в атомной энергетике 5-6 лет – это минимальный срок сооружения нового энергоблока при условии, что исследовательские и подготовительные работы на площадке уже выполнены, а на это могут уйти годы. Поэтому тот облик, который может приобрести российская атомная энергетика через 10–20 лет, уже во многом определен вчерашними и сегодняшними решениями.
Энергетическая стратегия России на период до 2020 г. разработана на основе различных базовых сценариев социально-экономического развития страны. Официальная энергетическая стратегия страны исходит из необходимости оптимизации топливно-энергетического баланса и предусматривает, что увеличение потребности экономики страны в электроэнергии целесообразно в значительной степени покрывать за счет атомной энергетики (в основном в европейской части). Выработка электроэнергии на АЭС должна возрасти со 130 млрд кВт ч в 2000 г. до 300 млрд кВт ч в 2020 г. при оптимистическом и благоприятном сценариях и до 230 млрд кВт ч – при умеренном. При этом мощность атомных станций практически удвоится, а доля атомной энергетики в производстве электроэнергии увеличится до 23%.
Одним из основных принципов, заложенных в Генеральной схеме размещения объектов электроэнергетики до 2020 г., является предельно возможное развитие доли не использующих органическое топливо источников электроэнергии – атомных и гидроэлектростанций.
Планы развития атомной энергетики были бы невозможны без следующих предпосылок:
конструктивно-технологической готовности;
достигнутого уровня безопасности в отрасли;
некоторых экологических преимуществ АЭС перед энергетикой на органическом топливе.
В настоящее время Россия строит 9 блоков АЭС в стране и за рубежом. Основой развития атомной энергетики в ближайшее десятилетие будет новый типовой серийный энергоблок с реакторной установкой типа ВВЭР-1200 (АЭС-2006).
Новая технологическая платформа
В числе пяти приоритетов технологического развития российский президент Дмитрий Медведев назвал сохранение и поднятие на новый качественный уровень ядерных технологий7. Благодаря широкомасштабным исследованиям, проводившимся в предыдущие годы, Россия имеет высокую степень готовности к созданию новой технологической платформы атомной энергетики.
Новая технологическая платформа атомной энергетики должна отвечать нескольким ключевым требованиям. Это:
безопасность технологий;
их конкурентоспособность;
неограниченность топливных ресурсов;
экологичность;
решение задач нераспространения.
Таким комплексным требованиям отвечают новые реакторные технологии на основе быстрых реакторов в замкнутом топливном цикле.
Быстрые реакторы, или реакторы на быстрых нейтронах, одно из стратегических инновационных направлений в атомной энергетике. Наиболее продвинулись в разработках этой технологии пять стран – кроме нас, это Франция, Япония, Индия и Китай. Промышленный опыт этой технологии уже есть, и Россия здесь безусловный лидер. Белоярская АЭС – первая в мире и единственная действующая станция, на которой используется реактор на быстрых нейтронах БН-600. Следующий этап развития этой технологии – реактор БН-800, строительство которого ведется на станции в настоящее время. Он сконструирован таким образом, чтобы можно было использовать его для работы на смешанном уран-плутониевом оксидном топливе (МОКС-топливо), сырьем для которого может служить плутоний, нарабатываемый в реакторах на тепловых нейтронах. Сооружение завода по производству МОКС-топлива идет параллельно со строительством реактора БН-800, планируется, что они должны быть запущены в 2014 г.
Идея МОКС-топлива не нова, это топливо в настоящее время используется на АЭС ряда европейских стран, прежде всего во Франции. Преимущество этой технологии состоит в использовании более энергоемкого плутония и одновременном решении вопроса с его утилизацией.
Быстрые реакторы дают возможность воспроизводства топлива и его многократной рециркуляции. Это основа замкнутого топливного цикла, позволяющего решить два принципиальных вопроса:
обеспечения атомной энергетики топливом на длительную перспективу;
снижения количества удаляемого ОЯТ и соответствующих затрат на обращение.
Однако быстрые реакторы с натриевым теплоносителем – не единственное инновационное направление. Также разрабатываются конструкции быстрых реакторов с использованием тяжелых жидких металлов (свинца и свинца-висмута). Здесь важна не только технология, но и сфера ее применения. Современные АЭС – это очень крупные объекты, а реакторы с тяжелыми металлами – это также проекты для малой и средней энергетики, которые могут быть использованы в труднодоступных районах или же там, где нет потребностей в строительстве крупных энергетических объектов. Также в настоящее время прорабатываются альтернативные технологии топлива для быстрых реакторов, рассматриваются проекты использования ядерных реакторов для «неэлектрических» целей, например, для опреснения воды.
Диверсификация исследований и создание широкого спектра реакторных и топливных технологий, находящихся на различных этапах своего освоения, – это непременное условие поддержания инновационного потенциала отрасли. Именно на решение этих задач нацелена Федеральная целевая программа «Ядерные энерготехнологии нового поколения на период
2010–2015 годов и на перспективу до 2020 года». Целью ФЦП является создание новой технологической платформы ядерной энергетики на базе замкнутого ядерного топливного цикла с быстрыми ректорами для атомных электростанций, обеспечивающей потребности страны в энергоресурсах и повышение эффективности использования природного урана и отработавшего ядерного топлива.
Кадровый потенциал – вызов времени
Атомный «ренессанс» со всей остротой поставил перед ведущими странами вопрос о сохранении и развитии человеческого потенциала отрасли. В годы стагнации негативный общественный фон и весьма туманные перспективы в будущем обусловили тот факт, что работа в атомной науке, энергетике и промышленности перестала считаться престижной и привлекательной сферой деятельности. По сути, атомная энергетика за это время потеряла целое поколение молодых специалистов, которые не пришли в отрасль.
Практически все страны в той или иной мере ощутили этот «провал» и активно занялись программами подготовки и привлечения кадров, а такие страны как Китай и Индия сумели за последние годы значительно увеличить кадровый потенциал в этой области. Россия также испытала на себе все последствия стагнации отрасли, к которым добавилось сокращение оборонных и исследовательских программ. Свою, безусловно негативную, роль сыграли и кризисные 1990-е гг. Падение интереса к инженерной профессии как к таковой привело к ситуации, в которой многие российские отрасли, не только атомная, сейчас живут «старыми» кадрами. Вместе с тем, и задача строительства новых АЭС, и реализация новой технологической платформы ставят в качестве приоритетного вопроса кадровое обеспечение отрасли на длительную перспективу.
В этих условиях наращивание кадрового потенциала стало сейчас неотложной и критической задачей. Передача знаний и навыков от одного поколения специалистов другому является непременным условием сохранения и развития высокотехнологичной отрасли. Фактически, если упустить время и пустить процесс на самотек, то передавать знания молодежи будет практически некому. Поэтому сегодня в центре внимания отрасли – вопросы ядерного образования и подготовки кадров, а также создания системы привлечения и закрепления молодежи в организациях отрасли, обеспечения профессионального и социального развития специалистов, приходящих в отрасль.
Заключение
Технологическим локомотивом мировой атомной энергетики являются несколько стран из элиты «ядерного клуба», которым под силу вести обширные научные исследования и реализовы- вать демонстрационные проекты в этой области. Фактически это те страны, которые сегодня присутствуют на мировом рынке ядерных технологий. Беря на себя бремя соответствующих расходов, они во многом определяют пути развития атомной энергетики для всех остальных.
Сегодня также очевидно, что решение ряда задач просто не под силу одной стране. Поэтому во многих вопросах речь идет о создании эффективной международной кооперации для решения общемировых задач. Яркий пример этому – исследования в области термоядерного синтеза. На повестке дня и создание международных центров по обогащению урана, производству и переработке ядерного топлива. Такие центры позволят укрепить режим нераспространения и, вместе с тем, сохранить открытый доступ для всех стран к технологиям мирного атома.
В России реализуемая сегодня государственная политика в области атомной энергетики носит комплексный характер, обеспечивая решение вопросов наследия, задач развития и создания новой технологической платформы. Россия является одной из немногих стран, которая имеет задел практически по всем направлениям ядерных исследований и может предложить наработки по самому широкому спектру видов атомной деятельности: от производства топлива и его переработки до новых реакторных технологий. Поддерживая и развивая этот инновационный потенциал, Россия может стать лидером по ряду направлений и усилить свое присутствие на мировом рынке ядерных технологий.
