Как мы теряем атомную энергетику Казахстана

Поддавшись на обещания агитаторов за «зеленую» экономику или лоббистов Росатомпрома, Казахстан может потерять приоритет и в развитии атомной энергетики, и в производстве «топлива будущего» – водорода.

Наша страна находится на пороге величайшего свершения, до которого буквально один шаг. Создание высокотемпературного, охлаждаемого ядерного реактора четвертого поколения способно вывести Казахстан в мировые лидеры инноваций и открыть новые горизонты технологической революции. Особенно это актуально для индустрии, где сверхвысокие температуры дают возможность получения продуктов последующих переделов. Неясность перспектив развития отечественной атомной энергетики и наблюдающийся сегодня крен в сторону либо альтернативных источников энергии, либо типовых российских АЭС ставят под сомнение будущее проекта.

Сенсации не получилось

Модель японской атомной электростанции, предлагаемой Казахстану

Эта информация так и не стала сенсацией, хотя имела все шансы. В апреле прошлого года на очередной выставке, посвященной развитию энергетики, Национальный ядерный центр Республики Казахстана скромно представил проект строительства атомной электростанции нового поколения, разработанный стратегическим партнером – Японским агентством атомной энергетики. Ради реализации проекта японцы готовы безвозмездно передать Казахстану всю техническую документацию. Вот он вожделенный трансферт технологий! Однако…

«Бабайка» как критерий объективности

Возможно читатель, отметив в сознании слова «атомная» и «японская», продолжит ассоциативный ряд и воскликнет: «Фукусима!».  Не спешите с выводами. Иногда подсознание оказывает нам медвежью услугу, генерируя иррациональные страхи, которые при ближайшем рассмотрении оказываются чем-то вроде «бабайки» из темного чулана, которым нас пугали в детстве.

К сожалению, мрачные тени Чернобыля и Семипалатинского полигона мешают нам объективно воспринимать тот неоспоримый факт, что без атомной энергетики развитие новых технологий становится попросту невозможным. Уже сегодня преимущественно угольная электроэнергетика нашей страны работает на пределе своих возможностей, каждый год сталкиваясь с растущими потребностями экономики. И одному Всевышнему известно, что будет ПОСЛЕ того, как ВСЕ предприятия, запущенные в рамках государственной программы форсированного индустриально-инновационного развития, выйдут на проектную мощность.

Очевидно, что объемы потребляемой электроэнергии возрастут многократно и никакие ухищрения энергосбережения не смогут остановить этот динамичный процесс. Что делать? Развивать традиционную угольную энергетику? Но кто рассчитал экологические риски, которые повлечет за собой увеличение вредных выбросов в атмосферу?

«Мирному атому» нет альтернативы! Насытить рынок дешевой энергией смогут только атомные электростанции. К сожалению, воспринять это мешает радиофобия, иногда искусственно подогреваемая энтузиастами общественных «зеленых» организаций. Да и не только ими.

Проект XXI века

Что же несет Казахстану строительство АЭС нового поколения? В первую очередь – рост новых предприятий и рабочих мест.

– Атомная электростанция, построенная на базе реактора этого типа, станет сердцем целого энергопромышленного комплекса, – поясняет директор института атомной энергии Национального ядерного центра Ергазы Кенжин. – Тепло и электроэнергия, вырабатываемые на этом реакторе, будут использоваться именно для промышленного применения. Производимая теплоэнергия, достигающая от полутора до трех тысяч градусов по Цельсию, будет использоваться в промышленных технологиях производства стали, стекла, цемента, керамики. То есть там, где требуются высокотемпературные режимы. Возможность использования этого тепла в разы снижает себестоимость произведенной продукции.

Многие годы были потрачены на разработку технико-экономического обоснования организации кластеров энергетической промышленности на основе АЭС на реакторе нового поколения. В экономической эффективности здесь даже не сомневаются, поскольку данная модель предполагает отсутствие цикла перехода тепла – главного источника энергии.

Дело в том, что в существующих моделях реакторов значительная часть выработанной энергии идет на разогрев воды. Пар идет на турбину и производится электроэнергия с коэффициентом полезного действия (КПД) до 30%. По мере продвижения электроэнергии по сети до конечной точки КПД сокращается пошагово. КПД не может быть постоянной единицей и он все время меньше 100%. Поэтому, когда умножаешь вклад электроэнергии, например, в себестоимость стали, произведенной в электросталеплавильных печах, он становится достаточно весом.

В предлагаемой модели работы высокотемпературного, охлаждаемого ядерного реактора четвертого поколения тепло, получаемое за счет обычной ядерной реакции, нагреваясь в виде инертного газа гелия, выходя из активной зоны реактора, сразу попадает в промышленный цикл, сохраняя КПД максимально близкий к 100%.
Выработанное же электричество будет использоваться только на управление автоматики. Таким образом, вклад электричества в себестоимость продукции будет стремительно уменьшаться.

– Пока речь идет о температуре в пределах тысячи градусов по Цельсию, – отмечает Ергазы Кенжин. – Но если будут получены материалы (например, многослойные, керамические трубопроводы), способные проводить большую температуру без потерь, особого предела для нагрева в активной зоне не будет. Выработанного тепла высоких температур вполне хватит для производства, например, стекла, стали или цемента. Таким образом, вокруг реактора могут формироваться целые комплексы заводов разного назначения.

Новый тип ядерного реактора способен многократно удешевить производство тепло- и электроэнергии, а следовательно, снизить себестоимость продукции отечественных производителей и повысить ее конкурентоспособность на внешних рынках.

Новая Фукусима в принципе невозможна

Эксперты убеждают, что АЭС, построенная на основе высокотемпературного, охлаждаемого ядерного реактора четвертого поколения, станет абсолютно безопасна. И вот почему. До сих пор причиной всех ядерных катастроф служило неконтролируемое повышение температуры. Но именно в этом типе реактора при повышении температуры активной зоны до критической ядерная реакция начинает затухать за счет физических процессов, связанных с взаимодействием нейтронов. В ядерной физике это называется «обратный термический коэффициент реактивности». Чем выше температура – тем больше увеличивается решетка графита. Нейтроны, которые участвуют в активной зоне реакции, начинают уходить и реакция затухает.

– Модель такого графитового реактора – газоохлаждаемый «игрек» – имеется в нашем институте ядерной энергетики, – продолжает нашу беседу ученый. – И я абсолютно уверен в том, что он безопасен… Он фактически работает на принципе, что каждый его пуск – это взрыв. Мы его запускаем, повышаем реактивность… Он раскаляется, затем за счет температуры начинает сбавлять мощность и выходит на «ноль». Принцип многократно проверенный экспериментально и нами, и японцами. Кроме того, в отличие от других материалов графит не плавится. Это высокопрочный материал, практически не поддающийся разрушению и плавлению.

И все же главное назначение реактора – это экологически чистое производство водорода. Если в настоящее время водород производят путем электролиза воды, оставляя массу вредных химических веществ, то в реакторе цикл выхода водорода идет в замкнутой среде, а все продукты распада остаются внутри.

– Японцы помешаны на экологии и этот способ воспринимают как самый лучший в мире, – поясняет Ергазы Кенжин. – Пока эта технология существует на уровне лабораторных опытов. Но мы хотим построить в Казахстане первую опытно-промышленную установку на данном типе реактора, где выработанное тепло прямо пойдет на производство водорода… А водород – это топливо будущего. По прогнозам экономистов, следующий этап технического прогресса человечества связан с водородным топливом.

Но если это так выгодно, то почему же японцам самим не построить АЭС на таком безопасном и экологически чистом типе реактора? Суть в том, что для Японии, практически не имеющей полезных ископаемых, стоимость такого проекта возрастает до астрономических величин.

Модель российской АЭС-2

– Казахстан, имея пока только научные разработки, может вступить в эру производителей и разработчиков атомных энергоустановок, – считает директор Национального ядерного центра. – Почему для Казахстана это важно и нужно? Дело в том, что в области производства реакторов типа ВВР, где энергия преобразуется путем нагрева воды, мы уже никого не догоним. Есть закрытый клуб мировых производителей, он сформировался, и нам попасть туда уже невозможно. Мы можем только приобретать готовые реакторы. А вот в сфере ядерных реакторов четвертого поколения можем стать и разработчиками, и производителями. И у нас все для этого есть. Графит, уголь, тантал, уран – все это мы можем добыть сами. Топливо для реактора вполне возможно производить на Ульбинском металлургическом заводе. Японцы готовы передать технологии изготовления топлива для таких реакторов. Потенциал есть, нужно его наращивать.

Проект создания установки высокотемпературного, охлаждаемого ядерного реактора четвертого поколения включен в государственную программу развития атомной отрасли и в число проектов государственной программы форсированного индустриально-инновационного развития. Видимых препятствий к реализации проекта вроде бы не наблюдается. Но есть ряд моментов, которые вызывают серьезные опасения.

Не вместо, а вместе

В последнее время все чаще звучат голоса, призывающие свернуть все проекты атомной энергетики, заменив их «высокоэффективными» альтернативными источниками энергии. При этом высказываются различные «экспертные» мнения о высоком КПД и низкой себестоимости энергии ветра, солнца, воды.

В качестве решающего аргумента противники «мирного атома» приводят довод о том, что страны Европы останавливают ядерные реакторы. Между тем эта информация не отвечает истинному положению вещей. Сегодня в мире работает 441 АЭС, из них 150 находятся в Европе. Лидером Европы по выработке атомной энергии является Франция, где действует 58 атомных блоков, которые вырабатывают 78% энергии этой страны. Кстати, из 27 государств, входящих в Европейский союз, только у 15 есть собственные АЭС.

Стран, отказавшихся от АЭС, на самом деле немного – это Австрия, Нидерланды, Польша, Испания, Новая Зеландия. В Италии, где на референдуме большинство избирателей проголосовало за полный отказ от атомной энергии, конкретная дата полной остановки всех АЭС не установлена. От этого вида энергии не собирается отказываться даже Япония, пережившая аварию на «Фукусиме-1».

Решение правительства Германии, заявившего о полном отказе от атомной энергии к 2022 году, получило неоднозначную оценку налогоплательщиков. «Перепрошивка» энергосистемы страны на возобновляемые источники энергии потребует новых вложений, а следовательно, увеличения налогового бремени. Некоторые политические партии прямо заявили о том, что отказ от АЭС сыграет на руку только… российскому Газпрому. С учетом украинской проблемы можно себе представить, как осложнится для Германии сам процесс получения российского газа…

Сегодня более половины от общего объема в структуре всех направлений энергетики Германии занимают нефтепродукты (34,6%) и газ (21,7%). 42% вырабатываемой в стране электроэнергии имеет своим источником бурый и черный уголь. Немцы признают, что альтернативные источники энергии по своей экономической эффективности пока проигрывают традиционным и сектор не может существовать без государственных дотаций. В прошлом году в сектор возобновляемой энергетики в Германии было вложено 19 млрд евро в виде субсидий.

А вот США, наоборот, являются мировым лидером в производстве атомной энергии. Там действует 104 атомных реактора на 65 АЭС, которые построены на территории 31 штата. Все эти атомные реакторы производят 20% электроэнергии, добываемой на территории США. Совсем недавно президент США Барак Обама выделил 8 млрд долларов на постройку новых реакторов. Помимо этого еще около двух десятков компаний подали заявки на возведение в этой стране более трех десятков атомных блоков, а в штатах Индиана и Луизиана открылись заводы, которые производят части для реакторов. При этом такие проекты активно поддерживает американский Конгресс, считая их выгодными для экономики и экологии США.

Движение по защите окружающей среды уже менее агрессивно настроено против нового строительства АЭС в США и всем мире, поскольку не может не признать, что атомная энергетика – это едва ли не единственный шанс приостановить глобальное потепление. Главной причиной, по которой США решили возобновить строительство атомных электростанций, стала угрожающая экологическая ситуация, которую провоцируют другие источники энерговыработки. Атомная энергетика в отличие от тепловой не выбрасывает в атмосферу вредные газы, которые разрушают озоновый слой и провоцируют глобальное потепление.
С ростом кризисных явлений экономики атомная энергетика в Европе все чаще получает новые перспективы развития. Вот уже Литва и Финляндия объявили о постройке новых атомных блоков на своих территориях в ближайшее время. Строить новые АЭС планируют Словакия, Болгария и Румыния. Даже те страны, которые казалось бы раз и навсегда отказались от этого вида энерговыработки, начали пересматривать свои планы.

Что же касается высокого КПД возобновимых источников электроэнергии, то это не более чем миф. Немецкие специалисты подсчитали, что вывод из эксплуатации одного реактора на 1 200 мегаватт потребует запуска 600 «ветряков» мощностью на 6 мегаватт. Стоит ли овчинка выделки? Да и стоит ли вообще противопоставлять одно другому, внося сумятицу в инновационные программы и идя на поводу у радиофобии?

Увы, уже не общественные организации, а вполне конкретные правительственные учреждения призывают к тотальной «зеленой революции». Весь 2013 году энергетики и металлурги доказывали министерству охраны окружающей среды и водных ресурсов, недопустимость применения санкций за превышение выбросов CO2 (как того требуют протоколы Киотского соглашения, к которым мы неосмотрительно присоединились). Астрономические суммы возможных штрафов фактически съедали весь объем иностранных инвестиций. Лишь реальная угроза остановки всех инновационных проектов в рамках ГПФИИР заставила правительство отказаться от этой идеи и отложить внедрение экологических инноваций.

Братская помощь в энергетике

Однако реальная угроза инновационному проекту строительства АЭС нового поколения существует и с другой стороны. Все эти годы параллельно с переговорами по ЕАЭС российской стороной велась откровенная кампания по лоббированию интересов своей атомной промышленности.

Впрочем, технико-экономическое обоснование по строительству атомной электростанции было проведено еще в 90-е годы. Тогда рассматривались варианты возведения традиционного для советской атомной энергетики водо-водяного реактора серии ВВЭР под Балхашом. Сомнения проектантов вызвала себестоимость производимого электричества – она складывалась на уровне 3,5–3,6 цента за кВт/ч, и тогда это казалось безумно дорого. Но сейчас такие цены являются вполне приемлемыми.

Специфика и своеобразие Казахстана – это огромные территории при относительно небольшом объеме потребления электроэнергии. Поэтому республике нужны блоки меньшей мощности – 300–600 мегаватт. Это диапазон, в котором атомная энергетика практически не развивалась. В 2004 году внимание специалистов Казахстана привлекла разработка Нижегородского конструкторского бюро имени Африкантова – реакторы типа ВБЭР-300 .Реакторы этого типа используются на атомных подводных лодках. Конструкторами была взята базовая технология, которая работала на военных подводных лодках, и на этой основе был построен гражданский реактор. Наработки данного типа реакторов уникальны и насчитывают 6 тысяч реакторо-лет. Реактор такого типа доказал свою надежность даже на АПЛ «Курск» – он был извлечен из разрушенной взрывом подлодки без малейших повреждений и даже запущен заново.

Кстати, в США сейчас также начали интенсивно работать именно в этом диапазоне атомных энергетических реакторов. Есть разработки Японии, Аргентины, Франции и некоторых других стран, имеющих собственную атомную энергетику.

Безусловно, российская техника отвечает всем параметрам надежности и экономичности, но…

29 мая этого года, будучи на церемонии подписания документов по ЕАЭС, Генеральный директор государственной корпорации по атомной энергии РФ «Росатом» Сергей Кириенко уже открыто заявил журналистам о строительстве «самой современной, самой безопасной и самой эффективной атомной станции в мире» на территории Курчатова.

— В Казахстане – это первая энергетическая станция. В советские годы был опытный экспериментальный реактор БН- 350 (на быстрых нейтронах – ред.), но это все-таки не совсем энергетический реактор, это скорее был научный, экспериментальный, — пояснил С.Кириенко. — В Казахстане есть квалифицированные специалисты в атомной отрасли, наука сохранилась на достойном уровне. Это серьезно облегчит работу по созданию первой промышленной станции. С точки зрения проекта, который предлагается рассмотреть для привязки – это район Курчатова. Точная привязка — это дополнительная серьезная работа.

На это счет был подписан соответствующий меморандум и стороны обозначили параметры будущего ТЭО… Безусловно, дешевая (относительно западных моделей) двублочная АЭС «напоит! казахстанскую индустрию новыми объемами электроэнергии. Но насколько близки мы станем к новой эре водородной энергетики? Значит ли это от проекта возведения высокотемпературного, охлаждаемого ядерного реактора четвертого поколения решено отказаться?

Однозначного ответа на этот вопрос мы не получили. Но, анализируя высказывания правительственных чиновников, не трудно понять, что все к тому шло. Вот как прокомментировал ситуацию экс-председатель Агентства Республики Казахстан по атомной энергии, член совета по сотрудничеству в области использования атомной энергии в мирных целях при интеграционном комитете Евразийского экономического сообщества Тимур Жантикин.

— Сама технология — не сам реактор, а именно технология — безусловно, относится к «четвертому поколению», — пояснил специалист. — Изначально предполагалось построить реактор, дублирующий японскую модель, реально существующую и работающую, но пока лишь в демонстрационном режиме. Проблема в том, что реактор не имеет выхода на промышленный цикл. Существует немало технологических нерешенных проблем. Реактор рассчитан на выработку тепловой энергии высокой температуры. Ну вот выработали, а что с этим теплом делать дальше? Как его утилизировать с высокой степенью эффективности? Греть воду, превращая пар в электроэнергию, как в водо-водяных реакторах – нецелесообразно, поскольку при таком решении все преимущества реакторов этого типа нивелируются. Применение гозотурбины пока не продумано. При применении обычных материалов на каждом этапе передачи идут потери тепловой энергии. То есть сама модель представляет интерес с точки зрения исследовательской, но не с точки зрения реального эффекта.

По мнению бывшего руководителя атомного ведомства нашей страны, проект выглядит идеально «лишь на мониторе компьютера». Но лишь до той поры, пока не встал вопрос о необходимости проработать все детали и все процессы «в железе».

— Поэтому при всех его преимуществах под реактор такого типа нужна четкая, солидная и обоснованная программа, позволяющая доказать экономические затраты на его строительство. Я пока такой программы не видел, — отметил Т. Жантикин.

Между тем, проблема эффективности – одна из самых серьезных в атомной энергетике. Напомним, что реактор на быстрых нейтронах – БМ-350, запущенный на территории Казахстана еще в советское время, хотя и являл собой новое слово в науке, так и не вышел в серию. Часто бывает, что создание такого реактора опережает уровень технологического развития общества. Поэтому дело за смежными отраслями – металлургией, химической промышленностью и машиностроением. Нужны реальные инновации, новые продукты, производство которых потребует от нас новых источников электроэнергии. А значит, даст новый стимул для развития.