ТОЧКА ЗРЕНИЯ
Владимир ТРОЯНОВ,
главный технолог проектного офиса «Новая платформа» АО «Концерн Росэнергоатом»

О невозможности медлить

Концепция новой технологической платформы совсем не нова и в основном была сформулирована много лет назад. Нас этому учили еще в институте. Конечно, она не называлась новой платформой и считалась нормальным путем развития ядерной энергетики.
В чем она заключалась? Считалось, что сырьевые ресурсы урана весьма ограниченны и неминуемо подойдут к концу, причем довольно скоро. Кстати, правильно считалось. Только срок этот оценивался с большой погрешностью, связанной как с прогнозами темпов развития ядерной энергетики и, соответственно, темпов потребления урана, так и с разведанными запасами урана в СССР.

Многое изменилось, но главная мысль сохраняет актуальность: современные оценки показывают, что относительно дешевые запасы природного урана в России при сохраняющейся структуре ядерной энергетики могут быть исчерпаны к середине XXI века. А поскольку экономическая конкурентоспособность ядерной энергетики и так вызывает вопросы, увеличение стоимости сырьевой компоненты может сделать ее окончательно неконкурентоспособной.

Суть давно известной, называемой сегодня новой, технологической платформы — в двух ключевых пунктах.

Первый: необходимо включить в ядерно-энергетическую систему наряду с реакторами на тепловых нейтронах некоторую долю реакторов на быстрых нейтронах (РБН), которые в силу определенных физических особенностей способны при работе генерировать дополнительный делящийся материал — плутоний за счет облучения «избыточными» нейтронами воспроизводящего материала — 238U;

Второй: следует наладить радиохимическую переработку облученного ядерного топлива как быстрых, так и тепловых реакторов. При этом извлеченные ядерные материалы (прежде всего уран и плутоний) использовать для изготовления регенерированного топлива, которое вновь будет использоваться в виде смешанного уран-плутониевого (МОХ) топлива в реакторах на быстрых и тепловых нейтронах.

Такая система способна к полному воспроизводству делящихся материалов и, соответственно, сведет к минимуму потребление природного урана; возможно даже, что мы на столетия избавимся от необходимости добычи урана. Скорее всего, разумное сочетание быстрых и тепловых реакторов приведет к их балансу, при котором потребление природного урана сократится в несколько раз.

Пропорцию быстрых и тепловых реакторов в ядерно-энергетической системе ВВЭР и РБН определит не только решение вопроса материального баланса урана, но и ряд других обстоятельств, которые нельзя назвать второстепенными.

Во-первых, атомные станции сегодня дороги в строительстве; причем эта дороговизна в значительной мере связана с необходимостью создания дорогостоящих систем безопасности.

Во-вторых, эксплуатационные расходы АЭС высоки и еще более возрастут при повышении цены на природный уран.

В-третьих, в ядерной энергетике сейчас отсутствуют окончательные решения по обращению с облученным ядерным топливом (ОЯТ), в результате чего идет неуклонное накопление ОЯТ: в мире уже накоплены многие сотни тысяч тонн, а в России — десятки тысяч тонн.

В-четвертых, экспорт ядерных технологий, в первую очередь АЭС, мог бы быть, вероятно, более успешным, если бы поставщик мог предложить потребителю комплекс услуг по переработке и обращению с ОЯТ, снижающих радиационную опасность последних.

Двухкомпонентная ядерная энергетическая система, состоящая из двух типов реакторов (ВВЭР, РБН), а также объектов ЗЯТЦ, может решить некоторые из перечисленных проблем. Ограниченность сырьевого ресурса преодолевается за счет расширенного воспроизводства плутония и вовлечения его в топливный цикл. Проблему накопления ОЯТ такая система решает за счет переработки облученного топлива, возврата в топливный цикл урана и трансурановых элементов, фракционирования РАО и направления на окончательную изоляцию относительно небольшого количества твердых РАО. Конкурентоспособность атомной энергетики может быть улучшена за счет дополнительных доходов от оказания услуг ЗЯТЦ зарубежным заказчикам, включая выжигание высокоактивных долгоживущих продуктов переработки ОЯТ.

При переходе на двухкомпонентную систему может быть достигнуто снижение затрат на топливообеспечение. Также вполне можно ожидать дальнейшего снижения стоимости сооружения АЭС с РБН, поскольку такие реакторы имеют определенные преимущества в части упрощения систем безопасности вследствие внутренне присущих им свойств безопасности (интегральная компоновка, малое давление, небольшой запас реактивности, пассивные системы воздействия на реактивность и др).

Нельзя не упомянуть важнейший аспект — экологический. В современном мире АЭС должны стать безальтернативным мощным источником безуглеродной энергетики. И наконец, ядерная энергетика спасет мир от нерачительного использования — сжигания — углеродного сырья, которое с точки зрения будущего человечества должно быть использовано совершенно иначе.

Что нужно для создания новой технологической платформы? Ответ прост: развивать имеющиеся технологии. Пройдем по пунктам.

ВВЭР. У нас хорошие ВВЭР, но нужны еще лучшие: более дешевые, с улучшенными физическими характеристиками и эффективностью топливоиспользования; мы должны научиться быстрее их строить. Я упомянул ЗЯТЦ. ВВЭР должны научиться работать с МОХ-топливом, а для этого требуется внесение ряда изменений в их конструкцию.
РБН. Мы первые в мире по результативности работ в части создания РБН с натриевым теплоносителем. Мы год назад запустили в промышленную эксплуатацию БН‑800. Однако необходимо разработать новый проект (БН‑1200М) с улучшенными экономическими показателями и, конечно, характеристиками безопасности. Нужно кардинально (в два раза) улучшить характеристики топливоиспользования, достигнув на практике выгорания 15% тяжелых атомов в ближайшей перспективе и 20% тяжелых атомов — в первое десятилетие после ввода в эксплуатацию первого энергоблока. Такие работы уже сейчас ведутся кооперацией предприятий Росатома.

ЗЯТЦ. У нас есть многолетний опыт ПО «Маяк» по переработке ОЯТ и выделению из него делящихся материалов, но эти технологии должны быть существенно модернизированы. Надо решить вопрос о создании завода по производству МОХ-топлива, сначала для промышленного РБН‑1200, а позднее — для нового ВВЭР. Завод должен отвечать требованиям экономической конкурентоспособности и предусматривать возможность его расширения исходя из растущих потребностей в МОХ-топливе.

Не сразу, но должен быть создан завод (или модуль, аналогичный ОДЦ в Железногорске) для переработки ОЯТ РБН. К сожалению, планируемые к сооружению объекты не позволяют выйти на требуемые объемы переработки ОЯТ с высоким содержанием плутония.

Кроме того, пока не отработаны технологии фракционирования РАО, не решен вопрос технологического хранения америция, не опробована аппаратурно-технологическая схема. Считавшиеся крайне заманчивыми «сухие» методы переработки ОЯТ (например пироэлектрохимические) пока себя не оправдали.

А еще нужно стратегическое мышление. Не надо прятать голову в песок, надо понимать, что новая технологическая платформа для ядерной энергетики безальтернативна. Или НТП, или постепенное угасание ядерной энергетики. Третьего варианта нет.

Точной суммы затрат на создание двухкомпонентной системы генерации в ядерной энергетике сегодня никто не назовет. Однако позволю себе неожиданное утверждение: денег понадобится не так уж и много. Речь ведь идет, прежде всего, о начальном этапе создания новой технологической платформы, об энергоблоках, стоимость которых не должна превышать стоимость сооружения ВВЭР-ТОИ. Плюс НИОКР по совершенствованию ВВЭР-ТОИ и БН‑1200, которые обойдутся в десятую часть стоимости сооружения одного энергоблока.

Затраты на ЗЯТЦ. Необходимо построить завод по производству МОХ-топлива. Очень приблизительно его стоимость оценивается в треть стоимости ядерного энергоблока. Нужен также завод по переработке ОЯТ. Он будет иметь примерно такую же стоимость, как и завод по фабрикации.

Стало быть, цена перехода к новой технологической платформе приблизительна равна стоимости одного энергоблока. Повторюсь: это моя личная и очень приблизительная оценка.

Теперь о сроках. При создании новой технологической платформы нужно говорить о двух стадиях. Первая — сооружение головного комплекса РБН–ВВЭР–ЗЯТЦ. Если сейчас начать работы по сооружению головного РБН, то мы его запустим только в конце 2020-х. Наработаем ОЯТ, выдержим, переработаем к концу 2030-х. Построим модернизированный ВВЭР с опционом «МОХ-топливо» тоже в 2030-х. Изготовим МОХ для ВВЭР, испытаем, выдержим, проведем послереакторные исследования и лицензируем ВВЭР на МОХ уже к 2050 году.

Таким образом, получается: если начнем прямо сейчас, то реальное начало внедрения НТП на головных блоках состоится только в середине века. А ведь именно в середине века можно ожидать дефицит урана!

Так что у нас совсем нет времени на раскачку! Считаю заблуждением утверждение о том, что нам торопиться некуда и можно подождать. Нельзя ждать, иначе следующее поколение атомщиков попадет в крайне затруднительное положение по нашей вине!

ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ НОМЕРА