Размещено на http://www.allbest.ru/

Стратегия развития атомной энергетики России

1.1 Атомная энергетика в энергообеспечении устойчивого развития страны

Энергообеспечение устойчивого развития страны и мира в целом представляется одной из важнейших задач, в решении которых АЭ могла бы сыграть важную роль. Решение этой задачи многим видится на пути существенного увеличения суммарной доли неорганического топлива (атомная энергия, ГЭС, возобновляемые источники энергии) в общей структуре энергопотребления.

Существующий в мире парк АЭС суммарной мощностью 372 ГВт (э) произвел в 2009 году около 15% выработанной суммарной электроэнергии. Современные АЭС с тепловыми реакторами, работающие на урановом топливе, достаточно безопасны и экономически эффективны во многих странах мира для наращивания базовых мощностей в электроэнергетике. По оценкам МАГАТЭ (2009) ожидается, что к 2030 году суммарная мощность АЭС в мире возрастёт до 500-800 ГВт (э), хотя доля атомной электроэнергии в общем балансе может и несколько снизиться.

Доля российских АЭС в выработке электроэнергии сегодня примерно такая же, как в мире в целом -- 16%.

В рамках принятой энергетической стратегии России (ЕС-2030) перед АЭК стоит задача по увеличению этой доли до 19 - 20% к 2030 году. Прогнозируемый в рамках ЕС-2030 рост мощностей АЭС к 2030 году лежит в пределах от 52 до 62 ГВт (э). Такой рост может быть обеспечен строительством АЭС с усовершенствованными ВВЭР.

Что касается долгосрочной перспективы, то здесь представляется целесообразным рассмотреть возможность повышения доли атомной электроэнергии до уровней 30 и более процентов -- современных уровней использования АЭ во многих индустриальных странах. Достижение таких уровней в России потребует увеличения суммарной мощности АЭС к середине века до 100 и более ГВт (э) и последующего длительного (сотни лет) функционирования АЭ на этом уровне мощности.

Возможность достижения такого уровня развития АЭ на базе технологий тепловых реакторов и открытого ядерного уранового топливного цикла уже представляется весьма сложным из-за накопления значительных объёмов ОЯТ и несоответствия имеющейся сырьевой базы. Последнее связано с тем, что тепловые реакторы используют в качестве основного делящегося материала уран-235, содержание которого в добываемом природном уране только 0,7 %.

1.2 Задачи по расширению экспортного потенциала АЭК

Другая макроэкономическая проблема, стоящая перед страной, в решении которой атомная энергетика также может оказать значительный вклад -- это преодоление сырьевой зависимости экспорта страны. Решение этой проблемы видится на пути существенного повышения доли высокотехнологической продукции в структуре экспорта. АЭК -- один из немногих комплексов страны, который обладает конкурентными на внешних рынках высокотехнологическими продуктами и услугами. Ключевая задача для АЭК -- значительно (в разы) расширить экспортный потенциал российских ядерных энерготехнологий и услуг.

Современные российские ядерные энерготехнологии (АЭС с ВВЭР, услуги по обогащению урана, урановое топливо) обладают определённой конкурентной привлекательностью на внешнем рынке. По российским проектам за рубежом построено 52 энергоблока, из них сегодня работают 37 энергоблоков АЭС в 9 странах.

Однако дальнейшее расширение экспортного потенциала АЭК на базе технологий ВВЭР усложняется в связи с появлением на рынках тепловых реакторов нового поколения (3+) с улучшенными показателями в области безопасности и эксплуатационных режимов.

Кроме того, необходимо понимать, что экономическая эффективность экспортируемых и используемых внутри страны АЭС с тепловыми реакторами в определенной степени условна в силу отсутствия продемонстрированных решений по обращению с ОЯТ. Применительно к российским реакторам это такие проблемы:

накопление в стране ОЯТ ВВЭР-1000 и РБМК с неопределенными сроками хранения и вариантами окончательного обращения с этими ОЯТ;

оказание услуг по возврату ОЯТ экспортируемых АЭС с ВВЭР с неопределённым будущим этих ОЯТ.

2. НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПЛАТФОРМА АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ РОССИИ

2.1 Потенциал технологий быстрых реакторов и замкнутого топливного цикла

С самого начала становления мирного атома в США и СССР были выдвинуты идеи по АЭ на быстрых реакторах (БР) с замкнутым топливным циклом (ЗТЦ). Основная цель создания новой технологической платформы (НТП) на базе БР и ЗТЦ -- обеспечение возможности крупномасштабного развития АЭ, не ограниченного проблемами сырья и отходов.

Решение сырьевой проблемы в рамках НТП обеспечивается сменой сырьевой базы АЭ с U-235 (0,7 % природного U) на практически неограниченный U-238 (99,3 % природного урана).

Замыкание топливного цикла АЭ на БР позволяет также минимизировать накопление ОЯТ в АЭ и найти пути оптимального обращения с различными высокоактивными отходами, отличающимися длительными периодами полураспада.

Многие индустриальные страны имели в 60-80-е годы национальные программы по созданию таких технологий БР и ЗТЦ. Ряд чрезвычайно сложных проблем технологического, экономического и социально-политического плана стоял на пути реализации этих национальных программ.

В технологической области перед каждой страной стояли сложнейшие задачи: выбрать, разработать и довести до коммерческого уровня использования три взаимоувязанные технологии: 1) АЭС с БР; 2) Производство смешанного уран-плутониевого топлива; 3) Переработка ОЯТ для извлечения плутония и компактирования отходов.

Сегодня за рубежом интерес к освоению систем с БР проявляют страны, которые уже масштабно используют АЭ (Франция, Япония, Республика Корея, США) или планируют её масштабное использование (Индия, Китай).

2.2 Состояние технологий НТП в России

Россия сегодня - мировой лидер в освоении технологий БР. В стране 30 лет на БАЭС успешно работает единственный на сегодня в мире опытно -промышленный быстрый реактор БН-600 с натриевым теплоносителем мощностью 600 МВт (э).

На основе этого уникального опыта разработан и строится прототипный быстрый реактор БН-800, мощностью 880 МВт(э), проектируется коммерческий БН-К мощностью 1200 МВт(э).

В стране также накоплен многолетний опыт эксплуатации реакторной установки со свинцово -висмутовым теплоносителем на атомной подводной лодке. На основе этого опыта сегодня в рамках государственно-частного партнерства разрабатывается проект быстрого реактора СВБР - 100 мощностью 100 МВт (э) для многоцелевого использования в региональной энергетике.

Кроме того, в России ведутся исследования на концептуальном уровне по возможности создания БР на свинцовом теплоносителе.

В нашей стране разработаны и продемонстрированы на опытно-промышленном и экспериментальном уровнях соответственно технологии замкнутого топливного цикла:

*водная технология переработки ОЯТ реакторов ВВЭР-440 и БН-600 на заводе РТ-1;

*таблеточная технология производства оксидного смешанного уран-плутониевого топлива (МОКС)

На сегодня в стране сложилась уникальная ситуация. Накоплен опыт и ведутся разработки:

*по трем разным типам теплоносителей БР (натриевый; свинцово-висмутовый; свинцовый);

*по трем разным типам топлива для БР (МОКС топливо на основе таблеточной технологии изготовления; МОКС топливо на основе вибротехнологии; нитридное топливо;

*по трем разным типам технологии переработки ОЯТ (водная химия; пирохимия; газофторидная химия).

Понятно, что доведение каждой технологии до результата -- коммерческого использования -- потребует значительных усилий и времени -- это нереально и чревато рисками безрезультатной траты денег.

В этих условиях перед Росатомом стоит актуальная задача выработки стратегии замыкания ядерного топливного цикла АЭ с приемлемыми финансовыми рисками.

3. РАЗРАБОТКА СТРАТЕГИИ РАЗВИТИЯ АЭ НА ПЕРСПЕКТИВУ ДО 2050 ГОДА

3.1 «Идеализированный» подход

Разработка стратегии развития АЭ включает в себя определение целей развития АЭ, задач и приоритетов в освоении технологий, позволяющих наиболее эффективно и с минимальными рисками решать поставленные задачи. быстрый реактор атомный коммерциализация

При разработке предыдущего варианта стратегии долгосрочного развития АЭ (2000 г.) использовался подход, который можно охарактеризовать как «идеализированный». Он включал в себя:

*выработку идеалистических требований к ядерным технологиям нового поколения;

*развитие только тех технологий, которые удовлетворяли идеалистическим требованиям.

В результате применения такого подхода в качестве базовых технологий для развития были выбраны непроверенные технологии, существовавшие на уровне концептуальных разработок: БР со свинцовым теплоносителем; нитридное топливо и пирохимическая переработка ОЯТ.

Реализация такого «идеализированного» подхода на практике оказалась затруднительной:

*из-за риска нереализуемости или экономической нецелесообразности реализации выбранных технологий;

*из-за риска потери возможности реализации уже проверенных технологий при решении реальных проблем АЭ и страны.

Эти риски, а также стоящие перед АЭК актуальные задачи в области энергобезопасности и преодоления сырьевой зависимости экспорта страны привели к необходимости корректировки стратегии развития её АЭ. Для корректировки стратегии используются рекомендации, разработанные в рамках международного проекта ИНПРО (МАГАТЭ).

3.2 Системный подход

МАГАТЭ рекомендует описание проблем развития АЭ, выбор критериев и оценку перспективности ядерных энерготехнологий проводить с учётом разработанных в рамках международного проекта ИНПРО так называемых базовых принципов создания инновационных ядерных энергетических систем (ИЯЭС). С учетом рекомендаций ИНПРО/МАГАТЭ при корректировке стратегии решено было использовать «системный» подход, суть которого заключается в необходимости:

*проведения оценки относительной перспективности различных технологий, находящихся только на одинаковых стадиях их освоения:

I. НИР в обоснование реализуемости технологии.

П. Демонстрация работоспособности и возможности достижения заявленных параметров технологии.

III. Коммерциализация технологии.

IV. Коммерческое использование.

*Коммерциализации только тех ИЯЭС, которые уже продемонстрировали возможность значительного улучшения параметров топливного цикла, характерных для современных АЭС.

На основе изложенного подхода были разработаны предложения по поэтапному замыканию топливного цикла АЭ России с минимизацией финансовых и технологических рисков.

4. ЭТАПЫ РЕАЛИЗАЦИИ СТРАТЕГИИ РАЗВИТИЯ АЭ РОССИИ

4.1 Задачи индустрии по замыканию топливного цикла в перспективе до 2030

Сравнительный анализ различных технологий БР и ЗТЦ показал, что только по одной технологической системе может быть принято решение о коммерциализации. Это ядерно-энергетическая система «БН(МОКС)», состоящая из успешно продемонстрированных технологий БР с натриевым теплоносителем, таблеточного МОКС топлива и водной переработки ОЯТ.

Анализ показывает что ЯЭС «БН(МОКС)» может быть доведена до коммерческого уровня в период до 2030 г. Для коммерциализации системы БН(МОКС) потребуется:

*до 2020 года запустить и обеспечить надёжную эксплуатацию БН-800, а затем БН-К на МОКС топливе;

*до 2030 ввести малую серию БН-К с опытно-промышленной инфраструктурой ЗТЦ, включающей в себя завод РТ-2 по переработке ОЯТ ТР и БН и производство МОКС топлива для БН.

Конкурирующими системами на мировых рынках в период коммерческого использования БН(МОКС) (2030-2050 гг) будут два типа ЯЭС:

*система АЭС с усовершенствованными тепловыми реакторами на урановом топливе (США, Ю. Корея);

*система АЭС с усовершенствованными тепловыми реакторами с использованием уранового топлива в 2/3 зоны и МОКС топлива в 1/3 зоны реактора. (Франция, Япония).

Сравнение конкурирующих систем показывает принципиальные преимущества ЯЭС БН(МОКС) по всем параметрам топливного цикла. Ключевой момент успеха системы БН(МОКС) на рынках -- это достижение приемлемых параметров в области экономики и безопасности.

По предварительным оценкам, при достижении приемлемых показателей в области экономики и безопасности система БН(МОКС) может оказать значимый вклад в решение системных проблем страны и АЭК:

*мощность АЭ России при необходимости может быть увеличена до 100 и более ГВт(э);

*к 2030 году могут быть решены проблемы накопления ОЯТ тепловых реакторов, поскольку для ввода АЭС с БН потребуется переработать все ОЯТ ВВЭР и РБМК;

*система БН(МОКС) обладает привлекательными качествами для экспорта в интенсивно развивающиеся Китай и Индию;

*АЭС с БН(МОКС) без воспроизводящих экранов в пакете с топливобеспечением (поставка свежего топлива и возврат ОЯТ) могут стать предметом экспорта в третьи страны;

*создание системы БН(МОКС) позволит АЭК расширить экспорт ТР с привлекательным пакетом их топливообеспечения (поставки свежего топлива и возврат ОЯТ).

4.2 Задачи науки по созданию технологий НТП нового поколения для использования в долгосрочной перспективе

Базовые технологии системы БН(МОКС) в основе своей были созданы и продемонстрированы в рамках предыдущих программ страны по развитию технологий БР и ЗТЦ.

В рамках новой ФЦП ядерные энерготехнологии нового поколения (ЯЭНП) предусмотрены НИР по созданию и демонстрации перспективных технологий НТП нового поколения.

Основные системные требования к технологиям НТП нового поколения выражаются в необходимости дальнейшего улучшения показателей базовой системы БН (МОКС) в следующих направлениях:

*экономичность и безопасность.

*расширение сферы использования АЭ;

*оптимальное решение проблемы ВАО;

*расширение экспортного потенциала АЭК. Так, например, освоение технологии СВБР-100

может расширить область применения АЭ с включением регионального уровня. Освоение технологии свинцового теплоносителя может повысить уровень безопасности и экономичности АЭ. Освоение сухих методов переработки может улучшить экономические показатели и увеличить темпы ввода новых БР. Освоение вибротехнологии может позволить реализовать концепцию «грязное» топливо -- «чистые» отходы. Освоение плотного топлива позволяет увеличить темпы воспроизводства плутония.

Ожидаемый срок разработки и демонстрации перечисленных выше технологий -- до 2030 года, а массового коммерческого использования успешно продемонстрированных технологий -- после 2040 года.

Актуальная сегодня в рамках ФЦП задача -- выработать приоритеты и сконцентрировать усилия на разработках и демонстрации минимального числа наиболее перспективных технологий.

При выработке системных требований к технологиям НТП нового поколения необходимо будет ориентироваться также на работы за рубежом в рамках национальных и международных программ, таких, как «Генерация 4» и ИНПРО.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Новая технологическая платформа на базе технологий быстрых реакторов и замкнутого цикла может стать одним из ключевых ответов на вызовы, связанные с необходимостью модернизации экономики и изменения экспортной структуры страны.

Для реализации потенциала НТП в среднесрочной перспективе необходима коммерциализация индустрией уже проверенных быстрых натриевых реакторов и базовых технологий замкнутого топливного цикла.

Для сохранения лидерства в области НТП и использования потенциала АЭ для решения проблем долгосрочной перспективы сегодня актуальны НИР в рамках ФЦП ЯЭНП, направленные на создание ядерных энерготехнологий нового поколения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года. Расп. Правительства РФ от 13 ноября 2009 г. №1715-р.

2. Guidance for the application of an assessment methodology for innovative nuclear system. INPRO manual -overview of the methodology. IAEA-TECDOC-1575 Rev.l Nov. 2008.

АННОТАЦИЯ

В докладе представлены основные положения разрабатываемой в Росатоме стратегии развития атомной энергетики (АЭ) России в период до 2050 года. В разрабатываемой новой редакции стратегии, так же как и в предыдущей (2000 г.), понимается, что масштабное развитие АЭ в 21 веке в России и мире возможно только при переходе на технологии быстрых реакторов и замкнутого топливного цикла. Акцент в новой редакции делается на необходимость скорейшей коммерциализации уже проверенных технологий быстрых натриевых реакторов, где Россия является признанным мировым лидером.

Размещено на Allbest.ru