Ядерная энергия — необходимое звено зеленого перехода. Она стабильнее, чем возобновляемая энергия, и многократно чище, чем ТЭЦ. Особенно генераторы последнего поколения. А как дела с атомной индустрией у нас в России? И чего не хватает, чтобы она стала основной энергетической ставкой? Разбираемся в статье.
Около 19% электричества в России — атомное. Пока что лидирует все же ископаемое топливо, и притом с большим отрывом: его доля в электроэнергетике составляет почти 63%. 19% — это не так уж и мало, но все же не так уж и много. Так что перед «Росэнергоатомом» стоит амбициозная цель: повысить атомную генерацию к середине 2040-х. До 25%.
Почему же размах так невысок? Неужели российская ядерная отрасль переживает упадок?
Ядерный флеш-рояль
Атомная энергетика — один из козырей России. В 1954 году Советский Союз построил первую в мире атомную энергостанцию — Обнинскую АЭС. Сейчас наша страна находится на втором месте по производству ядерной энергии в Европе и на четвертом — в мире.
Немаловажно и то, что Россия обладает уникальными разработками. В их числе — знаменитые атомные ледоколы. Они способны десятилетиями ходить без дозаправки и раскалывать лед толщиной до 2,9 метров. Атомный флот незаменим в исследованиях Арктики и в навигации по Северному морскому пути.
Другой пример — единственная в мире плавучая АЭС. Первая такая станция была американской и работала в зоне Панамского канала. Но в 1976 ее вывели из эксплуатации. А в 2020 году плавучую атомную теплоэлектростанцию запустили на Чукотке. Она называется «Академик Ломоносов».
Более того, ядерка вроде как не стоит на месте. Прямо сейчас у нас строится четыре новых АЭС, а на «старых» регулярно заменяют энергоблоки. В 2027 планируют запустить мощнейший в мире исследовательский реактор — МБИР. Постоянно ведутся научные разработки в таких сферах, как ядерная медицина, космические ядерные технологии, нанотехнологии, лазеры и т. д.
За рубежом российские разработки тоже востребованы. «Росатом» строит АЭС, обучает и консультирует специалистов атомной отрасли по всему миру. Сейчас за границей возводится 39 новых энергоблоков. В числе партнеров — Венгрия, Беларусь, Узбекистан, Китай, ОАЭ, Бангладеш, Индия, Турция и Египет. А еще Россия экспортирует ядерное топливо. «Росатому» принадлежит 40% мирового рынка обогащенного урана. И он поставляет готовое топливо для 70 энергореакторов в 15 странах.
В общем, у России с ядерной отраслью все очень неплохо. Так в чем же дело?
Ахиллес и черепаха
Традиционно ядерную энергетику сдерживает конкуренция с топливной отраслью. От использования природного газа в России пока отказываться не собираются. Строительство новых ТЭС и добыча нового газа — простой и предсказуемый процесс по сравнению с запуском новой АЭС. И это действительно притормаживает рост атомных мощностей. Но на данный момент ситуация несколько изменилась, и у ядерной индустрии появилось преимущество. В отличие от всех остальных сфер энергетики, она не зависит от импорта: все технологии и все цепочки поставок сконцентрированы внутри России. Поэтому сейчас ее развитие выходит в приоритет.
Легко сказать, трудно сделать. Все проекты в сфере энергетики утверждает Системный оператор: он пишет план на пять лет вперед. И все бы хорошо, да только строительство одного энергоблока занимает минимум 6 лет. А если модель новая и экспериментальная, как «Академик Ломоносов», может потребоваться и больше 10 лет. Поэтому атомные станции в государственный план до конца так и не вписывались и требовали отдельного обсуждения. Лишь в этом году Системный оператор утвердил долгосрочный план «Росатома» на строительство 37 энергоблоков до 2042 года. И в декабре документ должно подписать правительство.
Есть еще два нюанса. Во-первых, чтобы увеличить долю атомной энергетики, нужно не только добавлять новые АЭС, но и заменять старые. Многие энергоблоки уже пора планово останавливать. И существенная часть проектов «Росатома» — это замена старых станций на новые. Например, Ленинградская-2, Курская-2, Смоленская-2. Вывод старых станций из эксплуатации и захоронение отходов сами по себе тоже требуют усилий и ресурсов.
Во-вторых, потребность в электроэнергии только растет и будет расти дальше. Жителям Дальнего Востока и Сибири ее уже не хватает. К 2045 году общая мощность энергосистемы точно увеличится. И для того, чтобы 25% электроэнергии стало атомной, «Росатому» нужно капитально вложиться. Потому что 25% от общей выработки в 2045 году — это намного больше, чем сейчас. Как сказал гендиректор «Росэнергоатома» Андрей Петров, нужно бежать со всех ног, чтобы только оставаться на месте, а чтобы куда-то попасть, придется бежать как минимум вдвое быстрее.
С перебоями
Климатический кризис, увы, тоже не стоит на месте. Стихийные бедствия и резкая перемена условий бьют по всем отраслям — в том числе по ядерной энергетике.
Для стабильной работы АЭС нужно обеспечить определенные условия. С одной стороны, место должно быть защищенным от серьезных катаклизмов — как природных, так и антропогенных. Обычно для них выбирают сейсмоустойчивое место — если, конечно, есть такая возможность. С другой стороны, реактор постоянно охлаждают водой, поэтому атомные станции обычно стоят на берегах водоемов. Что, в свою очередь, повышает риски катаклизмов: как минимум, наводнений.
Но чаще всего работе АЭС мешает жара. Из-за повышения глобальной температуры многие водоемы перегреваются или пересыхают. Тут-то и начинаются перебои с электричеством. Когда температура воды превышает 28°С, происходит аварийное отключение, чтобы реактор не перегрел водоем и не убил там все живое. А когда уровень воды критически падает, реактор нечем охлаждать. Так что засуха — серьезная угроза для энергетики.
Еще при жаре повышается риск возгораний, которые могут вывести из строя электрическую сеть. В этом случае энергоблок тоже отключается: ему некуда отдавать энергию. И наконец, могут перегреться трансформаторы — это тоже приводит к остановке реактора. Что не слишком хорошо на нем сказывается. В идеале атомная станция должна работать постоянно, без перебоев, и поддерживать постоянную нагрузку сети.
Что же спасет ядерную энергетику от климаткризиса? Ответ может прозвучать парадоксально: она сама.
Вечный двигатель
Атомная энергетика не просто чище топливной — она еще и открывает новые головокружительные перспективы. Развитие ядерных технологий может дать человечеству столько энергии, что «грязное» топливо ему больше не понадобится. И самые многообещающие направления — это создание замкнутого топливного цикла и термоядерный синтез.
Создание замкнутого топливного цикла — это, по сути, открытие вечного двигателя. Сейчас большинство реакторов работают на энергии распада обогащенного урана-235. Запасы его в мире невелики. После «отработки» топливо превращается в радиоактивные отходы — и идет на захоронение либо на переработку. Переработка, к сожалению, сейчас не слишком экологична, но она позволяет хотя бы частично увеличить потенциал ядерного топлива и сэкономить ценный ресурс.
Но есть специальный тип реактора, который дополнительно обогащает топливо с каждым циклом работы. При этом он может производить энергию и из «отходов» с обычных реакторов. Так одно и то же топливо будет бесконечно генерировать энергию, а «ядерные отходы» найдут себе полезное применение. Вместо того, чтобы хоронить их в толще Земли, их можно будет использовать повторно. Более того, самые опасные радиоактивные изотопы внутри такого реактора быстро распадаются и перестают «фонить». А сама его конструкция исключает масштабные аварии вроде Чернобыльской или Фукусимской.
Это чудо-устройство называется «реактором на быстрых нейтронах». В отличие от классических реакторов, там не используется вода, и в качестве теплоносителя применяют металлы: свинец, висмут, натрий.
В мире таких реакторов не слишком много, и в основном они научно-исследовательские. Единственный промышленный реактор такого типа работает в России, на Белоярской АЭС. Один из его энергоблоков используется с 1981 года. Другой, усовершенствованный, подключен недавно, с 2016 года. А с 2022 он работает на смешанном уран-плутониевом топливе, то есть частично состоящем из «отходов» ядерной промышленности. Это первый шаг к замкнутому топливному циклу.
А вскоре откроется инновационный реактор БРЕСТ-ОД-300 — и он уже будет работать автономно на одном и том же топливе, то есть в замкнутом цикле. Это опытный демонстрационный комплекс в рамках проекта «Прорыв» — перехода к возобновляемой ядерной энергетике.
Другой скачок на пути к энергетике будущего — создание экспериментального термоядерного реактора. Термоядерная реакция синтеза — это горение плазмы, при котором ядра атомов разгоняются настолько, что сливаются друг с другом при столкновении. В результате образуются тяжелые атомы и выделяется огромное количество энергии. Именно это происходит в ядре звезды. Так что солнечные свет и тепло, которые поддерживают жизнь на Земле, — продукты термоядерного синтеза.
Международный экспериментальный термоядерный реактор — ИТЭР — это попытка человечества воссоздать горение плазмы прямо здесь, на Земле, чтобы потом использовать эту реакцию для получения энергии. Энергии образуется намного больше, чем от сжигания топлива. А радиации — меньше, чем на обычных АЭС, где происходит реакция ядерного распада. Для этого амбициозного проекта на юге Франции строят башню выше 70 метров: плазме нужно много места, чтобы разгореться.
В создании ИТЭР задействованы все ключевые ядерные страны, и Россия играет там далеко не последнюю роль. Во-первых, она одна из инициаторов проекта, и участвует в нем с самого начала — с 1985 года. Во-вторых, российская сторона разрабатывает и конструирует для проекта уникальное оборудование и собирает значимую часть центральной установки. Кстати, сам тип конструкции — токамак, или тороидальная камера с магнитными катушками — был изобретен советскими учеными.
В общем, не так уж и долго осталось ждать до того, как сбудется знаменитое предсказание геохимика Вернадского: «Перед нами открываются в явлениях радиоактивности источники атомной энергии, в миллионы раз превышающие все те источники сил, какие рисовались человеческому воображению». И возможно, именно Россия будет играть ведущую роль в безотходной энергетике будущего.
Автор: Екатерина Доильницына