«Мы хотим перевести атомную энергию в разряд возобновляемых источников»
Владимир Асмолов — о преимуществах двухкомпонентной платформы развития атомной энергетики
Говоря о принятом сейчас делении источников энергии на чистые и грязные, нужно принять как данность, что любой вид энергетики влияет на окружающую среду, причем влияет не положительно. Если рассматривать это влияние в разрезе полного жизненного цикла, включая добычу сырья, затем изготовление компонентов энергоустановки, в последующем их утилизацию, то становится понятно, что никакие источники энергии не могут считаться однозначно чистыми.
Кроме того, ни солнечная, ни ветровая, ни приливная, ни какая-либо другая возобновляемая энергетика не сможет быть глобальной, то есть не сможет полностью обеспечить будущее энергоснабжение населения Земли, она может быть только региональной, локальной. Для меня это не теорема, а аксиома.
Надо каждый раз выбирать того монстра, с которым ты борешься. Кто-то выбирает в качестве такого монстра выбросы углекислого газа. Для меня самый страшный монстр — это нехватка электроэнергии для нормальной жизни людей.
Мы сегодня уже имеем в руках такую высококонцентрированную энергию, как энергия деления (а в каком-то далеком будущем будем использовать и энергию синтеза, то есть термоядерную). Если сравнивать по теплотворной способности энергию сжигания угля и энергию деления ядра атома, то разница — около двух миллионов раз в пользу атомной энергетики. При этом в атомной энергетике коэффициент использования установленной мощности самый высокий, около 90%, то есть мы гарантируем людям стабильную, надежную выработку энергии. И, конечно, атомная энергетика является абсолютно зеленой (к удивлению многих, по данным ОСЭР, рассмотрение полных топливных циклов показывает, что общие внешние издержки солнечной и ветровой генерации, в том числе связанные с загрязнением воздуха, изменением климата, истощением природных ресурсов, при тех же условиях превышают показатели атомной генерации в 10 раз). Вот это и есть тот мощный источник практически неисчерпаемой энергии, который есть у людей и который может служить решением, позволяющим не портить окружающий мир. Это подарок, который человечество получило от бога, и те страны, те политические деятели, которые от него отказываются, совершают огромную ошибку.
Разумеется, у атомной энергетики, как и у любой другой, есть свои недостатки. Высококонцентрированная энергия представляет опасность в случае аварии. Можно ли этого избежать? Можно. И нужно. Для этого есть огромная база знаний, которая постоянно накапливается и которая позволяет говорить, что энергия деления и энергия синтеза в любых случаях может быть под контролем.
Развитие атомной энергетики тормозится естественным страхом людей перед неведомым, хотя мало кто дает себе труд найти данные, что в результате трех самых серьезных аварий на АЭС (Три-Майл-Айленд, Чернобыль, Фукусима) пострадало несопоставимо меньше людей, чем при авариях в угольной промышленности, не говоря о транспорте. Чтобы этот страх прошел, надо тратить, и мы сегодня тратим огромное количество ресурсов — умственных, материальных — на то, чтобы обеспечить гарантированную безопасность при использовании ядерных энергоисточников. Остаточный риск должен быть настолько минимальным, чтобы ты имел право сказать себе, своим близким, окружающим: мы гарантируем безопасность. Для этого существуют общие подходы к обоснованию безопасности, к апгрейду систем безопасности АЭС (что было сделано, в частности, после изучения причин фукусимской аварии), реализуется основополагающий принцип глубокоэшелонированной защиты, делаются немалые вложения в безопасность, идут исследования, которые дают понимание любой возможной опасности и того, как ее избежать.
Нужно работать, работать и работать и каждый день вкладываться во что-то новое, чтобы показать некие материальные факторы, которые позволят людям поверить в возможности атомной энергетики. Мы уже многому научились не только с точки зрения безопасности, но и с точки зрения экономики. Раньше атомная энергетика была базовой, то есть она не участвовала ни в суточном, ни в частотном регулировании, а сейчас она умеет все это делать. Вопрос уже становится коммерческим: на чем лучше регулировать нагрузку — на ГЭС или на АЭС. Как потребительское качество атомной энергетики возможность маневрирования мощностью на сегодняшний день уже доказана и применяется. Например, на Кольской станции мы работаем в режиме суточного регулирования, спокойно сбрасываем нагрузку ночью, а днем ее поднимаем. Сегодня это, скорее, даже не наука, это очень хорошая инженерия.
И, конечно, мы должны перейти на так называемую двухкомпонентную атомную энергетику с замыканием ядерного топливного цикла. Под этим подразумевается переход от открытого топливного цикла, в котором мы не можем использовать весь энергетический потенциал урана, поскольку делящегося изотопа, то есть урана-235, в природном уране всего 0,7%, а остальное — уран-238. При замыкании топливного цикла в быстрых реакторах мы можем использовать уран-238 и на его базе получать новый делящийся элемент — плутоний. Россия в плане тематики быстрых реакторов — впереди планеты всей, у нас БН-600 и БН-800 работают на Белоярской АЭС.
По сути, мы хотим перевести атомную энергию в разряд возобновляемых источников — как солнце и ветер, то есть сделать топливную базу практически неисчерпаемой. Вот для этого мы и собираемся переходить к замыканию топливного цикла, чтобы в процессе работы атомной станции нарабатывать новое топливо, которое рециклом пойдет в топливо для следующего использования. Это очень серьезная работа. Мы эту концепцию записали в 2018 году в стратегии развития атомной энергетики России, в 2021-м мы ее подтвердили.
В нашей стратегии есть несколько сценариев, все будет зависеть от того, какие потребительские качества будет иметь тот или иной вид получения ядерной энергии. ВВЭР — это очень хорошие энергоблоки с точки зрения безопасности генерации, и они относительно недорогие, если их сравнивать с другими энергоисточниками сопоставимой мощности. Если даже реакторы ВВЭР оставить в их сегодняшнем виде и ничего в них не менять, они будут жить до конца века: у строящихся сейчас блоков проектный срок — 60 лет, а дальше мы сможем продлить их работу, как продлевали у предыдущих, проводя все необходимые действия для обеспечения безопасной работы всех важнейших компонентов АЭС. Идет работа над тем, чтобы проектный срок увеличить до 80 лет.
Сейчас уран достаточно дешев и его пока достаточно много, хотя существуют разные оценки запасов. До конца века его точно хватит, но когда-то запасы начнут истощаться. Сегодня, исходя из сложившихся цен на уран, немедленный переход на уранплутониевое топливо нецелесообразен, но дальше прогнозируется, что цены на уран начнут расти. С учетом этих факторов мы работаем над новыми технологиями ВВЭР. Я являюсь научным руководителем разработки реактора ВВЭР со спектральным регулированием, ВВЭР-С. Планируется, что первый такой блок мощностью 600 МВт появится в 2033 году на Кольской АЭС. В ВВЭР-С можно загружать 100% уранплутониевого топлива (в нынешние ВВЭР — 30–40%). Это не означает, что мы сразу будем это делать. Но мы сразу построим такую станцию, в которой можно использовать уранплутониевое топливо. А дальше время покажет: если урановая сборка будет дешевле уранплутониевой, а урана будет все еще много, то решение будет отложено. Но уже на первых блоках, которые мы собираемся строить, можно будет показать возможность эксплуатации реактора с более жестким нейтронным спектром.
Все реакторы, и быстрые, и тепловые, воспроизводят плутоний, но сегодня на ВВЭР коэффициент воспроизводства плутония всего лишь около 0,3. А для того чтобы вся ядерная энергетическая система работала в том режиме, о котором мы говорим, — в режиме возобновляемой энергетики, коэффициент воспроизводства в системе должен быть равен по меньшей мере единице. То есть сколько ты сжег, столько и наработал. Чтобы ВВЭР был дружелюбен к этой системе, надо поднять его коэффициент воспроизводства. В первом варианте ВВЭР-С, который мы сейчас делаем, мы этот коэффициент воспроизводства уже поднимаем до 0,6–0,7. То есть дальнейшее развитие технологии ВВЭР возможно за счет вот этого направления, связанного с топливом.
Еще одно направление — это повышение коэффициента полезного действия. У сегодняшних ВВЭР в самых лучших случаях он составляет 37–38%, у наших действующих быстрых реакторов достигаемые показатели — 45–48%. В этом направлении тоже идет работа, следующий аппарат, который сейчас разрабатывается (но здесь сроки продолжительнее, я думаю, что он появится не раньше 2040 года, может, даже чуть позже), — это так называемый ВВЭР на сверхкритических параметрах, ВВЭР-СКД, реактор четвертого поколения. Вот там мы перейдем на закритику с точки зрения термодинамики, и это позволит нам выйти на КПД примерно 45%, что тоже очень серьезный плюс, в том числе экологический — соответствующее уменьшение теплового сбрасывания при работе реактора.
Если нам все это удастся реализовать, то мы продлим жизнь технологии ВВЭР. Это так называемый хеджирующий вариант, который предполагает переход реакторов на тепловых нейтронах (на новом технологическом уровне) в следующее столетие.
По быстрым реакторам на сегодняшний день мы имеем очень неплохой проект БН-1200, это натриевый реактор, который делают ОКБМ и ФЭИ, и работы по реактору с тяжелым свинцовым теплоносителем в рамках программы «Прорыв». Новые проекты показывают на бумаге, что они становятся сопоставимыми с ВВЭР по стоимости. Но пока это теорема, которую нужно доказать. Когда будут построены и заработают БРЕСТ и БН-1200, мы увидим их показатели и будем считать, сколько нам в общей ядерной энергетической системе нужно реакторов на тепловых нейтронах, сколько на быстрых — и каких именно.
Пока жизнь нас это считать не заставляет, но все будет зависеть от того, какими потребительскими качествами и стоимостью будут обладать реакторы на быстрых нейтронах и реакторы ВВЭР. Многое будет зависеть и от других факторов, например от времени появления энергетического термоядерного реактора. Вряд ли он появится в ближайшей перспективе, но дорогу к термоядерной энергетике надо искать, эта дорога интересная, и ответ на этот вызов человечество тоже обязательно должно реализовать.
