Атомная энергетика в мире и Казахстане

Мировые энергетические рынки активно переходят на низкоуглеродную энергетику. Всё большую значимость приобретают атомные электростанции (АЭС). Уже сейчас около 10% мировой электроэнергии вырабатывается 442 ядерными энергетическими реакторами. На стадии строительства находятся ещё около 50 реакторов, что эквивалентно примерно 15% существующей мощности. Количество реакторов год от года растёт, такие данные приводит Ranking.kz.

В течение 2020 года ядерные энергетические реакторы произвели 2553,2 ТВт·ч электроэнергии с низким уровнем выбросов, подачу которой можно регулировать в зависимости от спроса. Таким образом, каждый третий киловатт энергии без углеродного следа вырабатывается на АЭС.

На недавно прошедшем саммите СОР26 в Глазго 10 стран Евросоюза предложили включить атомную энергетику в разработанный Еврокомиссией список отраслей, способствующих уменьшению вреда окружающей среде. В числе инициаторов — Франция, Финляндия, Польша. Эти страны предлагают считать инвестиции в атомные электростанции соответствующими правилам «зелёного» финансирования, которое получило название «зелёная таксономия».

Если сравнивать объёмы выбросов загрязняющих веществ на 1000 МВт установленной мощности, то суммарные годовые выбросы (сернистый газ, оксиды азота, оксиды углерода и зольную пыль) на газовых ТЭС составляют 13 000 тонн, на угольных ТЭС — 165 000 тонн. Такие выбросы на АЭС практически отсутствуют. Выбросы углекислого газа на 1000 МВт установленной мощности составляют на газовых ТЭС 3 800 000 тонн в год, на угольных — 7 000 000 тонн в год. Подобные выбросы на АЭС также практически отсутствуют.

Атомную энергетику активно используют развитые страны. Наибольшее количество действующих атомных реакторов насчитывается в США (94), Франции (56), Китае (50), России (38), Японии (34), Южной Корее (24) и т. д. Доля атомной энергетики в совокупном объёме производства электроэнергии во Франции составляет 71%, в Словакии — 53%, в Украине — 51%, в Бельгии — 39%, в Финляндии — 34%, в Швейцарии — 33%, в Швеции — 30%, в Южной Корее — 30%, в США — 20%, в Канаде — 15%.

Вопреки опасениям обывателей, по данным Всемирной ядерной ассоциации, факты, накопленные за шесть десятилетий, показывают, что ядерная энергетика является безопасным средством производства электроэнергии. Риск аварий на атомных электростанциях — низкий, и продолжает снижаться за счёт усовершенствования реакторов и технологического прогресса.

В истории ядерной энергетики было три крупных аварии реактора — Три-Майл-Айленд (США), Чернобыль (СССР) и Фукусима-дайити (Япония). При этом авария на Фукусима-дайити была спровоцирована цунами. Во всех этих АЭС использовались реакторы первого поколения, которые давно не применяются. Это единичные крупные аварии, которые произошли за более чем 18,5 тыс. суммарных реакторо-лет коммерческой эксплуатации ядерной энергетики в 36 странах.

Проекты атомных станций, которые разрабатываются для реализации в ближайшие десятилетия, предусматривают многочисленные меры по повышению безопасности, основанные на опыте эксплуатации. Одна из их общих черт, помимо стандартной техники безопасности для западных реакторов, это пассивные системы безопасности, не требующие вмешательства оператора в случае серьёзной неисправности. Улучшения касаются как новых конструкций, так и модернизации существующих заводов.

По данным ТОО «Казахстанские атомные электрические станции» (дочернего предприятия АО «Самрук-Қазына»), существует 5 видов ядерных реакторов: кипящие реакторы, реакторы под давлением, газоохлаждаемые реакторы, реакторы, охлаждаемые водой, и жидкометаллические реакторы. Также атомные реакторы классифицируются по поколениям. Классификация по поколениям (I, II, III, III+ и IV) представляет собой исторически сложившуюся условность, которая, будучи официально не утверждённой, всё же является общепринятой. При делении реакторов на поколения обычно учитывают следующие факторы:

• себестоимость производимой энергии;
• ядерную, радиационную и физическую ядерную безопасность;
• стандартизацию проекта.

В Казахстане сегодня обсуждается возможность создания атомной электростанции. В стране есть все объективные предпосылки для развития отрасли. В настоящее время изучаются следующие технологии ведущих мировых производителей реакторов:

• Росатом (Российская Федерация) с проектом реактора ВВЭР-1200;
• Electricite de France Group / Mitsubishi Heavy Industries Ltd (Франция, Япония) с проектом реактора ATMEA1;
• NuScale Power (США) с проектом маломощного модульного реактора NuScale;
• GE Hitachi Nuclear Energy (США, Япония) с проектом модульного реактора малой мощности BWRX-300;
• Китайская национальная ядерная корпорация (Китай) с проектом реактора HPR-1000;
• Korea Hydro and Nuclear Power (Южная Корея) с проектом реактора APR-1400.

Реактор российского производства ВВЭР-1200 — первый в мире реактор последнего поколения III+ (3+). В технологии ВВЭР используется двухконтурная ядерная паропроизводящая корпусная установка с реактором на тепловых нейтронах, в котором теплоносителем и замедлителем является обычная вода под давлением.

В целом стоит отметить, что в мировой практике наиболее распространённым типом ядерного реактора является именно реактор с водой под давлением (PWR). На сегодня в мире 302 таких реактора, что составляет 68% от всех действующих реакторов. Популярны также кипящие водо-водяные реакторы (BWR), которых насчитывается 63, и тяжеловодные ядерные реакторы (PHWR) — 48.

При этом среди строящихся на данный момент реакторов 80% приходится на реакторы PWR.

Важный момент: в Казахстане более полувека работают ядерные реакторы исследовательского характера. Два из них — Байкал-1 и ИГР — расположены в Национальном ядерном центре в городе Курчатове, а третий —ВВР-К — успешно функционирует в Институте ядерной физики в посёлке Алатау под Алматы.

Обладая уникальным сочетанием характеристик, реактор ИГР и сегодня остаётся одним из наиболее востребованных для проведения испытаний реакторного топлива в экстремальных условиях и одним из лучших в мире для решения задач, связанных с динамическими испытаниями объектов ядерной техники.

Специалисты Национального ядерного центра Республики Казахстан (НЯЦ) проводят эксперименты для изучения поведения топлива в переходных и аварийных режимах работы. Например, в настоящее время на реакторе ИГР проходят проверку концептуальные решения японских проектировщиков, разрабатывающих энергетический реактор нового поколения. Стоит также отметить: именно сотрудники НЯЦ были привлечены коллегами из Японии для анализа и изучения причин и особенностей аварии на станции в Фукусиме, что говорит об авторитетности и международном признании казахстанских специалистов-ядерщиков.

Исследовательский реактор ВВР-К — единственный стационарный многоцелевой реактор в Республике Казахстан. Его тепловая мощность составляет 6 МВт. На базе реактора проводятся фундаментальные ядерно-физические и материаловедческие исследования и внутриреакторные испытания, производство радиоизотопов для медицины и промышленности, гамма-источников, облучение минеральных камней, нейтронное легирование кремния, нейтронно-активационный анализ, нейтронная радиография.

Кроме того, с 1973-го по 1999 год в стране также работал реактор БН-350 — первый в мире опытно-промышленный реактор на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем.

Таким образом, Казахстан имеет опыт, кадровый потенциал и научную базу для развития атомной энергетики.