Эпоха тепловой энергетики в Казахстане подходит к своему логическому завершению

В Казахстане наблюдается прогрессирующий дефицит электрической энергии, который к 2035 году может составить до 3 ГВт установленной мощности. Как решить эту проблему, в чем преимущество атомных электростанций, и как строительство АЭС повлияет на экологию и кадровый потенциал страны, рассказал Генеральный директор Национального ядерного центра РК Эрлан Батырбеков в интервью аналитическому обозревателю агентства Kazinform.

Источник фото: yk-news.kz

— Современные атомные электростанции – это стабильные, высокотехнологичные и экологически чистые источники энергии, которые способны обеспечить потребности государства в энергии, так необходимой для экономического развития. Вопросам развития атомной энергетики в мире уделяется большое внимание, так, например, в 32-х странах мира эксплуатируется 416 атомных энергоблоков общей установленной мощностью около 375 ГВт. При этом, на долю атомной энергетики приходится порядка 10% всех имеющихся энергогенерирующих мощностей. В тройку лидеров по атомной энергогенерации входят США, Франция и Китай. Соответственно 94 ядерных энергоблоков работают в США и по 56 ядерных блоков во Франции и Китае. К текущему моменту в мире наработано практически 20 тысяч реактора-лет опыта эксплуатации. Кроме того в стадии строительства находится еще 59 атомных энергоблоков. Лидерами по количеству строящихся реакторов являются Китай, Индия, Россия, Турция и Египет. Соответственно, 25, 7 и по 4 строящихся ядерных блоков. Согласно оптимистическому прогнозу МАГАТЭ, к 2050 году доля атомной энергогенерации достигнет 14%.

В то же время в Казахстане наблюдается прогрессирующий дефицит электрической энергии. Согласно прогнозного баланса, к 2035 году дефицит может составить до 3 ГВт установленной мощности. Основные генерирующие мощности Казахстана - это тепловые источники энергии, построенные еще во времена СССР, они вырабатывают свой последний ресурс и нуждаются в скорейшей замене. Учитывая нарастающие глобальные экологические вызовы, связанные с эмиссией парниковых газов, наше государство приняло курс на достижение углеродной нейтральности к 2060 году. Соответствующая Стратегия достижения углеродной нейтральности РК утверждена указом Президента. Эпоха тепловой энергетики в Казахстане, как и во всем мире постепенно подходит к своему логическому завершению. Таким образом, наша энергетическая система в настоящее время остро нуждается в вводе новых крупных базовых генерирующих мощностей, а также в модернизации и диверсификации в целом. Решать эту задачу необходимо комплексно, в том числе и с развитием ВИЭ. В то же время у ВИЭ есть своя ниша и свои ограничения. Поскольку ТЭС строить становится нецелесообразно – единственным решением для нас в части генерации базовой мощности является развитие эффективной, экологически чистой атомной энергетики. Данное решение обосновано еще и фактом мирового лидерства Казахстана по объемам добываемого исходного сырья для атомного топлива – природного урана, а также наличием у нас развитой ядерной науки, ярким представителем которой является Национальный ядерный центр РК. Таким образом развитие атомной энергетики является своевременным и единственно правильным для нашей страны решением.

— На Ваш взгляд, как физика-ядерщика, какие технологии наиболее приемлемы для нашей страны?

— Здесь необходимо отметить, что в настоящее время Национальный ядерный центр фактически обеспечивает научно-техническую поддержку подготовительной работы по строительству АЭС в Казахстане. В этом направлении выполнен большой объем работы и исследований, в которых наше предприятие является одним из основных участников. В отношении приемлемости тех или иных реакторных технологий для строительства АЭС в Казахстане, нашим центром были разработаны предварительные критерии для оценки предлагаемых реакторных технологий, основные из которых определяют следующее: реактор должен быть референтным, то есть иметь уже построенный образец и положительный опыт эксплуатации; АЭС на базе рассматриваемого реактора должна относиться к поколению III или III+; реактор должен быть двухконтурным, водо-водяным на тепловых нейтронах как самый распространенный и хорошо зарекомендовавший себя в мире; мощностной диапазон реакторной установки должен быть в пределах 1000 – 1400 МВт.

С учетом выработанных нами критериев сформирован так называемый шорт-лист поставщиков реакторных технологий, которые выразили заинтересованность в реализации проекта по строительству АЭС в Казахстане, и с которыми в настоящее время проводятся переговоры. В этот лист входят четыре лидирующие в мире компании: французская EDF с реактором EPR-1200, российская ГК «Росатом» с реактором ВВЭР-1200, корейская KHNP с реактором APR-1400 и китайская СNNC с реактором HPR-1000. Поскольку в техническом плане все представленные реакторы соответствуют необходимым критериям, в случае положительного решения вопроса на референдуме в отношении строительства АЭС в Казахстане, при выборе страны и компании-поставщика технологий должна рассматриваться вся совокупность вопросов. К примеру: вопросы локализации строительства и производства топлива для будущей АЭС, условия кредитования и финансовая схема предлагаемого проекта, вопросы обращения с отработавшим ядерным топливом, конечно же планируемые капитальные затраты на строительство и многое другое.

— Когда речь идет о строительстве атомной электростанции казахстанцев прежде всего волнует вопрос безопасности.

— Для более глубокого понимания вопроса безопасности современных АЭС необходимо отметить, что в мире принято условно делить реакторные энергетические установки на так называемые поколения.

Первое поколение реакторов обладало минимальным набором технологических защит. Их задача состояла в принципиальной демонстрации возможности использовать атомную энергию в мирных целях для выработки энергии. Второе поколение проектировалось в целях сделать этот процесс более выгодным экономически. В части технологических защит реакторы второго поколения, в их оригинальных проектных решениях, все же были далеки от совершенства. Авария на АЭС Три-Майл-Айленд, произошедшая в 1979 году, а также, безусловно, крупнейшая в истории атомной энергетики авария на Чернобыльской АЭС в 1986 году, заставили научное сообщество, да и всю атомною отрасль в целом, кардинально пересмотреть свои подходы в отношении разработки, строительства и эксплуатации АЭС. Во главу угла были поставлены вопросы безопасности, с учетом этого была проведена масштабная модернизация уже действующих АЭС, а также внесены существенные изменения в проекты на тот момент разрабатываемых перспективных реакторных установок. Так появилось третье поколение реакторов, с совершенно иной философией безопасности и улучшенными технико-экономическими показателями в целом. Авария на АЭС Фукусима, которая, к слову, так же относится ко второму поколению, в 2011 году инициировала существенное ужесточение требований по безопасности к уже имеющимся реакторам второго и третьего поколений и проектируемым перспективным реакторным установкам.

На сегодняшний день все реакторы, которые предлагаются мировыми поставщиками атомных технологий к строительству, относятся к поколению III и III+. При их разработке уже учтены все возможные инциденты и аварии, которые происходили ранее и которые в принципе теоретически могут произойти. Современным реакторам присущи критерии, так называемой, внутренней безопасности, то есть сама физика реакторов сейчас устраивается таким образом, что при любом отклонении от условий нормальной эксплуатации всегда имеет место обусловленная физическими законами отрицательная обратная связь, возвращающая работу реактора в нормальный режим. В стадии разработки в настоящее время находятся реакторы IV поколения, которые призваны замкнуть ядерный топливный цикл, расширить топливно-ресурсную базу атомной энергетики, обрести абсолютную безопасность и существенно снизить капитальные затраты на строительство.

При этом, все современные атомные электрические станции обладают множеством физических барьеров и так называемой глубокоэшелонированной защитой, меры которых препятствуют выходу радиоактивных веществ, даже если такой крайний маловероятный сценарий произойдет, и такая тяжелая авария случится. В этом случае все вещества будут локализованы в пределах площадки и населению, которое проживает вблизи атомной станции беспокоится не стоит.

Если сравнивать АЭС в плане безопасности с другими генерирующими станциями, не только с ГЭС, будет уместно привести тот факт, что если внимательно посмотреть статистику по количеству жертв на 1 КВт вырабатываемой энергии за всю историю энергетики в мире, то есть рассмотреть все виды станций: гидростанции, объекты ВИЭ, тепловые станции и атомные, то тепловые станции в лидерах, а атомные станции в самом конце списка, лишь немного уступая солнечным станциям. Об этом свидетельствуют многочисленные исследования крупнейших независимых статистических агентств мира, а также авторитетных медицинских организаций. Таким образом, атомная энергетика признана в мире как самый безопасный способ производства энергии.

— А как строительство атомной электростанции повлияет на экологию? Какие могут быть риски? И как будут решаться вопросы с радиоактивными отходами?

—Если мы говорим про экологию, и как на нее повлияет строительство АЭС, ответ однозначный – исключительно положительно. Ни для кого не секрет, что в мире угрожающе растет концентрация углекислого газа и других вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу тепловыми станциями, сжигающими углеводородное сырье. Тепловая станция, даже снабженная современными системами очистки продуктов сжигания угля, выбрасывает за один год в атмосферу в зависимости от мощности и по различным оценкам от 7 до 120 тысяч тонн окислов серы, от 2 до 20 тысяч тонн окислов азота, от 700 до 1500 тонн пепла, а без специальной очистки в два-три раза больше, и выделяет от 3 до 7 миллионов тонн углекислого газа. Кроме того, образуются сотни тысяч тонн золы, содержащей сотни тонн токсичных металлов - мышьяк, кадмий, свинец, ртуть и т.д. Может показаться странным, но экспериментально установлено, что индивидуальные дозы облучения в районе крупной ТЭС превышают аналогичную дозу вблизи АЭС в 5-10 раз. Это обусловлено наличием в топливе и исходном сырье для ТЭС природных радионуклидов, которые выбрасываются в атмосферу вместе с продуктами горения. При этом, вблизи АЭС в процессе нормальной эксплуатации регистрируется исключительно природный, естественный радиоактивный фон. Один ГВт установленной мощности АЭС позволяет экономить за год 5,9 млн тонн угля, или 2,2 млн тонн мазута, или 2,6 млрд кубометров газа. При этом предотвращается выброс огромного количества вредных газов, образующихся при сжигании органического топлива, и образование твердых отходов в количестве до 830 тысяч тонн в год, если мы говорим про угольную станцию.

Что касается вопроса отходов атомной станции отмечу, что в соответствии с общепринятым международным опытом отходы будут безопасно перерабатываться и размещаться на хранение или захоронение. Сегодня существуют определенные технологии обращения с радиоактивными отходами, они известны и широко применяются во всем мире.

В частности, у Национального ядерного центра есть опыт по обращению с радиоактивными отходами, есть необходимая инфраструктура и подготовленные кадры. Необходимо отметить, что объемы отходов от АЭС ничтожно малы по сравнению с иными нарабатываемыми промышленными отходами и тем более с отходами тепловых электростанций. При работе АЭС нарабатывается всего порядка 50 кубических метров радиоактивных отходов в год на каждые 1 ГВт установленной мощности или 3600 тонн за 60 лет эксплуатации. Отходы тепловой станции эквивалентной мощности составляют сотни тысяч тонн ежегодно.

На современном этапе развития атомной энергетики большое внимание уделяется вопросам минимизации количества радиоактивных отходов. Во-первых, совершенствуются процедуры, которые максимально сокращают их генерацию в процессе обслуживания АЭС. Во-вторых, наиболее высокоактивные вещества, локализованы в отработавшем ядерном топливе. И сегодня это отработавшее топливо, которое после использования содержит в себе еще достаточно существенный энергетический потенциал, научились перерабатывать и повторно использовать в ядерных реакторах. При этом совершенствуются технологии так называемого «выжигания» в реакторах минорных актинидов, которые дают основной вклад в радиоактивность отработавшего топлива, что позволяет существенно снизить масштабы проблемы РАО.

— Какой имеется опыт у Национального ядерного центра в области безопасности атомной энергетики?

—Такие исследования являются одной из главных компетенций Национального ядерного центра. Нами разработаны уникальные методы проведения внутри и вне реакторных экспериментов по моделированию тяжелых аварий с расплавлением активной зоны водо-водяных реакторов. В этом плане проведены уникальные исследования взаимодействия расплава активной зоны с водой, бетоном и различными металлическими конструкциями. И сегодня результаты наших исследований в этой области весьма востребованы крупнейшими производителями ядерных технологий.

Так, например, полученные нами научные данные в рамках проекта CORMIT нашли реальное применение при сооружении специальных ловушек расплава активной зоны на действующих атомных электростанциях в Японии. Кроме того, результаты наших исследований используются для выработки мер по ликвидации последствий аварии на АЭС Фукусима. Мы единственные, кому удалось экспериментально смоделировать расплав топлива аварийных реакторов АЭС Фукусима, исследовать его физические и химические свойства и дать соответствующие рекомендации по его утилизации.

Большой объем работ выполняется нами в области безопасности реакторов IV поколения – реакторов на быстрых нейтронах с жидкометаллическим охлаждением, которые станут основой атомной энергетики в недалеком будущем. В этом направлении совместно с японским агентством по атомной энергии проводятся многолетние работы в рамках проекта EAGLE, а именно изучения поведения ТВС в условиях тяжелых авариях с потерей теплоносителя строящегося в Японии реактора на быстрых нейтронах.

С 2019 года мы реализуем новую 7-летнюю экспериментальную программу в поддержку безопасности французского реактора на быстрых нейтронах нового поколения ASTRID. Нами проведены реакторные испытания в режимах, близких к аварийным нового, инновационного смешанного нитридного уран-плутониевого топлива (СНУП) нового российского реактора на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем БРЕСТ-ОД-300, строительство которого ведется в рамках проекта «Прорыв». И сегодня можно с уверенностью сказать, что казахстанские разработки, знания и технологии в области безопасности ядерных реакторов позволили нам стать одними из лучших и максимально востребованными в этой сфере.

— Как обстоит дело с кадрами для атомной отрасли в нашей стране?

— Только на примере Национального ядерного центра РК можно отметить, что при его становлении одной из основных задач являлось создание научно-технической, технологической и кадровой базы для развития атомной энергетики в Казахстане. В настоящее время Национальный ядерный центр уделяет большое внимание вопросам подготовки кадров атомной отрасли. За годы своей деятельности мы подготовили большое количество научных кадров высшей квалификации. На предприятии функционирует 3 филиала выпускающих кафедр региональных университетов.

Важно, что Казахстан далеко не новичок в атомной энергетике - в городе Актау с 1973 по 1999 год успешно эксплуатировался первый в мире опытно-промышленный реактор на быстрых нейтронах БН-350, в настоящее время в эксплуатации находится 3 исследовательских реактора, два в Национальном ядерном центре и один в Институте ядерной физики. Атомная отрасль Казахстана представлена также и крупнейшим поставщиком исходного сырья и продукции самого высокого передела для атомной энергетики – компанией «Казатомпром», а также другими организациями, работающими в области мирного использования атомной энергии. Таким образом по вопросам научного сопровождения проектной проработки, строительства, эксплуатации и вывода из эксплуатации АЭС необходимыми кадрами мы в целом уже обеспечены.

Непосредственно для комплектования эксплуатирующего персонала АЭС, согласно общемировой практике, в среднем, на этапе эксплуатации АЭС с 2-мя энергоблоками требуется персонал в количестве до 2000 человек с высшим и средним специальным образованием. Для этого в рамках будущей государственной программы развития атомной энергетики предусматривается соответствующий План подготовки кадров.

В настоящее время Правительство по поручению Главы государства уже приступило к конкретной работе по расширению научной и образовательной основы в технической и инженерной сфере, и вышло на этап принятия конкретных решений – открытия филиалов зарубежных технических вузов, увеличения грантов на технические специальности и т.д. В любом случае проектировщиками и производителями выбранной реакторной установки АЭС, как правило, предусмотрена специализированная программа подготовки персонала.