АЭС в системе генерации
842
Досжан НУРГАЛИЕВ
Ядерная преамбула
Несмотря на продолжающийся спад мировой экономики, падение цен на энергоносители и прочие внешние деструктивные факторы, Казахстан по-прежнему остается динамичной экономикой региона, притягивающей основные инвестиционные потоки в проекты отраслей, в том числе топливно-энергетического комплекса. В рамках недавнего выступления министра энергетики Владимира Школьника в Мажилисе Парламента было отмечено, что на сегодня в РК – энергоизбыточная экономика. Тем не менее атомная энергетика должна иметь место в общей системе генерации электроэнергии страны.
– Ранее на западе Казахстана в течение 20 лет работала АЭС, которая имела лучшие показатели в мире. Сегодня у нас есть кадры, опыт и технологии и, что не менее важно, ресурсы. И поскольку ядерный принцип генерации электроэнергии остается венцом технологического прогресса, то наработанный опыт в этой области нельзя недооценивать, когда мы говорим о будущей энергетике страны, – отметил министр.
Индустриальные перспективы Казахстана предполагают не только качественный рост реальных секторов экономики, но и существенное увеличение уровня энергопотребления. С учетом этой динамики стратегия развития отечественной энергетики предусматривает к 2020 году увеличение доли производства электроэнергии за счет возобновляемых источников энергии до 3%, к 2030 году – до 10%, к 2050 году – 50%, с учетом предполагаемых к строительству атомных электростанций.
На сегодня в Казахстане доля генерирующих источников, работающих на угле, по-прежнему остается высокой – 73,1% от общего объема производимой электрической и тепловой энергии. Генерирующие мощности на газе составляют 18,2%, гидроэлектростанции (без малых ГЭС) – 8,1%, возобновляемые источники энергии (ВИЭ), включая малые ГЭС, – 0,6%.
Примечательно, что за последние годы Казахстан существенно продвинулся в сфере развития солнечной энергетики. И несмотря на то что в общей системе генерации доля этого направления сравнительно мала, тем не менее, как подчеркивалось в выступлении министра энергетики Владимира Школьника, на сегодня в мире только пять государств имеют полный цикл производства солнечной энергии – США, Канада, Китай, Япония и Казахстан. При этом полный цикл включает в себя промышленность, создающую генерирующие установки и базовые комплектующие элементы, а также инфраструктуру.
Будучи одним из трех мировых лидеров по запасам урана, обладателем мощного промышленного, научного и технологического потенциала – Института ядерной физики в Алматы, уникального научно-исследовательского центра в Курчатове и других структурных звеньев ядерной отрасли, Казахстан также в состоянии создать полный цикл и по производству ядерной энергии.
В сентябре 2014 года между Казахстаном и Россией заключено соглашение о сотрудничестве в рамках проекта по строительству атомной электростанции на территории РК. Согласно меморандуму, подписанному между "Казатомпромом" и "Росатомом", предусматривается комплексное взаимодействие по вопросам строительства атомной станции с реакторами типа ВВР, установленной мощностью от 300 до 1 200 МВт. При этом российская компания преимущественно выступает в роли партнера по сервисному, технологическому и другому сопровождению проекта. Еще один вектор сотрудничества в данной сфере – японские партнеры, предлагающие для будущей АЭС собственные технологические решения и функции.
Издержки принципа расщепления
Есть мнение, что пока ядерная энергетика базируется на "отходном" и "взрывоопасном" способе генерации энергии, в мировом сообществе всегда будет больше противников, нежели сторонников этой практики. В Казахстане также есть немало мнений о том, что пока век угля и мазута не закончится, не стоит спешить со строительством АЭС.
Между тем известно, что для бесперебойной работы ТЭЦ в зимний период времени необходимо огромное количество угля и мазута, сжигание которых, разумеется, связано с постоянным выбросом в атмосферу двуокиси углерода и прочих остаточных элементов горения. Использование на ядерных объектах в качестве топлива урана и тория – более компактный, наукоемкий и на сегодня вполне освоенный способ получения энергии. Однако драматическая коллизия современного формата атомной энергетики заключается в двух факторах.
Во-первых, запасы тяжелых элементов на планете не так уж велики. Основные ресурсы сконцентрированы в трех точках земного шара, одной из которых является Казахстан, обладающий пятой частью общемировых запасов урана – в пределах 1,5 млн. тонн. Во-вторых, не менее остра проблема утилизации ядерных отходов – радиоактивных осколков расщепленных ядер тяжелых элементов.
Последний фактор не позволяет таким внушительным экономикам, как США, Германия, Япония, и другим технологическим лидерам перевести всю энергетику на ядерный принцип генерации, поскольку в этом случае им бы пришлось постоянно сталкиваться с проблемой утилизации колоссального количества отработанного топлива. Учеными подсчитано, что если бы энергетические потребности США покрывались за счет АЭС, то отравляющая мощность ежегодных объемов отработанного топлива была бы эквивалентна 200 тыс. атомных бомб. Таким образом, проблематичность утилизации отработанного топлива АЭС – одна из причин, затрудняющих доминирование этого сектора в структуре мирового производства электроэнергии.
Между тем, как полагают ученые, только с освоением управляемых термоядерных реакций проблемы подобного рода канут в прошлое. Топливом в этом случае будет служить тяжелый водород – дейтерий и тритий. Промышленное получение этих элементов сегодня не является анонсом. Примечательно, что энергия, полученная из 400 тонн дейтерия, эквивалентна сжиганию 1 млрд. тонн угля и нефти. И хотя термоядерная реакция как процесс сверхвысоких температур, пока остается вожделенным Граалем человечества, тем не менее дальнейшая судьба мировой цивилизации явно будет зависеть от того, насколько ко времени исчерпания мировых энергоресурсов поиск в этом направлении увенчается торжествующим возгласом "Эврика!".
Время собирать атомы
Тысячелетиями люди, гревшиеся в холодных сумерках у костра и считавшие огонь небесным даром, не ведали о том, что это всего лишь результат вялых химических реакций, протекающих во внешних оболочках атомов. Глядя на багровый диск Солнца над горизонтом, наши дальние предки также не могли знать о колоссальных ядерных реакциях, происходящих в недрах светила, состоящего из водорода и гелия. Последний элемент был обнаружен астрономами, изучавшими спектр солнечных лучей, в 1868 году. Немного позже, в 1895 году, химики выявили гелий и в атмосфере нашей планеты. Однако эти открытия, сделанные на пороге ХХ века, лишь обогатили фундаментальную науку, но не могли повлиять на углеводородный формат развития, основанный на эксплуатации природных ресурсов.
Со времен Майкла Фарадея и Сади Карно человечество имеет дело с практической энергетикой, закономерности которой позволили получать тепло и электричество из углеводородов. При этом в силу наличия в природе консервативных факторов противодействия прогрессу каждый прорыв в области энергетики давался человечеству с великими трудностями. Даже титанам, как гласит легенда о Прометее, инициатива обходилась слишком дорого. В свое время англичанин Фредерик Винзор, предложивший использовать в уличном освещении вместо керосиновых и свечных ламп угольный газ, попал под перекрестный огонь общественной критики, спровоцированной владельцами свечных заводов.
Нынешнее развитие мировой атомной энергетики также происходит далеко не без эксцессов, порожденных конкуренцией и противоречиями на фоне грядущей технологической революции. Эксплуатация изношенных мощностей со слабой системой безопасности иногда приводит к авариям и экологическим катастрофам и соответственно – к очередному всплеску атомофобии в глобальном сообществе. Тем не менее в структуре генерации электроэнергии многих экономик мира доля атомных станций остается существенной.
Согласно данным экспертов, наибольшее количество АЭС – 63 (104 энергоблока) – эксплуатируется в США. Второе место занимает Франция – 58 энергоблоков, третье – Япония – 54 энергоблока. В Украине эксплуатируются 4 АЭС, обладающих 15 энергоблоками. Наиболее крупные атомные станции в мире – японская Kashiwazaki Kariva (7 реакторов мощностью 8 200 МВт) и Запорожская АЭС – 6 тысяч МВт (6 реакторов ВВЭР-1000).
До аварии на "Фукусиме-1" в мире эксплуатировалось порядка 440 ядерных энергоблоков. В тот период на стадии активного строительства находилось 65 энергоисточников. В течение 10 лет в ряде стран планировалось строительство еще 150 энергоблоков и более 200 – в долгосрочной перспективе.
В процессе динамичного развития атомной энергетики из двух основных типов ядерных реакторов, работающих на тепловых и быстрых нейтронах, наибольшее распространение в мире получили реакторы первого типа. Основу ядерной энергетики США составляли водо-водяные реакторы, работающие под высоким давлением (в пределах 100 и более атмосфер) и кипящие реакторы, в Канаде – тяжеловодные реакторы на природном уране, в СССР – водо-водяные реакторы высокого давления (ВВЭР) и урано-графитовые кипящие реакторы (РБМК).
Темпы развития мировой атомной энергетики резко пошли на убыль начиная с 1979 года, когда авария на американской АЭС "Три Майл Айленд" и неполадки в ряде других объектов привели к радикальному пересмотру требований безопасности, а также ужесточению действующих нормативов и пересмотру программ развития АЭС во всем мире. В США с этого момента прекратились заказы на строительство АЭС, в том числе сократились предполагаемые инвестиции в проекты ядерной энергетики других стран. Примечательно, что все это совпало с накалом политической ситуации в мире, войной СССР в Афганистане и последовавшим вскоре за этим критическим обвалом цен на мировых рынках энергоносителей, аналогичным тому, что происходит сейчас.
На фоне дальнейших катастроф – Чернобыля (1986) и "Фукусимы" (2011) – в развитии атомной энергетики и промышленности появилось еще больше вопросов, суть которых нередко уводит тему энергии будущего в "пятый угол" необоснованной политизации и риторики, отчего мир явно не становится безопаснее и чище.
Эксперты отмечают, что на сегодня только ядерная энергетика может гарантировать относительную энергетическую безопасность мировой экономики в долгосрочной перспективе. Но для этого ей так же, как и любой другой отрасли высоких технологий, требуется пройти нормальный путь эволюционирования – от нынешних реакторов, основанных на принципе атомного распада, до ядерного синтеза, при котором энергия вырабатывается за счет реакции слияния атомов. Ядерный синтез – это колоссальная энергия, оптимальные способы управления которой могут стать основой энергетики будущего.
Для Казахстана как мирового лидера по запасам уранового сырья и обладателя мощного промышленного и кадрового потенциала в этой области развитие атомной энергетики – это исторический шанс вступить в будущее с наличием определенного запаса прочности в сфере выработки электроэнергии на наукоемкой основе.
Несмотря на продолжающийся спад мировой экономики, падение цен на энергоносители и прочие внешние деструктивные факторы, Казахстан по-прежнему остается динамичной экономикой региона, притягивающей основные инвестиционные потоки в проекты отраслей, в том числе топливно-энергетического комплекса. В рамках недавнего выступления министра энергетики Владимира Школьника в Мажилисе Парламента было отмечено, что на сегодня в РК – энергоизбыточная экономика. Тем не менее атомная энергетика должна иметь место в общей системе генерации электроэнергии страны.
– Ранее на западе Казахстана в течение 20 лет работала АЭС, которая имела лучшие показатели в мире. Сегодня у нас есть кадры, опыт и технологии и, что не менее важно, ресурсы. И поскольку ядерный принцип генерации электроэнергии остается венцом технологического прогресса, то наработанный опыт в этой области нельзя недооценивать, когда мы говорим о будущей энергетике страны, – отметил министр.
Индустриальные перспективы Казахстана предполагают не только качественный рост реальных секторов экономики, но и существенное увеличение уровня энергопотребления. С учетом этой динамики стратегия развития отечественной энергетики предусматривает к 2020 году увеличение доли производства электроэнергии за счет возобновляемых источников энергии до 3%, к 2030 году – до 10%, к 2050 году – 50%, с учетом предполагаемых к строительству атомных электростанций.
На сегодня в Казахстане доля генерирующих источников, работающих на угле, по-прежнему остается высокой – 73,1% от общего объема производимой электрической и тепловой энергии. Генерирующие мощности на газе составляют 18,2%, гидроэлектростанции (без малых ГЭС) – 8,1%, возобновляемые источники энергии (ВИЭ), включая малые ГЭС, – 0,6%.
Примечательно, что за последние годы Казахстан существенно продвинулся в сфере развития солнечной энергетики. И несмотря на то что в общей системе генерации доля этого направления сравнительно мала, тем не менее, как подчеркивалось в выступлении министра энергетики Владимира Школьника, на сегодня в мире только пять государств имеют полный цикл производства солнечной энергии – США, Канада, Китай, Япония и Казахстан. При этом полный цикл включает в себя промышленность, создающую генерирующие установки и базовые комплектующие элементы, а также инфраструктуру.
Будучи одним из трех мировых лидеров по запасам урана, обладателем мощного промышленного, научного и технологического потенциала – Института ядерной физики в Алматы, уникального научно-исследовательского центра в Курчатове и других структурных звеньев ядерной отрасли, Казахстан также в состоянии создать полный цикл и по производству ядерной энергии.
В сентябре 2014 года между Казахстаном и Россией заключено соглашение о сотрудничестве в рамках проекта по строительству атомной электростанции на территории РК. Согласно меморандуму, подписанному между "Казатомпромом" и "Росатомом", предусматривается комплексное взаимодействие по вопросам строительства атомной станции с реакторами типа ВВР, установленной мощностью от 300 до 1 200 МВт. При этом российская компания преимущественно выступает в роли партнера по сервисному, технологическому и другому сопровождению проекта. Еще один вектор сотрудничества в данной сфере – японские партнеры, предлагающие для будущей АЭС собственные технологические решения и функции.
Издержки принципа расщепления
Есть мнение, что пока ядерная энергетика базируется на "отходном" и "взрывоопасном" способе генерации энергии, в мировом сообществе всегда будет больше противников, нежели сторонников этой практики. В Казахстане также есть немало мнений о том, что пока век угля и мазута не закончится, не стоит спешить со строительством АЭС.
Между тем известно, что для бесперебойной работы ТЭЦ в зимний период времени необходимо огромное количество угля и мазута, сжигание которых, разумеется, связано с постоянным выбросом в атмосферу двуокиси углерода и прочих остаточных элементов горения. Использование на ядерных объектах в качестве топлива урана и тория – более компактный, наукоемкий и на сегодня вполне освоенный способ получения энергии. Однако драматическая коллизия современного формата атомной энергетики заключается в двух факторах.
Во-первых, запасы тяжелых элементов на планете не так уж велики. Основные ресурсы сконцентрированы в трех точках земного шара, одной из которых является Казахстан, обладающий пятой частью общемировых запасов урана – в пределах 1,5 млн. тонн. Во-вторых, не менее остра проблема утилизации ядерных отходов – радиоактивных осколков расщепленных ядер тяжелых элементов.
Последний фактор не позволяет таким внушительным экономикам, как США, Германия, Япония, и другим технологическим лидерам перевести всю энергетику на ядерный принцип генерации, поскольку в этом случае им бы пришлось постоянно сталкиваться с проблемой утилизации колоссального количества отработанного топлива. Учеными подсчитано, что если бы энергетические потребности США покрывались за счет АЭС, то отравляющая мощность ежегодных объемов отработанного топлива была бы эквивалентна 200 тыс. атомных бомб. Таким образом, проблематичность утилизации отработанного топлива АЭС – одна из причин, затрудняющих доминирование этого сектора в структуре мирового производства электроэнергии.
Между тем, как полагают ученые, только с освоением управляемых термоядерных реакций проблемы подобного рода канут в прошлое. Топливом в этом случае будет служить тяжелый водород – дейтерий и тритий. Промышленное получение этих элементов сегодня не является анонсом. Примечательно, что энергия, полученная из 400 тонн дейтерия, эквивалентна сжиганию 1 млрд. тонн угля и нефти. И хотя термоядерная реакция как процесс сверхвысоких температур, пока остается вожделенным Граалем человечества, тем не менее дальнейшая судьба мировой цивилизации явно будет зависеть от того, насколько ко времени исчерпания мировых энергоресурсов поиск в этом направлении увенчается торжествующим возгласом "Эврика!".
Время собирать атомы
Тысячелетиями люди, гревшиеся в холодных сумерках у костра и считавшие огонь небесным даром, не ведали о том, что это всего лишь результат вялых химических реакций, протекающих во внешних оболочках атомов. Глядя на багровый диск Солнца над горизонтом, наши дальние предки также не могли знать о колоссальных ядерных реакциях, происходящих в недрах светила, состоящего из водорода и гелия. Последний элемент был обнаружен астрономами, изучавшими спектр солнечных лучей, в 1868 году. Немного позже, в 1895 году, химики выявили гелий и в атмосфере нашей планеты. Однако эти открытия, сделанные на пороге ХХ века, лишь обогатили фундаментальную науку, но не могли повлиять на углеводородный формат развития, основанный на эксплуатации природных ресурсов.
Со времен Майкла Фарадея и Сади Карно человечество имеет дело с практической энергетикой, закономерности которой позволили получать тепло и электричество из углеводородов. При этом в силу наличия в природе консервативных факторов противодействия прогрессу каждый прорыв в области энергетики давался человечеству с великими трудностями. Даже титанам, как гласит легенда о Прометее, инициатива обходилась слишком дорого. В свое время англичанин Фредерик Винзор, предложивший использовать в уличном освещении вместо керосиновых и свечных ламп угольный газ, попал под перекрестный огонь общественной критики, спровоцированной владельцами свечных заводов.
Нынешнее развитие мировой атомной энергетики также происходит далеко не без эксцессов, порожденных конкуренцией и противоречиями на фоне грядущей технологической революции. Эксплуатация изношенных мощностей со слабой системой безопасности иногда приводит к авариям и экологическим катастрофам и соответственно – к очередному всплеску атомофобии в глобальном сообществе. Тем не менее в структуре генерации электроэнергии многих экономик мира доля атомных станций остается существенной.
Согласно данным экспертов, наибольшее количество АЭС – 63 (104 энергоблока) – эксплуатируется в США. Второе место занимает Франция – 58 энергоблоков, третье – Япония – 54 энергоблока. В Украине эксплуатируются 4 АЭС, обладающих 15 энергоблоками. Наиболее крупные атомные станции в мире – японская Kashiwazaki Kariva (7 реакторов мощностью 8 200 МВт) и Запорожская АЭС – 6 тысяч МВт (6 реакторов ВВЭР-1000).
До аварии на "Фукусиме-1" в мире эксплуатировалось порядка 440 ядерных энергоблоков. В тот период на стадии активного строительства находилось 65 энергоисточников. В течение 10 лет в ряде стран планировалось строительство еще 150 энергоблоков и более 200 – в долгосрочной перспективе.
В процессе динамичного развития атомной энергетики из двух основных типов ядерных реакторов, работающих на тепловых и быстрых нейтронах, наибольшее распространение в мире получили реакторы первого типа. Основу ядерной энергетики США составляли водо-водяные реакторы, работающие под высоким давлением (в пределах 100 и более атмосфер) и кипящие реакторы, в Канаде – тяжеловодные реакторы на природном уране, в СССР – водо-водяные реакторы высокого давления (ВВЭР) и урано-графитовые кипящие реакторы (РБМК).
Темпы развития мировой атомной энергетики резко пошли на убыль начиная с 1979 года, когда авария на американской АЭС "Три Майл Айленд" и неполадки в ряде других объектов привели к радикальному пересмотру требований безопасности, а также ужесточению действующих нормативов и пересмотру программ развития АЭС во всем мире. В США с этого момента прекратились заказы на строительство АЭС, в том числе сократились предполагаемые инвестиции в проекты ядерной энергетики других стран. Примечательно, что все это совпало с накалом политической ситуации в мире, войной СССР в Афганистане и последовавшим вскоре за этим критическим обвалом цен на мировых рынках энергоносителей, аналогичным тому, что происходит сейчас.
На фоне дальнейших катастроф – Чернобыля (1986) и "Фукусимы" (2011) – в развитии атомной энергетики и промышленности появилось еще больше вопросов, суть которых нередко уводит тему энергии будущего в "пятый угол" необоснованной политизации и риторики, отчего мир явно не становится безопаснее и чище.
Эксперты отмечают, что на сегодня только ядерная энергетика может гарантировать относительную энергетическую безопасность мировой экономики в долгосрочной перспективе. Но для этого ей так же, как и любой другой отрасли высоких технологий, требуется пройти нормальный путь эволюционирования – от нынешних реакторов, основанных на принципе атомного распада, до ядерного синтеза, при котором энергия вырабатывается за счет реакции слияния атомов. Ядерный синтез – это колоссальная энергия, оптимальные способы управления которой могут стать основой энергетики будущего.
Для Казахстана как мирового лидера по запасам уранового сырья и обладателя мощного промышленного и кадрового потенциала в этой области развитие атомной энергетики – это исторический шанс вступить в будущее с наличием определенного запаса прочности в сфере выработки электроэнергии на наукоемкой основе.
