3.4.1. Атомная электроэнергетика

Современная атомная электроэнергетика, производя до 16% общей выработки электроэнергии, играет заметную, но далеко не основную роль в энергообеспечении России. Между тем, возрастающие экологические, экономические и геополитические проблемы доминирующей сегодня энергетики на основе органического топлива требуют поиска путей существенного расширения роли атомной электроэнергетики с превращением ее в один из основных источников энергии третьего тысячелетия.

Масштабы использования ядерной энергии и сегодня, и в будущем определяются как внешними условиями (рост потребности общества в энергетических услугах, степень обострения проблем с органическим топливом, сырьевой потенциал ядерной энергетики), так и собственными показателями атомной электроэнергетики в части безопасности, использования сырьевых ресурсов, решения проблемы отходов ядерного топлива, нераспространения и, в конечном счете, ее экономической эффективности в выработке энергетических услуг различных видов (электроэнергии, промышленной и бытовой теплоты, транспортного топлива).

Современные АЭС безопасны, экологически привлекательны и, без учета так называемых "отложенных проблем", вырабатывают конкурентоспособную электроэнергию.

Сегодня атомная электроэнергетика и России, и мира базируется на технологиях тепловых водяных реакторов и открытого топливного цикла.

Однако существующая технологическая база по ряду причин не может быть положена в основу крупномасштабной атомной электроэнергетики как энергосистемы будущего. Три хорошо известные проблемы препятствуют этому:

- низкая эффективность полезного использования добываемого природного урана - менее 1%, сырьевая ограниченность;

- разомкнутость топливного цикла с необходимостью организации долговременного хранения непрерывно возрастающего количества ядерных материалов;

- ограниченное использование атомной энергии - только для производства базовой электроэнергии.

Научные, конструкторские и технологические работы по поиску путей решения отмеченных проблем ведутся уже более полувека по ряду направлений. Одним из самых перспективных направлений с начала 50-х годов стала разработка технологий замкнутого топливного цикла ядерной энергетики с реакторами-размножителями на быстрых нейтронах, что включает изготовление смешанного уран-плутониевого топлива, переработку отходов ядерного топлива и многократное использование (рециклинг) топлива в быстрых реакторах. Кроме того, длительное время ведутся разработки по расширению сферы применения атомной энергии для неэлектрических целей, включая производство водородного топлива. Именно такие технологии, доведенные до коммерческого уровня, могут составить основу новой технологической платформы ядерной энергетики 21 века.

Принципиальное свойство новой технологической платформы - это переход на использование в качестве сырья - вместо ископаемого ограниченного по ресурсам природного урана - на использование плутония, накапливаемого в отходах ядерного топлива, в смеси с обедненным ураном, накопленного в огромных количествах в отвалах обогатительного производства.

Достигнутые к настоящему времени результаты обеспечивают России лидирующие позиции в технологической готовности к инновационному развитию своей ядерной энергетики.

Будущее атомной энергетики России зависит от решения трех главных задач:

- поддержание безопасного и эффективного функционирования действующих АЭС и их топливной инфраструктуры;

- постепенное замещение действующих АЭС энергоблоками традиционных типов повышенной безопасности (третье поколение), осуществление на их основе в последующие 20 - 30 лет умеренного роста установленной мощности атомных энергоблоков и увеличения экспортного потенциала АЭС;

- разработка и внедрение в промышленных масштабах ядерной энерготехнологии, отвечающей требованиям крупномасштабной энергетики по экономике, безопасности и топливному балансу.

Структура атомной электроэнергетики России будет в значительной степени определяться масштабами ее востребованности. При умеренном росте установленной мощности АЭС атомная электроэнергетика России останется в течение ближайших десятилетий практически однокомпонентной с незначительной энергетической долей быстрых реакторов. В случае интенсивного развития атомной электроэнергетики решающую роль в ней станут играть быстрые реакторы.

Формат развития атомной электроэнергетики до 2020 г. определен Генсхемой, согласно которой предполагается введение 26 новых крупных атомных энергоблоков (более 1000 МВт единичной мощности), а также ряда блоков средней и малой мощности. Помимо ввода новых мощностей Генсхема предполагает реализацию до 2015 года программы повышения выработки электроэнергии на действующих блоках (форсаж мощности, повышение коэффициента использования установленной мощности (КИУМ) и КПД). Одновременно до 2020 года 4 ГВт атомных мощностей будут выведены из эксплуатации в силу исчерпания своего ресурса.

Ключевым направлением стратегии в области инжиниринговой деятельности, направленным на обеспечение технологического лидерства в 2020 - 2030 гг., состоит в развитии технологии ядерной системы паропроизводства (ЯСПП) с реактором на быстрых нейтронах. Концепция быстрого реактора с плотным нитридным топливом и жидкометаллическим теплоносителем является наиболее перспективной для создания базы новой ядерной энерготехнологии с внутренне присущей безопасностью. Философия внутренне присущей безопасности связывает достижение безопасности не столько с наращиванием инженерных средств и требований для уменьшения вероятности тяжелых аварий, сколько с физическими и химическими качествами и закономерностями, присущими цепной реакции, топливу, теплоносителю и позволяющими детерминистическим образом исключить возникновение или развитие аварий с катастрофическими последствиями.

Принцип внутренне присущей безопасности должен быть распространен на весь топливный цикл с учетом проблемы радиоактивных отходов и режима нераспространения и включать в себя:

- детерминистическое исключение тяжелых реакторных аварий и аварий на предприятиях ядерного топливного цикла;

- трансмутационный замкнутый ядерный топливный цикл с фракционированием продуктов переработки отходов ядерного топлива;

- технологическую поддержку режима нераспространения.

Базой российского инжиниринга ЯСПП является технология ВВЭР, которая при наличии ряда особенностей относится к наиболее распространенной в мире технологии PWR. Стратегия предполагает модернизацию и унификацию существующих проектов АЭС, оформление технологии ВВЭР как базовой и формирование единого "держателя" и разработчика технологии (сейчас она "распределена" между более чем 10 различными НИИ и КБ). Решению этой задачи посвящен проект "АЭС-2006", начатый Росатомом в 2005 году. Он является основой для реализации Генсхемы и программы серийного строительства АЭС до 2020 года.

Специфика локальных энергетических рынков и глобальная конкуренция требуют расширения российского предложения и создания конкурентоспособных ядерных энергоблоков средней (до 650 МВт) и малой (до 100 МВт) мощности. На решение этой задачи направлен проект "АЭС-2009", предполагающий ревизию ряда традиционных решений технологии ВВЭР для сокращения сроков строительства и уменьшения эксплуатационных расходов.

Краткосрочные задачи (2011 - 2015 гг.) состоят в формировании технической базы, которая позволит решить проблему энергообеспечения страны на освоенных реакторных технологиях с безусловным развитием инновационных технологий:

1. Повышение эффективности, модернизация, продление срока службы действующих реакторов;

2. Достройка ранее начатых энергоблоков;

3. Обоснование работы реакторов в режиме маневренности и разработка систем поддержания работы АЭС в базовом режиме;

4. Сооружение новых энергоблоков следующего поколения, включая энергоблок с быстрым реактором БН-800 с одновременным созданием пилотного производства MOX топлива.

5. Разработка программ регионального атомного энергоснабжения на базе АЭС малой и средней мощности;

6. Развертывание программы работ по замыканию ядерного топливного цикла по урану и плутонию для решения проблемы неограниченного топливообеспечения и обращения с радиоактивными отходами и отходами ядерного топлива;

7. Развертывание программы использования ядерных энергоисточников для расширения рынков сбыта помимо электричества (теплофикация, теплоснабжение, производство энергоносителей, опреснение морской воды);

8. Сооружение энергоблоков в соответствии с Генсхемой.

Среднесрочные задачи (2015 - 2030 гг.) заключаются в расширении масштабов атомной электроэнергетики и освоение инновационных технологий реакторов и топливного цикла:

1. Сооружение энергоблоков в соответствии с Генсхемой;

2. Разработка и внедрение инновационного проекта ВВЭР третьего поколения;

3. Вывод из эксплуатации и утилизация энергоблоков первого и второго поколений и замещение их установками третьего поколения;

4. Формирование технологической базы для перехода к крупномасштабной ядерной энергетике:

- развитие радиохимического производства по переработке топлива;

- опытная эксплуатация демонстрационного блока АЭС с быстрым реактором и опытными производствами топливного цикла с внутренне присущей безопасностью;

- опытная эксплуатация прототипного блока ГТ-МГР и производство топлива для него (в рамках международного проекта);

- сооружение объектов малой энергетики, включая стационарные и плавучие энергетические и опреснительные станции;

- разработка высокотемпературных реакторов для производства водорода из воды.

Долгосрочные задачи (2030 - 2050 гг.) состоят в развертывании инновационных ядерных технологий, формирование многокомпонентной ядерной и водородной энергетики:

1. Создание инфраструктуры крупномасштабной ядерной энергетики.

2. Сооружение демонстрационного блока АЭС с тепловым реактором с торий-урановым циклом и его опытная эксплуатация.

В атомном энергопромышленном комплексе необходимо обеспечить следующее:

- развитие российского атомного энергетического машиностроения до уровня глобального игрока в области энергетики и ядерного бизнеса, обеспечивающего потребности мирового и российского рынка конкурентной продукции и услугами с высокой добавленной стоимостью при соблюдении всех требований экологии и безопасности;

- рост установленной мощности атомной энергетики к 2012 - 2015 годам - до 28 - 36 ГВт и к 2020 году - до 50 - 53 ГВт;

- поэтапный переход, начиная с 2020 года, к новой технологической платформе на базе реакторов на быстрых нейтронах с замкнутым топливным циклом;

- расширение мощностной линейки АЭС, включая АЭС малой и средней мощности для энергоснабжения изолированных энергозон России и развивающихся экономик мира.

Перспективы развития атомной энергетики определены в следующих устанавливающих документах:

- "Программа деятельности Государственной корпорации по атомной энергии "Росатом" на долгосрочный период (2009 - 2015 годы)" (Постановление Правительства Российской Федерации от 20 сентября 2008 г. N 705).

- Федеральная целевая программа "Развитие атомного энергопромышленного комплекса России на 2007 - 2010 годы и на перспективу до 2015 года" (Постановление Правительства Российской Федерации от 6 октября 2006 г. N 605).

- "Энергетическая стратегия России на период до 2030 года" (распоряжение Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 г. N 1715-р).

Энергетическая стратегия России на период до 2030 года предусматривает доведение доли атомной генерации в энергосистеме страны до уровня 19,7% от общего объема к 2030 году, обеспечение развития атомного энергопромышленного комплекса для гарантированного энергоснабжения населения и отраслей экономики, позволяет создать условия для привлечения инвестиций в отрасль и реализовать программу строительства энергоблоков с темпом ввода не менее 2 ГВт в год, а также увеличить долю участия российских предприятий на мировом рынке продукции и услуг ядерного энергетического комплекса.

Масштабы развития АЭС до 2020 года определены, исходя из прогнозируемых Росатомом возможностей энергомашиностроения по ежегодному выпуску основного (реакторного) оборудования АЭС, с типовым энергоблоком ВВЭР-1200 МВт и возможностей атомного строительного энергокомплекса по параллельному вводу основного оборудования на разных площадках.

При разработке Генсхемы выбор предпочтительных районов размещения этих АЭС осуществлялся, исходя из условий:

- балансовой необходимости увеличения мощности в разных энергозонах;

- минимизации затрат на сетевое строительство для выдачи мощности АЭС в пределах каждой энергозоны;

- сравнительной эффективности АЭС и альтернативных источников в каждой энергозоне.

На рисунке 15 приведены соответствующие этим условиям вводы мощности АЭС на территории основных энергозон в период до 2020 года для базового варианта.