Россия замыкает ядерный цикл
Технологии четвертого поколения реакторов с полной переработкой топлива будут построены на Урале и в Сибири
Ядерная энергетика вступает в гонку по внедрению коммерческих быстрых реакторов четвертого поколения и замыканию ядерного топливного цикла. Российская атомная индустрия занимает лидирующие позиции в этом технологическом ралли, она вплотную подошла к ЗЯТЦ и строит целую линейку различных типов АЭС, соответствующих новым требованиям по безопасности и экологии.
Ввод в эксплуатацию энергоблоков на Белоярской АЭС и на планируемой Южно-Уральской АЭС задаст темп внедрению реакторов поколения IV. По сути, уже к 2030-м годам, как заявил Владимир Путин на Глобальном атомном форуме, Россия будет обладать рабочей технологией замкнутого топливного цикла в двухкомпонентной ядерной энергетике. О перспективах и реальном положении дел в отрасли «Монокль» поговорил с заместителем директора НИЯУ МИФИ, доктором физико-математических наук Георгием Тихомировым.
— У каждой технологии есть свои плюсы и ограничения. Какие они у четвертого поколения реакторов?
— Ключевая идея двухкомпонентной ядерной энергетики и систем четвертого поколения состоит в том, что отработавшее ядерное топливо, ОЯТ, — это не часть отходов, а сырье, пригодное для нового топлива в рамках замкнутого ядерного топливного цикла.
Если говорить о четвертом поколении быстрых реакторов, то это прежде всего комплексная энергетическая система, которая включает в себя сразу все — фабрикацию топлива, реакторы АЭС, переработку радиоактивных отходов. Основой их плюс в том, что они дают возможность создать замкнутый ядерный топливный цикл, ЗЯТЦ, и вовлечь весь уран в выработку энергии. То есть сегодняшняя энергетика, основанная на 235-м уране, обеспечена ресурсами примерно на 150–200 лет. А как только мы замыкаем цикл, то получаем топливо уже на тысячи лет.
Большой плюс систем четвертого поколения с точки зрения экологии — они способны решить проблему радиоактивных отходов и исключить аварии, последствия которых будут требовать эвакуации населения.
— Что самое сложное в ЗЯТЦ? Ученые с 1950-х годов прошлого века работают над этой технологией, и до сих пор нет ее практического воплощения, мы только подходим к решению этой задачи. На обывательском уровне кажется, что все очень просто: использовать повторно отходы топлива, — но это, видимо, не так…
— Первое — технологические сложности. В быстрых реакторах высокие температуры и высокий уровень радиации, нужны устойчивые к разрушению в таких условиях сплавы и новые материалы. Сложная технология производства МОКС (ядерного топлива, содержащего несколько видов оксидов делящихся материалов. — «Монокль») и нитридного топлива, которое используется в ЗЯТЦ. Вторая проблема — экономическая. Эта технология имеет длинный цикл окупаемости (30–40 лет), из-за этого высока конкуренция с более простыми и дешевыми видами топлива. Требуются высокие капиталовложения в инфраструктуру и НИОКР, и это касается не только непосредственно АЭС, но и передержки топлива, транспортировки, заводов по переработке топлива. Это очень большая трансформация всей атомной отрасли.
— Есть ли понимание, сможет ли ядерная энергетика за счет этого технологического рывка расширить свое влияние и на какие ниши?
— Да, есть принципиальный аспект, который все часто забывают. Это расширение диапазона использования атомной энергии от электричества на другие сферы. Прежде всего это выработка водорода.
Например, «Росатом» разрабатывает проект атомной энерготехнологической станции (АЭТС) с высокотемпературным газоохлаждаемым реактором (ВГТР) с гелиевым теплоносителем и установкой для производства водорода. Предполагается, что тепловая мощность ВТГР будет составлять 200 мегаватт. Мощность водородной установки — 110 тысяч тонн водорода в год. Основной продукт станции не тепло и не электричество, а водород, который можно хранить, перевозить и продавать. Предполагается, что он должен быть построен в 2030-х годах.
Кроме АЭТС в разработке находятся технологии производства водорода методом электролиза с использованием электроэнергии АЭС. Есть опытный образец электролизной установки производительностью 50 нормальных кубических метров в час. На Кольской АЭС планируется ввести в эксплуатацию испытательный комплекс по электролизному производству водорода производительностью 200 нормальных кубометров в час.
Не стоит забывать и о тепловой энергии, технологиях опреснения воды, производства водорода, наработке изотопов для ядерной медицины, создании новых материалов и так далее.
Кстати, в тепловой нише атомная энергетика уже присутствует и будет еще интенсивнее развиваться по мере освоения арктических территорий. Например, наша самая северная в мире АЭС — плавучая атомная тепловая электростанция «Академик Ломоносов» — работает не только на электричество, но и на выработку тепла. На ее борту находятся два ядерных реактора типа KLT-40S совокупной тепловой мощностью 300 мегаватт, и они могут генерировать до 70 мегаватт электроэнергии и 50 гигакалорий в час тепловой энергии, которое используется для обогрева зданий и промышленных объектов. ПАТЭС также может опреснять воду, что может быть интересно южным странам с дефицитом пресной воды.
Есть проект атомной термоэлектрической станция теплоснабжения «Елена АМ». Она может быть востребована в Сибири и в Арктике. Номинальная тепловая мощность реактора — 7 мегаватт, а электрическая всего 200 киловатт. Этого достаточно для обогрева и освещения двух-трех небольших отдаленных поселков. Ее конструкция упрощена: у нее нет турбины и генераторов, потому что ее основная задача — генерация тепла, а электричество снимается напрямую за счет разницы температур. Реактор необслуживаемый, установка должна работать 350 дней в году с двухнедельной остановкой на обслуживание и текущий ремонт.
— В 1990-х в Воронеже закрыли почти достроенную атомную тепловую станцию из-за давления общественности, мол, все это небезопасно…
— Сейчас в Москве работают несколько исследовательских реакторов, и ничего. На территории Москвы есть не только реакторы, но и объекты использования атомной энергии, включая критические и подкритические стенды. Например, в МИФИ было пять подкритических стендов и один реактор, сейчас чуть поменьше. Когда человеку говорят, что он должен выпить таблетку с радиоактивным изотопом, он пьет, но когда ему говорят, что где-то там есть радиация, он ее боится. Но радиация везде есть. Я считаю, надо прививать правильное отношение к атомным технологиям с детства, как это было в 1950–1960-е годы в СССР, США и Европе.
Прорыв четвертого поколения
— Китайские атомщики в прошлом году внезапно заявили, что запустили электростанцию четвертого поколения «Шидаовань» с двумя высокотемпературными газоохлаждаемыми реакторами.
— Это, на мой взгляд, переходный и в большей степени исследовательский проект, как и наш, запущенный в 2015 году на Белоярской АЭС в Свердловской области реактор на быстрых нейтронах БН-800. Это также реактор, относящийся к классу четвертого поколения, но говорить, что эти реакторы решают задачи систем четвертого поколения, пока рано.
Вот когда подобные реакторы будут запущены в серию, электричество и водород начнут получать в промышленных масштабах и продавать его — вот тогда это будет уже шаг по направлению к системам четвертого поколения.
Наши же проектируемые и строящиеся реакторы БН‑1200М, БРЕСТ-ОД‑300 будут полностью соответствовать требованиям четвертого поколения. Это уже полноценные коммерческие проекты с замкнутой ядерной энергетической системой, которая включает быстрый реактор четвертого поколения, технологию производства и переработки ядерного топлива с вовлечением всех изотопов урана в топливный цикл.